主题：【原创】多晶硅产业的前世、今生、残生（一）。 -- 钛之翼

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老大河待整

【原创】多晶硅产业的前世、今生、残生（一）。

最近换工作了，真是不进入这一行不知道其中的疯狂，过去虽然搞的也在电子、材料上打转转还是被吓了一大跳，对于硅这个河里很多人熟悉而又陌生的东西我觉得也可以写个文聊聊了。

从silex到多晶硅

硅元素是地壳里含量仅次于氧第二多的元素，我们整天都在围着硅化合物打转，无论是筑成我们脚下大厦的水泥，或者是做成手中茶/咖啡杯的玻璃或陶瓷，可是这些都不是我在这里要讲到的多晶硅，它是一种单质！自然界是没有天然多晶硅存在的，能像采煤一样采硅大概是很多多晶硅产业下游用户的梦想吧。在元素周期表里面硅和碳是同主族的元素，理论上硅要比碳表现出更多的金属性，按某些标准化学性质也更活泼。事实是，如同有机化合物的种类庞大一样，有机硅也是个庞大的化合物家族（不只是硅胶哦），这样一种和碳近似的元素并没有发展出硅基生命，否则要得到单质硅就简单了--掰段硅基生命的“树干”放炉子里头一干馏可不就得到木炭样子的多晶硅啦。

硅的英文大号是从燧石的拉丁单词“silex”衍生而来，其时是1810年，瑞典人贝采利乌斯在加热石英砂、炭和铁时得到了一种新物质，他把这种东西命名为Silicon盖外观相近也，以今天的标准来看他制取的不过是硅铁合金，不过1823年他改用金属钾还原SiF4得到了真正的单质硅这个新元素发现者的位子终于还是没跑了。可是在之后的一段漫长时光里单质硅都是以硅铁的形式来到这个世界然后又以硅铁的使用方式被加到炼钢炉里边作为除氧剂兼造渣材料，再以炉渣的面目被人类扔掉。工业化生产纯度达到98％的冶金级金属硅得等到人们发现硅对铝合金性能的改善之后了，电子级多晶硅生产更是要到半个世纪前才开始研发。今天每年人类大概要生产超过100万吨纯度99％左右的金属硅，这其中大约有60％被冶金工业消耗，另外约35％会被制成有机硅，最后剩下的不到5％被制成多晶硅成为半导体工业的基石。显然看到此处你会有个印象我一直提到的多晶硅并不是普通的单质硅，没错，电子工业用的多晶硅也被称为超纯硅，其总的杂质含量要<1ppba，打个比方的话那就好比是10亿中国人里面只能混进去少于一个洋毛子，这个纯度够夸张吧!需要说明的是生产硅铁和制取金属硅是两种截然不同的工业，决不仅是纯度不同那么简单。

罗马并不是一天建成的！在硅进入电子行业应用之前人们如果想要制取一点比冶金级金属硅更纯的硅用用时他们都是用锌还原四氯化硅，这个做法后来被氢气还原三氯氢硅法取代因为该还原反应更易进行，三氯氢硅比较而言也更容易分离。实际上后一个反应也被用于给白只灯丝上沉积一层硅，以延长灯泡的寿命。

为什么是硅？

显然硅并不是唯一能够用于制作半导体器件的物质，但是硅却是所有候选材料中储量最丰富品位也最高的，相对于某些只能从阳极泥或者是烟囱灰里想办法的元素任何一个实验室都不会为硅的缺货伤脑筋。另外硅也很容易提纯，通过简单的化学反应条件就可以制得三氯氢硅，而三氯氢硅较低的熔沸点使它可以经过几次精馏就得到较高的纯度。作为大量生产的消费级电子产品的原料，便宜易得实在是个非常有吸引力的优点。此外硅和它的氧化物都很稳定熔点也较高，1949年第一个基于硅的晶体管被研究者们组装出来，几乎是立刻人们就认识到硅比大多数半导体材料更适合用来制造大多数电子元件，若干年后用CMOS工艺生产电子元件的厂家应该感谢这些有远见的研究者。如果没有硅，电子元件的小型化发展将会更漫长。广阔市场在招手可是电子工业并没有一夜间就百花盛开，这是因为高纯硅要达到产业化尚有一条艰辛的路待走。