[发明专利]用微波等离子氢化四氯化硅制三氯氢硅和二氯氢硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产三氯氢硅的方法，特别是涉及一种采用微波等离子氢化技术来 生产三氯氢硅和二氯氢硅的方法。

背景技术

在目前国内外多晶硅工业生产中，大多数生产厂采用的是西门子法，用三氯氢硅化学 气相沉积多晶硅。三氯氢硅是采用氯化氢和冶金硅，在300℃和0.45MPa条件下催化反应 生成，四氯化硅是反应的主要副产物。合成产物中，三氯氢硅大约占80％，四氯化硅大约 占20％。合成气经过冷馏分离，四氯化硅作为副产物被分离，提纯后的三氯氢硅进入下一 步的多晶硅气相沉积反应。

三氯氢硅的气相沉积反应在1100℃下进行，三氯氢硅分解成多晶硅的同时，也有大 量副产物四氯化硅生成。在从冶金硅制备多晶硅的整个流程中，每生产1吨多晶硅要产 生10-14吨四氯化硅。因此在采用西门子法中，四氯化硅氢化为三氯氢硅循环使用是多 晶硅生产能否大规模生产的关键。

现在实现工业化的四氯化硅氢化技术主要是改良西门子法的四氯化硅高压催化氢化 技术。其工艺路线为：四氯化硅，硅粉和氢气，在铜或镍等催化剂参与下，高温(大约 500℃)高压(3.45MPa)下生成三氯氢硅，其反应如下：

3SiCl₄+Si+2H₂→4HSiCl₃

现有技术的缺点：

1反应中引进很多杂质，给后续的提纯带来困难；

2反应的一次性转化率低，产物需多次分离纯化，能耗高；

3反应为高温高压，设备要求高，运行成本高。

为克服西门子催化氢化法的缺点，中国专利文献于2008年9月和2009年7月分别 公开了氢等离子转化四氯化硅制备三氯氢硅和多晶硅的方法(公开号CN101254921A)和 等离子氢化四氯化硅制备三氯氢硅的方法(公开号CN101475175A)。此两种方法均为常压 等离子体激发四氯化硅的氢化反应。相对于西门子法，等离子氢化反应过程中，等离子 体产生大量的高能活性粒子，使四氯化硅氢化反应迅速，转化率高，为近期国内外开发 的热点。

但是此两种方法还有一些缺点，主要是：

1能耗物耗高。

前者(公开号CN101254921A)等离子体的产生为直流弧光放电，因此此等离子体为 热等离子体，温度为5000K-8000K。由于直流弧光放电等离子炬短，进入到反应器的放 电致活性粒子很少，因此该反应主要为高温氢化反应，能耗高。同时由于反应温度高， 反应中势必会生成大量的固体硅。因为是气相成核，生成的硅粉非常细，纯度和形态都 不符合太阳能多晶硅的要求；如果在反应器壁成核，会造成堵塞，反应不能长期连续运 行。

后者(公开号CN101475175A)为射频感应电场产生的等离子，由于氢气和四氯化硅 均被离子化，且在等离子火焰区混合，反应剧烈，很难控制反应进程，即不能控制四氯 化硅仅被氢化为三氯氢硅阶段，有大量的四氯化硅会被继续还原为单质硅。生成的硅粉， 由于气相成核，颗粒非常细，纯度和形态都不符合太阳能多晶硅的要求。因此这两种等 离子方法势必消耗大量的能量和原料，经济效益差。

2这两种方法激发等离子体的电场均为非封闭式的电场，工业生产势必要采用大功 率等离子发生器，大功率的非封闭式的电场给安保措施及安全生产带来很大的挑战，实 现工业化难度大。

3这两种方法产生的用于激发放电的电场均匀性差，等离子体电离度低，产生用于 反应的活性粒子少，导致四氯化硅转化率低。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述四氯化硅氢化技术存在的缺陷，提供一种采用氢气、 氩气或二者的混合气体在微波激励下放电产生等离子体炬，氢气和四氯化硅通入到等离 子体炬的特定区域，在等离子体的激发下，四氯化硅氢化为三氯氢硅和二氯氢硅的方法。 该方法安全，四氯化硅一次转化率高，副反应少，能耗物耗低。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的四氯化硅氢化为三氯氢硅和二氯氢硅的方法，包括如下步骤：

步骤1)，将起弧气氢气、氩气或氢气和氩气二者的混合气体，通入到等离子反应器 中，等离子反应器被安置在微波谐振腔中，微波发生器产生频率为2450MHz或915MPa 微波，微波发生器产生的微波由与之连通的封闭波导管传送到微波谐振腔，在谐振腔内 耦合；起弧气在微波激励下放电，形成电子温度3000K-25000K的冷等离子体炬；