索比光伏网讯:还原生产常见问题
备注：本文中部分内容为网上收集，后为笔者在生产中进行了验证。
1、夹层问题：
在从径向切断的多晶硅棒截面上可能会看到一圈圈的层状结构，即夹层。多晶硅中的夹层一般分为氧化夹层和温度夹层(及无定形硅夹层)两种。
(1) 氧化夹层
在还原过程中，当原料中混有水汽或氧时，就会发生水解及氧化，形成一层 SiO2 氧化层附在硅棒上。在这种被氧化的硅棒上又继续沉积硅时，就形成了“氧化夹层”，这种夹层在光线下可以看到五颜六色的光泽。酸洗也不能除去这种氧化夹层。由于这种氧化夹层的存在，用多晶硅拉制单晶硅时会产生“硅跳”。
为了消除氧化夹层，一般应注意做到：
① 严格控制入炉氢气的纯度，保证氢中的氧和水分降到规定值以下;
② 载体加热前要有充分的赶气时间，使炉壁附着的水分赶净;
③ 开炉前对设备认真检查防止漏水现象。
(2) 无定形硅夹层(温度夹层)
当还原反应是在比较低的温度下进行时，此时沉积的硅为无定形硅，在这种无定形硅上提高反应温度继续沉积时，就形成了暗褐色的无定形硅夹层，由于 这种夹层在很大程度上是受温度影响，因此又称为“温度夹层”。这种疏松、粗糙的结构夹层中，常常有许多气泡和杂质，在拉单晶前用酸无法腐蚀处理掉，在拉晶 熔料时，轻者使熔硅液面波动，重者产生“硅跳”以至于无法使用。为了避免无定形硅夹层的形成，应注意下列几点：
① 硅棒的电流上升要平稳，不能忽高忽低;
② 避免进炉的流量发生大的波动;
③ 突然停电或停炉时，先要停止进料。
采用合理可靠的自动控制系统，通过准确地测定硅棒表面的速度来控制硅棒电流，使硅棒的电流紧随着硅棒表面的温度变化而迅速变化，将有效避免“温度夹层”的出现。
2 、“硅油”问题：
“硅油”是一种大分子量的硅卤化物(SiCl2)n·H2N ,其中含硅 25 %呈油状的物质，这种油状物是在还原炉中低温部位产生的(低于 300 ℃ )，往往沉积在炉壁、底盘、喷口、电极及窥视孔石英片等冷壁处。
硅油的产生，导致大量的硅化合物的损失，降低实收率;沉积在窥视孔石英片上的硅油，使镜片模糊，影响观察和测温，从而影响炉内温度的调节，甚至可以造成硅棒的温度过高而烧断。硅油具有强烈的吸水比，因而在拆炉时，硅油强烈的吸收空气中的水分同时游离出 HCI 而腐蚀设备，还会引起自燃爆炸，给生产带来麻烦。
为了避免硅油的产生，可采用下列措施：
① 调节炉壁冷却热水温度，使炉壁温度控制在要求的温度;
② 停炉前降低冷却水流量，提高炉壁温度使硅油挥发。
3、彩棒问题：
一般而言，多晶硅生产中产生的彩棒颜色一般为深灰色或是七彩色。深灰色一般是由于系统中含有氮气而生成氮化硅造成的。而七彩色一般是由于系统中 进入少量氧气而生产二氧化硅。所以这种情况下需要对回收氢气进行检查，以确定其中的氧和但的含量。如果发现含量超标，则必须使用电解氢对其进行置换，以确 保氮和氧的含量达到控制要求。
4、彩芯问题：
产生的原因基本与彩棒相同，但是这种情况下一般是由于开炉时系统置换不干净引起的，所以系统置换后必须对系统中的氮中氧和氢中氮的含量进行测量，如果测量不合格，则需要再继续进行置换，直至测量合格。
5、硅芯脱离：
即生成硅棒后发现硅芯与硅棒脱离，为有效的粘合在一起。一般产生这种现象基本上是由于在硅芯酸洗时未酸洗彻底，导致硅芯表面有氧化层。解决此类问题的方法是延长硅芯酸洗时间或是定期更换洗涤酸液。
6、倒棒问题：
倒棒问题是多晶硅生产中常见的现象，尤其是前期倒棒，许多企业为其所烦。解决此问题的方法主要是对还原炉的控制工艺进行优化，平衡炉内热场，稳 定炉内气流。另外，在安装硅芯的时候要特别注意，必须保证硅芯垂直，且石墨卡瓣固定牢固、卡瓣与硅芯接触良好，避免硅芯亮点出现。
7、爆米花问题：
爆米花问题是多晶硅还原生产中不可避免的现象，其主要是由于炉内温度过高、硅棒生长过快引起的，具体参见前文温度对还原的影响中所述。
由于其与单炉重量、电耗、生长周期等还原指标成反比，因此，对于爆米花的控制需要确定一个生产平衡点，不能因为一味的追求爆米花的长度而影响还原的其他主要指标。
8、硅芯亮点：
硅芯亮点一般是由于硅芯与石墨卡瓣接触不良而引起的。这种现象的存在主要是四个方面，一是石墨卡瓣的设计存在问题，二是石墨卡瓣的加工存在问 题，三是硅芯底部不圆或不光滑，四是在硅芯安装过程中未安装好。上述原因的存在导致硅芯与石墨卡瓣接触不良，从而产生局部电阻过大，产生的热量过多，从而 出现亮点。出现两点后，亮点处由于温度过高，导致此处硅芯熔化，在硅棒没有完全覆盖住石墨卡瓣的情况下，易出现倒芯或是倒棒现象。
9、横梁发黑变暗：
硅棒横梁发黑变暗只要是因为炉内温度过低引起的。如果在硅棒生长前期，则可以适当的增加电流的加载量来对炉内温度进行修复。如果在硅棒生长后期，则很难再进行修正，此时可以考虑提前停炉。
10、拉弧问题：
硅棒拉弧的基本原因是由于硅棒不同位置的温度差异比较大，导致此不同位置之间的硅棒电阻产生比较大的差异，在同电流的情况下就形成了不同的电压 差，这样在一定的距离间就会因为电压差的存在而发生拉弧现象。通常遇到这种情况，在现象初期，可适当降低硅棒电流，减少硅棒的电压差。如果在现象后期，则 需立刻进行紧急停炉，避免损坏电气设备。一般而言，拉弧现象多发生在硅棒的上部接近横梁处。
11、无定形硅：
对于多晶硅生产者而言，还原生产中的无定形硅是要尽可能避免的，这也曾是生产控制过程中的一个重要的控制指标。通常情况下，无定形硅是三氯氢硅 在反应温度比较低的时候生成的，其对应的生产节点是沉积速度快，生产功率比较低。也正是如此，便在生产过程中出现为了提高产量和降低能耗不对无定形硅采取 控制的生成控制方式。
另外，无定形硅还与物料中的DCS含量有关，DCS含量较高的话也会产生无定形硅，DCS含量特别高的话会产生大量的无定形硅，尤其是后期温度控制比较高时，会在短时间内造成炉内能见度迅速降低，视镜模糊变黑。一般情况下，物料中的DCS含量应控制在8%以下。
一般而言，无定形硅产生的危险性主要有以下几个方面：
A、无定形硅比较细小，成粉尘状，这样容易随着还原尾气一起进入尾气回收系统，甚至到精馏系统。这样的话，时间一长，无定形硅会在尾气回收系统和精馏系统里面沉积，尤其是阀门、法兰、塔填料及精馏塔的底部及换热器处，这样就会导致系统堵塞，并可能引起产品质量下降;
B、无定形硅的大量存在对于生产员工的身体会造成严重的伤害。这一点对于还原生产现场拆装硅棒的员工影响最大，每次在拆炉取硅棒的时候，无定形硅如同尘埃一样黑压压的到处乱飞，生产车间环境会进一步恶化，这样无定形硅就会很容易进入员工的肺内。
C、无定形硅的存在也直接反映出硅棒表面有大量的爆米花存在。无定形硅附着在这些爆米花上会形成絮状覆层，这样对下游生产就会产生不利的影响。
D、爆炸的危险，这一点只是一种推测。如果车间通风不是很好，大量的无定形硅的存在会使车间形成一个粉尘危险区，如果无定形硅形成一定的浓度，并伴随一定的氢气存在，在有火花存在的情况下，极易发生爆炸的危险。成都富士康当时发生的爆炸基本上就是抛光粉尘爆炸导致的。
所以，在多晶硅生产过程中，无定形硅的产生一定要引起企业的重视，切不可因为一时的利益驱使而产生更严重的问题。(作者：成都恒海化工技术服务有限公司 王恒)
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