自主化生產(chǎn)即將實(shí)現(xiàn) 5000噸電子級(jí)硅生產(chǎn)線投產(chǎn)

　　硅是一種隨處可見的元素，在地殼中的含量高達(dá)26.3%（僅次于氧），但高純度的單質(zhì)硅卻是一種戰(zhàn)略級(jí)別的先進(jìn)基礎(chǔ)材料，擁有著眾多獨(dú)特的性質(zhì)，符合光伏產(chǎn)業(yè)和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)元器件的獨(dú)特要求。

　　硅的電阻率與溫度有密切的關(guān)系，隨著溫度升高，電阻率會(huì)明顯變小，在1480攝氏度左右時(shí)達(dá)到最小。換句話說，在正常使用的狀態(tài)下，溫度越高，導(dǎo)電性就越強(qiáng)，這就給了光伏和半導(dǎo)體器件更多使用上的便利。

　　純凈的半導(dǎo)體材料電阻率很高，但摻入極少量雜質(zhì)元素后，其導(dǎo)電能力會(huì)發(fā)生明顯的提高。

　　因此，人們對(duì)于硅材料的純度有著極高的要求，芯片性能越高，對(duì)硅原材料的純度要求就越高，為了避免雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體材料的污染，出現(xiàn)導(dǎo)電率的重大偏差，硅料的生產(chǎn)必須在無塵環(huán)境下。在此基礎(chǔ)上可以給半導(dǎo)體摻入微量的某種特定雜質(zhì)元素，精確控制它的導(dǎo)電能力，用以制作各種各樣的半導(dǎo)體器件。

　　一般使用的單質(zhì)硅材料分為多晶硅和單晶硅兩種，它們都可以用來制作光伏電池。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)上：多晶硅晶體的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。高純度的多晶硅在單晶爐中經(jīng)過簡(jiǎn)單的熔煉后，就可以形成單晶硅（整塊材料由一個(gè)晶粒生長(zhǎng)而成），切片后供集成電路制造所用。

　　與簡(jiǎn)單的電路不同，半導(dǎo)體集成電路有信號(hào)輸入和輸出的需求，原材料需要滿足絕對(duì)的單向?qū)щ娦浴?

　　前面提到過，高純度的硅單質(zhì)幾乎是絕緣體，但是通過對(duì)高純度硅內(nèi)部混入雜質(zhì)，可以形成兩種不同類型的半導(dǎo)體：N（negative，負(fù)）型和P（positive，正）型。

　　N型硅是指在硅中摻雜微量的磷或砷，磷和砷的外層有五個(gè)電子，而硅只有四個(gè)電子，所以它們的第五個(gè)電子沒有結(jié)合鍵，可以自由移動(dòng)，因此N型硅本身是一種良好的導(dǎo)體。

　　P型硅則與N型硅相對(duì)應(yīng)，微量摻雜使用硼或鎵，它們只有三個(gè)外層電子，由于缺少一個(gè)電子，硅無法形成化學(xué)鍵，所留出的孔可以導(dǎo)電，因此在晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了“空穴”，很容易吸引電子結(jié)合。P型硅也是一種良好的導(dǎo)體。

　　將N型硅和P型硅結(jié)合起來后，它們的結(jié)合部就會(huì)產(chǎn)生奇特的性質(zhì)。

　　如果P型硅和N型硅像下圖一樣結(jié)合起來，它們就可以很好地傳播電流，N型硅中的自由電子受到電池負(fù)極驅(qū)動(dòng)，P型硅的孔則方便接受這些自由電子，孔和電子在PN結(jié)合部相遇，電子會(huì)迅速填充到這些孔中，形成平衡，在結(jié)合部產(chǎn)生電流。

　　但如果把P型硅和N型硅的位置轉(zhuǎn)換過來，N型硅中的電子會(huì)被吸引到正極，而P型硅中的正電子會(huì)被吸引到負(fù)極，結(jié)合部中幾乎不產(chǎn)生電流，整個(gè)電路就無法有效傳導(dǎo)任何電流。

　　也就是說，PN型硅的結(jié)合體在一個(gè)方向允許電子的傳輸，而在另一個(gè)方向上阻止電流通過，類似于地鐵站中的驗(yàn)票機(jī)——我們稱之為單向?qū)щ娦浴?

　　基于這種邏輯，人類發(fā)明了二極管，構(gòu)建了現(xiàn)代集成電路的宏偉技術(shù)大廈。

　　為了盡可能精確地控制半導(dǎo)體分立器件的物理性質(zhì)，基礎(chǔ)硅原料單單具備光伏級(jí)的純度是不夠的。

　　中國(guó)在前幾年曾經(jīng)大力扶持發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，使得光伏級(jí)多晶硅的產(chǎn)量迅速攀升，目前的產(chǎn)能已經(jīng)有些過剩。而電子級(jí)多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與光伏級(jí)多晶硅差別極大，對(duì)精細(xì)化工水平有著極高的要求。

　　相比光伏級(jí)多晶硅99.9999%的純度，電子級(jí)多晶硅的純度要求達(dá)到99.999999999%。更高的純度意味著更加復(fù)雜的生產(chǎn)和提煉過程，“11個(gè)9”的純度，相當(dāng)于5000噸的電子級(jí)多晶硅中總的雜質(zhì)含量?jī)H有不到一枚1元硬幣的重量。

　　這使得光伏級(jí)多晶硅的生產(chǎn)工藝基本無法起到借鑒作用，難以通過技術(shù)升級(jí)直接轉(zhuǎn)化為電子級(jí)生產(chǎn)線，也就是說需要另起鍋爐才能造出滿足需求的產(chǎn)品。

　　根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)電子級(jí)多晶硅的年度需求大約是4500噸，總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及光伏級(jí)多晶硅，但利潤(rùn)空間極大。

　　從近年的發(fā)展?fàn)顩r來看，多晶硅產(chǎn)業(yè)鏈在中國(guó)得到長(zhǎng)足發(fā)展，在全球市場(chǎng)上已然占據(jù)不小的比例，但技術(shù)上仍然不夠先進(jìn)，電子級(jí)多晶硅仍然依賴進(jìn)口。

　　如果這一狀況無法得到改變，這種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料的缺失會(huì)讓中國(guó)電子制造領(lǐng)域的追趕化為空談。

　　電子級(jí)多晶硅是純度最高的多晶硅材料，中國(guó)電子級(jí)多晶硅的投產(chǎn)，不僅打破了國(guó)外技術(shù)的壟斷，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)電子級(jí)原材料生產(chǎn)的空白，也意味著中國(guó)很快將成為美國(guó)德國(guó)之后全球第三大電子級(jí)硅材料生產(chǎn)國(guó)。

　　經(jīng)過一系列嚴(yán)格的驗(yàn)證、檢測(cè)，近日，中國(guó)一批電子級(jí)多晶硅成功出口韓國(guó)，這是中國(guó)首次向國(guó)際市場(chǎng)出口電子級(jí)多晶硅材料，標(biāo)志著中國(guó)半導(dǎo)體集成電路用硅料已經(jīng)達(dá)到國(guó)際一流質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前中國(guó)投產(chǎn)的第一條生產(chǎn)線的產(chǎn)能為5000噸，可保證國(guó)內(nèi)企業(yè)近年內(nèi)電子級(jí)原材料供應(yīng)充足，產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿足40nm及以下極大規(guī)模集成電路用12英寸單晶制造需求，并少量出口。

　　同時(shí)，中國(guó)還規(guī)劃在未來增設(shè)兩條5000噸生產(chǎn)線，以更好地滿足國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并由此一躍成為世界第一的電子級(jí)硅原料生產(chǎn)國(guó)，徹底擺脫受制于人的局面。