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　　硅烷法

　　多晶硅是半導(dǎo)體芯片的原料。過(guò)去多年，多晶硅一直由包括德國(guó)瓦克（Wacker）在內(nèi)的傳統(tǒng)七大國(guó)際生產(chǎn)商把持。光伏行業(yè)快速崛起后，其對(duì)多晶硅原料需求迅速超過(guò)半導(dǎo)體?，F(xiàn)在多晶硅應(yīng)用中，90%用于光伏，只有10%用于半導(dǎo)體。保利協(xié)鑫則是光伏業(yè)崛起中孕育出來(lái)的多晶硅巨頭。

　　保利協(xié)鑫在2006年進(jìn)入多晶硅行業(yè)時(shí)，最成熟的技術(shù)是改良西門子法，這一技術(shù)也擁有成熟且公開(kāi)的設(shè)備供應(yīng)商。保利協(xié)鑫在多晶硅行業(yè)零積累的背景下，選擇了改良西門子法，并開(kāi)始在徐州搭建多晶硅生產(chǎn)工廠。過(guò)去七年時(shí)間，其通過(guò)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、自主研發(fā)設(shè)計(jì)關(guān)鍵工藝、對(duì)生產(chǎn)持續(xù)改進(jìn)將成本快速降低。2008年保利協(xié)鑫多晶硅生產(chǎn)成本還是每公斤66美元，現(xiàn)在已經(jīng)降到每公斤17美元。

　　“改良西門子法成本再要下降，空間越來(lái)越小，到天花板了。”蔣立民告訴記者。2009年，保利協(xié)鑫開(kāi)始啟動(dòng)硅烷流化床項(xiàng)目，這是一種成本更低的技術(shù)路線。

　　從硅的轉(zhuǎn)化率來(lái)看，改良西門子法在還原爐中的一次轉(zhuǎn)化率只有10%，硅烷流化床法能夠達(dá)到98%。改良西門子法的反應(yīng)溫度高達(dá)1100度，硅烷流化床的反應(yīng)溫度為500到600度，后者能耗也更低。硅烷法的反應(yīng)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于改良西門子法，亦能進(jìn)一步降低能耗。而且，與改良西門子法每三天就要打開(kāi)裝置相比，硅烷法可以在封閉空間內(nèi)持續(xù)反應(yīng)，持續(xù)進(jìn)料和輸出產(chǎn)品。
可是這項(xiàng)技術(shù)卻很難掌握。硅烷流化床法在過(guò)去只被兩家企業(yè)實(shí)現(xiàn)過(guò)商業(yè)化，一家是挪威的REC，另一家是美國(guó)的MEMC，其對(duì)供應(yīng)商和工藝流程的保密性要求都極高。即便是做得最成功的項(xiàng)目，至今也有沒(méi)有解決反應(yīng)效率和產(chǎn)品純度等問(wèn)題。

　　保利協(xié)鑫執(zhí)行總裁舒樺介紹，當(dāng)保利協(xié)鑫決定啟動(dòng)硅烷流化床項(xiàng)目時(shí)，內(nèi)部出現(xiàn)了不同的聲音：改良西門子法在市場(chǎng)中每年有幾十億的營(yíng)收，坐擁高達(dá)36.4%的毛利率，在如此舒適的市場(chǎng)環(huán)境下為何要投幾億來(lái)冒風(fēng)險(xiǎn)？“我們有時(shí)候也比較矛盾，這個(gè)硅烷法出來(lái)，要革自己的命。改良西門子法我們已經(jīng)做到最優(yōu)了。但技術(shù)進(jìn)步就是這樣，這條線革上條線的命，這代技術(shù)革上一代技術(shù)的命”，呂錦標(biāo)對(duì)記者說(shuō)，“技術(shù)進(jìn)步日新月異，要把自己的過(guò)去和追趕者一起甩掉。”

　　硅烷流化床法的原理是，成份是四氫化硅的硅烷氣在流化床的反應(yīng)器中，跟特別細(xì)碎的種 子硅粉發(fā)生氣固反應(yīng)，在高溫下，硅烷氣分解成硅和氫氣，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程固體越來(lái)越多。“就像炒豆子、豆子越來(lái)越大的過(guò)程。”蔣立民如此形容。

　　其難點(diǎn)之一在于，顆粒硅會(huì)在生成過(guò)程中由于劇烈反應(yīng)而不停地撞到流化床反應(yīng)爐的內(nèi)壁，如果內(nèi)壁材料選用得不好，會(huì)讓顆粒硅沾上雜質(zhì)而純度不高。國(guó)外現(xiàn)在通過(guò)硅烷流化床法做出的顆粒硅純度不高就是由這個(gè)原因造成的。另一難點(diǎn)在于，這個(gè)氣固反應(yīng)的過(guò)程中固體越來(lái)越大，如何及時(shí)地把符合標(biāo)準(zhǔn)的顆粒硅送出去，又不讓作為種 子的硅粉同時(shí)出去，也不能讓顆粒硅越積越多堵住硅烷氣進(jìn)來(lái)的入口，這對(duì)流化床反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有非常高的要求。在這個(gè)動(dòng)態(tài)的反應(yīng)過(guò)程中，如何加熱、在不同段控制不同溫度，也是非常復(fù)雜的過(guò)程。

　　“任何項(xiàng)目攻克，最關(guān)鍵的還是人和團(tuán)隊(duì)。”舒樺說(shuō)。

　　舒樺介紹，保利協(xié)鑫早在2008年就在美國(guó)華盛頓州里奇蘭設(shè)立研發(fā)中心，吸引行業(yè)內(nèi)最頂尖的外籍專家加入，從事改良西門子法的系統(tǒng)優(yōu)化和硅片技術(shù)創(chuàng)新。研發(fā)中心地點(diǎn)設(shè)在美國(guó)，就是為讓這些外籍專家有離家更近的工作地點(diǎn)。現(xiàn)在這個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)超過(guò)三十人。同時(shí)，中能硅業(yè)也在徐州搭建了硅烷流化床項(xiàng)目的專項(xiàng)課題組，有從半導(dǎo)體和化工行業(yè)、精密設(shè)備制造業(yè)找來(lái)的各色人才，包括此前做化工設(shè)計(jì)院的院長(zhǎng)，團(tuán)隊(duì)有二十多人。

　　硅烷流化床項(xiàng)目經(jīng)過(guò)前期研發(fā)后，保利協(xié)鑫決定在2009年開(kāi)始做每年1000噸產(chǎn)能的中試線。這條中試線僅設(shè)計(jì)就花了2010年、2011年兩年的時(shí)間。這期間，來(lái)自設(shè)備和工藝領(lǐng)域的各門類專家都集中到中能。中能課題組的20多個(gè)成員面臨者強(qiáng)度更高的工作節(jié)奏，在設(shè)計(jì)最后的五個(gè)月，課題組所有人工作時(shí)間從早八點(diǎn)半到晚上十點(diǎn)半，每天工作十四個(gè)小時(shí)，周末無(wú)休。2011年春節(jié)放假三天后，大年初三的早上，課題組成員就全部到中能開(kāi)始工作。

　　為解決顆粒硅沾上流化床反應(yīng)爐內(nèi)壁雜質(zhì)的問(wèn)題，課題組找到外部合作方，一起對(duì)內(nèi)壁材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后選擇出一種特殊材料；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，最初討論出20多種方案，并從中挑選出一種做中試設(shè)計(jì)。

　　蔣立民在中能辦公室的書(shū)柜中，有一半的空間擺放著從中試項(xiàng)目試驗(yàn)中做出來(lái)的一批批產(chǎn)品。如果反應(yīng)順利，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品應(yīng)該是直徑為幾毫米的顆粒硅。蔣立民的書(shū)柜里擺著長(zhǎng)寬都超過(guò)1米的片狀硅體，體積比標(biāo)準(zhǔn)顆粒硅產(chǎn)品大了100萬(wàn)倍。還有布滿小孔的超過(guò)一個(gè)拳頭的硅塊，這些都是中試試驗(yàn)中生產(chǎn)出來(lái)的失敗產(chǎn)品。

　　“已經(jīng)想到試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生奇怪的東西，但沒(méi)有辦法想象，怎么會(huì)產(chǎn)生這么大的東西。”蔣立民拿著那塊巨大的片狀硅體對(duì)記者說(shuō)。

　　2012年5月，中試項(xiàng)目終于成功產(chǎn)出達(dá)標(biāo)的顆粒硅，且純度能夠?qū)崿F(xiàn)11個(gè)九（即99.99999999999%）。目前市場(chǎng)上銷售的顆粒硅產(chǎn)品純度僅為6到7個(gè)九。

　　兩年的時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，一年的時(shí)間搭建中試項(xiàng)目并成功產(chǎn)出，在硅烷流化床項(xiàng)目中已經(jīng)是非常快的速度。德國(guó)、日本不少老牌多晶硅生產(chǎn)商也曾進(jìn)行過(guò)硅烷流化床項(xiàng)目的研發(fā)，至今沒(méi)有推出技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的計(jì)劃。

　　在多晶硅行業(yè)中已經(jīng)有數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)的老專家，也覺(jué)得保利協(xié)鑫的速度“不可理喻”。在前期研究工作做完后，畫(huà)出工藝流程圖在老專家看來(lái)需要三個(gè)月。蔣立民當(dāng)時(shí)定下的時(shí)間是一個(gè)月，最終工藝流程圖也是一個(gè)月畫(huà)完了。
“我們工作的節(jié)奏和方式是，可以八小時(shí)外、周末全部用來(lái)工作，也感染了外聘的專家和協(xié)作單位。他們本來(lái)的理念是不加班，后來(lái)也跟著我們周末一起工作。”蔣立民說(shuō)。