Der Siemens-Prozess
Polysilizium wird im industriellen Maßstab hauptsächlich nach dem Siemens-Verfahren hergestellt. Dabei handelt es sich um einen CVD (chemische Gasphasenabscheidung)-basierten Prozess, bei dem hochreine Silangase wie Trichlorsilan (TCS) in Gegenwart von Siliziumstäben erhitzt werden. Die Siliziumstäbe werden elektrisch erwärmt und mit Graphitelektroden, manchmal auch Seed-Chucks genannt, in den Reaktor eingebaut. Das TCS zersetzt die hochreinen Siliziumablagerungen auf den erwärmten Siliziumstäben. Als Nebenprodukt werden bei diesem Prozess große Mengen an Siliziumtetrachlorid (STC) produziert. Dieses STC kann in TCS zurückverwandelt und in so genannten Konvertern in den Abscheidereaktor zurückgeführt werden.
Normalerweise wird Chlorwasserstoff (HCl)-Gas als Trägergas für diese Operationen verwendet, so dass große Mengen an HCl-Gasen vor Ort benötigt werden. SGL Carbon verfügt zudem über langjährige Erfahrung beim Aufbau von HCl-Syntheseanlagen sowie kompletten Polysilizium-Produktionsanlagen.
Der Wirbelschichtreaktor-Prozess
Ein alternativer Produktionsweg für Polysilizium ist der Wirbelschichtreaktor (Fluidized-Bed-Reactor, FBR).
Im Gegensatz zum Siemens-Prozess handelt es sich hierbei um einen kontinuierlichen Prozess mit dem Potenzial zu enormen elektrischen Energieeinsparungen.
Beim FBR-Verfahren wird feinkörniges, granulares Polysilizium in den beheizten Reaktorbehälter gepumpt und anschließend durch ausgeklügelte Gasströme in der Schwebe gehalten. Dies ist das so genannte "Wirbelbett" der Siliziumteilchen. Jetzt werden Silangase wie TCS in den Reaktor gepumpt. Bei den richtigen Temperatur- und Druckbedingungen zersetzt sich das Silangas und Silizium beginnt sich auf den kleinkörnigen Siliziumpartikeln abzuscheiden, die als Keimlingspartikel wirken. Auf diese Weise beginnen die mikroskopisch kleinen Siliziumpartikel zu wachsen. Sobald sie eine bestimmte Größe und ein bestimmtes Gewicht erreichen, fallen sie durch den Gasstrom nach unten und können im Boden des Reaktorbehälters gesammelt werden.
Komponenten
Für die Herstellung von Polysilizium werden Reaktorkomponenten aus Graphit eingesetzt, die aus verschiedenen Graphitmaterialien der SGL Carbon hergestellt werden:
Graphitelektroden
Graphitelektroden, auch Graphit-Seed-Chucks genannt, werden überwiegend aus SIGRAFINE® isostatischem Graphit hergestellt, einige Hersteller setzen auch extrudierte oder andere Feinkorngraphite ein.
STC-TCS-Konverter
STC-TCS-Konverter werden aus großformatigen Graphitblöcken hergestellt. Als Materialien können isostatische, extrudierte oder vibrationsverdichtete Feinkorngraphite verwendet werden. In vielen Fällen werden diese, zumindest in sensiblen Bereichen, mit Siliziumkarbid beschichtet.
Behälter und Konverter
Für die Isolierung dieser Konverter oder anderer Behälter, z. B. in der FBR-Produktion, wird eine Isolierung mit Graphitfilz verwendet. SGL Carbon bietet zwei verschiedene Materialien an: SIGRATHERM® Hartfilz und SIGRATHERM Weichfilz.
Strukturteile
SIGRABOND® Carbonfaserverstärkter Kohlenstoff eignet sich für große Strukturteile, wie z. B. Rohre oder auch Heizer.
Hitzeschilde, Isolierungen, flexible Auskleidungswerkstoffe und Dichtungsmaterialien
SIGRAFLEX® hochreine Folien und Platten aus expandiertem Graphit finden in der Polysiliziumherstellung Anwendung als Hitzeschilde, Isolierung, flexible Auskleidungswerkstoffe und Dichtungsmaterialien. Zudem wird SIGRAFLEX flexibler Graphit oft auch in Kombination mit SIGRATHERM Hartfilzen, SIGRABOND carbonfaserverstärkten Kohlenstoffen und SIGRAFINE synthetischen Graphiten eingesetzt.
Materialien
Unser Produktfinder für SIGRAFINE Feinkorngraphite kann Sie bei der Auswahl der richtigen Graphitsorte für Ihre Anwendung unterstützen.
