中国光伏20年:江湖风云录(八)

2021年03月22日 9:46 5968次浏览 来源:   分类: 光伏   作者:

缘起:光伏诞生
(19世纪~20世纪60年代)

7.多晶硅技术争鸣

虽然以半导体行业的发展为起点,但是在这个时期,多晶硅制备技术已经实现了重大突破且持续实现新的发展。无论是锌还原法、提拉法、贝尔法,还是四氯化硅氢还原法(贝尔法),在多晶硅行业发展的初期属于百家争鸣、各显神通的宝贵阶段,新的火花不断迸发,新的思路也备受关注。

1956年,法国科学家倍西内以三氯氢硅在钽管上沉积后能够得到多晶硅,这种方法也被称为倍西内法。沉积所得的多晶硅可以用来拉制单晶硅,或者在石英管内反应后可以用制得的针状硅来拉制单晶硅。

1956年,英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷热分解制备多晶硅的技术,这样就是业内常说的硅烷法。

1959年,日本的时冢研究所也成功开发出了该方法。

这里有一个颇为重要的节点,这个节点就是1954年德国的西门子(Siemens)公司发明了西门子法生产多晶硅,该方法制备多晶硅对当前多晶硅行业都有巨大影响。西门子法的原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅,生成多晶硅沉积在硅芯上。这种方法问世2年后,工业化生产也随之实现,但是值得注意的是,当时,技术转化率低、副产品(如四氯化硅)排放污染严重等方面的问题还是亟待解决。

1956年,到了21世纪都可以堪称最为著名且“长寿”的德国瓦克公司在西门子法的基础上引入了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,并于1959年成功工业化生产,实现了生产过程中的闭环循环,该生产过程既可以避免剧毒的副产品直接排放导致的环境污染,也能实现原料的循环利用,极大地降低了生产成本,迈出了改良西门子法的第一步。因此,改良西门子法又被称为“闭环西门子法”,经过多代改进革新,经历了湿法回收、干法回收、TCS合成、热氢化、冷氢化、二氯二氢硅反畸化等技术不断更替完善,至今仍是多晶硅生产的主流工艺。

1957年,美国道康宁公司(Dow Corning Corporation)投资组建了赫姆洛克(Hemlock),并于1960年在美国密西根州建成第一家工厂,1961年开始生产多晶硅,也采用改良西门子法。

朝鲜战争爆发后,美国人开始扶持日本,日本人第一次进入半导体工业领域。1958年,日本北辰电气研制出MD-2A磁鼓存储器,容量64K,每分钟转速10000转。1959年,日本三菱材料开始着手进行半导体用高纯硅的研究,并在1967年成立高纯度硅株式会社(后来的三菱综合材料多晶硅株式会社),并投建多晶硅生产处,产能1600吨。

19世纪60年代就发明了锌还原法的杜邦公司,是最早尝试使用三氯氢硅流化床工艺制备电子级高纯硅的公司,并于1961年申请了TCS为原料在流化床内生产颗粒多晶硅的专利,但是并没有实现工业化。

8.中国硅产业初启

上世纪30年代,苏联科学家开始在半导体物理方面取得巨大成就,除了理论研究,还在工程实践中进行了广泛尝试。但是,目前能够搜集到的关于苏联硅产业发展的资料可谓凤毛麟角,但却在现实中给予我国硅产业初探以重要指引。或许正如1976年的一篇论文所说:“长期以来,苏联的半导体技术对外严加封锁。国外资料虽有一些报道,但量少而零碎,且由于目的不同而评价各异。因而要全面地反映苏联的半导体技术是困难的。”而在中国,硅产业的发展始于半导体行业。从起点看,和美国只相差几年,和日日本几乎同步。

新中国成立时,我国只有屈指可数的几个有线电、无线电工厂,工人3000人,旧式机床不到1000台,生产能力和技术水平几乎为零。1950年抗美援朝战争爆发后,为解决军队电子通信问题,国家成立电信工业管理局。随后在全国第一次电信工业会议上,筹建电子管、无线电元件和交换机生产厂的动议被正式提出来,并很快得到批准。

1951年10月底,中苏第二届商务谈判在莫斯科举行,中方代表团成员向当时与中国关系密切的苏方探寻援建电子管、无线电元件和交换机生产厂的可行性。但是,电子管厂和交换机厂的动议顺利通过,电子元件厂却被苏方拒绝。年底,时任电信工业局科技处处长罗沛霖奔赴东德与时任东德重工业部部长齐勒会谈引进电子管技术事宜。

1952年,民主德国方面尽最大努力,给中国提供了种类和规格繁多的产品。经过挑选,我国最终确定引进18家单位的80多项产品,初步核算需要1.4亿元。在当时,10元钱就可以满足1个人1个月的开销。

随后,中国在北京酒仙桥筹建了北京电子管厂(今北京京东方公司前身,是当时亚洲最大的电子管厂),由民主德国提供技术援助。该厂总投资1亿元,年产电子管1220万个,是亚洲最大的电子管厂。除此之外,酒仙桥还建立了规模庞大的北京电机总厂、华北无线电器材联合厂(下辖706707718751797798厂)、北京有线电厂(738厂)及华北光电技术研究所等单位。同时,中国科学院半导体研究所、冶金工业部有色金属研究院、天津电子部46所等单位成立起来,以专门加强对于相关材料领域的研究。

责任编辑:张雪卉

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