单晶硅 （Ｓｉ）是以石英砂 （ＳｉＯ２）为原料生产的，但不是直接生产的，而是要分为三个阶
段来生产的：第一个阶段是用碳还原石英砂生产出工业硅；第二个阶段是用工业硅为原料生产
氯硅烷 （三氯氢硅或四氯化硅等），然后经过精馏提纯，再与氢气发生化学反应生产出多晶硅；
第三个阶段是以多晶硅为原料，用拉制或区熔的方法生产出单晶硅。由此可见，单晶硅的生产
流程太长、太烦琐。
克服生产流程太长、太烦琐的唯一方法就是 “简化”。单晶硅的生产流程能不能简化呢？
能，回答是肯定的。问题是怎样来简化。下面就来看看简化单晶硅生产流程的几个途径。
（１）将第一、二两个阶段合并。将第一、二两个阶段合并，也就是以石英砂 （ＳｉＯ２）为
原料直接生产多晶硅。该方法可以大大简化生产流程，降低生产成本，但由于石英砂 （ＳｉＯ２）
不易被氯化，无法生产出氯硅烷 （三氯氢硅或四氯化硅等），所以此法行不通。但石英砂
（ＳｉＯ２）可以与氟化氢 （ＨＦ）发生化学反应，生成四氟化硅 （ＳｉＦ４），然后经过吸附、精馏等
化工提纯的方法提纯，纯度合格后再用氢气还原成多晶硅。
该方法的优势是省略了工业硅生产，节约了能源，降低了成本，但该方法的中间物———四
氟化硅 （ＳｉＦ４）和尾气中的氟化氢 （ＨＦ）毒性更大，更难以治理。所以要想实施该方法，还
要进一步地研究四氟化硅 （ＳｉＦ４）和氟化氢 （ＨＦ）的治理问题。只有四氟化硅 （ＳｉＦ４）和氟
化氢 （ＨＦ）的治理技术过关，该方法才能够实施，不然，四氟化硅 （ＳｉＦ４）和氟化氢 （ＨＦ）
就会对环境带来重大危害。
（２）将第二、三两个阶段合并。将第二、三两个阶段合并，也就是以工业硅为原料，直接
生产单晶硅。该方法早在４０年前就有人提出并做了试验。其试验装置与多晶硅还原装置基本氢还原直接生长单晶硅的试验装置示意图
１—单晶硅载体；２—透明石英玻璃反应室；３—电极；４—进气管；５—尾气管；
６—冷阱；７—冷浴；８—电源；９—氯硅烷挥发器；１０—滴水漏斗；
１１—氢气进口；１２—加料管
!$)单晶硅和多晶硅都是单质的晶体硅 （Ｓｉ），不同的是，单晶硅的晶粒是按一定规律整齐排
列的，而多晶硅的晶粒与晶粒之间是无规律的、是杂乱的。
一般在还原炉里，氯硅烷 （三氯氢硅或四氯化硅等）与氢气发生化学还原反应，生成的硅
都是以一种不规则的方式沉积在硅棒上，因而形成的是多晶硅。要想获得单晶硅，就得改变这
种不规则沉积，使其成为规则沉积。只有规则沉积才有可能生产出的是单晶硅。
这种造成不规则生长的起因还不完全了解，不过可以相信，不规则生长与晶体表面温度过
高和分布不均有关；与气态原料的浓度过浓和浓度不均匀有关。
因此，用氯硅烷与氢气发生化学还原反应，直接生产单晶硅就要首先保证还原炉里，特别
是硅棒附近的气态原料的浓度不可过浓，而且浓度要均匀；要保证硅棒的表面温度要均匀，而
且要稳定在还原反应所需的范围之内。
，氯硅烷挥发器９装有氯硅烷 （三氯氢硅或四氯化硅等）；高纯氢气从氢气
进口１１进入氯硅烷挥发器９内在氯硅烷液体里鼓泡，与氯硅烷混合；与氯硅烷混合后的氢气
顺管道进入透明石英玻璃反应室２内，在高温条件下发生化学还原反应，生成的硅以规则的方
式沉积在单晶硅载体１上，形成单晶硅，反应生成的废气从尾气管５排出。像生产多晶硅一
样，单晶硅载体１会慢慢长大、长粗，最终就会变成一根单晶硅棒。
滴水漏斗１０充满水并插入氯硅烷挥发器９内。由一控制装置自动控制将水一滴滴地滴入
氯硅烷挥发器９中，与氯硅烷发生反应而使其中一部分水解生成氯化氢和硅酸。
从氯硅烷挥发器９出来的与氯硅烷混合后的氢气进入冷阱６，其目的是经过冷阱６分离掉
水解生成的氯化氢和硅酸，从而避免氯化氢和硅酸进入氯硅烷挥发器９影响氯硅烷挥发器９内
的化学反应。
氯硅烷挥发器９置于恒温冷浴７中，调节其温度、氢气流速和滴水漏斗１０的滴水速度，
可将反应气体调节到所需的最佳状态。
可以看出，该试验装置与生产多晶硅的装置基本相同，只是在工艺条件方面要细致，而且
载体１必须是单晶硅。