再一个降低多晶硅成本的途径是加大载体芯的直径犇１。
!$'载体芯 （硅棒芯）最初时很细，一般直径只有３～５ｍｍ，而且也并非都是由硅制成的，也
有用金属钼制得的。因此，习惯上最初时的载体并不称为棒，而称为芯。用硅拉制而成的称为
硅芯，用金属钼制得的称为钼芯。
由于钼芯不是硅，产品使用时需要去掉，因此，计算每炉的多晶硅产量时要减去钼芯的重
量。虽然硅芯本身就是结晶的高纯硅，使用时不用去掉，计算产量时也可以将硅芯一起计算进
去，但这样计算出来的产量不是真正的净产量，而只能是毛产量，其原因很简单，因为硅芯是
预先成型后装入还原炉的，不是在该炉制备出的产品。因此，计算净产量时，也要减去硅棒芯
部的重量。其计算净产量可由下式算得：
犕１＝犇２２π犔ρ／４－犇２１π犔ρ／４ （１０３）
上式可简化为：
犕１＝犔πρ（犇２２－犇２１）／４ （１０４）
式中 犕１———多晶硅的净产量，ｋｇ；
犔———还原炉内硅棒的全长，ｍ；
ρ———多晶硅的密度，ｋｇ／ｍ３；
犇２———硅棒生长后 （硅棒最终）的外径，ｍ；
犇１———硅棒生长前 （载体芯）的外径，ｍ。
从上式中可以看出，多晶硅的净产量 犕１ 不仅与载体硅棒的最终直径犇２、还原炉内硅棒
的全长犔、多晶硅的密度ρ及圆周率π有关系，而且与硅棒生长前 （载体芯）犇１ 的外径也有
关系。单从出炉的硅棒的本身来看，硅棒生长前 （载体芯）犇１ 的外径越大，多晶硅的毛产量
与净产量犕１ 差值越大，净产量犕１ 也就越小。但要是从提高产率、降低多晶硅的生产成本来
看，正好相反，硅棒生长前 （载体芯）犇１ 的外径越大，单位时间里的产率越高，多晶硅的生
产成本也越低。
其道理很简单，因为在还原炉里，最初还原生成的多晶硅是沉积在载体芯的外表面上的，
而且在单位时间内，其厚度沉积速率δ１ 基本相同，所以载体芯的直径犇１ 的大小直接决定了最
初时的多晶硅沉积量，也影响了平均每小时的多晶硅产量 （表１０１）。
表１０１ 载体芯的直径犇１ 与多晶硅净产量 犕１ 的关系
载体芯
直径／ｍｍ
１ｈ １０ｈ １００ｈ
产量／ｋｇ 直径／ｍｍ 产量／ｋｇ 直径／ｍｍ 产量／ｋｇ 直径／ｍｍ
５ｍｍ ０．０２２ ５．２ ０．２６３ ７．０ ６．５８５ ２５．０
１０ｍｍ ０．０４４ １０．２ ０．４８３ １２．０ ８．７７９ ３０．０
２０ｍｍ ０．０８８ ２０．２ ０．９２２ ２２．０ １３．１６９ ４０．０
５０ｍｍ ０．２２０ ５０．２ ２．２３９ ５２．０ ２６．３３８ ７０．０
１００ｍｍ ０．４３９ １００．２ ４．４３４ １０２．０ ４８．２８７ １２０．０
注：还原炉内硅棒的全长犔为６ｍ，厚度沉积速率δ１ 为０．１ｍｍ，密度为２３３０ｋｇ／ｍ３。
从表１０１中可以看出，硅棒是随时间增长的，时间越长，载体芯直径犇１ 越大，多晶硅净
产量犕１ 也越大。同样的还原炉 （内硅棒的全长犔为６ｍ，厚度沉积速率δ１ 为０．１ｍｍ，密度为
２３３０ｋｇ／ｍ３），同样生长１００ｈ，当载体芯直径犇１ 为５ｍｍ 时，多晶硅净产量 犕１ 是６．５８５ｋｇ，
而当载体芯直径犇１ 为１００ｍｍ时，多晶硅净产量犕１ 可达４８．２８７ｋｇ，其后者是前者的７倍多。
也就是说，同等的条件下，采用１００ｍｍ载体芯的还原炉完全可以顶七台采用５ｍｍ载体芯的
还原炉来使用。可见，加大载体芯的直径犇１ 是增加多晶硅产量的一个很好的途径。
问题是怎样来加大载体芯的直径犇１ 呢？
（１）采用切割的硅条作载体芯。一般还原炉中的硅芯是采用拉芯炉拉制的，也有的是采用
!$(基座拉晶法制造的。所制成的硅芯一般是直径在５ｍｍ 左右的细硅芯。如果要制成粗的硅芯，
就需要改造或更换设备。这不仅需要增加费用，而且还增加了难度。
如果采用切割法制作硅芯就简单多了。该方法可以加大载体芯的直径 犇１，它是将合
格的多晶硅棒或单晶硅棒用线式切割机切成１０ｍｍ×１０ｍｍ 或更大截面的方形的细长棒，
然后在区熔炉内走一次，使其成为均匀的圆棒。如果棒太短，还可以在区熔炉内熔接成
长棒。
其实，方形截面的长硅棒也可以作为载体芯，如果所切成的方棒长度能够满足要求，就可
以直接装入还原炉使用了，没有必要再进区熔炉内走一次了。
（２）采用钼管作载体芯。从上述的情况可以得知，要想加大载体芯的直径犇１ 很简单，只
要将原来的细芯改为粗芯即可，但改为粗芯后，载体芯的截面增大了，电阻变小了，从而使初
始的加热功率变大，如果载体芯的直径犇１ 改变较大，原来加热所用的电器就不适用了。由此
看来，细芯改为粗芯，多晶硅净产量 犕１ 是可以提高了，但耗电增多了，电器的功率不够了，
原来加热所用的电器需要改变，甚至更换。更换电器是需用大笔费用的，这不但不会降低多晶
硅的生产成本，反而增加了成本。
怎样才能够做到，既不增加电器的功率，又可加大载体芯的直径犇１ 呢？
如果载体芯是硅芯，要想做到既不增加电器的功率，又可加大载体芯的直径犇１ 难度较
大，但如果载体芯采用钼芯就容易了，只要把实体的钼芯改为中空的管状钼芯即可。如果管状
钼芯的截面面积与原来实体钼芯的截面面积相等或相差不多，就不会增多耗电，也就没有必要
再改变原有的电器了。
可以说，采用钼管作载体芯是加大载体芯的直径犇１ 最简单、最可行的方法。
