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　　硅烷法

　　多晶硅是半導(dǎo)體芯片的原料。過去多年，多晶硅一直由包括德國瓦克（Wacker）在內(nèi)的傳統(tǒng)七大國際生產(chǎn)商把持。光伏行業(yè)快速崛起后，其對多晶硅原料需求迅速超過半導(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)崛起中孕育出來的多晶硅巨頭。

　　保利協(xié)鑫在2006年進入多晶硅行業(yè)時，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，并開始在徐州搭建多晶硅生產(chǎn)工廠。過去七年時間，其通過設(shè)備國產(chǎn)化、自主研發(fā)設(shè)計關(guān)鍵工藝、對生產(chǎn)持續(xù)改進將成本快速降低。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，空間越來越小，到天花板了。”蔣立民告訴記者。2009年，保利協(xié)鑫開始啟動硅烷流化床項目，這是一種成本更低的技術(shù)路線。

　　從硅的轉(zhuǎn)化率來看，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到98%。改良西門子法的反應(yīng)溫度高達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)面積遠遠大于改良西門子法，亦能進一步降低能耗。而且，與改良西門子法每三天就要打開裝置相比，硅烷法可以在封閉空間內(nèi)持續(xù)反應(yīng)，持續(xù)進料和輸出產(chǎn)品。
可是這項技術(shù)卻很難掌握。硅烷流化床法在過去只被兩家企業(yè)實現(xiàn)過商業(yè)化，一家是挪威的REC，另一家是美國的MEMC，其對供應(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目，至今也有沒有解決反應(yīng)效率和產(chǎn)品純度等問題。

　　保利協(xié)鑫執(zhí)行總裁舒樺介紹，當保利協(xié)鑫決定啟動硅烷流化床項目時，內(nèi)部出現(xiàn)了不同的聲音：改良西門子法在市場中每年有幾十億的營收，坐擁高達36.4%的毛利率，在如此舒適的市場環(huán)境下為何要投幾億來冒風險？“我們有時候也比較矛盾，這個硅烷法出來，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”，呂錦標對記者說，“技術(shù)進步日新月異，要把自己的過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，整個反應(yīng)過程固體越來越多。“就像炒豆子、豆子越來越大的過程。”蔣立民如此形容。

　　其難點之一在于，顆粒硅會在生成過程中由于劇烈反應(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，會讓顆粒硅沾上雜質(zhì)而純度不高。國外現(xiàn)在通過硅烷流化床法做出的顆粒硅純度不高就是由這個原因造成的。另一難點在于，這個氣固反應(yīng)的過程中固體越來越大，如何及時地把符合標準的顆粒硅送出去，又不讓作為種 子的硅粉同時出去，也不能讓顆粒硅越積越多堵住硅烷氣進來的入口，這對流化床反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計有非常高的要求。在這個動態(tài)的反應(yīng)過程中，如何加熱、在不同段控制不同溫度，也是非常復(fù)雜的過程。

　　“任何項目攻克，最關(guān)鍵的還是人和團隊。”舒樺說。

　　舒樺介紹，保利協(xié)鑫早在2008年就在美國華盛頓州里奇蘭設(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)中心地點設(shè)在美國，就是為讓這些外籍專家有離家更近的工作地點?，F(xiàn)在這個研發(fā)團隊超過三十人。同時，中能硅業(yè)也在徐州搭建了硅烷流化床項目的專項課題組，有從半導(dǎo)體和化工行業(yè)、精密設(shè)備制造業(yè)找來的各色人才，包括此前做化工設(shè)計院的院長，團隊有二十多人。

　　硅烷流化床項目經(jīng)過前期研發(fā)后，保利協(xié)鑫決定在2009年開始做每年1000噸產(chǎn)能的中試線。這條中試線僅設(shè)計就花了2010年、2011年兩年的時間。這期間，來自設(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多個成員面臨者強度更高的工作節(jié)奏，在設(shè)計最后的五個月，課題組所有人工作時間從早八點半到晚上十點半，每天工作十四個小時，周末無休。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)的問題，課題組找到外部合作方，一起對內(nèi)壁材料進行設(shè)計，最后選擇出一種特殊材料；在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，最初討論出20多種方案，并從中挑選出一種做中試設(shè)計。

　　蔣立民在中能辦公室的書柜中，有一半的空間擺放著從中試項目試驗中做出來的一批批產(chǎn)品。如果反應(yīng)順利，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品應(yīng)該是直徑為幾毫米的顆粒硅。蔣立民的書柜里擺著長寬都超過1米的片狀硅體，體積比標準顆粒硅產(chǎn)品大了100萬倍。還有布滿小孔的超過一個拳頭的硅塊，這些都是中試試驗中生產(chǎn)出來的失敗產(chǎn)品。

　　“已經(jīng)想到試驗時會產(chǎn)生奇怪的東西，但沒有辦法想象，怎么會產(chǎn)生這么大的東西。”蔣立民拿著那塊巨大的片狀硅體對記者說。

　　2012年5月，中試項目終于成功產(chǎn)出達標的顆粒硅，且純度能夠?qū)崿F(xiàn)11個九（即99.99999999999%）。目前市場上銷售的顆粒硅產(chǎn)品純度僅為6到7個九。

　　兩年的時間進行項目設(shè)計，一年的時間搭建中試項目并成功產(chǎn)出，在硅烷流化床項目中已經(jīng)是非?？斓乃俣取５聡?、日本不少老牌多晶硅生產(chǎn)商也曾進行過硅烷流化床項目的研發(fā)，至今沒有推出技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的計劃。

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