硅烷是硅和氫的化合物，是一系列化合物的總稱。硅烷主要包括甲硅烷（SiH4）、乙硅烷（Si2H6）和一些高階硅氫化合物，通式為SinH2n+2。但在實際生產(chǎn)中，我們一般將甲硅烷（化學式：SiH4）稱為“硅烷”。這種部分概括可以被視為一種“明星效應”。電子級硅烷氣體主要是由硅粉、氫氣、四氯化硅、催化劑等經(jīng)過各種反應蒸餾提純而得。純度在3N至4N的稱為工業(yè)級硅烷，純度在6N以上的稱為電子級硅烷氣體。作為一種攜帶硅成分的氣源，硅烷氣體因其純度高、控制精細而成為許多其他硅源無法替代的重要特種氣體。甲硅烷通過熱解反應生成晶體硅。是目前世界上規(guī)模化生產(chǎn)粒狀單晶硅和多晶硅的方法之一。廣泛應用于微電子、光電子行業(yè)。硅烷氣體的純度會影響硅基晶體的純度。硅基晶體的純度將極大地影響下游行業(yè)產(chǎn)品的性能。主要使用電子級硅烷氣體的下游行業(yè)包括：半導體行業(yè)、顯示面板行業(yè)、光伏行業(yè)。

1、硅烷特性硅烷（SiH4）是一種無色氣體，與空氣發(fā)生反應，能引起窒息。它的同義詞是氫化硅。硅烷的化學式為SiH4，含量高達99.99%。在常溫常壓下，硅烷是一種有惡臭的有毒氣體。硅烷的熔點為-185，沸點為-112。硅烷在室溫下穩(wěn)定，但加熱到400時，會完全分解成氣態(tài)硅和氫氣。硅烷易燃易爆，在空氣或鹵素氣體中會發(fā)生爆炸燃燒。硅烷具有廣泛的用途。它除了是太陽能電池生產(chǎn)過程中將硅分子附著到電池表面的最有效方式之外，還廣泛應用于半導體、平板顯示器和鍍膜玻璃等制造工廠。硅烷是半導體工業(yè)中單晶硅、多晶硅外延片以及二氧化硅、氮化硅、磷硅酸鹽玻璃等化學氣相沉積工藝的硅源。廣泛應用于太陽能電池、硅復印機滾筒、光電傳感器、光纖以及特種玻璃的生產(chǎn)和開發(fā)等。 2、應用領域半導體行業(yè)：電子級硅烷氣體主要用于半導體行業(yè)生產(chǎn)高純度硅烷。 -通過氣相沉積的純多晶硅、二氧化硅膜、氮化硅膜、多晶硅隔離層、多晶硅歐姆接觸層以及異質(zhì)或同質(zhì)膜。用于硅外延生長的材料，以及離子注入源和激光介質(zhì)。加熱硅片表面和鄰近區(qū)域以向反應系統(tǒng)提供所需的能量?；瘜W氣相沉積薄膜中的所有材料均源自外部氣體源。原子或分子沉積在硅片表面形成薄膜。電子級硅烷氣體是化學氣相沉積中最常用的氣體之一。顯示面板行業(yè)：電子級硅烷氣體主要用于顯示面板行業(yè)TFT（薄膜晶體管）/LCD（液晶顯示器）的生產(chǎn)。 TFT/LCD 的每個像素均由集成在其自身上的TFT 控制。是活動像素。因此，它具有體積小、重量輕、輻射低、功耗低、色彩全、速度快、對比度和亮度高、屏幕可視角度大、分辨率高等優(yōu)點，是目前主流的平板顯示設備。 TFT/LCD的生產(chǎn)包括TFT陣列（包括薄膜、光刻、刻蝕）、彩色濾光片（包括黑矩陣膜、紅綠藍膜、透明導電層）、面板、模組等工藝。在薄膜工藝中，硅烷等氣體在CVD工藝（化學氣相沉積）的高頻交變電場作用下，發(fā)生離解反應，沉積在玻璃基板表面，形成絕緣層和薄膜。電子通道層耐水蒸氣和金屬離子腐蝕。歐姆接觸層、閥級絕緣層，密度高，絕緣性好。光伏行業(yè)：電子級硅烷氣體主要應用于光伏行業(yè)的晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池的生產(chǎn)過程中。商業(yè)化生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池通常采用多晶硅材料。生產(chǎn)過程中，需要通過化學氣相沉積在受光面上制作一層抗反射膜。該步驟中使用硅烷氣體。商業(yè)化生產(chǎn)的薄膜太陽能電池分為非晶硅薄膜和非晶/微晶硅疊層薄膜。后者更充分地吸收和利用陽光。在其生產(chǎn)過程中需要化學氣相沉積來生產(chǎn)薄膜。此過程需要硅烷氣體。近年來，硅烷的高科技應用不斷涌現(xiàn)，包括用于制造先進陶瓷、復合材料、功能材料、生物材料、高能材料等，成為許多新技術、新材料的基礎和新設備。 3、硅烷制備方法目前具有實用價值的硅烷制備方法主要有四種：鎂硅法、鋰硅法、氟硅法和氯硅法，下面簡單介紹一下。 1、鎂硅法該技術由日本小松公司開發(fā)，又稱日本小松技術。

首先用冶金硅粉和鎂粉合成硅化鎂，然后硅化鎂和氯化氫在液氨中反應合成硅烷：

問題：僅限于中小規(guī)模生產(chǎn)，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；氯化鎂和氨的回收非常困難。因此，廢物排放量大，成本高。 2、鋰硅法該法采用氫化鋰直接還原三氯氫硅制備硅烷。在315~425下，在熔融的氯化鋰和氯化鉀中，以氦氣為載氣，將三氯氫硅引入反應器中與氫化鋰反應得到硅烷。反應過程中必須不斷添加氯化鉀，以維持氯化鋰與氯化鉀的比例在1:1。涉及的反應如下：

問題：反應消耗大量氯化鋰和氯化鉀，材料成本高；反應條件苛刻，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

3、氟硅法

該技術采用氫化鋁鈉直接還原四氟化硅制備硅烷。它是由美國MEMC公司開發(fā)的技術。鋁粉與液態(tài)金屬鈉和氫氣反應生成氫化鋁鈉，氫化鋁鈉與四氟化硅反應生成硅烷。同時得到合成熔劑氟化鋁鈉（單晶冰晶石），可用于鋁冶煉工業(yè)和金屬冶煉。涉及的反應如下：

問題：需要巨大的投資和大量的設備；四氟化硅獲取困難，腐蝕性強，提純裝置復雜。

4、氯硅法

氯硅法實際上是以三氯氫硅為原料，通過歧化轉(zhuǎn)化得到硅烷。涉及的反應如下：

總體反應是：

該方法由美國UCC公司首先提出。其特點是可與現(xiàn)有西門子以三氯氫硅為原料的多晶硅生產(chǎn)設備組合。因此，原料易得，副產(chǎn)物四氯氫硅可回收利用，即冷加氫工藝。形成工業(yè)硅加氫閉路循環(huán)生產(chǎn)工藝。運輸成本低。但現(xiàn)有的氯硅由于上述歧化反應，轉(zhuǎn)化效率很低，總效率一般為0.1-0.2%。因此，設備投資高，物料循環(huán)量大，效率低。工業(yè)生產(chǎn)難以呈現(xiàn)良好前景。

目前國內(nèi)一些大型太陽能企業(yè)，如保定英利集團六九硅業(yè)、浙江中孚硅能源有限公司、浙江中寧硅業(yè)有限公司等，其工業(yè)化硅烷制備技術主要依靠傳統(tǒng)的硅鎂路線和氟硅路線存在副產(chǎn)物排放嚴重、成本高等問題。

改進氯硅法

上海交通大學肖文德等人開發(fā)了一種改進的氯硅法，顯著提高了三氯氫硅歧化反應的轉(zhuǎn)化效率。該技術采用的工藝直接以工業(yè)硅粉和氫氣為原料，采用三氯氫硅生產(chǎn)技術合成高純?nèi)葰涔柚虚g體（99.999%），然后采用三氯氫硅歧化技術建設600噸6N高純硅烷生產(chǎn)線試驗工廠。反應原理如下：

三氯硅烷的合成：

三氯氫硅的歧化反應：

后者產(chǎn)生的四氯化硅循環(huán)至三氯氫硅合成裝置。工業(yè)硅粉的純度要求一般在95%~99%之間。三氯氫硅的純化過程中可以除去其中的雜質(zhì)，從而得到高純度的三氯氫硅，為其歧化制備高純硅烷提供了保證。

該技術與其他技術相比具有以下優(yōu)點：

原料為工業(yè)硅粉和氫氣，全部轉(zhuǎn)化為硅烷，不生成其他產(chǎn)物。是一條清潔、環(huán)保的綠色生產(chǎn)路線；

歧化反應和精餾置于同一反應精餾塔內(nèi)，塔內(nèi)反應段和精餾段之間安裝中間冷凝器，提高了三氯氫硅的轉(zhuǎn)化率，降低了能耗；

投資少，設備簡單，工藝條件溫和；

實現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)模化生產(chǎn)的技術難點在于三氯氫硅歧化反應器的研究。

三氯氫硅的歧化反應受平衡限制，氣體平衡轉(zhuǎn)化率約為0.2%。根據(jù)歧化反應的特點（反應物和兩種產(chǎn)物的沸點之和分別為：36.5、57.6和-112），研究人員采用反應精餾技術將產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為隨著反應的進行，反應塔。并及時分離，使它們迅速離開反應位點，防止產(chǎn)物積累，降低產(chǎn)物濃度，從而打破反應平衡。因此，在反應條件下，如50，它會以氣態(tài)形式離開反應區(qū)，使反應始終朝著生成產(chǎn)物的方向進行，轉(zhuǎn)化率達到95%以上，提高了轉(zhuǎn)化率三氯硅烷。 4、市場規(guī)模目前，硅烷氣體主要應用于面板、光伏電池行業(yè)，少量應用于半導體等新材料行業(yè)。 2021年光伏行業(yè)需求量約為2100噸，面板行業(yè)需求量約為2100噸。據(jù)智研研究院數(shù)據(jù)顯示，2021年中國電池片產(chǎn)量為198GW。當年擴產(chǎn)的基本都是PERC（P型電池），采用的是硅烷氣體單側(cè)涂覆工藝。由此可以粗略計算出，每GW P型電池對應的硅烷氣體使用量約為10.6噸。 N型電池需要雙面涂層，相當于每吉瓦約21.2噸的需求量。 （1）光伏電池行業(yè)：根據(jù)光伏行業(yè)數(shù)據(jù)，2022年電池產(chǎn)量約為280GW。由于成本和下游識別過程時間問題，大多數(shù)仍將是P型電池。 2022年N型電池不會大規(guī)模生產(chǎn)，投產(chǎn)后預計光伏行業(yè)每年對硅烷氣體的需求量約為2900噸。預計2023年電池產(chǎn)量為380GW，其中P型電池PERC預計為250GW，N型電池預計滲透率為35%，預計在130GW左右。據(jù)計算，P型電池每GW需要硅烷氣體10.6噸，N型電池需要21.2噸。 2023年光伏行業(yè)對硅烷氣體的需求量約為5400噸。根據(jù)目前各國保守的規(guī)劃目標，預計2030年全球保守新增光伏裝機規(guī)模將超過1000GW，2020年光伏裝機規(guī)模將達到135GW。因此，行業(yè)年均復合增長10年的增長率約為22.17%?？紤]到目前基數(shù)較低，假設2024年增速為25%，預計2024年電池產(chǎn)量約為475GW。假設N型電池滲透率達到50%，對應的硅烷氣體需求約為7500噸。這也意味著，未來三年，硅烷氣體將享受產(chǎn)業(yè)擴張和N型電池需求增加的雙重邏輯。 （2）硅碳負極產(chǎn)業(yè)：采用CVD氣相沉積法生產(chǎn)新型硅碳負極材料，硅元素占40%~50%。生產(chǎn)1噸新型硅碳負極材料大約需要0.6噸硅烷氣體。隨著技術逐漸成熟，未來幾年將是硅碳陽極逐步取代硅和氧的過程。按照預計2023-2024年硅基陽極產(chǎn)量擴大4.5萬噸至5.6萬噸計算，新增硅碳產(chǎn)能預計為1.35萬噸至3.24萬噸。 2023年至2024年，硅烷氣對碳硅的需求量約為8000噸和19500噸。 （3）顯示面板行業(yè)：由于行業(yè)具有周期性，假設未來幾年行業(yè)需求呈下降趨勢，年均減少100噸，則2023-2024年行業(yè)需求為1,900噸/1,800噸。 (4)半導體行業(yè)：目前該領域的使用量還比較少。預計2023-2024年未來硅烷氣需求量分別約為1020噸/1620噸。目前國內(nèi)市場主要硅烷生產(chǎn)企業(yè)包括中寧硅業(yè)、內(nèi)蒙古滎陽、天鴻瑞科、江蘇中能、硅烷技術公司和其他一些公司。由于硅烷是行業(yè)內(nèi)的龍頭生產(chǎn)商，且行業(yè)內(nèi)參與者有限，因此其他生產(chǎn)商的擴張進度應該類似。因此，2023年行業(yè)總供應量約為7,450噸。

2024年，由于硅烷科技產(chǎn)能增量，預計行業(yè)總供應量將增至1.2萬噸左右。對比市場供需情況，預計2024年硅烷氣體市場缺口約為13,500-14,200噸。 五、競爭分析硅烷氣體屬于電子特種氣體的一個子類。國外巨頭對硅烷氣生產(chǎn)研究起步較早，其工藝也處于國際領先地位。目前，世界上電子級硅烷氣體的生產(chǎn)技術主要集中在美國、日本、德國等少數(shù)西方發(fā)達國家。全球范圍內(nèi)，核心甲硅烷制造商包括REC Silicon、SK Materials、林德集團、液化空氣集團和三井化學。 2021年，全球第一梯隊廠商主要包括REC Silicon、SK Materials和林德集團，第一梯隊占據(jù)約43.39%的市場份額；第二梯隊廠商包括三井化學、液化空氣和硅烷科技等，合計占比21.42%。我國硅烷產(chǎn)品過去嚴重依賴進口。隨著我國科技水平的提高，以硅烷科技為首的少數(shù)氣體企業(yè)打破了國外氣體企業(yè)對電子級硅烷氣體的壟斷。目前，我國國產(chǎn)硅烷完全可以滿足光伏太陽能、液晶顯示器、LED等領域的質(zhì)量要求。但對于一些質(zhì)量要求較高的芯片制造用戶來說，國產(chǎn)硅烷仍需在提純、檢測等方面下功夫。目前國內(nèi)擁有電子級硅烷的企業(yè)有硅烷科技、內(nèi)蒙古滎陽、中寧硅業(yè)（多氟聚合物子公司）、天宏瑞科（陜西有色天宏與美國REC的合資企業(yè)）、亞盛等多家企業(yè)。氣體。生產(chǎn)能力。