多晶硅，是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。

多晶硅(polycrystalline silicon)有灰色金屬光澤，密度2.32~2.34g/cm3。熔點1410℃。沸點2355℃。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質(zhì)脆，切割時易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學活潑性，幾乎能與任何材料作用。具有半導體性質(zhì)，是極為重要的優(yōu)良半導體材料，但微量的雜質(zhì)即可大大影響其導電性。電子工業(yè)中廣泛用于制造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎材料。由干燥硅粉與干燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經(jīng)冷凝、精餾、還原而得。

多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學性質(zhì)、光學性質(zhì)和熱學性質(zhì)的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯;在電學性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導電性。在化學活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須通過分析測定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當代人工智能、自動控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導體器件的電子信息基礎材料。

多晶硅的生產(chǎn)技術主要為改良西門子法和硅烷法。西門子法通過氣相沉積的方式生產(chǎn)柱狀多晶硅，為了提高原料利用率和環(huán)境友好，在前者的基礎上采用了閉環(huán)式生產(chǎn)工藝即改良西門子法。該工藝將工業(yè)硅粉與HCl反應，加工成SiHCl3 ，再讓SiHCl3在H2氣氛的還原爐中還原沉積得到多晶硅。還原爐排出的尾氣H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl經(jīng)過分離后再循環(huán)利用。硅烷法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。改良西門子法和硅烷法主要生產(chǎn)電子級晶體硅，也可以生產(chǎn)太陽能級多晶硅。

西門子法是由德國Siemens公司發(fā)明并于1954年申請了專利1965年左右實現(xiàn)了工業(yè)化。經(jīng)過幾十年的應用和發(fā)展，西門子法不斷完善，先后出現(xiàn)了第一代、第二代和第三代，第三代多晶硅生產(chǎn)工藝即改良西門子法，它在第二代的基礎上增加了還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4回收氫化工藝，實現(xiàn)了完全閉環(huán)生產(chǎn)，是西門子法生產(chǎn)高純多晶硅技術的最新技術，其具體工藝流程如圖1所示。硅在西門子法多晶硅生產(chǎn)流程內(nèi)部的循環(huán)利用。

硅烷熱分解法與西門子法相比，其優(yōu)點主要在于：硅烷較易提純，含硅量較高(87.5%，分解速度快，分解率高達99%)，分解溫度較低，生成的多晶硅的能耗僅為40 kW ·h/kg，且產(chǎn)品純度高。但是缺點也突出：硅烷不但制造成本較高，而且易燃、易爆、安全性差，國外曾發(fā)生過硅烷工廠強烈爆炸的事故。因此，工業(yè)生產(chǎn)中，硅烷熱分解法的應用不及西門子法。改良西門子法目前雖擁有最大的市場份額，但因其技術的固有缺點—產(chǎn)率低，能耗高，成本高，資金投入大，資金回收慢等，經(jīng)營風險也最大。只有通過引入等離子體增強、流化床等先進技術，加強技術創(chuàng)新，才有可能提高市場競爭能力。硅烷法的優(yōu)勢有利于為芯片產(chǎn)業(yè)服務，其生產(chǎn)安全性已逐步得到改進，其生產(chǎn)規(guī)?？赡軙杆贁U大，甚至取代改良西門子法。雖然改良西門子法應用廣泛，但是硅烷法很有發(fā)展前途。與西門子方法相似，為了降低生產(chǎn)成本，流化床技術也被引入硅烷的熱分解過程，流化床分解爐可大大提高SiH4 的分解速率和Si的沉積速率。但是所得產(chǎn)品的純度不及固定床分解爐技術，但完全可以滿足太陽能級硅質(zhì)量要求，另外硅烷的安全性問題依然存在。