硅的循環(huán)利用
　　
　　硅是IT業(yè)的基礎(chǔ)，所有的芯片都由硅制成，除了芯片之外，硅還是制造陶瓷和太陽(yáng)能光伏電池的重要原料。芯片級(jí)多晶硅的純度級(jí)別要求達(dá)到9個(gè)“9”以上（9N～12N），而光伏電池需要的多晶硅純度級(jí)別為6個(gè)“9”（6N）。回收的硅片如何處理才能變成制造這些高純度產(chǎn)品的原料？此外，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)生成大量的副產(chǎn)物，它們還能夠利用嗎？
　　
　　硅循環(huán)利用面臨的問(wèn)題
　　
　　隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電池用多晶硅的需求以每年30%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2011年，全球的多晶硅需求量將達(dá)到8萬(wàn)噸以上，而我國(guó)目前（截至到2009年 3月）多晶硅產(chǎn)能可達(dá)2萬(wàn)噸/年，到2011年左右多晶硅產(chǎn)能將達(dá)到10萬(wàn)噸/年。無(wú)論是太陽(yáng)能電池還是硅芯片，都有一定的使用壽命，當(dāng)這些產(chǎn)品達(dá)到壽命被替換之后，如此多的硅將如何處理？循環(huán)利用是較為可行的技術(shù)方案。不過(guò)，多晶硅的價(jià)格變動(dòng)幅度很大，在2005年時(shí)，多晶硅價(jià)格僅為30美元/千克，到 2008年則一路飆升到接近500美元/千克，但今后數(shù)年內(nèi)，由于產(chǎn)能大于需求，價(jià)格可能降到100美元/千克以下，接近國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)成本（70～100美元/千克），而國(guó)外大企業(yè)的生產(chǎn)成本則僅為30美元/千克。如果硅循環(huán)利用的成本超過(guò)這個(gè)價(jià)格，企業(yè)將很難產(chǎn)生使用再生硅的熱情。推動(dòng)硅的循環(huán)利用，除了環(huán)境保護(hù)的法律制約之外，降低循環(huán)利用的成本也是一種重要的手段，這就要求科學(xué)家們開(kāi)發(fā)更便宜，更清潔的硅循環(huán)利用技術(shù)。
　　
　　廢棄電子級(jí)硅片的循環(huán)利用
　　
　　廢棄的電子級(jí)硅片主要來(lái)源于回收的舊芯片，以及在晶圓廠中報(bào)廢的產(chǎn)品，根據(jù)IBM的估計(jì)，2007年全球半導(dǎo)體業(yè)每年報(bào)廢大約300萬(wàn)片晶圓，總重量大約 180余噸。由于光伏級(jí)硅的售價(jià)暴漲，它們目前最好的出路是被用作太陽(yáng)能電池的原料，但這些硅片并不能直接拿來(lái)熔融成硅錠去制造太陽(yáng)能電池，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)經(jīng)過(guò)摻雜，還擁有金屬連線和表面氧化層，必須經(jīng)過(guò)一定的處理。通常除去硅片上電路和氧化層的方法是噴砂處理法和酸腐蝕法。噴砂處理法就是向硅片表面高速?lài)娚浒?a href='/news/search/key/%25E5%2588%259A%25E7%258E%2589.html' target='_blank'>剛玉砂等高硬度物質(zhì)，將硅片表面的電路和氧化層“打碎”并除去。酸腐蝕法就是利用氫氟酸、硝酸、乙酸配成酸腐蝕液，在對(duì)純硅損傷較小的條件下除去金屬和氧化物層等雜質(zhì)。對(duì)于那些較大的硅片，噴砂法較為適宜，而較小的硅片，酸腐蝕法處理較為合適。經(jīng)過(guò)這些處理后，硅片的純度將能夠滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池的需求。目前有多家公司在從事廢棄電子級(jí)硅片循環(huán)利用的研究和開(kāi)發(fā)工作。
　　
　　2007年，IBM報(bào)道了一項(xiàng)更先進(jìn)的廢棄硅片處理工藝，工程師們以研磨墊和水除去晶圓上的電路，所得的再生晶圓不但可以供給光伏電池使用，還能作為半導(dǎo)體生產(chǎn)線中的測(cè)試晶圓。通過(guò)采用這項(xiàng)技術(shù)，IBM在伯靈頓的工廠在2006 年就節(jié)約了50萬(wàn)美元，2007年節(jié)約130萬(wàn)美元。美國(guó)國(guó)家污染防治圓桌會(huì)議組織（NPPR）授予該工藝為“ 2007最有價(jià)值污染防治獎(jiǎng)（2007 Most Valuable Pollution Prevention Award）”。美國(guó)應(yīng)用材料（AMAT）也曾做過(guò)廢棄硅片作為測(cè)試晶圓循環(huán)利用的技術(shù)嘗試，目前它已經(jīng)在臺(tái)灣開(kāi)設(shè)工廠，引進(jìn)該公司的直徑為300mm的晶圓再利用設(shè)施，配備3個(gè)采用AMAT半導(dǎo)體工藝的潔凈室。使用該設(shè)施，AMAT可將面向LSI試制的測(cè)試晶圓的重復(fù)利用次數(shù)提高到11次。
　　
　　廢棄光伏電池用硅的循環(huán)利用
　　
　　光伏電池的生產(chǎn)和封裝過(guò)程中也會(huì)有一定的廢品率，一般為2~4%，隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式發(fā)展，在生產(chǎn)過(guò)程中損失的硅片總量會(huì)逐漸增加。同時(shí)，光伏電池也有一定的使用壽命，在它們完成自己的使命之后，也需要循環(huán)利用，以免造成沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。
　　在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的光伏電池碎片先回收銀質(zhì)小組件，再經(jīng)過(guò)處理和重新冶煉，還可以繼續(xù)作為光伏電池原料使用。廢棄的光伏電池則需先進(jìn)行拆解，然后回收。這些硅除了可以重復(fù)用于光伏電池產(chǎn)業(yè)以外，還可以制成碳化硅和氮化硅等電工和陶瓷材料。目前全球已經(jīng)有Solarworld等多家公司從事廢棄光伏電池的重復(fù)利用工作。
　　
　　多晶硅工業(yè)副產(chǎn)品的重復(fù)利用
　　
　　多晶硅的生產(chǎn)工藝主要有改良西門(mén)子法、硅烷法和物理提純法等等，其中應(yīng)用最廣泛的是改良西門(mén)子法。該方法首先用硅粉和氯化氫反應(yīng)，生成三氯硅烷（或稱(chēng)三氯硅氫），三氯硅烷經(jīng)過(guò)分餾和精餾后，得到高純?nèi)裙柰椋俦粴錃膺€原，以氣相沉積法在初始的高純多晶硅細(xì)棒上沉積生成高純硅。在這一工藝基礎(chǔ)上；采用尾氣干法回收工藝，并用回收的四氯硅烷氫化再生成三氯硅烷重復(fù)利用，可節(jié)約大量原料。不過(guò)，由于該法一次轉(zhuǎn)化率較低，全球多晶硅產(chǎn)業(yè)每年依然產(chǎn)生大量的四氯硅烷。目前流行的做法是利用四氯硅烷生產(chǎn)氣相法白炭黑（二氧化硅），這是一種高附加值的產(chǎn)品，被廣泛用于橡膠、塑料和高級(jí)涂料的填料，所生成的副產(chǎn)物氯化氫經(jīng)回收后，還可用于生產(chǎn)三氯硅烷。德國(guó)的瓦克公司和日本德山公司目前都使用這種工藝處理四氯硅烷。