点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术
首页> 光明科普> 视频 > 正文

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

来源:光明网2025-09-15 13:30

烈日下的沙漠腹地

一粒粒黄沙泛着微光

作为地壳中含量第二丰富的元素

硅占据着地壳总质量的26.4%

几乎遍布每一粒沙子、每一块岩石

但它的价值,远不止地球的构成材料

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

在太阳能发电与半导体领域

硅基材料的应用占比超过90%

没有高纯度的硅

就没有如今便捷的智能设备

也没有清洁的光伏能源

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

可并非所有含硅的沙子都能担此重任

“从化学成分看

沙子和高纯度硅料都是氧化硅

但是沙子本身的纯度

还不能直接利用到半导体或者是光伏”

天津大学化工学院副教授黄国强解释

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

沙粒中的硅必须经过多轮提纯

先从氧化物中提炼出单质硅

再层层提升纯度

直到达到99.9999%以上

才能用于太阳能电池

而要满足高端芯片半导体级硅的需求

纯度需突破11个9

即99.999999999%

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

黄国强用一个比喻说明了这个数字的意义

相当于要从全球人口里找出一个人

比这难度还要再高10倍

“每多一个9

它的纯度就增加9倍

相当于杂质水平就减少10倍

难度也是逐级增加的”

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

六七十年代,中国高纯硅产业规模仅十几吨

国外已达千吨级、万吨级

黄国强回忆

“当时我们还是‘小学生’

人家已经上‘研究生’了”

2000年以后

随着硅用太阳能电池迅速发展

高纯单晶硅价格一度飙至400万元/吨

是如今价格的100倍以上

“拥硅为王”的时代

中国产业只能在技术封锁中艰难求生

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

21世纪初

中国高纯硅产业深陷“三高”泥潭

高污染、高能耗、高对外依存度

“两头在外”的被动局面

压得产业喘不过气——

高端的技术和高端的装备依赖进口

产品多晶硅又依赖于出口

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

破局的钥匙

藏在天津大学几代化工人的坚守里

20世纪60年代

面对国外重水分离技术封锁

余国琮院士提出“两塔法”:

用两座精馏塔接力蒸馏

利用水与重水1.4摄氏度的沸点差

反复汽化冷凝

最终得到99.9%纯度的重水

为“两弹一星”事业立下汗马功劳

经过科研团队创新适配

成为硅提纯的“利器”

 

通过精确控制温度梯度

让硅材料中的硼、磷等杂质

在塔板间反复“筛选”

最终被去除到千亿分之一级别

一举将中国多晶硅纯度拉至国际先进水平

更具革命性的突破接踵而至

针对精馏塔串联导致的高能耗问题

科研团队发明多塔差压耦合技术

将四座精馏塔设为从低压到高压的梯度压力

仅需加热最高压塔

其产生的能量即可“带动”前序三座塔运转

最终能耗降低75%

 

面对副产物污染难题

反歧化反应技术实现“变废为宝”

让二氯二氢硅与四氯化硅通过催化反应

“归中”转化为核心原料三氯氢硅

原料利用率从75%跃升至99.8%

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

硅烷法的突破

更让中国在全球多晶硅格局中掌握主动权

此前,硅烷因遇空气自燃爆炸的风险

让众多研究机构望而却步

而一体化反应精馏制备硅烷技术的诞生

将国际多步固定床工艺简化为一步反应

不仅攻克安全难题

更实现“四降”

成本降低90%、能耗降低90%

投资降低90%、占地降低90%

 

近三年,60万吨/年的硅烷产能落地

占全球产能的90%以上

彻底打破国外垄断

如今,中国高纯硅产业

已实现从“跟跑”到“领跑”的历史性跨越

【智造未来】砂石点金 硅晶造芯——高纯硅材料提纯技术

“实现弯道超车的因素

在于我们国家的科研团队”

黄国强的话

道出产业逆袭的核心——

关键技术买不来

唯有靠自己的科研团队攻坚克难

才能让沙漠黄沙蜕变为芯片晶圆

 

天津大学化工学院的实验室里

灯光依旧明亮

中国科技正以“逢山开路、遇水架桥”的韧劲

在更多智造领域

跑出加速度

 

  《智造未来》系列科普视频每集聚焦一项近年来我国进行科研攻关的关键核心技术,通过专家访谈、实地拍摄、动画演绎等多种形式,结合多样化的表现手法,以技术的演进路线为主轴,通俗阐释其对产业变革、经济发展、社会进步的深远影响,呈现一堂永不落幕的“科学公开课”,吸引更多年轻人奔赴科技的“星辰大海”。

 

出品|中国科学技术馆

摄制|光明网

特别鸣谢|天津大学党委宣传部

天津大学化工学院

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 《中国工农红军长征胜利90周年》纪念邮票、邮品发行

  • 霜降:霜落辞秋,千山之后待春风

独家策划

推荐阅读
抵抗宏观物理破坏的“划不坏”能力,正是低功耗量子器件最重要的特质之一。
2026-10-23 04:20
2025年我国海洋生产总值突破11万亿元,占国内生产总值比重为7.9%。
2026-10-23 04:20
海洋能规模化利用迈出坚实步伐、取得积极成效。
2026-10-23 04:20
应急监测队不惧艰险、不计得失,以监测为刃、以坚守为盾。
2026-10-23 04:40
10月22日,工业和信息化部、国家发展改革委等八部门发布《产业基础能力提升“十五五”规划》。
2026-10-23 04:40
职工基本医疗保险(含生育保险)统筹基金收入14473.64亿元,城乡居民基本医疗保险统筹基金收入8554.69亿元。
2026-10-22 09:57
明确了如何衡量河湖复苏标准,如何确定河湖复苏目标,如何制定河湖复苏措施等技术要求,为指导母亲河复苏行动提供技术依据。
2026-10-22 09:48
聚焦医学人才培养的思想碰撞,正是学校探索育人新模式的一个缩影。
2026-10-22 09:47
形成覆盖重点领域、辐射全国的专精特新赋能网络,推动中小企业专精特新发展质量明显提升、专精特新“小巨人”企业持续涌现。
2026-10-22 09:46
这是我国首次提出全经济范围、包括所有温室气体的绝对量减排目标,为我国的绿色低碳转型指明了方向,提振了国际社会对全球气候治理的信心。
2026-10-22 09:43
2026年全国城市联合招聘高校毕业生秋季专场已推出新一批155场就业服务活动,包括面向人工智能、新能源、装备制造、现代服务、医疗卫生等重点行业领域的线上线下专场(校园)招聘会105场。
2026-10-22 09:44
担心被人工智能(AI)取代的员工,更容易在工作中消极怠工、迟到早退,甚至出现顺手拿走同事的午餐等人际越界行为。
2026-10-21 10:48
中国职业教育专题展上,摆着新能源汽车、港口航运、船舶焊接三个领域的未来实训中心项目。“无论实训条件和方式如何改变与优化,梳理并稳定现场关键岗位能力图谱,依然是未来实训中心的重要基石。
2026-10-21 10:48
记者日前从国家医保局了解到,医保钱包已升级到2.0版本,职工医保个人账户跨省共济功能实现全国全面落地。2.0版本的医保钱包都升级了哪些内容,谁可以使用,又如何使用呢?
2026-10-21 10:48
从基础化疗到双抗、多抗,再到抗体偶联药物(ADC),抗肿瘤新药正加速涌向临床。近日,京津冀第四届医药创新发展大会抗肿瘤新药安全与药学服务创新主题分会上,河北医科大学第四医院药学部主任冯锐用“百花齐放”形容当下的创新药格局。
2026-10-21 10:47
此次研究中,研究团队研制了一种高性能声学量子器件——高泛音体声学波谐振器。研究团队不仅让多个声学振动模式建立了这种特殊关联,还将这种关联从一个声学谐振器传递到另一个谐振器。
2026-10-21 10:47
智能科技是当前最具革命性、引领性的科技前沿,是推动新质生产力质态变革的关键力量,它不仅表现为技术层面的迭代,更体现为生产方式、产业形态和价值创造模式的系统性重构,并推动形成智能经济新形态。
2026-10-20 10:00
推进全球人工智能伦理治理,必须坚持“以人为本、向上向善”,以增进全人类共同福祉为根本目标,从技术普惠、精准治理、多元参与和全球共治四个方面协同推进,构建发展机会均等、权责边界清晰、国际协同高效的治理秩序。
2026-10-20 09:59
人民健康是民族昌盛和国家强盛的重要标志,也是中国式现代化行稳致远的根基所在。时隔十年,2026年10月,全国卫生与健康大会再次召开。回望十载征途,健康中国已从宏伟蓝图,化作大江南北触手可及的民生福祉。
2026-10-20 09:58
自然如何不被贫困“吞噬”,跨境之痛如何共担,资金如何流向正确方向——16日在亚美尼亚首都埃里温举行的生物多样性领导人峰会,就这三个问题向《生物多样性公约》第十七次缔约方大会(COP17)正式谈判传递出三个诉求:把自然保护纳入安全议程,让全球目标回应区域现实,让资金和措施真正到位。
2026-10-20 09:57
加载更多