光纖用四氯化硅生產(chǎn)現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)分析

李素青

（有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100089）

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國光纖光纜行業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測分析報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2011 年以來，我國光纖光纜產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。2011 年中國光纖光纜行業(yè)產(chǎn)量僅僅為0.95 億芯公里。到了2016 年中國光纖光纜行業(yè)產(chǎn)量增長突破2 億芯公里，2011 ～2016 年期間年均增長率高達(dá)16.7%。預(yù)計2020 年國內(nèi)整體光纖的需求將達(dá)到3.48 億芯公里規(guī)模，2021 年全球光纖需求將超過6.1 億芯公里，2023 年將增長到6.5 億公里。未來五年，全世界要鋪設(shè)的光纖長度約30 億公里。本文主要闡述光纖用四氯化硅的生產(chǎn)現(xiàn)狀，并對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

1 光纖用四氯化硅技術(shù)要求

光纖用四氯化硅是光纖預(yù)制棒的主要原料，其占光纖成分總量的85% ～95%［1］。作為生產(chǎn)光纖的主要原料，四氯化硅中的金屬離子雜質(zhì)是引起光纖損耗的關(guān)鍵因素。高純四氯化硅分為外包層級和纖芯級兩個級別，為了嚴(yán)格保證光纖產(chǎn)品質(zhì)量，用于制造光纖預(yù)制棒的四氯化硅中金屬雜質(zhì)含量應(yīng)滿足表1 的技術(shù)指標(biāo)。

表1 光纖用四氯化硅中金屬雜質(zhì)含量的技術(shù)指標(biāo)

2 光纖用四氯化硅生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前我國光纖用四氯化硅大部分從德固薩公司和默克公司進(jìn)口。德固薩公司已在中國青島設(shè)有輪胎用氣相二氧化硅和橡膠填料白碳黑生產(chǎn)基地，在上海有銷售機(jī)構(gòu)。默克公司在上海設(shè)立了辦事處，專門負(fù)責(zé)對中國的高純四氯化硅銷售。國內(nèi)生產(chǎn)高純四氯化硅的企業(yè)主要有唐山三孚硅業(yè)有限責(zé)任公司、洛陽中硅高科技有限公司、湖北晶星科技股份有限公司等，但產(chǎn)能普遍較小，無法滿足光纖預(yù)制棒生產(chǎn)的要求。

我國光纖預(yù)制棒的生產(chǎn)目前已經(jīng)處于快速發(fā)展的階段，除武漢長飛光纖光纜有限公司具有批量生產(chǎn)能力外，還有浙江富通昭和光通信公司、江蘇法爾勝光子公司、亨通光電公司、烽火通信科技有限公司、海南三星等單位生產(chǎn)光纖預(yù)制棒，但大部分都使用進(jìn)口高純四氯化硅。就目前全球光纖預(yù)制棒的發(fā)展?fàn)顩r來看，以日本、美國、法國、以色列、澳大利亞為主要生產(chǎn)光纖國，全球各個國家所使用的四氯化硅大多來自德國默克、德國德固薩、日本的滕倉、住友、三菱等企業(yè)。目前國內(nèi)高純四氯化硅，尤其是用于等離子體管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法（PCVD）工藝的四氯化硅供應(yīng)基本為空白，發(fā)展光纖級四氯化硅，尤其是多晶硅企業(yè)發(fā)展光纖級四氯化硅具有廣闊的市場。

3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

電子工業(yè)用四氯化硅是通訊光纖預(yù)制棒及集成電路的主要原料。我國從2015年至今，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)打破國外技術(shù)壁壘，實現(xiàn)了電子級四氯化硅的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)等因素的制約，產(chǎn)能較小，無法滿足集成電路產(chǎn)業(yè)大量的需求，目前主要依賴于進(jìn)口。

為了緊跟先進(jìn)半導(dǎo)體材料發(fā)展的步伐，提高我國自主生產(chǎn)電子四氯化硅的能力，湖北晶星科技股份有限公司牽頭起草了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38867-2020《電子工業(yè)用四氯化硅》，本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電子工業(yè)用四氯化硅的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸及貯存。

通過制定該標(biāo)準(zhǔn)，可引領(lǐng)電子用四氯化硅規(guī)?；a(chǎn)，推動我國電子用四氯化硅的生產(chǎn)和檢測合作研發(fā)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)四氯化硅精制提純后的電子工業(yè)用四氯化硅，具體技術(shù)要求應(yīng)符合表2 的規(guī)定。

表2 技術(shù)要求

除以上雜質(zhì)外，四氯化硅中含氫的物質(zhì)或原子團(tuán)等雜質(zhì)含量也對光纖預(yù)制棒的品質(zhì)有一定的影響，這些雜質(zhì)在4000cm-1～1000cm-1紅外波段產(chǎn)生吸收峰，其透過率的高低與雜質(zhì)的含量成反比，通過測量其透過率可間接表征生產(chǎn)光纖預(yù)制棒用四氯化硅的質(zhì)量。光纖預(yù)制棒用四氯化硅相對透光率應(yīng)符合表3的要求。

表3 光纖預(yù)制棒用四氯化硅相對透光率

目前國內(nèi)多晶硅兩大生產(chǎn)技術(shù)改良西門子法及硅烷法，均副產(chǎn)四氯化硅，每生產(chǎn)1 噸多晶硅，就會產(chǎn)生18 噸～24 噸四氯化硅，將副產(chǎn)物四氯化硅提純?yōu)楣饫w級四氯化硅已成為目前行業(yè)內(nèi)重點研究方向。為規(guī)范四氯化硅交易市場，洛陽中硅高科技有限公司牽頭起草了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 1195-2017《多晶硅副產(chǎn)品 四氯化硅》。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了多晶硅副產(chǎn)品四氯化硅的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存、質(zhì)量證明書和訂貨單（或合同）內(nèi)容。該產(chǎn)品主要作為生產(chǎn)光纖四氯化硅、氣相二氧化硅、氫化生產(chǎn)三氯氫硅、有機(jī)硅和石英玻璃等產(chǎn)品的原料。本標(biāo)準(zhǔn)最核心的內(nèi)容將四氯化硅劃分為四個等級，Ⅰ級品主要用于光纖四氯化硅提純的原料，Ⅱ級品主要供氣相白炭黑的合成以及氫化轉(zhuǎn)化使用，Ⅲ級品主要用于有機(jī)硅或有機(jī)玻璃的合成等，Ⅳ級品指標(biāo)的制定主要為了解決四氯化硅殘液的運(yùn)輸問題，可用于進(jìn)一步的四氯化硅提純或者其他有機(jī)物的提取，四氯化硅技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 四氯化硅技術(shù)指標(biāo)

為了規(guī)范光纖預(yù)制棒用四氯化硅產(chǎn)品要求，強(qiáng)化光纖預(yù)制棒用四氯化硅生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制管理，減少四氯化硅生產(chǎn)行業(yè)和光纖生產(chǎn)行業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的分歧，推進(jìn)光纖產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善和發(fā)展，有研國晶輝新材料有限公司牽頭起草了地方標(biāo)準(zhǔn)DB63/T 1610-2017《光纖預(yù)制棒原料四氯化硅》，標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了光纖預(yù)制棒用高純四氯化硅在分類、技術(shù)要求、檢驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸及儲存等方面的技術(shù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中以國外同類產(chǎn)品的技術(shù)資料、產(chǎn)品說明和技術(shù)規(guī)范為依據(jù)，并結(jié)合國內(nèi)產(chǎn)品的研制、質(zhì)量水平和實際的生產(chǎn)及使用情況。

該標(biāo)準(zhǔn)最核心的內(nèi)容為光纖用四氯化硅中金屬雜質(zhì)含量的要求和質(zhì)量分級。經(jīng)過特殊的提純工藝，引起光纖損耗的過渡金屬元素雜質(zhì)容易被除去，從而使其對光纖的損耗降到最低，但在光纖預(yù)制棒沉積工藝過程中，含氫化合物很容易轉(zhuǎn)化成氫氧基離子，造成光纖損耗的增加，因此按照四氯化硅在紅外譜圖上4000cm-1～1000cm-1波數(shù)范圍內(nèi)紅外吸收峰透過率的高低將光纖用四氯化硅分為3 級。具體見表5。

表5 紅外吸收峰透過率 單位為%

光纖預(yù)制棒的制備工藝中，等離子體管內(nèi)化學(xué)氣相沉積法(PCVD)、改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法（MCVD）工藝對原料的要求較高，按照光纖用途不同，建議選擇1 級或2 級；管外水平氣相沉積法(OVD)、管外軸向氣相沉積法(VAD) 工藝由于在光纖預(yù)制棒制備過程中有特殊的脫水工藝，建議采用3 級。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的光纖用四氯化硅金屬元素含量要求見表6。

表6 金屬元素雜質(zhì)的含量 單位為ng/g

由以上分析可以看出，各標(biāo)準(zhǔn)中對光纖用四氯化硅中金屬元素雜質(zhì)含量的要求是一致的，均為≤1.0ng/g，光纖中的氫氧基離子會對光子產(chǎn)生很大的振動吸收，增加光纖的傳輸損耗，對光纖通信系統(tǒng)影響較大。

通過制定上述產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足市場的需要，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，推進(jìn)光纖產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善和發(fā)展，提高國內(nèi)企業(yè)在國際市場中的競爭力。

4 結(jié)語與建議

我國已經(jīng)成為光纖預(yù)制棒的第一大生產(chǎn)國，但生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的重要原料高純四氯化硅嚴(yán)重依賴進(jìn)口。為指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)對光纖用四氯化硅的規(guī)范生產(chǎn)，推進(jìn)光纖產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善和發(fā)展，早日實現(xiàn)光纖用四氯化硅的國產(chǎn)化，從標(biāo)準(zhǔn)化的角度考慮應(yīng)重點關(guān)注以下幾個方面：

（1）完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)實施與監(jiān)督，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化支撐保障及標(biāo)準(zhǔn)宣貫力度，適時開展行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督評價工作，提升行業(yè)的競爭力，促進(jìn)整個行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

（2）改進(jìn)提純工藝，考慮將吸附、萃取、絡(luò)合等方法與精餾過程進(jìn)行耦合來提純除雜。提高雜質(zhì)檢測分析能力，建立在線密閉取樣系統(tǒng)和分析控制系統(tǒng)。借助標(biāo)準(zhǔn)化平臺聚集優(yōu)勢資源，加強(qiáng)企業(yè)的溝通交流，適時建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在行業(yè)內(nèi)形成統(tǒng)一規(guī)范的產(chǎn)品檢測方法，提升產(chǎn)品質(zhì)量，助力行業(yè)健康有序發(fā)展。