Актуальність проблеми

Сучасні економічні та технологічні умови вимагають нового підходу до промислового виробництва полікристалічного й монокристалічного кремнію напівпровідникової чистоти. Основні виклики:

— Висока енергозатратність і екологічне навантаження традиційних процесів
— Сировинна залежність від імпорту
— Відсутність замкнутого циклу виробництва
— Нестача компонентів для високотехнологічних і оборонних застосувань.

Стратегічні завдання:

1. Зниження енергоспоживання та собівартості
2. Відмова від дефіцитної сировини (кварцити, деревне вугілля)
3. Розширення сировинної бази за рахунок відходів, що містять вуглець
4. Підвищення механічної, термостійкої й радіаційної стійкості кремнію
5. Перехід до екологічно безпечних та замкнутих технологічних циклів.

Ключові технологічні рішення:

1. Полікремній: "Кремній з піску"

— Пряма хлоризація кварцового піску у шахтних хлораторіях з отриманням SiCl₄
— Відмова від карботермічного відновлення, синтезу HCl, гідрування SiCl₄ і низькотемпературної конденсації
— Диспропорціонування SiHCl₃ для отримання моносілану (SiH₄)
— Повний цикл регенерації хлорвмісних компонентів.

2. Піроліз моносілану

— Осадження кремнію в реакторі киплячого шару (650–850 °C, до 100% вихід)
— Виробництво гранульованого кремнію з високою чистотою без хлорних викидів
— Перехід до напівабсолютного вирощування монокристалів та дозованого живлення 3D-принтерів.

3. Вирощування та легування монокристалів

— Метод Чохральського з керуванням тепловою конвекцією (аргон/азот)
— Застосування нових легуючих елементів (галій, германій, олово, гафній)
— Усунення фантом-ефектів в процесах нанесення епітаксійних шарів
— Радіаційна стійкість і стабільність електрофізичних властивостей.

4. Спеціалізовані застосування

— Кремній з рекордно низьким вмістом кисню для силових приладів
— Нейтронне трансмутаційне легування для перетворювальної техніки (інвертори, електродвигуни, сонячні та вітроелектростанції)
— Кремній для фотоелектричних перетворювачів з підвищеним ККД, терміном служби та стійкістю до деградації
— Матеріали для термокомпенсаторів та елементів корпусів приладів.

Очікувані результати:

— Повноцінна незалежність від імпорту критичної сировини
— Значне зниження енергоспоживання і шкідливих викидів
— Високі технічні характеристики кінцевої продукції (електроніка, ВПК, космос, енергетика)
— Створення національної платформи замкнутого циклу виробництва кремнію.