光纖用四氯化硅生產現狀及標準分析

李素青

（有色金屬技術經濟研究院有限責任公司，北京 100089）

據前瞻產業研究院發布的《中國光纖光纜行業發展前景與投資預測分析報告》統計數據顯示，2011 年以來，我國光纖光纜產量呈現逐年增長的趨勢。2011 年中國光纖光纜行業產量僅僅為0.95 億芯公里。到了2016 年中國光纖光纜行業產量增長突破2 億芯公里，2011 ～2016 年期間年均增長率高達16.7%。預計2020 年國內整體光纖的需求將達到3.48 億芯公里規模，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現狀，并對相關標準進行分析。

1 光纖用四氯化硅技術要求

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

表1 光纖用四氯化硅中金屬雜質含量的技術指標

2 光纖用四氯化硅生產現狀

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口。德固薩公司已在中國青島設有輪胎用氣相二氧化硅和橡膠填料白碳黑生產基地，在上海有銷售機構。默克公司在上海設立了辦事處，專門負責對中國的高純四氯化硅銷售。國內生產高純四氯化硅的企業主要有唐山三孚硅業有限責任公司、洛陽中硅高科技有限公司、湖北晶星科技股份有限公司等，但產能普遍較小，無法滿足光纖預制棒生產的要求。

我國光纖預制棒的生產目前已經處于快速發展的階段，除武漢長飛光纖光纜有限公司具有批量生產能力外，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光纖預制棒，但大部分都使用進口高純四氯化硅。就目前全球光纖預制棒的發展狀況來看，以日本、美國、法國、以色列、澳大利亞為主要生產光纖國，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。目前國內高純四氯化硅，尤其是用于等離子體管內化學氣相沉積法（PCVD）工藝的四氯化硅供應基本為空白，發展光纖級四氯化硅，尤其是多晶硅企業發展光纖級四氯化硅具有廣闊的市場。

3 相關標準分析

電子工業用四氯化硅是通訊光纖預制棒及集成電路的主要原料。我國從2015年至今，國內企業已經打破國外技術壁壘，實現了電子級四氯化硅的產業化生產，但由于缺乏標準等因素的制約，產能較小，無法滿足集成電路產業大量的需求，目前主要依賴于進口。

為了緊跟先進半導體材料發展的步伐，提高我國自主生產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準GB/T 38867-2020《電子工業用四氯化硅》，本標準中規定了電子工業用四氯化硅的技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志、運輸及貯存。

通過制定該標準，可引領電子用四氯化硅規模化生產，推動我國電子用四氯化硅的生產和檢測合作研發。本標準適用于工業四氯化硅精制提純后的電子工業用四氯化硅，具體技術要求應符合表2 的規定。

表2 技術要求

除以上雜質外，四氯化硅中含氫的物質或原子團等雜質含量也對光纖預制棒的品質有一定的影響，這些雜質在4000cm-1～1000cm-1紅外波段產生吸收峰，其透過率的高低與雜質的含量成反比，通過測量其透過率可間接表征生產光纖預制棒用四氯化硅的質量。光纖預制棒用四氯化硅相對透光率應符合表3的要求。

表3 光纖預制棒用四氯化硅相對透光率

目前國內多晶硅兩大生產技術改良西門子法及硅烷法，均副產四氯化硅，每生產1 噸多晶硅，就會產生18 噸～24 噸四氯化硅，將副產物四氯化硅提純為光纖級四氯化硅已成為目前行業內重點研究方向。為規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標準YS/T 1195-2017《多晶硅副產品 四氯化硅》。標準中規定了多晶硅副產品四氯化硅的要求、試驗方法、檢驗規則及標志、包裝、運輸、貯存、質量證明書和訂貨單（或合同）內容。該產品主要作為生產光纖四氯化硅、氣相二氧化硅、氫化生產三氯氫硅、有機硅和石英玻璃等產品的原料。本標準最核心的內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化使用，Ⅲ級品主要用于有機硅或有機玻璃的合成等，Ⅳ級品指標的制定主要為了解決四氯化硅殘液的運輸問題，可用于進一步的四氯化硅提純或者其他有機物的提取，四氯化硅技術指標見表4。

表4 四氯化硅技術指標

為了規范光纖預制棒用四氯化硅產品要求，強化光纖預制棒用四氯化硅生產企業的質量控制管理，減少四氯化硅生產行業和光纖生產行業對產品質量的分歧，推進光纖產業鏈的不斷完善和發展，有研國晶輝新材料有限公司牽頭起草了地方標準DB63/T 1610-2017《光纖預制棒原料四氯化硅》，標準中明確規定了光纖預制棒用高純四氯化硅在分類、技術要求、檢驗方法、檢驗規則、標志、包裝、運輸及儲存等方面的技術要求。該標準在制定過程中以國外同類產品的技術資料、產品說明和技術規范為依據，并結合國內產品的研制、質量水平和實際的生產及使用情況。

該標準最核心的內容為光纖用四氯化硅中金屬雜質含量的要求和質量分級。經過特殊的提純工藝，引起光纖損耗的過渡金屬元素雜質容易被除去，從而使其對光纖的損耗降到最低，但在光纖預制棒沉積工藝過程中，含氫化合物很容易轉化成氫氧基離子，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波數范圍內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%

光纖預制棒的制備工藝中，等離子體管內化學氣相沉積法(PCVD)、改進化學氣相沉積法（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) 工藝由于在光纖預制棒制備過程中有特殊的脫水工藝，建議采用3 級。

本標準規定的光纖用四氯化硅金屬元素含量要求見表6。

表6 金屬元素雜質的含量 單位為ng/g

由以上分析可以看出，各標準中對光纖用四氯化硅中金屬元素雜質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生很大的振動吸收，增加光纖的傳輸損耗，對光纖通信系統影響較大。

通過制定上述產品標準，可以滿足市場的需要，促進技術進步，推進光纖產業鏈的不斷完善和發展，提高國內企業在國際市場中的競爭力。

4 結語與建議

我國已經成為光纖預制棒的第一大生產國，但生產光纖預制棒的重要原料高純四氯化硅嚴重依賴進口。為指導相關企業對光纖用四氯化硅的規范生產，推進光纖產業鏈的不斷完善和發展，早日實現光纖用四氯化硅的國產化，從標準化的角度考慮應重點關注以下幾個方面：

（1）完善相關標準體系，強化標準實施與監督，加強標準化支撐保障及標準宣貫力度，適時開展行業內標準監督評價工作，提升行業的競爭力，促進整個行業健康持續發展。

（2）改進提純工藝，考慮將吸附、萃取、絡合等方法與精餾過程進行耦合來提純除雜。提高雜質檢測分析能力，建立在線密閉取樣系統和分析控制系統。借助標準化平臺聚集優勢資源，加強企業的溝通交流，適時建立相應的標準，在行業內形成統一規范的產品檢測方法，提升產品質量，助力行業健康有序發展。