光纤用四氯化硅生产现状及标准分析

李素青

（有色金属技术经济研究院有限责任公司，北京 100089）

据前瞻产业研究院发布的《中国光纤光缆行业发展前景与投资预测分析报告》统计数据显示，2011 年以来，我国光纤光缆产量呈现逐年增长的趋势。2011 年中国光纤光缆行业产量仅仅为0.95 亿芯公里。到了2016 年中国光纤光缆行业产量增长突破2 亿芯公里，2011 ～2016 年期间年均增长率高达16.7%。预计2020 年国内整体光纤的需求将达到3.48 亿芯公里规模，2021 年全球光纤需求将超过6.1 亿芯公里，2023 年将增长到6.5 亿公里。未来五年，全世界要铺设的光纤长度约30 亿公里。本文主要阐述光纤用四氯化硅的生产现状，并对相关标准进行分析。

1 光纤用四氯化硅技术要求

光纤用四氯化硅是光纤预制棒的主要原料，其占光纤成分总量的85% ～95%［1］。作为生产光纤的主要原料，四氯化硅中的金属离子杂质是引起光纤损耗的关键因素。高纯四氯化硅分为外包层级和纤芯级两个级别，为了严格保证光纤产品质量，用于制造光纤预制棒的四氯化硅中金属杂质含量应满足表1 的技术指标。

表1 光纤用四氯化硅中金属杂质含量的技术指标

2 光纤用四氯化硅生产现状

目前我国光纤用四氯化硅大部分从德固萨公司和默克公司进口。德固萨公司已在中国青岛设有轮胎用气相二氧化硅和橡胶填料白碳黑生产基地，在上海有销售机构。默克公司在上海设立了办事处，专门负责对中国的高纯四氯化硅销售。国内生产高纯四氯化硅的企业主要有唐山三孚硅业有限责任公司、洛阳中硅高科技有限公司、湖北晶星科技股份有限公司等，但产能普遍较小，无法满足光纤预制棒生产的要求。

我国光纤预制棒的生产目前已经处于快速发展的阶段，除武汉长飞光纤光缆有限公司具有批量生产能力外，还有浙江富通昭和光通信公司、江苏法尔胜光子公司、亨通光电公司、烽火通信科技有限公司、海南三星等单位生产光纤预制棒，但大部分都使用进口高纯四氯化硅。就目前全球光纤预制棒的发展状况来看，以日本、美国、法国、以色列、澳大利亚为主要生产光纤国，全球各个国家所使用的四氯化硅大多来自德国默克、德国德固萨、日本的滕仓、住友、三菱等企业。目前国内高纯四氯化硅，尤其是用于等离子体管内化学气相沉积法（PCVD）工艺的四氯化硅供应基本为空白，发展光纤级四氯化硅，尤其是多晶硅企业发展光纤级四氯化硅具有广阔的市场。

3 相关标准分析

电子工业用四氯化硅是通讯光纤预制棒及集成电路的主要原料。我国从2015年至今，国内企业已经打破国外技术壁垒，实现了电子级四氯化硅的产业化生产，但由于缺乏标准等因素的制约，产能较小，无法满足集成电路产业大量的需求，目前主要依赖于进口。

为了紧跟先进半导体材料发展的步伐，提高我国自主生产电子四氯化硅的能力，湖北晶星科技股份有限公司牵头起草了国家标准GB/T 38867-2020《电子工业用四氯化硅》，本标准中规定了电子工业用四氯化硅的技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输及贮存。

通过制定该标准，可引领电子用四氯化硅规模化生产，推动我国电子用四氯化硅的生产和检测合作研发。本标准适用于工业四氯化硅精制提纯后的电子工业用四氯化硅，具体技术要求应符合表2 的规定。

表2 技术要求

除以上杂质外，四氯化硅中含氢的物质或原子团等杂质含量也对光纤预制棒的品质有一定的影响，这些杂质在4000cm-1～1000cm-1红外波段产生吸收峰，其透过率的高低与杂质的含量成反比，通过测量其透过率可间接表征生产光纤预制棒用四氯化硅的质量。光纤预制棒用四氯化硅相对透光率应符合表3的要求。

表3 光纤预制棒用四氯化硅相对透光率

目前国内多晶硅两大生产技术改良西门子法及硅烷法，均副产四氯化硅，每生产1 吨多晶硅，就会产生18 吨～24 吨四氯化硅，将副产物四氯化硅提纯为光纤级四氯化硅已成为目前行业内重点研究方向。为规范四氯化硅交易市场，洛阳中硅高科技有限公司牵头起草了行业标准YS/T 1195-2017《多晶硅副产品 四氯化硅》。标准中规定了多晶硅副产品四氯化硅的要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存、质量证明书和订货单（或合同）内容。该产品主要作为生产光纤四氯化硅、气相二氧化硅、氢化生产三氯氢硅、有机硅和石英玻璃等产品的原料。本标准最核心的内容将四氯化硅划分为四个等级，Ⅰ级品主要用于光纤四氯化硅提纯的原料，Ⅱ级品主要供气相白炭黑的合成以及氢化转化使用，Ⅲ级品主要用于有机硅或有机玻璃的合成等，Ⅳ级品指标的制定主要为了解决四氯化硅残液的运输问题，可用于进一步的四氯化硅提纯或者其他有机物的提取，四氯化硅技术指标见表4。

表4 四氯化硅技术指标

为了规范光纤预制棒用四氯化硅产品要求，强化光纤预制棒用四氯化硅生产企业的质量控制管理，减少四氯化硅生产行业和光纤生产行业对产品质量的分歧，推进光纤产业链的不断完善和发展，有研国晶辉新材料有限公司牵头起草了地方标准DB63/T 1610-2017《光纤预制棒原料四氯化硅》，标准中明确规定了光纤预制棒用高纯四氯化硅在分类、技术要求、检验方法、检验规则、标志、包装、运输及储存等方面的技术要求。该标准在制定过程中以国外同类产品的技术资料、产品说明和技术规范为依据，并结合国内产品的研制、质量水平和实际的生产及使用情况。

该标准最核心的内容为光纤用四氯化硅中金属杂质含量的要求和质量分级。经过特殊的提纯工艺，引起光纤损耗的过渡金属元素杂质容易被除去，从而使其对光纤的损耗降到最低，但在光纤预制棒沉积工艺过程中，含氢化合物很容易转化成氢氧基离子，造成光纤损耗的增加，因此按照四氯化硅在红外谱图上4000cm-1～1000cm-1波数范围内红外吸收峰透过率的高低将光纤用四氯化硅分为3 级。具体见表5。

表5 红外吸收峰透过率 单位为%

光纤预制棒的制备工艺中，等离子体管内化学气相沉积法(PCVD)、改进化学气相沉积法（MCVD）工艺对原料的要求较高，按照光纤用途不同，建议选择1 级或2 级；管外水平气相沉积法(OVD)、管外轴向气相沉积法(VAD) 工艺由于在光纤预制棒制备过程中有特殊的脱水工艺，建议采用3 级。

本标准规定的光纤用四氯化硅金属元素含量要求见表6。

表6 金属元素杂质的含量 单位为ng/g

由以上分析可以看出，各标准中对光纤用四氯化硅中金属元素杂质含量的要求是一致的，均为≤1.0ng/g，光纤中的氢氧基离子会对光子产生很大的振动吸收，增加光纤的传输损耗，对光纤通信系统影响较大。

通过制定上述产品标准，可以满足市场的需要，促进技术进步，推进光纤产业链的不断完善和发展，提高国内企业在国际市场中的竞争力。

4 结语与建议

我国已经成为光纤预制棒的第一大生产国，但生产光纤预制棒的重要原料高纯四氯化硅严重依赖进口。为指导相关企业对光纤用四氯化硅的规范生产，推进光纤产业链的不断完善和发展，早日实现光纤用四氯化硅的国产化，从标准化的角度考虑应重点关注以下几个方面：

（1）完善相关标准体系，强化标准实施与监督，加强标准化支撑保障及标准宣贯力度，适时开展行业内标准监督评价工作，提升行业的竞争力，促进整个行业健康持续发展。

（2）改进提纯工艺，考虑将吸附、萃取、络合等方法与精馏过程进行耦合来提纯除杂。提高杂质检测分析能力，建立在线密闭取样系统和分析控制系统。借助标准化平台聚集优势资源，加强企业的沟通交流，适时建立相应的标准，在行业内形成统一规范的产品检测方法，提升产品质量，助力行业健康有序发展。