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流化床法是美国联合碳化物公司早年研发的多晶硅制备工艺技术。该方法以SiCl 4 或SiF 4 、H 2 、HCl和冶金硅为原料，在高温高压流化床或沸腾床内生成SiHCl 3 ，将SiHCl 3 再进一步歧化加氢反应生成SiH 2 Cl 2 ，继而生成SiH 4 气体，制得的SiH 4 气体通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，从而生成粒状多晶硅产品。流化床法工艺流程图如图2-3所示。
流化床技术在化工等过程工业中应用广泛，其基本原理是在圆筒形容器中，反应流体由下而上流过固体颗粒床层。流化床是利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，进行气-固相反应过程或者液-固相反应过程的反应器。在应用气-固相系统时，流化床又称沸腾床反应炉或沸腾炉，SiHCl 3 的合成就是在沸腾炉中进行的。随着流体流速的增大，颗粒床层会经过三种运动形态：第一种是流速低于某一临界速度（ ν 0 ）时，固体颗粒床层静止，此时称为固定床；第二种是流速增加到大于 ν 0 而小于另一临界速度（ ν ml ）时，由于流体曳力作用，固体颗粒床层呈现悬浮状，此时称为流化床；第三种是当流速大于 ν ml 时，颗粒床层进入输送床状态。处于流化床状态时，流体与颗粒充分接触，反应效果最好。
图2-3 流化床法工艺流程图
与改良西门子法相比，流化床法有许多优点：能耗低，可连续化生产以提高装置生产效率，无须破碎即可直接用于直拉单晶和多晶铸锭生产，同时颗粒料比块状多晶硅在坩埚中的填充密度大大提高，可以提升每炉的投料量。根据美国可再生能源公司（REC）统计，使用50%的块状多晶硅和50%的颗粒多晶硅混合填装可以使坩埚装载量提升。
由于在流化床反应炉内参与反应的细粉颗粒硅在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（最高可达3280～16400m 2 /m 3 ），多晶硅的沉积就多，单位时间内的产量就高。颗粒在沸腾床内激烈混合，使颗粒在沸腾床内的温度和浓度均匀一致，床层与内浸换热表面之间的传热系数很高［200～400W/（m 2 ·K）］，沸腾床内的热容量大、热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从沸腾床装置中移出、引入，可以在两个流化床之间大量循环，这使得反应-再生、吸热-放热、正反应-逆反应等反应耦合过程和反应-分离耦合过程得以实现，并且流体与颗粒之间的传热、传质速率较其他接触方式更高。由于流固体系中孔隙率的变化可以引起颗粒曳力系数大幅度变化，以致在很宽的范围内均能形成较浓密度的床层，所以流态化工艺技术的操作弹性范围宽，设备结构简单、造价低，并且生产能力强，可以满足现代化大生产的需要。
流化床法的缺点也十分明显：气体流动状态下的流动偏离大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差和浓度差，再加上气体可能呈大气泡状态通过床层，使气-固接触不良，反应的转化率降低，因此流化床法一般达不到固化床的转化率；多晶硅颗粒与炉壁碰撞激烈，容易遭到污染；固体颗粒物的腐蚀作用使管道和容器的磨损加重，特别是磨损易造成产品沾污。上述缺点均会导致多晶硅产品质量下降。
由此可见：流化床的优点突出，尤其是流固相界面积大、单位时间产量高这一优点更让人们青睐；但是流化床的缺点也比较突出，磨损、沾污产品造成多晶硅质量下降，这是致命的缺陷，并有可能影响后续的产品质量，甚至使后续的产品报废。为此，要发展流化床多晶硅，就必须改进流化床的耐磨性和抗腐蚀性，提升产品的性能。在采用流化床生产颗粒多晶硅的过程中，通常采用辐射加热方式提供所需热量。含硅气体在籽晶表面分解生成颗粒状多晶硅的过程中，多晶硅也可能沉积在流化床反应器内壁，这会影响流化床反应器的加热和多晶硅的收率等。
为解决反应器内壁表面沉积多晶硅的问题，金希泳等人在反应气体中加入HCl，利用HCl与硅微粒发生化学反应来去除反应器壁内沉积的硅粉；Molna采用SiCl 4 作为刻蚀气体来去除反应器内壁的硅沉积；Kim等人采用HCl等刻蚀气体去除喷嘴上的沉积以实现连续化生产；库尔卡尼等人在对流化床进气气体分布器进行设计时，将含有硅气体原料引向反应器的中心部分使其远离反应器壁，以减少或防止流化床内壁沉积多晶硅；Osborne ［5］ 等人则采用套管式喷嘴设置来减少内壁沉积，在套管式喷嘴中心进气口通入硅烷和H 2 混合气，在套管的夹套内通入H 2 ，以此将反应气体隔离并远离反应器壁。
在采用硅烷流化床法制备颗粒多晶硅的过程中，约95%的硅烷异相沉积生成颗粒多晶硅（600～2000μm），还有约5%的硅烷以均相成核形式形成5～50μm的硅粉尘（硅微粉）。在以SiHCl 3 为原料制备颗粒多晶硅的过程中，同样也有一定比例的硅粉产生。硅粉的产生不仅降低了硅的有效沉积效率，也对管道以及后续的气体分离与净化系统造成负面影响 ［6］ 。因此，减少硅粉产生和综合利用硅粉也是颗粒多晶硅生产过程中的重点 ［7］ 。Allen ［8］ 等人在流化床扩大段加入H 2 作为急冷气体，以便减少排出气体中硅粉的产生。此外，在流化床颗粒硅的工艺中，有30%～40%的产品被破碎以制作籽晶，降低了颗粒硅的产出量和经济效益。因此，Ibrahim ［9］ 等人将多个流化床串联起来，将前一个流化床反应器产生的硅粉作为下一个流化床反应器的籽晶；Kulkarni ［10］ 等人将硅粉回收后作为籽晶，将其循环加入流化床反应器中来生产颗粒多晶硅，既综合利用了硅粉，又减少了籽晶制备，提高了经济效益。
流化床反应器内发生的是气、固两相反应，一般会采用聚式流化床操作。因此在反应器内，气体经过分布器后上升，在上升的过程中，气体气泡不断合并增大直至破裂。由于气体气泡的不断增加，气-固相之间的传热、传质效率降低。对于颗粒多晶硅的制备来说，在沉积效率下降的同时反应不稳定；对于普通非化学气相沉积的流化床反应器来说，可以在床层中设置内部构件以破碎气泡；但是，对于制备颗粒多晶硅的流化床来说，这会导致多晶硅沉积在内部构件上。因此，采取合适的破碎气泡方法 ［11-12］ 对提高制备颗粒多晶硅的效率显得十分重要。
为了更好地控制反应进程，减少无定形硅的生成，提高反应器的热效率，研究者提出对流化床反应器进行功能分区，如将反应器分成加热区、反应区等，通过对不同功能区实现分区控制来降低内壁的壁面积、提高收率和减少热损失等。
采用流化床制备颗粒多晶硅的数值模型早已建立 ［13］ ，颗粒多晶硅的物理性能也研究得十分透彻 ［14-15］ ，颗粒多晶硅的纯度可以达到电子级多晶硅的水平，但是在流化床反应器模拟方面的研究还有欠缺。近年来，采用Fluent等模拟软件进行反应过程模拟成为一个热点，通过计算机数值模拟可以非常直观地显示流化床反应器内部的温度分布、气流流动状态等 ［16-17］ 。计算机数值模拟有助于改进流化床反应器的设计，使其布局更加合理，温度和气流更为稳定，并能指导生产操作、提高控制水平。
目前采用该方法生产颗粒状多晶硅的公司主要有挪威REC公司、德国Wacker公司、美国Hemlock和MEMC公司等。
挪威REC公司是一家业务贯穿整个太阳能行业产业链的公司。该公司利用硅烷气为原料，采用流化床反应炉闭环工艺分解出颗粒状多晶硅，且基本不产生副产品和废弃物。这一特有专利技术使得REC公司在全球太阳能行业中处于独一无二的地位。REC公司还积极开发新型流化床反应器技术（FBR），该技术使多晶硅在流化床反应器中沉积，而不是在传统的热解沉积炉或西门子反应器中沉积，因而可极大地降低建厂投资和生产能耗。德国Wacker公司开发了一套全新的颗粒状多晶硅流化床反应器技术生产工艺，该工艺基于流化床技术（以SiHCl 3 为给料）。美国Hemlock公司将开设试验性颗粒硅生产线来降低硅的成本。MEMC公司一直采用MEMC工艺（流化床法）生产颗粒状多晶硅，而且是世界上生产单晶硅的大型企业。
