CN110702490A - 一种半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,包括A、反应液配置:该反应液包括如下组分:5~10重量份的氟化氢铵、20~60重量份质量分数为10%~50%的硫酸溶液或20~50重量份浓度为1~3mol/L的盐酸溶液;B、杂质去除:将半导体切片废液置于聚四氟乙烯反应容器中,并向反应容器中加入过量的反应溶液,常温反应30min~3h后,离心保留下层碳化硅沉淀,而后向沉淀中加入纯水,振荡分散后再次离心处理保留沉淀;C、烘干分散:将步骤B中沉淀烘干,取少量加去离子水后振荡分散,而后添加P‑37和DMAC的混合溶液,搅拌均匀后进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及半导体切片切割液技术领域,具体涉及一种半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法。
背景技术
碳化硅(SiC)又名金刚砂,是用石英砂、石油焦或煤焦、木屑等原料通过电阻炉高温冶炼而成。由于其化学性质稳定,硬度高,耐磨性能好等优点,碳化硅多用于制作砂轮、砂纸、砂带、油石、磨块、磨头、研磨膏及用于光伏产品中单晶硅、多晶硅和电子行业的压电晶体等方面的切割加工过程。现有半导体单晶硅切割技术是将碳化硅和切割液混合配制成砂浆,切割时碳化硅在切割线的高速运动下,通过对硅块滚压,刮擦等方式完成切割。与切割前相比,切割后碳化硅颗粒粒径降低,圆度增大。
在实际切割过程中,碳化硅颗粒的分布情况和切割能力密切相关。颗粒粒径大、圆度值低的碳化硅颗粒对多晶硅切割的作用更大,而粒径小、圆度值高的颗粒相对而言对切割的作用较小。一般将能够起到主要切割作用的粒径和圆度的范围称作有效切割范围。在切割过程中,如果能够得到碳化硅颗粒的有效切割圆度和有效切割粒径,就能推导出切割过程中颗粒的磨损情况,确定切割粒径和圆度的有效范围。在制备成品砂浆时有效的选择碳化硅颗粒的粒径和圆度,能够对生产进行有效的指导,做出合理、灵活的调整。同时对新砂的生产,采购也能进行一定指导,在筛选甄别时选择切割能力更强的批次。
在切割单晶硅的过程中,由于切割过程中砂浆不断刮擦硅棒,会掉落很多硅粉以及切割线表面磨损的铁粉,这些细小成分使砂浆中的成分变的复杂,严重影响对砂浆中碳化硅颗粒情况的判断,而且也会对测量仪器造成损伤,因而现有的检测方式一般只是对成品砂浆进行检测,而对切割完成后废砂浆中的碳化硅颗粒并不进行测量分析。
此外,目前在太阳能光伏产业和电子半导体产业都存在这样的问题:随着硅晶片生产企业对切削液、晶硅片切割磨料需求的增加,切割过程中产生大量废砂浆无法进行及时有效的处理。长期以来,大部分废砂浆都被堆放和掩埋处置,这样不仅浪费资源,而且污染环境。
现有技术中存在对上述问题的诸多探索,如(1)申请号为CN201210567182.1、发明名称为《一种从线切割废砂浆中分离回收碳化硅和硅的方法》的中国发明专利;(2)专利号为CN 102435530 A、发明名称为《太阳能多晶硅片切割废液中碳化硅质量含量的分析方法》的中国发明专利;(3)申请号为CN107116708 A、发明名称为《一种分析砂浆切割前后碳化硅颗粒变化的方法》的中国发明专利均公开了多晶硅片切割废液中碳化硅的除杂方法。
专利(1)采用氟化铵、氟化氢铵或氟化氢进行除杂。其缺点在于单独采用氟化铵或氟化氢铵除杂时,由于氟化铵或氟化氢铵溶解于水时吸热,致使无法配置高浓度溶液,进而在进行除杂时溶液耗费量大,并且废液中含有大量氟离子,处理废液更麻烦;单独采用氟化氢除杂时,由于氟化氢挥发性以及腐蚀性较强,不仅操作危险性大,而且氟化氢与硅粉及铁等杂质进行反应时,反应速率不稳定,难以对反应进行控制。专利(2)和专利(3) 采用两步法除杂,专利(2)先采用过量稀硫酸除铁,然后采用过量氢氟酸除硅;专利(3) 先采用过量强碱液除硅,然后采用盐酸溶液除铁,实际操作时过程繁杂,而且由于两种处理液均处于过量状态,后续处理麻烦。
发明内容
本发明是为解决上述技术问题而进行的,提供了一种一步式半导体切片废液中碳化硅的提纯、分析方法,将半导体切片废液中的碳化硅进行提纯,然后进行检测分析和回用。
基于此,本发明提供了一种半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,包括如下步骤:
A、反应液配置
该反应液包括如下组分:5~10重量份的氟化氢铵、20~60重量份质量分数为10%~50%的硫酸溶液或20~50重量份浓度为1~3mol/L的盐酸溶液;
B、杂质去除
将半导体切片废液置于聚四氟乙烯反应容器中,并向反应容器中加入过量的反应溶液,常温反应30min~3h后,离心保留下层碳化硅沉淀,而后向沉淀中加入纯水,振荡分散后再次离心处理保留沉淀;
C、烘干分散
将步骤B中沉淀烘干,取少量加去离子水后振荡分散,而后添加P-37和DMAC的混合溶液,搅拌均匀后进行测试。
本发明中将酸溶液与氟化氢铵混合,增加了操作方便性与安全性。氟化氢铵在酸溶液中分解形成F-和H+,与酸液配合,和切削废液中铁和硅粉反应,使得铁以离子的形式溶解在溶液中,硅形成可溶性化合物或气体,从而使得碳化硅颗粒沉淀在反应液底部。
优选的,在本发明提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,步骤A中,硫酸溶液中硫酸的质量分数为20%~30%,盐酸溶液的浓度为2mol/L。该浓度为最优浓度,在该浓度下,反应时间最短,约为30min,随着酸液浓度的降低,反应时间逐渐延长。但若酸的浓度过高,则会导致硫酸的腐蚀性增强,盐酸的挥发性增强,安全性降低。
优选的,在本发明提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,步骤B中,半导体切片废液与反应溶液之间的体积比为1:10~100。切片废液中含有聚乙二醇,使得废液粘度较大,过量的反应溶液能够溶解其中的聚乙二醇,起到一定的稀释作用。
优选的,在本发明提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,步骤B中,两次离心的条件为1500-3500r/min。
优选的,在本发明提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,步骤C中,烘干温度为60~120℃。
优选的,在本发明提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,步骤C中,进行碳化硅颗粒测试时,取30~50mg碳化硅沉淀并加入10~20mL去离子水分散,以满足分析测试要求。
优选的,在本发明提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,添加P-37和 DMAC的混合溶液的体积为3~5mL,P-37和DMAC之间的体积比为5:1。
本发明的有益保障及效果如下:
首先,在本发明的反应溶液中,将5~10重量份的氟化氢铵混入4~8重量份质量分数为10%~50%的硫酸溶液或8~16重量份浓度为1~3mol/L的盐酸溶液中,相对于现有技术直接使用氟化氢铵溶液进行处理,该反应溶液提高了氟化氢铵在水溶液中的稳定性;并且反应溶液配制简单,能够实现现配现用。
其次,在杂质去除过程中,通过离心,超声分散,再离心烘干方式,提纯速度快,小颗粒不易损失,分析更准确;
第三,烘干分散步骤中,通过配制P-37和DMAC新型分散剂,使得碳化硅颗粒分散更完全,更有利于数据准确,对仪器的损害更小。
因此,本发明中的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,反应液配制方便,碳化硅提纯的工艺步骤简单,对产线实际生产具有指导意义。
附图说明
图1为处理前半导体切片废液中碳化硅颗粒的分布图,其中(a)为倍数放大前切片废液的电镜图片,(b)为倍数放大后切片废液的电镜图片;
图2为处理后半导体切片废液中碳化硅颗粒的分布图,其中(a)为倍数放大前处理后切片废液的电镜图片,(b)为倍数放大后处理后切片废液的电镜图片。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作详细描述,但本发明的实施不仅限于此。
本实施例提供的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,包括反应液配置、杂质去除以及烘干分散三道工序,各工序的具体实施方式如下:
A、反应液配置
该反应液包括如下组分:5~10重量份的氟化氢铵、20~60重量份质量分数为10%~50%的硫酸溶液或20~50重量份浓度为1~3mol/L的盐酸溶液。
优选的,硫酸溶液中硫酸的质量分数为20%~30%,将浓硫酸约稀释3~4倍;盐酸溶液的浓度为2mol/L,将浓盐酸约稀释3倍。该浓度为最优浓度,在该浓度下,反应时间最短,约为30min,随着酸液浓度的降低,反应时间逐渐延长。但若酸的浓度过高,则会导致硫酸的腐蚀性增强,盐酸的挥发性增强,安全性降低。
配制时,先后将氟化氢铵和酸溶液加入去离子水中,常温混合均匀即可。
B、杂质去除
将半导体切片废液置于聚四氟乙烯反应容器中,并向反应容器中加入10~100倍的反应溶液,常温反应30min~3h后,离心处理(1500-3500r/min)保留下层碳化硅沉淀,而后向沉淀中加入纯水,振荡分散后再次以相同的离心条件处理保留沉淀。
C、烘干分散
将步骤B中沉淀置于烘箱中在60~120℃条件下烘干,取少量加去离子水后振荡分散,而后添加P-37和DMAC的混合溶液,搅拌均匀后进行测试。
进行碳化硅颗粒测试时,取30~50mg碳化硅沉淀并加入10~20mL去离子水分散,以满足分析测试要求。
添加的P-37和DMAC的混合溶液的体积为1~5mL,P-37和DMAC之间的体积比为5:1。
本发明中将酸溶液与氟化氢铵混合,用于增强氟化氢铵的稳定性。反应原理为:氟化氢铵在酸溶液中分解形成F-,F-与切削废液中铁和硅粉反应,使得铁以Fe2+或Fe3+的形式溶解在溶液中,与硅粉反应生成氟化硅气体,从而使得碳化硅颗粒沉淀在反应液底部。
本发明中的处理效果可根据图1和图2所示的处理前后碳化硅颗粒的分散状态之间的对比得出。
处理前的切片废液中(图1),碳化硅颗粒周围被大量硅粉和铁粉等黑色物质包围,集成一团,难以进行测试或回用;处理后,根据图2,杂质几乎被完全去除,碳化硅颗粒分散完全,能够采用仪器进行测试分析,也可以回收再利用。
本发明中,反应液配置简单能够现配现用;在杂质去除过程中,通过离心,超声分散,再离心烘干方式,提纯速度快,小颗粒不易损失,分析更准确;烘干分散步骤中,通过配制P-37和DMAC新型分散剂,使得碳化硅颗粒分散更完全,更有利于数据准确,对仪器的损害更小。因此,本发明中的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法中,反应液配制方便,碳化硅提纯的工艺步骤简单,对产线实际生产具有指导意义。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于,包括如下步骤:
A、反应液配置
该反应液包括如下组分:5~10重量份的氟化氢铵、20~60重量份质量分数为10%~50%的硫酸溶液或20~50重量份浓度为1~3mol/L的盐酸溶液;
B、杂质去除
将半导体切片废液置于聚四氟乙烯反应容器中,并向反应容器中加入过量的反应溶液,常温反应30min~3h后,离心保留下层碳化硅沉淀,而后向沉淀中加入纯水,振荡分散后再次离心处理保留沉淀;
C、烘干分散
将步骤B中沉淀烘干,取少量加去离子水后振荡分散,而后添加P-37和DMAC的混合溶液,搅拌均匀后进行测试。
2.根据权利要求1所述的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于:
其中,步骤A中,硫酸溶液中硫酸的质量分数为20%~30%,盐酸溶液的浓度为2mol/L。
3.根据权利要求1所述的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于:
其中,步骤B中,半导体切片废液与反应溶液之间的体积比为1:10~100。
4.根据权利要求1所述的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于:
其中,步骤B中,两次离心的条件为1500-3500r/min。
5.根据权利要求1所述的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于:
其中,步骤C中,烘干温度为60~120℃。
6.根据权利要求1所述的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于:
其中,步骤C中,进行碳化硅颗粒测试时,取30~50mg碳化硅沉淀并加入10~20mL去离子水分散;
添加P-37和DMAC的混合溶液的体积为1~5mL。
7.根据权利要求6所述的半导体切片废液中碳化硅的提纯分析方法,其特征在于:
其中,P-37和DMAC的混合溶液中,P-37和DMAC之间的体积比为5:1。
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