DE752280C

DE752280C - Verfahren zur Darstellung von reinstem Silicium

Info

Publication number: DE752280C
Application number: DEW108744D
Authority: DE
Inventors: Gustav Weissenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-03-18
Filing date: 1941-03-18
Publication date: 1953-05-26

Description

Verfahren zur Darstellung von reinstem Silicium Die Großdarstellung von reinstem Silicium ist bisher noch nicht gelungen. Es wurde u. a. versucht, durch thermische Zersetzung von Siliciumtetrachlorid im Hochvakuum an hocherhitzten Metalldrähten auerreinstes Silicium darzustellen. Diese Versuche sind aber gescheitert, vermutlich deshalb, weil selbst im allerreinsten Siliciumtetrachlorid geringe Mengen der bei der Darstellung von Siliciumtetrachlorid immer mit entstehenden Siliciumoxychloride vorhanden sind, die selbst durch fraktionierte Destillation nicht entfernt werden können. Es sind ferner bereits mehr laboratoriumsmäßige Verfahren bekannt, bei welchen sehr reines Silicium erhalten wird. Im wesentlichen bestehen diese darin, daß Siliciumpulver, nach einem beliebigen Verfahren gewonnen, gelöst und wieder gefällt wird, wobei dieser Prozeß mehrfach wiederholt werden muß. Die Ausbeute ist bei diesen Verfahren jedoch als sehr gering anzunehmen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, nach dem die Großsdarstellung von allerreinstem Silicium wirtschaftlich erträglich gelingt.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß man Silane nach bekannten Methoden bei tiefer Temperatur verflüssigt und durch Absiedenlassen von allen störenden Gasen, wie Sauerstoff, Stickstoff usw., reinigt und das so gereinigte Silan nun wieder erhitzt, wobei es wieder gasförmig wird. Anschließend wird das Gas in einer Düse schnell über seine Zerfallstemperatur, z. B. 95o` C, erhitzt und durch Expandierenlassen schnell aus der Zone der hohen Temperatur herausgebracht. Die Zerfallsreaktion verläuft wie folgt: Si H4 _# S' -f- 2 H 2, wobei bei hohen Temperaturen die Reaktion sich stark von links nach rechts verschiebt. Man Iäßt das Gas z. B. durch eine Lavaldüse, die elektrisch beheizt ist, in einen wesentlich kälteren Raum hinein expandieren. Dadurch wird verhindert, daß die Reaktion im wesentlichen Umfang von rechts nach links zurück verläuft. Der entstehende Wasserstoff wird abgepumpt und wieder verwendet, während das sich bildende Silicium an einem tiefer liegenden Ort des Expansionsraumes gesammelt und an Ort und Stelle in der Wasserstoffatmosphäre über der Zerfallstemperatur des Silans zusammengesintert oder geschmolzen wird. Durch die Anwendung so hoher Sinter-oder Schmelztemperaturen wird vermieden, daß der Wasserstoff mit dem Silicium wieder in Reaktion treten kann.
Das Verfahren ist schematisch aus der Abbildung zu ersehen. In Z wird nach irgendeiner Methode ein Silan erzeugt. Das Gas wird in 2 verflüssigt, Silicium-4-'#Vasserstoff etwa bei minus 118'C, und die mit dem Gas in den Verflüssiger gelangenden Fremdgase, Sauerstoff, Stickstoff u. dgl, werden durch 3 abgesaugt. Das verflüssigte und gereinigte' Silan verläßt dann den Verflüssiger und wird durch eine Pumpe 4 in den Verdampfer 5 gepreßt, wo es über seine kritische Temperatur erhitzt wird. Das Silan gelangt dann durch eine elektrisch beheizte Düse 7 in das Gefäß 6. In der Düse wird das Gas schnell über seine Zersetzungstemperatur, z. B. 95o- C, erhitzt und expandiert dann in den Raum 6. Der Raum 6 ist vorzugsweise gekühlt, so daß die gegenläufige Reaktion, nämlich die Bildung von Silan aus den Elementen nicht oder nur im kleinsten Maßstab eintreten kann.
Das durch Zerfall entstehende elementare Silicium von sehr fein verteilter Form sinkt nach dem Sinterraum 8 nieder. Der Wasserstoff wird durch die Leitung 9 abgeführt und gegebenenfalls nach Reinigung im Apparat 1o wieder verwendet, so daß praktisch nur ein kleiner Verlust entsteht. Das sich im Sinterraum 8 ansammelnde Silicium wird z. B. durch elektrisches Heizen gesintert oder geschmolzen. Während des Sinter- oder Schmelzprozesses steht die Siliciummenge stets unter einer reinen Wasserstoffatmosphäre, die aber, eben weil die Arbeitstemperatur so hoch gewählt wurde, nicht oder nur unwesentlich auf das Silicium einwirken kann. Man kann den Sinterraum 8 auch so ausbilden, daß er eine dicht verschließbare Öffnung erhält, aus der man während des kontinuierlichen Sinterns oder Schmelzens das Sintergut im heißen Zustand unter dein Druck der Wasserstoffatmosphäre herauspressen kann. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Einrichtungen anwendbar, die es gestatten, das Schmelzgut aus dem Raum 8 herauszuschleusen.
Es ist an sich bekannt, endotherme Reaktionen in der Weise durchzuführen, daß man die gasförmigen Ausgangsstoffe in einer Düse erhitzt und dann expandieren läßt.

Claims

PATEiiTANSPRUCIi: Verfahren zur Darstellung von reinstem Silicium durch thermische Zersetzung von Silanen, dadurch gekennzeichnet, daß die Silane in an sich bekannter Weise durch Abdestillieren der leicht flüchtigen Bestandteile nach Verflüssigung gereinigt und die Silandämpfe dann in einer Düse über die Zerfallstemperatur erhitzt werden und aus der Düse in einen vorzugsweise gekühlten Raum expandieren, worauf der abgespaltene Wasserstoff abgepumpt wird, während das niedergeschlagene Silicium noch im Expansionsraum unter Wasserstoffatmosphäre über der Zerfallstemperatur der Silane gesintert oder geschmolzen und anschließend durch an sich bekannte Mittel aus dem Expansionsraum entfernt wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 292483,304857; USA.-Patentschrift Nr. 1 134 583: Arkel, »Reine 1(Ietalle@z, 1939, S. 23, 479'480; Greiner und Marsh, »The Allovs of Iron and Silicon« 1933, S. 1o bis 14; -Zeitschrift für Metallkunde;, Bd. 18, 1926, S. 233 »Chemisches Zentralblatt« 1941, Bd. 1I, S. 1493; »Zeitschrift für angewandte Chemie«, Bd. 40, 1927, S. 655 ff.