ES2576480T3 - Vara de silicio policristalina y procedimiento para la obtención de polisilicio - Google Patents

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Abstract

Vara de silicio policristalina, que comprende una capa externa de silicio policristalino con un grosor de 0,01 a 20 mm, conteniendo esta capa externa cristalitas con un tamaño medio de más de 20 μm a un máximo de 80 μm.

Description

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DESCRIPCION
Vara de silicio policristalina y procedimiento para la obtencion de polisilicio
Silicio policristalino (abreviado: polisilicio) sirve como material de partida para la obtencion de silicio monocristalino para semiconductors segun el procedimiento de Czochralski (CZ) o fusion de zonas, asf como para la obtencion de silicio mono- o multicristalino segun diferentes procedimientos de estirado y colada para la produccion de celulas solares para la tecnica fotovoltaica.
Por regla general se obtiene silicio policristalino por medio del procedimiento de Siemens. En este procedimiento se calientan cuerpos soporte, habitualmente varas filamentosas de silicio, en un reactor en forma de campana (“reactor de Siemens”) mediante paso de corriente directo, y se introduce un gas de reaccion que contiene hidrogeno y uno o varios componentes que contienensilicio.
Habitualmente se emplea como componente que contiene silicio triclorosilano (SiHCh, TCS) o una mezcla de triclorosilano con diclorosilano (SiH2Cl2, DCS) y/o con tetraclorosilano (SiCU, STC). Con menor frecuencia, pero tambien a escala industrial, se emplea silano (SiH4).
Las varas filamentosas se introducen verticalmente en electrodos que se encuentran en el fondo del reactor, a traves de los cuales se efectua la conexion al abastecimiento de corriente.
En las varas filamentosas calentadas y el puente horizontal precipita polisilicio altamente puro, mediante lo cual crece su diametro con el tiempo.
El proceso de precipitacion se controla habitualmente mediante la especificacion de temperatura de vara y corriente, o bien composicion de gas de reaccion.
La medida de la temperatura de vara se efectua con pirometros de radiacion, en la mayor parte de los casos en las superficies de las varas orientadas a la pared del reactor.
La temperatura de vara se predetermina mediante control o regulacion de la potencia electrica, de manera estable o en dependencia del diametro de vara.
La cantidad y la composicion del gas de reaccion se predeterminan en dependencia del tiempo o del diametro de vara.
Una vez alcanzado un diametro deseado se concluye la precipitacion, y se enfna a temperatura ambiente las varas de silicio producidas en este caso.
Tras enfriamiento de las varas se abre la campana del reactor y se extraen las varas a mano o con ayuda de dispositivos especiales, los denominados auxiliares de desmontaje (vease, por ejemplo, el documento EP 2 157 051 A2) para la elaboracion subsiguiente, o bien para el almacenaje intermedio.
Tanto el almacenaje, como tambien la elaboracion subsiguiente, sobre todo un desmenuzado de las varas, una clasificacion y un envasado de piezas fracturadas, se efectuan generalmente bajo condiciones ambientales especiales en espacios climatizados, lo que impide una impurificacion del producto.
Sin embargo, entre el momento de apertura del reactor y hasta el almacenaje, o bien elaboracion subsiguiente, el material precipitado esta expuesto a influencias ambientales, en especial partfculas de polvo.
Morfologfa y microestructura de la vara creciente se determinan por los parametros del proceso de precipitacion.
La precipitacion con TCS, o bien su mezcla con DCS y/o STC, se efectua habitualmente a temperaturas de vara entre 900 y 1100°C, una alimentacion de componente(s) que contiene(n) silicio (en suma) de 0,5 a 10 kmol/h por 1 m2 de superficie de vara, situandose la fraccion molar de este(estos) componente(s) en la corriente de gas de alimentacion (en suma) entre un 10 % y un 50 % (el 90 % a 50 % restante es habitualmente hidrogeno).
Los datos de temperatura de vara en este caso y en otros puntos se refieren (si no se menciona explfcitamente) a valores que se miden en la zona de vara vertical al menos 50 cm por encima del electrodo y al menos 50 cm por debajo del puente.
En otras zonas, la temperatura puede diferir claramente de esta. Por ejemplo en la curva interior del puente se miden valores significativamente mas elevados, ya que en esta zona el flujo de corriente se distribuye de otro
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modo.
Las varas de silicio policristalinas precipitadas en estas condiciones son gris mate, y estan constituidas por cristalitas con un tamano medio de 1 a aproximadamente 20 pm.
El tamano de cristalita se puede estimar, por ejemplo, por medio de microscopfa optica. La microscopfa electronica (REM) permite un registro espacial de casi cada grano de Si aislado, lo que posibilita una medida mas exacta del tamano de cristalita medio a traves de una valoracion estadfstica.
Debido a las mas diversas formas de granos de silicio, su tamano se determina por lo general matematicamente a partir del area (para la conversion se supone la forma redonda de seccion transversal idealizada).
Debido a la fuerte curvatura superficial, especialmente en material poroso e irregular, la medida de la rugosidad no se lleva a cabo generalmente a traves de un tramo de ensayo Lt de 15 mm (como prescribe DIN EN ISO 4288), sino a traves del tramo de ensayo de 1,5 mm. Este metodo adaptado se aplico en todas las medida de rugosidad en el ambito de la invencion.
En la precipitacion con silano, que se lleva a cabo a temperaturas (400-900°C), flujos (0,01 a 0,2 kmol/h de silano por 1 m2 de superficie de polvo) y concentraciones (0,5-2 % de silano en el hidrogeno) claramente menores, las varas de polisilicio estan constituidas por cristalitas claramente menores (0,01-0,5 pm). La superficie de las varas es igualmente gris mate y presenta valores de rugosidad de 2,5-3,5 pm.
La morfologfa de las varas precipitadas puede variar de material compacto y liso (como se describe, por ejemplo, en el documento US 6 350 313 B2) hasta muy poroso e irregular (como se describe, a modo de ejemplo, en el documento US2010/219380 A1).
Las varas compactas son caras en la produccion, pero frecuentemente conducen a mejores rendimientos en pasos de cristalizacion subsiguientes.
El aumento de los parametros basicos descritos anteriormente (temperatura de las varas, flujo espedfico, concentracion) conduce en general al aumento de la velocidad de precipitacion, y con ello a la mejora de la rentabilidad del proceso de precipitacion.
Sin embargo, cada uno de estos parametros esta expuesto a lfmites naturales, en cuyo rebasamiento se interfiere en el proceso de obtencion (segun configuracion de reactor empleado los lfmites son algo diferentes).
Por ejemplo, si la concentracion de componente(s) que contienen Si se elige demasiado elevada, se llega, en caso dado, a precipitacion en fase gaseosa homogenea.
Una temperatura de vara muy elevada puede conducir a que la morfologfa de las varas de silicio a precipitar no sea suficientemente compacta para poner a disposicion un area de seccion transversal suficiente parael flujo en aumento con el diametro de vara creciente.
En este caso, una densidad de corriente que aumenta demasiado puede ocasionar la fusion de silicio.
En el caso de varas con gran diametro (a partir de 120 mm), la seleccion de temperatura es aun mas cltica, ya que, incluso en el caso de morfologfa compacta, silicio se puede licuar en el interior de las vara (debido a las altas diferencias de temperatura entre la superficie y el centro de la vara).
Tambien requisitos en el producto por parte de clientes de la industria de semiconductores y solar limitan claramente los intervalos de parametro de proceso.
Por ejemplo para aplicaciones FZ se requieren varas de silicio que esten sensiblemente exentas de grietas, poros, fugas, irregularidades, etc, y sean con ello homogeneas, hermeticas y solidas.
Ademas, para un mayor rendimiento en el estiramiento FZ, estas debfan presentar preferentemente una microestructura especial. Tal material y el procedimiento para su obtencion se describen, a modo de ejemplo, en el documento US2008/286550 A1.
Para la obtencion de varas de carga posterior y las denominadas varas cortadas, que se emplean principalmente en el procedimiento CZ para el aumento del grado de llenado de crisol, se requieren igualmente varas crudas de silicio policristalino, igualmente exentas de grietas y pobres en tension.
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En el estado de la tecnica se supone que la microestructura del polisilicio empleado no juega ningun papel en procedimientos CZ. En el acabado mecanico de varas cortadas, varas FZ y de carga posterior por medio de aserradura se impurifica en gran medida su superficie. Por este motivo, por regla general estos productos pasan aun por un paso de purificacion a continuacion.
Sin embargo, para la mayor parte de aplicaciones, las varas de silicio policristalinas se fragmentan en piezas pequenas, que habitualmente se clasifican a continuacion segun tamanos.
A modo de ejemplo en el documento US 2007/235574 A1 se describe un procedimiento y un dispositivo para el desmenuzado y la clasificacion de polisilicio.
En la elaboracion a fragmentos se acepta como material de partida varas con grietas y otros defectos materiales. Tampoco la microestructura de las varas policristalinas se considera relevante en el estado de la tecnica.
No obstante, la morfologfa de varas policristalinas, asf como de fragmentos producidos a partir de las mismas, tiene una fuerte influencia en el resultado del producto.
Habitualmente, una morfologfa porosa e irregular tiene un efecto negativo sobre el comportamiento de cristalizacion.
Esto se refiere en especial medida al exigente procedimiento CZ, en el que, debido a rendimientos no aceptables desde el punto de vista economico, no se pueden emplear fragmentos porosos ni irregulares.
Otros procedimientos de cristalizacion (por ejemplo la colada en lingotes, la mas frecuentemente empleada para la obtencion de pilas solares) son menos sensibles a la morfologfa. En este caso, la influencia negativa del material poroso e irregular se puede compensar economicamente por sus menaes costes de obtencion.
Para la mejora del rendimiento en pasos de cristalizacion subsiguientes, los fragmentos de silicio producidos en el desmenuzado de varas de silicio se pueden tratar de modo subsiguiente.
A modo de ejemplo se puede aumentar la calidad de producto por medio de un paso de purificacion.
La purificacion, que se efectua normalmente por vfa qufmica en humedo con uno o varios acidos o mezclas de acidos (vease, por ejemplo, el documento US 6 309 467 B1), es muy compleja y costosa, pero mejora generalmente las propiedades de producto.
Sin embargo, en el caso de fragmentos de silicio con morfologfa porosa, o bien irregular, la purificacion qmmica en humedo no puede ocasionar una mejora del rendimiento.
La tarea de la presente invencion consistfa en encontrar un nuevo procedimiento economico para la obtencion de silicio policristalino, que modifica sus propiedades de tal manera que se posibilita un buen rendimiento de estiramiento en pasos de cristalizacion subsiguientes, especialmente en aplicaciones CZ monocristalinas. Es especialmente ventajoso si se mejora el rendimiento de estiramiento de varas de silicio porosas e irregulares, o bien de fragmentos de Si producidos a partir de las mismas, ya que este material se puede obtener del modo mas conveniente.
La tarea de la invencion se soluciona mediante una vara de silicio policristalina, que comprende una capa externa de silicio policristalino con un grosor de 0,01 a 20 mm, conteniendo esta capa externa cristalitas con un tamano medio de mas de 20 pm a un maximo de 80 pm.
El tamano medio de cristalitas de la capa externa asciende preferentemente a 25-60 pm, de modo especialmente preferente 30-60 pm, de modo muy especialmente preferente 35-55 pm.
La vara de silicio policristalina presenta preferentemente una estructura porosa o irregular por debajo de la capa externa.
La estructura en el interior de la vara de silicio policristalina es preferentemente del mismo tipo (es decir, presenta en el interior la misma estructura cristalina, tamano de cristalita, etc), comprendiendo poros, fugas, ranuras, grietas y huecos).
La capa externa esta constituida preferentemente por cristalitas con un tamano medio que es mayor que el tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa.
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El tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa asciende preferentemente a 1 pm hasta un maximo de 20 pm.
El tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa asciende preferentemente a 218 pm.
El tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa asciende preferentemente a 10-17 pm.
El tamano medio de cristalitas de la capa externa asciende preferentemente a 25-80 pm, y el tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa asciende a 1-20 pm.
El tamano medio de cristalitas de la capa externa asciende preferentemente a 30-60 pm, y el tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa asciende a 1-25 pm.
El tamano medio de cristalitas de la capa externa asciende preferentemente a 35-55 pm, y el tamano medio de cristalitas por debajo de la capa externa asciende a 1-30 pm.
La rugosidad superficial asciende preferentemente a 4-10 pm, de modo especialmente preferente a 5-8 pm.
Los inventores han descubierto que una modificacion de parametros de proceso durante un segundo paso de precipitacion conduce a un producto mejorado.
La obtencion de tal vara de silicio policristalina preve la puesta en practica de la parte final del proceso de precipitacion en el procedimiento de Siemens, es decir, el segundo paso de precipitacion, bajo condiciones especiales.
Por lo tanto, la tarea de la invencion se soluciona tambien mediante un procedimiento para la obtencion de polisilicio mediante introduccion de un gas de reaccion que contiene un componente que incluye silicio e hidrogeno en un reactor, mediante lo cual se precipita silicio policristalino en forma de varas, caracterizado por que en un segundo paso de precipitacion concluyente, que tiene una duracion de 0,1 a 50 horas, una temperatura de las varas se aumenta en al menos 50°C frente a un primer paso, y asciende a mas de 1100°C, ascendiendo una concentracion de componente que contiene silicio en el gas de reaccion a un 5 % en moles o menor, y una alimentacion de componentes que contienen silicio a 0,25 moles por 1 m2 de superficie de vara o menor, en el segundo paso de precipitacion concluyente.
De este modo, los inventores han descubierto que resultan varas de silicio, asf como - tras su desmenuzado - fragmentos de silicio con propiedades ventajosas para pasos de cristalizacion subsiguiente si en las ultimas 0,1 a 50 horas, preferentemente 0,5 a 10 horas de precipitacion, que se efectua con TCS o su mezcla con DCS y/o con STC, los parametros de proceso en el segundo paso se modifican como sigue:
- la temperatura de vara se aumenta a mas de 1100°C, preferentemente a mas de 1150°C, y en al menos 50°C en comparacion con el primer paso de precipitacion, y
- la concentracion del (de los) componente(n) que contiene(n) silicio (en suma) se reduce a un 5 % en moles o menos, preferentemente a un 3 % en moles o menos, y
- la alimentacion del (de los) componente(s) que contienen silicio en el reactor de precipitacion (en suma) se reduce a 0,25 kmol/h por 1 m2 de superficie de vara o menos, preferentemente a 0,1 kmol/h por 1 m2 de superficie de vara o menos.
En estas condiciones se produce una capa externa en las varas, que se diferencia claramente del material en el interior de las varas, y concede propiedades convenientes al producto, que ejercen un efecto positivo en el resultado en pasos de cristalizacion subsiguientes.
Esto era sorprendente ya que, hasta la fecha, en el estado de la tecnica se partio de que la microestructura de las varas policristalinas en el procedimiento CZ no juega ningun papel. Era especialmente sorprendente que ya una capa superficial delgada, de 0,01 a 20 mm, con estructura de cristalita modificada condujera a un rendimiento de estiramiento claramente mejor.
La ventaja especial de la invencion consiste en que el ultimo paso con propiedades especiales se puede aplicar tambien a varas de silicio con morfologfa porosa e irregular, que tienen costes de obtencion claramente menores en comparacion con material compacto y liso.
De este modo, estas varas o fragmentos de silicio, que se producen en la fragmentacion de varas segun la invencion, se pueden emplear en la subsiguiente cristalizacion sin perdidas en el rendimiento o en la productividad.
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En este procedimiento segun la invencion se producen varas de silicio policristalinas, que aun no son conocidas en el estado de la tecnica.
Como se ha descrito anteriormente, estas se distinguen, entre otras cosas, por que presentan una capa policristalina externa que presenta un grosor entre 0,01 y 20 mm, preferentemente entre 0,1 y 10 mm, de modo muy especialmente preferente entre 0,1 y 5 mm, y en comparacion con las capas internas precipitadas presentan una microestructura mas grosera.
La precipitacion de silicio policristalino se efectua preferentemente en varas filamentosas de silicio calentadas mediante paso de corriente directo.
Una vara filamentosa se forma a partir de dos varas verticales y una vara horizontal, formando la vara horizontal un puente enlazante entre las varas verticales (= cuerpo soporte en forma de u).
Como componente del gas de reaccion que contiene silicio se emplea preferentemente TCS o una mezcla de TCS y DCS, o una mezcla de TCS y STC.
Preferentemente, durante el primer paso de precipitacion el paso de corriente a traves de la vara filamentosa esta regulado de modo que la temperatura de vara se situa entre 1000 y 1100°C (en este caso, la temperatura medida en el lado inferior del puente se situa entre 1300 y 1413°C). La temperatura del gas de reaccion en el reactor se mide y se ajusta de modo que asciende a lo sumo a 650°C, y la corriente cuantitativa de mezcla de clorosilano se ajusta a su valor maximo en menos de 30 horas, preferentemente en menos de 5 horas, a partir del comienzo de la alimentacion de mezcla de clorosilano.
La invencion se explica a continuacion por medio de las figuras 1 y 2.
La figura 1 muestra la microestructura de una vara segun la invencion (perpendicular al eje de vara).
La figura 2 muestra una comparacion de superficie de varas segun la invencion (izquierda, brillante) y varas segun el estado de la tecnica (derecha, mate).
La figura 1 muestra la microestructura de la zona externa de la vara de silicio policristalina segun la invencion.
En la parte derecha de la figura 1 es visible una microestructura de capa externa claramente mas grosera en comparacion con el interior de la vara (izquierda). El grosorde la capa externa asciende aproximadamente a 0,8 mm.
La capa externa se forma a partir de microcristalitas, que tienen un tamano en media de 30 pm o mas, preferentemente 50 pm o mas.
La rugosidad de la superficie Ra (medida segun DIN EN ISO 4288, pero a traves del tramo de ensayo mas corto de 1,5 mm) asciende en este caso a 5 mm o mas.
Ademas, las varas segun la invencion se distinguen de las del estado de la tecnica preferentemente por que son brillantes.
En la figura 2 se muestran las varas A brillantes segun la invencion en comparacion con las varas B gris mate del estado de la tecnica.
Otra caractenstica que diferencia las varas de silicio policristalinas segun la invencion de las varas conocidas en el estado de la tecnica es su comportamiento frentea acidos.
En la inmersion de una vara de silicio conocida (o bien de un fragmento producido a partir de la misma, que contiene superficie externa de la vara original) en una mezcla 1 : 1 de HNC3 al 20 hasta al 30 %, y HF al 2 hasta al 3 %, se observa la formacion de burbujitas de hidrogeno (en el fragmento en la superficie, que procede de la superficie de la vara original, pero no en el area de rotura) ya despues de 160 segundos, mientras que en el vara segun la invencion esta comienza solo despues de 180 segundos.
El nuevo procedimiento no tiene influencia sobre el comportamiento de rotura.
La vara de polisilicio segun la invencion, que contiene una capa externa de cristalinidad gruesa, se puede desmenuzar como una vara conocida sin esta capa.
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Esta proporciona la misma distribucion de tamanos de fragmento, la misma esfericidad y la misma proporcion anchura/longitud de fragmentos que una vara de polisilicio conocida.
Tambien es concebible un proceso de precipitacion en el que la capa de cristalinidad gruesa se genera mediante la conversion de parametros de proceso descrita anteriormente, y de este modo se obtiene varas de polisilicio con un tipo de estructura en capas de cebolla.
No obstante, se mostro que de este modo se puede mejorar solo insignificantemente el rendimiento de estiramiento en los subsiguientes pasos de cristalizacion en comparacion con las varas con una capa externa.
El desmontaje de varas de silicio del reactor se efectua preferentemente una vez concluida la precipitacion, mientras que las varas son circuladas por un gas exento de contaminacion. Esto impide el contacto del aire ambiental con las varas. Preferentemente se emplea nitrogeno o un gas noble como gas exento de contaminacion. Preferentemente se emplea nitrogeno o argon. Respecto al procedimiento en el lavado del reactor, o bien de las varas, con gas inerte, asf como al acondicionamiento tecnico en detalle, se hace referencia al documento US 7 927 571 en su totalidad.
Preferentemente se revisten con saquitos los pares de varas de silicio, o bien cuerpos soporte precipitados, antes del desmontaje.
Los saquitos estan constituidos preferentemente por una lamina de polfmero, de modo especialmente preferente por una lamina de polietileno.
Mediante este modo de proceder especial en el desmontaje de saquitos del reactor de precipitacion se puede mejorar adicionalmente el rendimiento de las varas de polisilicio, o bien de fragmentos producidos a partir de las mismas, en pasos de cristalizacion subsiguientes.
Las varas de silicio se desmenuzan en fragmentos, se desempolvan y en caso dado se purifican tras desmontaje del reactor.
El desempolvado se efectua preferentemente como se describe en las solicitudes no prepublicadas con el numero de expediente de solicitud EP 11178284.3, o bien US 13/197977, a las que se hace referencia en su totalidad en este caso.
En este procedimiento para la obtencion de polisilicio mediante introduccion de un gas de reaccion que contiene un componente que incluye silicio e hidrogeno en un reactor, mediante lo cual se precipita silicio policristalino en forma de varas, una vez concluida la precipitacion, el silicio policristalino se recorre por un gas exento de contaminacion, se reviste con un saco de material sintetico, y se retira del reactor.
La precipitacion de polisilicio se efectua preferentemente en un cuerpo soporte en forma de U constituido por silicio. Durante la precipitacion, el reactor esta cerrado hermeticamente. El cuerpo soporte en forma de U se calienta mediante paso de corriente directa. El gas de reaccion se introduce en el reactor en un conducto de alimentacion, mediante lo cual se precipita silicio del gas de reaccion sobre el cuerpo soporte en forma de U, y aumenta el diametro del mismo. Se produce un par de varas policristalino en forma de U.
El gas de escape producido en la precipitacion se elimina del reactor mediante un conducto de descarga. Al concluir la precipitacion - si se ha alcanzado el diametro deseado - se enfna a temperatura ambiente el cuerpo soporte, o bien el par de varas. El reactor se abre, y el cuerpo soporte se retira del reactor.
Comenzando en la apertura del reactor hasta la extraccion del cuerpo soporte, o bien del par de varas del reactor, se conduce un gas exento de contaminacion a traves del conducto de alimentacion y el conducto de descarga en el reactor abierto. Preferentemente se emplea como gas exento de contaminacion nitrogeno o un gas noble. Preferentemente se emplea nitrogeno o argon.
Respecto al procedimiento en el lavado del reactor, o bien de las varas con gas inerte, asf como al acondicionamiento tecnico, se hace referencia al documento US 7 927 571 en su totalidad.
Esto impide un contacto de aire ambiental con las varas.
Ademas, el cuerpo soporte, o bien el par de varas, se reviste con un saquito constituido por un material sintetico antes del desmontaje.
Los saquitos empleados estan constituidos preferentemente por una lamina de polfmero o por una lamina de
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polietileno.
A traves de este modo de proceder especial en el desmontaje de las varas del reactor se puede mejorar el rendimiento de las varas de polisilicio, o bien fragmentos generados a partir de las mismas, en pasos de cristalizacion subsiguientes, como muestra el ejemplo 5.
Ejemplos
A continuacion se explica la invencion por medio de ejemplos y ejemplos comparativos.
A tal efecto se obtuvieron varas de silicio policristalinas con diversos procesos de precipitacion. A continuacion se desmenuzaron en fragmentos las varas de silicio obtenidas. Estas se emplearon finalmente en un proceso de estiramiento CZ.
Para la valoracion del resultado de estiramiento se recurrio al rendimiento, que muestra que porcentaje de material policristalino empleado se pudo transformar en un monocristal util exento de dformacion.
En todos los ensayos alistados a continuacion se estiraron monocristales de silicio con el mismo proceso de estiramiento CZ (pesada de crisol 90 kg, diametro de cristal 8 pulgadas, orientacion de cristal <100>, velocidad de estiramiento 1 mm/h).
En el caso de empleo de otros procesos de estiramiento, estos materiales diferentes presentan un comportamiento relativamente similar, pudiendo variar los indices de rendimiento absolutos segun grado de dificultad del proceso de estiramiento.
Ejemplo 1 (ejemplo comparativo)
Se precipitaron varas de silicio compactas policristalinas segun el estado de la tecnica.
El correspondiente proceso es conocido por el documento US 2010/219380 A1. Las condiciones correspondfan a las mostradas en el ejemplo comparativo 1.
El tamano de cristalita medio en el material precipitado ascendfa aproximadamente a 11 pm. La rugosidad de la superficie Ra se situaba en 3,6 pm.
Finalmente se rompieron las varas en fragmentos -como se describe en el documento US 2007/235574 A1 -.
A continuacion se efectuo un tratamiento qufmico en humedo de los fragmentos, como se da a conocer en el documento US 2010/001106 A1.
En el caso de empleo de este material en el proceso de estiramiento descrito anteriormente se pudo alcanzar en media un rendimiento de un 95,4 %.
Ejemplo 2 (ejemplo comparativo)
Tambien en este caso se precipitaron varas de silicio compactas policristalinas segun el estado de la tecnica (vease el documento US 2010/219380 A1, ejemplo comparativo 1).
Como en el ejemplo 1, el tamano de cristalita medio en el material precipitado ascendfa a 11 pm, y la rugosidad de la superficie Ra se situaba en 3,6 pm.
A continuacion se rompieron las varas en fragmentos de silicio en medio pobre de contaminacion, y se desempolvaron las mismas.
No se efectuo un tratamiento qmmico en humedo.
Con este material se pudo alcanzar un rendimiento de un 90,8 % en el estiramiento.
Ejemplo 3 (ejemplo comparativo)
En este caso se precipitaron varas de silicio policristalinas porosas e irregulares segun el estado de la tecnica (vease el documento Us 2010/219380 A1, ejemplo 1).
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35
El tamano de cristalita medio en el material precipitado ascendfa aproximadamente a 16 pm, y la rugosidad de la superficie se situaba en 4,1 pm.
A continuacion se rompieron las varas en fragmentos de silicio en medio pobre de contaminacion, y se desempolvaron las mismas.
Con este material se alcanzo el rendimiento de solo un 67,3 %.
Ejemplo 4 (ejemplo comparativo)
En este ejemplo se precipitaron varas de silicio policristalinas porosas e irregulares segun el estado de la tecnica (como se describe en el documento US 2010/219380 A1, ejemplo 1).
Como en el ejemplo 3, el tamano de cristalita medio en el material precipitado ascendfa a 16 pm y la rugosidad de la superficie Ra se situaba en 4,1 pm.
A continuacion se rompieron las varas segun el documento US 2007/235574 A1 en fragmentos de silicio, que se purificaron por vfa qmmica en humedo segun el documento DE102008040231 A1.
En el estiramiento de este material, el rendimiento se situaba en media en un 68,1 %.
Ejemplo 5
En este ejemplo se procedio como en el ejemplo 2, con la diferencia de que, tras la precipitacion, las varas de polisilicio se revistieron con saquitos de polietileno y se extrajeron del reactor de precipitacion bajo atmosferade nitrogeno.
Mediante esta modificacion se pudo aumentar el rendimiento sorprendentemente en un 2,1 % a un 92,9 % en el estiramiento de monocristales.
Ejemplo 6
En este ejemplo se precipitaron varas de polisilicio compactas.
La precipitacion transcurrio hasta el diametro de 149 mm, como se describe en el documento US 2010/219380 A1, ejemplo comparativo 1.
Despues se modificaron los parametros de proceso como sigue: se aumento temperatura de vara en 120°C a 1150°C, se redujo la alimentacion de TCS a 0,05 kmol/h por 1 m2 de superficie de vara, y la concentracion de TCS a un 4 % en moles.
Se mantuvo estos parametros de proceso hasta que las varas habfan alcanzado el diametro de 150 mm.
Las varas obtenidas segun la invencion eran brillantes y presentaban una capa externa de grosor 0,5 mm, con una microestructura claramente mas gruesa.
El tamano de cristalita medio ascendfa a 11 pm en el interior de las varas y a 37 pm en la capa externa.
La rugosidad de la superficie de vara tema un valor Ra de 5,1 pm.
A continuacion se rompieron las varas en fragmentos de silicio en medio pobre en contaminacion, y se desempolvaron las mismas.
Con este material segun la invencion se pudo conseguir un rendimiento de un 95,2 % en el estiramiento.
Ejemplo 7
En este ejemplo se precipitaron varas de silicio policristalinas porosas e irregulares.
La precipitacion transcurrio hasta 148 mm esencialmente como se describe en el documento US 2010/219380 A1, ejemplo 1. La temperatura de vara se situaba en 1075°C (en este caso, la temperatura medida en el lado inferior de los fragmentos, como se describe en el mismo, ascendfa a 1300 hasta 1413°C).
9
Despues se modificaron los parametros de proceso como sigue: se aumento temperatura de vara en 125°C a 1200°C, se redujo la alimentacion de la mezcla de TCS/DCS a 0,03 kmoles/h por 1 m2 de superficie de vara, y la concentracion de TCS/DCS a un 3 % en moles.
Se mantuvo estos parametros de proceso hasta que las varas habfan alcanzado el diametro de 150 mm.
5 Las varas obtenidas segun la invencion eran de color gris brillante, y presentaban una capa externa de grosor 1,0 mm, con una microestructura claramente mas gruesa.
El tamano de cristalita medio ascendfa a 16 pm en el interior de las varas y a 52 pm en la capa externa.
La rugosidad de la superficie de vara tema un valor Ra de 5,6 pm.
A continuacion se rompieron la varas en fragmentos de silicio en medio pobre en contaminacion, y se 10 desempolvaron las mismas.
Con este material segun la invencion se pudo alcanzar el rendimiento de un 93,2 % en el estiramiento.

Claims (11)

  1. 5
    10
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    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. - Vara de silicio policristalina, que comprende una capa externa de silicio policristalino con un grosor de 0,01 a 20 mm, conteniendo esta capa externa cristalitas con un tamano medio de mas de 20 pm a un maximo de 80 pm.
  2. 2. - Vara de silicio policristalina segun la reivindicacion 1, presentando la capa externa una rugosidad superficial de 4-10 pm.
  3. 3. - Vara de silicio policristalina segun la reivindicacion 1 o segun la reivindicacion 2, que presenta una superficie brillante.
  4. 4. - Vara de silicio policristalina segun una de las reivindicaciones 1 a 3, que presenta una estructura del mismo tipo por debajo de la capa externa, comprendiendo esta estructura poros, fugas, ranuras, grietas y huecos.
  5. 5. - Empleo de una vara de silicio policristalina segun una de las reivindicaciones 1 a 4 para la obtencion de fragmentos de silicio policristalinos mediante desmenuzado.
  6. 6. - Procedimiento para la obtencion de una vara de silicio policristalina segun una de las reivindicaciones 1 a 4 mediante introduccion de un gas de reaccion que contiene un componente que comprende silicio e hidrogeno en un reactor, mediante lo cual se precipita silicio policristalino en forma de varas, caracterizado por que en un segundo paso de precipitacion concluyente, que tiene una duracion de 0,1 a 50 horas, una temperatura de las varas se aumenta en al menos 50°C frente a un primer paso, y asciende a mas de 1100°C, ascendiendo una concentracion de componente que contiene silicio en el gas de reaccion a un 5 % en moles o menor, y una alimentacion de componentes que contienen silicio a 0,25 moles por 1 m2 de superficie de vara o menor, en el segundo paso de precipitacion concluyente, de modo que las varas policristalinas obtenidas comprenden una capa externa con un grosor de 0,01 a 20 mm, conteniendo esta capa externa cristalitas con un tamano medio de mas de 20 pm a un maximo de 80 pm.
  7. 7. - Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que tras precipitacion de silicio policristalino, las varas son circuladas por un gas exento de contaminacion durante la extraccion del reactor.
  8. 8. - Procedimiento segun la reivindicacion 6 o segun la reivindicacion 7, caracterizado por que, tras precipitacion de silicio policristalino, las varas se revisten respectivamente con un saquito, antes de ser extrafdas del reactor.
  9. 9. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 a 8, ascendiendo la temperatura de vara al menos a 1100°C durante el segundo paso de precipitacion.
  10. 10. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 a 9, ascendiendo la duracion del segundo paso de precipitacion a 0,1 hasta 50 horas.
  11. 11. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 a 10, desmenuzandose en fragmentos y desempolvandose las varas de silicio tras la precipitacion.
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