JP2008037747A - ソーラーグレードのシリコン製造法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の方法は、顆粒と顆粒の少なくとも一部に設けられた皮膜を含む出発材料を提供し、顆粒はシリカを含み、皮膜は炭素を含む。方法は、出発材料を加熱して中間体を生成し、中間体をさらに反応させてソーラーグレードのシリコンを生成することをさらに含む。
【選択図】図2
Description
ここでは、炭化水素としてメタンが分解して炭素を生成して、顆粒上の皮膜として堆積する。これは水素ガスの放出を伴う。ある実施形態では、上記の反応が起こるゾーンに掃去ガスを流して水素ガスを除去する。掃去ガスの具体例としては、特に限定されないが、アルゴン、ヘリウム又は水素のような不活性ガスが挙げられる。
ここでは、シリカが炭素と反応して炭化ケイ素とシリカを生成し、一酸化炭素ガスの放出を伴う。ある実施形態では、シリカは液体シリカから実質的になる。本発明の実施形態では、一酸化炭素の分圧を、熱力学的平衡状態に必要とされる圧力よりも低く保つことによって、上記反応の平衡を中間体形成の方向(つまり上記化学式の右側)にシフトさせることができる。ある実施形態では、一酸化炭素の分圧は約50kPa未満とする。別の実施形態では、一酸化炭素の分圧は約25kPa未満とする。一実施形態では、前工程について述べた掃去ガスを中間体に流すことによって、一酸化炭素の分圧を保つ。掃去ガスの流速は、処理を行う反応器の設計及び構成、反応器内の材料充填密度などによって左右される。一実施形態では、反応器の全圧は約100〜約150kPaである。別の実施形態では、反応器の全圧は約150キロ〜約200kPaである。さらに別の実施形態では、反応器の全圧は約200kPaを超える。
前工程と同様に、一酸化炭素分圧を熱力学的平衡で規定されるレベル未満に保つことによって、反応の平衡を上記化学式の右側つまりソーラーグレードシリコン生成方向にシフトさせることができる。ある実施形態では、一酸化炭素の分圧は約90kPa未満の圧力に保たれる。ある実施形態では、一酸化炭素の分圧は約46kPa未満の圧力に保たれる。ある実施形態では、不活性ガスからなる掃去ガスを流すことによって、一酸化炭素分圧を保つ。ある実施形態では、生成するソーラーグレードのシリコンは液体シリコンから実質的になる。
22 ハウジング
24 壁
26 内面
28 チャンバー
32 第1ゾーン
34 第2ゾーン
36 第3ゾーン
40 第1の熱源
42 第2の熱源
44 第3の熱源
46 シリカ源導入口
48 炭化水素導入口
50 ガス出口
52 シリコン取出口
54 ガス導入口
Claims (10)
- シリコン製造装置(20)であって、
チャンバー(28)を画成する内面(26)を有する壁(24)を備えるハウジング(22)と、
ハウジング(22)に近接した熱エネルギー源であって、チャンバー(28)に熱エネルギーを供給し得る熱エネルギー源と、
装置の一方の端部のシリカ源導入口(46)であって、複数の顆粒を含むシリカ源をチャンバー(28)内に導入するためチャンバー(28)と連通したシリカ源導入口(46)と、
装置の上記端部の炭化水素導入口(48)であって、チャンバー(28)内に炭化水素を導入するためチャンバー(28)と連通した炭化水素導入口(48)と、
装置の上記端部のガス出口(50)であって、チャンバー(28)からチャンバー(28)の外側に連通し、チャンバー(28)内からチャンバー(28)外へガスを排出し得るガス出口(50)と、
チャンバーの反対側端部のシリコン取出口であって、チャンバー(28)からチャンバー(28)の外側に連通し、生成したソーラーグレードシリコンを排出し得るシリコン取出口(52)と
を備える装置。 - さらに、第1のゾーンの温度を約600℃超に高めるように構成された第1の熱エネルギー源(40)と、第2のゾーンの温度を約1600℃超に高めるように構成された第2の熱エネルギー源(42)と、第3のゾーンの温度を約2000℃超に高めるように構成された第3の熱エネルギー源(44)とを備える、請求項1記載の装置。
- 当該装置がマルチゾーン加熱炉を備えており、該マルチゾーンの各ゾーンの温度が独立に制御可能である、請求項1記載の装置。
- さらに、掃去ガスを流入させるためのガス導入口(54)を当該装置の前記反対側端部に備える、請求項1記載の装置。
- 炭化水素導入口(48)が、管内を冷却剤が流れるように構成された内蔵管をさらに備える、請求項1記載の装置。
- 前記炭化水素が、アルカン、アルケン、アルキン、芳香族炭化水素又はこれらの組合せを含んでなる、請求項1記載の装置。
- 当該装置(20)が炭化水素を分解して複数の顆粒上に炭素を含む皮膜を形成するように構成され、複数の顆粒がシリカを含む、請求項1記載の装置。
- 複数の顆粒のメジアン粒径が約1μm〜約5cmである、請求項1記載の装置。
- 複数の顆粒におけるシリカ/炭素モル比が約1:2である、請求項1記載の装置。
- 炭化水素及びシリカ源が装置(20)の一方の端部に連続的に供給され、ソーラーグレードシリコンが装置(20)の反対側端部から回収される、請求項1記載の装置。
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