JP6159344B2 - シリコンを精製するための方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2012年1月26日に出願された米国仮特許出願第61/591,073号に対する優先権の恩典を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
シリコンの精製は、多くの商業用および産業用プロセスにおいて重要な工程である。シリコンからの不純物の経済的な除去を達成し、結果としてその純度を高めることは、これらのプロセスの最適化における主要な目標である。しかしながら、シリコンから不純物を分離する効率的な方法は、特に大規模においては、しばしば、実現しにくくかつ用いることが困難である。
以下に、本発明の基本的な諸特徴および種々の態様を列挙する。
[1]
アルミニウムを含む溶融溶媒から出発物質シリコンを再結晶化して、最終再結晶化シリコン結晶を供給する工程;
該最終再結晶化シリコン結晶を酸性水溶液で洗浄して、最終酸洗浄シリコンを供給する工程;および
該最終酸洗浄シリコンを指向的に凝固させて、最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程
を含む、シリコンを精製するための方法。
[2]
前記最終方向性凝固シリコン結晶をサンドブラスト処理またはアイスブラスト処理して、サンドブラスト処理またはアイスブラスト処理した最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程をさらに含み、該サンドブラスト処理またはアイスブラスト処理した最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度が、該最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度より高い、[1]に記載の方法。
[3]
前記最終方向性凝固シリコン結晶の一部を除去して、トリミングした最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程をさらに含み、該トリミングした最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度が、該最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度より高い、[1]または[2]に記載の方法。
[4]
出発物質シリコンの前記再結晶化が、
第一の混合物を供給するのに十分に、該出発物質シリコンと前記アルミニウムを含む溶媒金属とを接触させる工程;
第一の溶融混合物を供給するのに十分に、該第一の混合物を溶融する工程;
前記最終再結晶化シリコン結晶および母液を形成するのに十分に、第一の溶融混合物を冷却する工程;ならびに
該最終再結晶化シリコン結晶と該母液とを分離して、該最終再結晶化シリコン結晶を供給する工程
を含む、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の方法。
[5]
出発物質シリコンの前記再結晶化が、
第一の混合物を供給するのに十分に、該出発物質シリコンと第一の母液とを接触させる工程;
第一の溶融混合物を供給するのに十分に、該第一の混合物を溶融する工程;
第一のシリコン結晶および第二の母液を形成するのに十分に、該第一の溶融混合物を冷却する工程;
該第一のシリコン結晶と該第二の母液とを分離して、該第一のシリコン結晶を供給する工程;
第二の混合物を供給するのに十分に、該第一のシリコン結晶と前記アルミニウムを含む第一の溶媒金属とを接触させる工程;
第二の溶融混合物を供給するのに十分に、該第二の混合物を溶融する工程;
前記最終再結晶化シリコン結晶および該第一の母液を形成するのに十分に、該第二の溶融混合物を冷却する工程;ならびに
該最終再結晶化シリコン結晶と該第一の母液とを分離して、該最終再結晶化シリコン結晶を供給する工程
を含む、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の方法。
[6]
出発物質シリコンの前記再結晶化が、
第一の混合物を供給するのに十分に、該出発物質シリコンと第二の母液とを接触させる工程;
第一の溶融混合物を供給するのに十分に、該第一の混合物を溶融する工程;
該第一の溶融混合物を冷却して、第一のシリコン結晶および第三の母液を形成する工程;
該第一のシリコン結晶と該第三の母液とを分離して、該第一のシリコン結晶を供給する工程;
第二の混合物を供給するのに十分に、該第一のシリコン結晶と第一の母液とを接触させる工程;
第二の溶融混合物を供給するのに十分に、該第二の混合物を溶融する工程;
該第二の溶融混合物を冷却して、第二のシリコン結晶および該第二の母液を形成する工程;
該第二のシリコン結晶と該第二の母液とを分離して、該第二のシリコン結晶を供給する工程;
第三の混合物を供給するのに十分に、該第二のシリコン結晶と前記アルミニウムを含む第一の溶媒金属とを接触させる工程;
第三の溶融混合物を供給するのに十分に、該第三の混合物を溶融する工程;
該第三の溶融混合物を冷却して、前記最終再結晶化シリコン結晶および該第一の母液を形成する工程;ならびに
該最終再結晶化シリコン結晶と該第一の母液とを分離して、該最終再結晶化シリコン結晶を供給する工程
を含む、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の方法。
[7]
前記最終再結晶化シリコンの前記洗浄が、
該最終再結晶化シリコンが酸溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該最終再結晶化シリコンと該酸溶液とを混ぜ合わせて、第一の混合物を供給する工程;および
該第一の混合物を分離して、前記最終酸洗浄シリコンを供給する工程
を含む、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の方法。
[8]
前記最終再結晶化シリコンの前記洗浄が、
該最終再結晶化シリコンが酸溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該最終再結晶化シリコンと該酸溶液とを混ぜ合わせて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を分離して、酸洗浄シリコンおよび該酸溶液を供給する工程;
該酸洗浄シリコンとすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第四の混合物を供給する工程;
該第四の混合物を分離して、湿潤性の精製シリコンおよび該すすぎ溶液を供給する工程;ならびに
前記最終酸洗浄シリコンを供給するのに十分に、該湿潤性の精製シリコンを乾燥する工程
を含む、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の方法。
[9]
前記最終再結晶化シリコンの前記洗浄が、
第一の複合体が弱酸溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該最終再結晶化シリコンと該弱酸溶液とを混ぜ合わせて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を分離して、第三のシリコン−アルミニウム複合体および該弱酸溶液を供給する工程;
該第三の複合体が強酸溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該第三のシリコン−アルミニウム複合体と該強酸溶液とを混ぜ合わせて、第三の混合物を供給する工程;
該第三の混合物を分離して、第一のシリコンおよび該強酸溶液を供給する工程;
該第一のシリコンと第一のすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第四の混合物を供給する工程;
該第四の混合物を分離して、湿潤性の精製シリコンおよび該第一のすすぎ溶液を供給する工程;ならびに
前記最終酸洗浄シリコンを供給するのに十分に、該湿潤性の精製シリコンを乾燥する工程
を含む、[1]〜[8]のいずれか一項に記載の方法。
[10]
前記第一の混合物を分離して、第二のシリコン−アルミニウム複合体および前記弱酸溶液を供給する工程;
該第二の複合体が中程度酸溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該第二のシリコン−アルミニウム複合体と該中程度酸溶液とを混ぜ合わせて、第二の混合物を供給する工程;ならびに
該第二の混合物を分離して、第三のシリコン−アルミニウム複合体および該中程度酸溶液を供給する工程
をさらに含む、[9]に記載の方法。
[11]
前記第四の混合物を分離して、第二のシリコンおよび前記第一のすすぎ溶液を供給する工程;
該第二のシリコンと第二のすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第五の混合物を供給する工程;ならびに
該第五の混合物を分離して、前記湿潤性のシリコンおよび該第二のすすぎ溶液を供給する工程
をさらに含む、[9]または[10]に記載の方法。
[12]
前記最終再結晶化シリコンの前記洗浄が、
前記第一の複合体が弱HCl溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該最終再結晶化シリコンと該弱HCl溶液とを混ぜ合わせて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を分離して、第三のシリコン−アルミニウム複合体および該弱HCl溶液を供給する工程;
該第三の複合体が強HCl溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該第三のシリコン−アルミニウム複合体と該強HCl溶液とを混ぜ合わせて、第三の混合物を供給する工程;
該第三の混合物を分離して、第一のシリコンおよび該強HCl溶液を供給する工程;
該第一のシリコンと第一のすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第四の混合物を供給する工程;
該第四の混合物を分離して、湿潤性の精製シリコンおよび該第一のすすぎ溶液を供給する工程;
前記最終酸洗浄シリコンを供給するのに十分に、該湿潤性の精製シリコンを乾燥する工程;
該弱HCl溶液から該弱HCl溶液の一部を除去して、該弱HCl溶液のpHおよび比重を維持する工程;
強HCl溶液の一部を該弱HCl溶液に移して、該弱HCl溶液のpH、該弱HCl溶液の体積、前記中程度HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
バルクHCl溶液の一部を該強HCl溶液に添加して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該第一のすすぎ溶液の一部を該強HCl溶液に移して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
新鮮な水を前記第二のすすぎ溶液に添加して、該第二のすすぎ溶液の体積を維持する工程
を含む、[1]〜[11]のいずれか一項に記載の方法。
[13]
前記最終再結晶化シリコンの前記洗浄が、
前記第一の複合体が弱HCl溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該最終再結晶化シリコンと該弱HCl溶液とを混ぜ合わせて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を分離して、第二のシリコン−アルミニウム複合体および弱HCl溶液を供給する工程;
該第二の複合体が中程度HCl溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該第二のシリコン−アルミニウム複合体と該中程度HCl溶液とを混ぜ合わせて、第二の混合物を供給する工程;
該第二の混合物を分離して、第三のシリコン−アルミニウム複合体および中程度HCl溶液を供給する工程;
前記第三の複合体が強HCl溶液と少なくとも部分的に反応することを可能にするのに十分に該第三のシリコン−アルミニウム複合体と該強HCl溶液とを混ぜ合わせて、第三の混合物を供給する工程;
該第三の混合物を分離して、第一のシリコンおよび強HCl溶液を供給する工程;
該第一のシリコンと第一のすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第四の混合物を供給する工程;
該第四の混合物を分離して、第二のシリコンおよび第一のすすぎ溶液を供給する工程;
該第二のシリコンと第二のすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第五の混合物を供給する工程;
該第五の混合物を分離して、湿潤性の精製シリコンおよび第二のすすぎ溶液を供給する工程;
前記最終酸洗浄シリコンを供給するのに十分に、該湿潤性の精製シリコンを乾燥する工程;
該弱HCl溶液から該弱HCl溶液の一部を除去して、該弱HCl溶液のpHおよび比重を維持する工程;
中程度HCl溶液の一部を該弱HCl溶液に移して、該弱HCl溶液のpH、該弱HCl溶液の体積、該弱HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
強HCl溶液の一部を該中程度HCl溶液に移して、該中程度HCl溶液のpH、該中程度HCl溶液の体積、該中程度HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
バルクHCl溶液の一部を該強HCl溶液に添加して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該第一のすすぎ溶液の一部を該強HCl溶液に移して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該第二のすすぎ溶液の一部を該第一のすすぎ溶液に移して、該第一のすすぎ溶液の体積を維持する工程;
新鮮な水を該第二のすすぎ溶液に添加して、該第二のすすぎ溶液の体積を維持する工程
を含む、[1]〜[12]のいずれか一項に記載の方法。
[14]
前記最終酸洗浄シリコンの方向性凝固が、前記最終方向性凝固シリコン結晶を供給するための2つの連続した方向性凝固を含む、[1]〜[13]のいずれか一項に記載の方法。
[15]
前記最終酸洗浄シリコンの前記方向性凝固が、るつぼ内で該最終酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該るつぼが、
インゴットを生成するための内部であって、該インゴットが、多様なブロックを含む、内部;および
凝固して該インゴットを形成する溶融物質が生成される加熱炉の内部形状とほぼ一致する、外部形状
を含む、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の方法。
[16]
前記ブロックが格子を含み、方形のるつぼ内の格子と比較するとコーナーブロックの割合に対して側部または中央のブロックの割合が増加している、[15]に記載の方法。
[17]
前記るつぼの外周が、およそ8個の主な側部を含み、該8個の側部が、ほぼ等しい長さのほぼ対向する第一の側部の2セット、および、ほぼ等しい長さのほぼ対向する第二の側部の2セットを含み、該第一の側部が該第二の側部と交互に並んでいる、[15]または[16]に記載の方法。
[18]
前記最終酸洗浄シリコンの前記方向性凝固が、るつぼを使用して該最終酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該るつぼが、
インゴットの生成のための内部、
凝固して該インゴットを形成する溶融物質が生成される加熱炉の内部形状とほぼ一致する、外部形状
を含み;
該インゴットが、多様なブロックを含み;
該多様なブロックが格子を含み;
該加熱炉の内部形状と一致する該外部形状によって、方形のるつぼを使用して該加熱炉から作製することができるブロックの数よりも多い数のブロックを作製することが可能であり;
該加熱炉の該内部形状が、ほぼ円形を含み;かつ
該るつぼの外周が、およそ8個の主な側部を含み、該8個の側部が、ほぼ等しい長さのほぼ対向するより長い側部の2セット、および、ほぼ等しい長さのほぼ対向するより短い側部の2セットを含み、該より長い側部が該より短い側部と交互に並んでいる、
[1]〜[17]のいずれか一項に記載の方法。
[19]
前記最終酸洗浄シリコンの前記方向性凝固が、装置内で該最終酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該装置が、
少なくとも1つの耐熱性材料を含む、方向性凝固鋳型;
外側ジャケット;および
該方向性凝固鋳型と該外側ジャケットの間において少なくとも部分的に配置された、断熱層
を備える、[1]〜[18]のいずれか一項に記載の方法。
[20]
前記最終酸洗浄シリコンの前記方向性凝固が、
少なくとも1つの耐熱性材料を含む、方向性凝固鋳型、
外側ジャケット、および
該方向性凝固鋳型と該外側ジャケットの間において少なくとも部分的に配置された、断熱層
を備える方向性凝固装置を供給する工程;
該最終酸洗浄シリコンを少なくとも部分的に溶融して、第一の溶融シリコンを供給する工程;ならびに
該第一の溶融シリコンを該方向性凝固鋳型内で指向的に凝固させて、第二のシリコンを供給する工程
を含む、[1]〜[19]のいずれか一項に記載の方法。
[21]
前記方向性凝固鋳型上に加熱器を位置付ける工程をさらに含み、位置付ける工程が、加熱要素および誘導加熱器から選択される1つまたは複数の加熱部材を該方向性凝固鋳型上に位置付ける工程を含む、[20]に記載の方法。
[22]
前記最終酸洗浄シリコンの前記方向性凝固が、装置を使用して該最終酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該装置が、
耐熱性材料、
滑り面耐熱物を含み、方向性凝固シリコンを前記方向性凝固鋳型から取り出す際の損傷から該鋳型の残部を保護するように配置されている、上層、
鋼を含む、外側ジャケット、
断熱れんが、耐熱性材料、耐熱性材料の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの混合物を含み、該方向性凝固鋳型の側壁の1つまたは複数と該外側ジャケットの側壁の1つまたは複数の間において少なくとも部分的に配置されている、断熱層
を含む方向性凝固鋳型であって、
該方向性凝固鋳型の側壁の1つまたは複数が酸化アルミニウムを含み、
該方向性凝固鋳型の底部が、シリコンカーバイド、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含む、方向性凝固鋳型;ならびに
加熱部材の各々が加熱要素または誘導加熱器を含み、該加熱要素が、シリコンカーバイド、二ケイ化モリブデン、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含む、1つまたは複数の該加熱部材、
断熱れんが、耐熱物、耐熱物の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの組み合わせを含む、断熱体、および
ステンレス鋼を含む、外側ジャケット
を備える上部加熱器であって、
該断熱体が、該1つまたは複数の加熱部材と上部加熱器外側ジャケットの間において少なくとも部分的に配置されている、上部加熱器
を備え、
該装置が、シリコンの該方向性凝固に2回超使用されるように構成されている、
[1]〜[21]のいずれか一項に記載の方法。
開示される主題の特定の請求項についてここで詳細に参照するが、その実施例は、添付の図面において説明される。開示される主題は、列挙される請求項と併せて記載しているが、これらは、開示される主題がそれら請求項に限定されることを意図するものではないことが理解されよう。むしろ、開示される主題は、特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の主題の範囲内に包含されうるすべての代替物、変形、および等価物を網羅することが意図される。
単数形の「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」は、文脈が明確に他のことを示していない限り、複数形の指示対象を含むことができる。
本発明は、シリコンの精製に関する。本発明は、シリコンを精製するための方法を提供する。図1を参照すると、本発明のシリコン精製の方法の一般的な概略を説明するブロック流れ図5が示される。本方法は、アルミニウムを含む溶融溶媒から出発物質シリコン10を再結晶化して15、最終再結晶化シリコン結晶20を供給する工程を含む。本方法はまた、最終再結晶化シリコン結晶20を酸性水溶液で洗浄して25、最終酸洗浄シリコン30を供給する工程を含む。本方法はまた、最終酸洗浄シリコン30を指向的に凝固させて35、最終方向性凝固シリコン結晶40を供給する工程を含む。
シリコンを精製する方法は、アルミニウムを含む溶融溶媒から出発物質シリコンを再結晶化して、最終再結晶化シリコン結晶を供給する工程を含む。再結晶化は、任意の適切な再結晶化プロセスでありうるが、再結晶化溶媒は、アルミニウムを含み、出発物質シリコンよりも純粋な最終再結晶化シリコン結晶を供給する。いくつかの態様において、再結晶化を1回実施して、出発物質シリコンを最終再結晶化シリコン結晶に変換することができる。他の態様において、出発物質シリコンを複数回再結晶化した後に最終再結晶化シリコン結晶を供給することができる。いくつかの態様において、アルミニウム溶媒は、純粋であってもよいか、または不純物を含んでいてもよい。アルミニウム中の不純物は、シリコンであってもよいか、または他の不純物であってもよい。複数回の再結晶化を伴う態様において、再結晶化は、カスケードプロセスでありうるが、第一の再結晶化が少なくとも純粋なアルミニウムを再結晶化溶媒として使用し、かつ、最後の再結晶化が最も純粋なアルミニウムを再結晶化溶媒として使用するように、プロセスを通して逆向きにアルミニウム溶媒をリサイクルすることができる。シリコン結晶は、カスケードプロセスを順方向に進むので、これらはより純粋な溶媒金属から再結晶化される。アルミニウム溶媒をリサイクルすることによって、廃棄物が最小限に抑えられる。溶媒中および再結晶される物質中の不純物の量は、生成物の純度に悪影響を及ぼしうるので、最後の再結晶化に最も純粋なアルミニウム溶媒を使用することは、最終再結晶化シリコン結晶の純度を最大限に高めることに役立つ。適切な再結晶化のいくつかの例は、米国特許出願第12/729,561号に見出すことができ、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
シリコンを精製する方法は、最終再結晶化シリコン結晶を酸性水溶液で洗浄して、最終酸洗浄シリコンを供給する工程を含む。洗浄工程において、酸性水溶液での任意の適切な洗浄を使用して、最終酸洗浄シリコンを供給することができる。いくつかの態様において、溶解および洗浄プロセスのカスケードが使用される。溶解および洗浄プロセスを含む、洗浄工程は、1つまたは複数の段階を含有することができる。水および溶解性化学物質は、プロセスを通ってリサイクルされて、プロセスの開始に向かうことができる。再結晶化工程の最終再結晶化シリコン結晶から最終酸洗浄シリコンを生成するために、酸洗浄、水洗浄および乾燥を含む一連の工程を以下の実施態様に記載しているが、最終酸洗浄シリコンを与えるための、最終再結晶化シリコンからアルミニウムまたは他の望ましくない不純物を溶解する任意の適切なプロセスが、本発明の方法の酸洗浄工程のある態様の一例として包含されることを理解すべきである。適切な酸洗浄工程のいくつかの例は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる米国特許出願第12/760,222号に見出すことができる。
シリコンを精製するための方法はまた、最終酸洗浄シリコンを指向的に凝固させて、最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程を含む。方向性凝固は、シリコンの精製によって最終方向性凝固シリコン結晶を供給することが可能である、任意の適切な方向性凝固であることができる。方向性凝固は、方向性凝固装置で行うことができ、装置は、本明細書に記載される装置および標準的な公知の方向性凝固装置を含む、任意の方向性凝固装置を含むことができる。方向性凝固のための適切なるつぼ、装置および方法のいくつかの例は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる米国特許出願第12/716,889号および同第12/947,936号に見出すことができる。
いくつかの態様において、シリコンの溶融もしくはシリコンの方向性凝固のいずれかまたはその両方は、加熱炉容量の効率的利用を提供するように設計されたるつぼ内で実施することができる。いくつかの態様において、るつぼは、溶融シリコンが調製される加熱炉の内部形状とほぼ一致することができる。
いくつかの態様において、シリコンを溶融するか、もしくはシリコンの方向性凝固のいずれかまたは両方は、方向性凝固アセンブリで実施することができる。アセンブリは、任意の適切な方向性凝固アセンブリを含むことができる。いくつかの態様において、方向性凝固アセンブリは、上述したるつぼを含むことができ、そのるつぼの形状は、加熱炉容量の効率的利用を可能にする。他の態様において、方向性凝固アセンブリは、加熱炉に入れるように設計されたるつぼを含まず、代わりにシリコンの溶融は、異なるるつぼ内、たとえば、加熱炉の内部形状とほぼ一致するように設計されたるつぼまたは他のるつぼ内で行われ、次に、方向性凝固装置に移される。このセクションで記載された方向性凝固アセンブリの底部鋳型部分の任意の特徴は、上述した効率的な加熱炉容量利用のために設計されたるつぼの態様に含めることができる。
図16は、方向性凝固装置のある態様を示す。装置4100の断面側面図が示される。装置4100は、少なくとも1つの耐熱性材料を含む方向性凝固鋳型4110を備える。少なくとも1つの耐熱性材料は、鋳型内でシリコンの方向性凝固が可能なように構成されている。装置4100はまた、外側ジャケット4130を備える。さらに、装置4100は、方向性凝固鋳型4110と外側ジャケット4130の間において少なくとも部分的に配置された断熱層4120を備える。シリコンの方向性凝固に装置4100を2回以上使用することができる。
1つの態様において、方向性凝固装置はまた、上部加熱器を備える。上部加熱器は、底部鋳型の上部に位置付けることができる。上部加熱器の底部の形状は、底部鋳型の上部の形状とほぼ一致する。上部加熱器は、底部鋳型の上部に熱を加えて、その中のシリコンを加熱することができる。底部鋳型に熱を加えることによって、底部鋳型内でシリコンの溶融を引き起こすことができる。さらに、底部鋳型に熱を加えることによって、底部鋳型内でシリコンの温度の制御を可能にする。また、上部加熱器は、加熱を伴うことなく底部鋳型の上部に位置付けることができ、底部鋳型の上部からの熱の放出を制御するための断熱体として機能する。底部鋳型の上部の温度または熱の放出を制御することによって、所望の温度勾配がより容易に達成され、より高度に制御された方向性凝固を可能にする。最終的に、温度勾配の制御は、より効果的な方向性凝固を可能にし、結果として得られるシリコンの純度が最大になる。1つの態様において、B型熱電対を使用して、加熱炉チャンバー内部の温度をモニタリングすることができる。
上記で考察したように、装置内の温度勾配を制御することによって、高度に制御された方向性凝固を達成することができる。温度勾配に対する高度な制御および対応する方向性結晶化は、より効果的な方向性凝固を可能にし、高純度のシリコンを供給する。方向性凝固装置の種々の態様において、方向性結晶化は、おおむね底部から上部に進行し、したがって、所望の温度勾配は、底部でより低い温度を有し、上部でより高い温度を有する。上部加熱器に関する態様において、上部加熱器は、方向性凝固鋳型の上部からの熱の流入または損失を制御する1つの方法である。方向性凝固装置のいくつかの態様は、方向性凝固鋳型内に、装置の底部からの熱の損失を誘導するための伝導性耐熱性材料を含み、一方でいくつかの態様はまた、方向性凝固鋳型の側部に、そこからの熱の損失を防ぐための、ならびに垂直温度勾配の形成の促進および水平温度勾配の形成の妨害の両方のための断熱材料を含む。方向性凝固装置を使用するいくつかの方法において、送風機で装置の底部にわたって、例えば、外側ジャケットの底部にわたって送風し、装置の底部からの熱の損失を制御することができる。方向性凝固装置を使用するいくつかの方法において、送風機を使用せずに周囲空気の循環を使用して、装置の底部を含む装置を冷却する。
図19は、底部鋳型4420の上部に位置付けられた上部加熱器部を備える、シリコンの方向性凝固のための装置4400の具体的態様を示す。上部加熱器は、垂直構造部材4403の穴4402を介して上部加熱器4410に連結している鎖4401を備える。鎖4401は、上部加熱器をクレーンの使用によって移動させることが可能な添えロープを形成する。装置はまた、例えば、装置の底部半分上に上部加熱器を残しながら、装置の底部半分をシザーリフト上に置くことによって移動させることができる。装置は、任意の適切な様式で移動させることができる。垂直構造部材4403は、上部加熱器4410の外側ジャケットの下端から上部加熱器4410のステンレス鋼外側ジャケットの上端に垂直に延びている。垂直構造部材は、上部加熱器外側ジャケットの外側に位置しており、かつ、上部加熱器の中心から離れる方向と並行にジャケットから延びている。上部加熱器はまた、上部加熱器外側ジャケットの外側に位置し、かつ上部加熱器の中心から離れる方向と並行である方向にジャケットから延びている、水平構造部材4404を備える。上部加熱器はまた、上部加熱器の外側ジャケットの一部である縁4405を備える。縁は、上部加熱器の外側ジャケットから離れて突き出ている。縁は、上部加熱器の断熱体を任意の適切な程度まで覆うように、上部加熱器の中心軸に対して内側に延びることができる。あるいは、縁は、上部加熱器の外側ジャケットの下端を覆うためだけに内側に延びることができる。遮蔽箱4406は、上部加熱器の外側ジャケットから突き出ている加熱部材の端部を取り囲み、これらの部材の端部にまたはその近傍に存在しうる熱および電気から使用者を保護する。
本発明は、本明細書に記載される方向性凝固装置を使用して、シリコンを精製する方法を含むことができ、装置は、この装置の任意の態様であってよい。本発明の方向性凝固工程は、任意の方法を使用して、任意の適切な装置で実施することができ、かつ、方向性凝固装置の特定の態様をある一定の方法で使用する本明細書に与えられる例は、方向性凝固工程を実施する1つの例にすぎない。本明細書に記載される方向性凝固装置の使用方法は、任意の適切な方法であってよい。1つの態様において、この方法は、第一のシリコンを供給または受け入れる工程を含むことができる。第一のシリコンは、任意の適切なグレードの純度のシリコンを含むことができる。この方法は、第一のシリコンを少なくとも部分的に溶融する工程を含むことができる。この方法は、第一のシリコンを完全に溶融する工程を含むことができる。第一のシリコンを少なくとも部分的に溶融する工程は、第一のシリコンを完全に溶融する工程、第一のシリコンをほとんど完全に溶融する工程(約99%、95%、90%、85%または80重量%超が溶融する)、または第一のシリコンを部分的に溶融する工程(約80重量%未満またはそれ以下が溶融する)を含むことができる。第一のシリコンを溶融する工程は、第一の溶融シリコンを供給することができる。この方法は、方向性凝固装置を供給または受け入れる工程を含むことができる。方向性凝固装置は、上述したものと実質的に類似していてよい。この方法は、第一のシリコンを指向的に凝固させて、第一の溶融シリコンを供給する工程を含むことができる。いくつかの態様において、シリコンの方向性凝固は、方向性凝固鋳型の底部でほぼ開始し、かつ、方向性凝固鋳型の上部でほぼ終了する。方向性凝固は、第二のシリコンを供給することができる。第二のシリコンの最終凝結部分は、第一のシリコンよりも高い濃度の不純物を含む。最終凝結部分以外の第二のシリコンの部分は、第一のシリコンよりも低い濃度の不純物を含むことができる。
本明細書に記載される方法によって精製されたシリコンは、本シリコンが太陽電池の形成に適するように十分に純粋でありうる。本明細書に記載される方法によって精製されたシリコンは、太陽電池デバイスでの使用に適しており、ppmwで、ホウ素がリンよりも少なく含有されうる。いくつかの態様において、UMGとSiemensプロセスからのポリシリコンとの配合ならびにより高い収量およびセル効率の達成を可能にするために、ホウ素レベルが十分に低い場合、UMGにおいて、ホウ素レベルがリンレベルよりも高いことが有利である。Siemensプロセスからのポリシリコンは概して、ホウ素およびリンレベルが約0.1ppmw未満である。UMGとUMGよりも低いホウ素およびリンレベルを有するポリシリコンとを配合すると、配合したUMG/ポリシリコン中のリンおよびホウ素レベルの平均が低下する。したがって、リンレベルよりも高いホウ素レベルを有するUMGシリコンから得られる多結晶インゴットは、リンレベルよりも低いホウ素レベルを有するUMGシリコンから得られる多結晶インゴットよりも、多結晶インゴットの表面により近いP/N接合を有することができる。ホウ素レベルが十分に低く、リンレベルがホウ素レベルよりも低い場合は、全くP/N接合を有することはできない。ホウ素レベルよりも高いリンレベルを有するUMGシリコンは、多結晶インゴットの表面からより深く、かつより離れたP/N接合を有する傾向があり、これによりインゴットからの有用な物質の生成が制限される。いくつかの態様において、より高い極小抵抗率が、UMGまたは配合したUMGから成長した多結晶インゴットの底部およびその近くにおいて得ることができるという理由から、ホウ素含有量が約0.7ppmw未満である場合が有利でありうる。0.7ppmwよりも高いホウ素および/またはリンレベルを有するUMGシリコンは、通常、ウェハーの抵抗率を増加させるために補填され、セル効率が向上する。0.3ppmwよりも高いホウ素および/またはリンレベルを有するUMGシリコンは、ウェハーの抵抗率を増加させるために補填され、セル効率を向上させることができる。補填は平均セル効率を向上させるが、キャリア移動度の低下およびオージェ再結合などの機構を介する再結合の増加に起因して、UMGがSiemensプロセスからのポリシリコンと同程度のセル効率を有することを妨げる傾向がある。ホウ素レベルよりも低いリンレベルを有する精製シリコンはまた、ポリシリコンと配合することなく、太陽電池に加工処理することができる。いくつかの態様において、任意のドーパント、すなわち、ホウ素またはリンのいずれかを、本プロセスの態様から得られた太陽電池シリコンと共に添加しないことも可能である。ppmwで、リンよりも少ないホウ素、0.7ppmw未満のホウ素、および1ppmw未満の他の金属不純物を有する冶金プロセスから得られた精製UMGシリコンを、太陽電池を製造するために使用することができる。
一重パスの母液Aを、MG-Siまたは他のシリコン供給原料と混合した。溶融混合物SP(一重パス)Bを冷却して、シリコン結晶「SPフレークB」を成長させ、SP母液Bを得た。SP母液BとSPフレークBとを分離した。SP母液Bを、副生成物としてアルミニウム鋳造、ダイキャスト鋳造および二次製錬工業に売却した。混合物は、約40%シリコンおよび60%アルミニウムであった。混合物を、ほぼ液相温度に溶融した。混合物を、約950℃以上に加熱した。混合物を、約720℃に冷却した。混合物から約32重量%のフレークが得られた。冷却を、約15時間にわたって行った。約2,200kg以上をバッチサイズとして使用した。
SP母液Aを、MG-Siまたは他のシリコン源と混合した。溶融混合物「SP B」の温度を下げて、シリコン結晶「SPフレークB」を成長させ、SP母液Bを得た。SP母液BとSPフレークBとを分離した。
図8は、4重パスカスケードとしての本発明のある態様を示しており、これは4つの加熱炉で実施して、ホウ素が0.52ppmw未満の4重パスシリコンフレーク722を生成する。一重パスの加熱炉は、10,000kgの収容量を有する。第一のパス704では、2,200kgの60%アルミニウムおよび40%シリコン溶融物(第二のパスから850kgの母液724、第一のパスの第一の繰り返し702から850kgの再利用母液703、および500kgのシリコン716)を、およそ16時間冷却可能な、溶融混合物を収容することができる容器に注ぎ、これにより約704kgのシリコンの第一のパスフレーク718が生成する。任意の塩素含有ガスを、冷却前に溶融混合物に添加することができる。液体の母液741の約50%は大型の鋳型に除去し、副生成物としてアルミニウム鋳造合金製造用に売却される。母液724の他の50%(第一のパス704から)、すなわち、850kgは、第一のパスの第一の繰り返し702用に同一の一重パス加熱炉に、液体の形態で注ぎ戻すか、または固体種(solid sows)として添加し戻す。また、液体または固体の850kgの第二のパス母液742を、500kgのシリコン716と共に、第一のパスの第一の繰り返し702用に一重パス加熱炉に添加する。溶融浴が冷却され、フレークが成長した場合、これから、およそ704kgの一重パスシリコンフレーク718が生成する。2,200kgバッチにつき、500kgの冶金グレードシリコンまたはスクラップシリコン716を加熱炉に添加する。スクラップシリコン、別のプロセスから精製されたシリコンまたは冶金シリコンは、およそ5ppmw未満のホウ素レベルを有しうる。この工程は、プロセスにおいて母液とフレークの量が一定となるように、全サイクルの各々において2回行う(例えば、第一のパス704および第一のパスの第一の繰り返し702)。
シリコンカーバイド抵抗素子を、高温ウール断熱剤および鋼シェルで断熱した上部加熱器内で使用した。溶融シリコン(1.4トン)を、装置の耐熱物で内張した予熱された底部部位に注いだ。装置は、シリコンを冷却後に取り出すことが可能な抜き勾配を含む、酸化アルミニウム耐熱物壁を有していた。耐熱物の壁を、酸化アルミニウム耐熱物の薄い滑り面で、次に、Si3N4粉末の第二層でコーティングした。方向性凝固鋳型の底部はシリコンカーバイド耐熱物から作り、鋼シェルの外側は送風機で外部シェルの底部に空気を送風することで冷却した。加熱器は、1450℃で14時間に設定し、次に、これらの要素の電源を切った。6時間後、上部加熱器部分を取り外し、シリコンを室温まで放冷した。鋳型をひっくり返した。1.4トンのインゴットを半分に切断し、インゴットの上部25%を切り取って不純物を除去した。粒子は、幅が約1〜2cmで高さが3〜10cmであり、Bridgemanプロセスからの標準インゴットと同様に垂直方向でカラムを形成した。
シリコンカーバイド抵抗素子を、高温ウール断熱剤および鋼シェルで断熱した上部加熱器内で使用した。溶融シリコン(0.7トン)を、装置の耐熱物で内張した予熱された底部部位に注いだ。装置は、シリコンインゴットを取り出すための中間分割線を含む、酸化アルミニウム耐熱物壁を有していた。耐熱物の壁を、SiO2耐熱物の薄い滑り面でコーティングした。方向性凝固鋳型の底部はグラファイトで作り、鋼シェルの外側は送風機で外部シェルの底部に空気を送風することで冷却した。加熱器は、1450℃で12時間に設定し、次に、これらの要素の電源を切った。6時間後、上部加熱器部分を取り外し、シリコンを室温まで放冷した。鋳型を分割線で開いた。0.7トンのインゴットを半分に切断し、インゴットの上部15%を切り取って不純物を除去した。粒子は幅が約1cmで高さが3〜10cmであり、Bridgemanプロセスからの標準インゴットと同様に垂直方向でカラムを形成した。
本発明は、以下の例示的な態様を提供するが、その番号付けが重要性のレベルを指定するものと解釈されるべきではない。
Claims (21)
- アルミニウムを含む溶融溶媒から出発物質シリコンを再結晶化して、再結晶化シリコン結晶を供給する工程;
該再結晶化シリコンが酸溶液と少なくとも部分的に反応することが可能なように該再結晶化シリコン結晶を酸性水溶液と混ぜ合わせて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を分離して、酸洗浄シリコンを供給する工程;および
該酸洗浄シリコンを指向的に凝固させて、最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程
を含む、シリコンを精製するための方法。 - 前記最終方向性凝固シリコン結晶をサンドブラスト処理またはアイスブラスト処理して、サンドブラスト処理またはアイスブラスト処理した最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程をさらに含み、該サンドブラスト処理またはアイスブラスト処理した最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度が、該最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度より高い、請求項1に記載の方法。
- 前記最終方向性凝固シリコン結晶の一部を除去して、トリミングした最終方向性凝固シリコン結晶を供給する工程をさらに含み、該トリミングした最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度が、該最終方向性凝固シリコン結晶の平均純度より高い、請求項1または2に記載の方法。
- 出発物質シリコンの前記再結晶化が、
該出発物質シリコンと前記アルミニウムを含む溶媒金属とを接触させて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を溶融して、第一の溶融混合物を供給する工程;
第一の溶融混合物を冷却して、前記再結晶化シリコン結晶および母液を形成する工程;ならびに
該再結晶化シリコン結晶と該母液とを分離して、該再結晶化シリコン結晶を供給する工程
を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 出発物質シリコンの前記再結晶化が、
該出発物質シリコンと第一の母液とを接触させて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を溶融して、第一の溶融混合物を供給する工程;
該第一の溶融混合物を冷却して、第一のシリコン結晶および第二の母液を形成する工程;
該第一のシリコン結晶と該第二の母液とを分離して、該第一のシリコン結晶を供給する工程;
該第一のシリコン結晶と前記アルミニウムを含む第一の溶媒金属とを接触させて、第二の混合物を供給する工程;
該第二の混合物を溶融して、第二の溶融混合物を供給する工程;
該第二の溶融混合物を冷却して、前記再結晶化シリコン結晶および該第一の母液を形成する工程;ならびに
該再結晶化シリコン結晶と該第一の母液とを分離して、該再結晶化シリコン結晶を供給する工程
を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 出発物質シリコンの前記再結晶化が、
該出発物質シリコンと第二の母液とを接触させて、第一の混合物を供給する工程;
該第一の混合物を溶融して、第一の溶融混合物を供給する工程;
該第一の溶融混合物を冷却して、第一のシリコン結晶および第三の母液を形成する工程;
該第一のシリコン結晶と該第三の母液とを分離して、該第一のシリコン結晶を供給する工程;
該第一のシリコン結晶と第一の母液とを接触させて、第二の混合物を供給する工程;
該第二の混合物を溶融して、第二の溶融混合物を供給する工程;
該第二の溶融混合物を冷却して、第二のシリコン結晶および該第二の母液を形成する工程;
該第二のシリコン結晶と該第二の母液とを分離して、該第二のシリコン結晶を供給する工程;
該第二のシリコン結晶と前記アルミニウムを含む第一の溶媒金属とを接触させて、第三の混合物を供給する工程;
該第三の混合物を溶融して、第三の溶融混合物を供給する工程;
該第三の溶融混合物を冷却して、前記再結晶化シリコン結晶および該第一の母液を形成する工程;ならびに
該再結晶化シリコン結晶と該第一の母液とを分離して、該再結晶化シリコン結晶を供給する工程
を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記再結晶化シリコンの前記洗浄が、
該酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる前に、該分離した酸洗浄シリコンとすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、すすぎ混合物を供給する工程;ならびに
該すすぎ混合物から該酸洗浄シリコンを分離して、すすいだ酸洗浄シリコンを供給する工程
をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法であって、
該指向的に凝固させる工程が、該すすいだ酸洗浄シリコンを指向的に凝固させて、該最終方向性凝固シリコン結晶を供給することを含む、
方法。 - 前記再結晶化シリコンを酸性水溶液と混ぜ合わせる工程が、
該再結晶化シリコンが弱酸溶液と少なくとも部分的に反応して第一のシリコン−アルミニウム複合体を形成することが可能なように、該再結晶化シリコンと該弱酸溶液とを混ぜ合わせて、第一の洗浄混合物を供給する工程;
該第一の洗浄混合物から該第一のシリコン−アルミニウム複合体を分離する工程;
該第一のシリコン−アルミニウム複合体が強酸溶液と少なくとも部分的に反応して第一のシリコンを形成することが可能なように、該分離した第一のシリコン−アルミニウム複合体と該強酸溶液とを混ぜ合わせて、第二の洗浄混合物を供給する工程;ならびに
該第二の洗浄混合物から該第一のシリコンを分離して、酸洗浄シリコンを供給する工程
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記再結晶化シリコンを酸性水溶液と混ぜ合わせる工程が、
該第一のシリコン−アルミニウム複合体が中程度酸溶液と少なくとも部分的に反応して第二のシリコン−アルミニウム複合体を形成することが可能なように、該分離した第一のシリコン−アルミニウム複合体を該強酸溶液と混ぜ合わせる前に、該分離した第一のシリコン−アルミニウム複合体と該中程度酸溶液とを混ぜ合わせて、第三の洗浄混合物を形成する工程;ならびに
該第三の洗浄混合物から該第二のシリコン−アルミニウム複合体を分離する工程
をさらに含む、請求項8に記載の方法であって、
該分離した第二のシリコン−アルミニウム複合体が該強酸溶液と混ぜ合わされて、該第二の洗浄混合物を形成する、
方法。 - 該酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる前に、該すすぎ溶液から分離した該酸洗浄シリコンと第二のすすぎ溶液とを混ぜ合わせて、第二のすすぎ混合物を供給する工程;ならびに
該第二のすすぎ混合物から該酸洗浄シリコンを分離して、該すすいだ酸洗浄シリコンを供給する工程
をさらに含む、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。 - 弱酸溶液が弱HCl溶液を含み、かつ該強酸溶液が、強HCl溶液を含み;ならびに
該洗浄工程が、
該弱HCl溶液の一部を除去して、該弱HCl溶液のpHおよび比重を維持する工程;
該強HCl溶液の一部を該弱HCl溶液に移して、該弱HCl溶液のpH、該弱HCl溶液の体積、該弱HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
バルクHCl溶液の一部を該強HCl溶液に添加して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該すすぎ溶液の一部を該強HCl溶液に移して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
新鮮な水を前記すすぎ溶液に添加して、該すすぎ溶液の体積を維持する工程
をさらに含む、請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。 - 該弱酸溶液が、弱HCl溶液を含み、該中程度酸溶液が、中程度HCl溶液を含み、かつ該強酸溶液が、強HCl溶液を含み;ならびに
該弱HCl溶液の一部を除去して、該弱HCl溶液のpHおよび比重を維持する工程;
該中程度HCl溶液の一部を該弱HCl溶液に移して、該弱HCl溶液のpH、該弱HCl溶液の体積、該弱HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該強HCl溶液の一部を該中程度HCl溶液に移して、該中程度HCl溶液のpH、該中程度HCl溶液の体積、該中程度HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
バルクHCl溶液の一部を該強HCl溶液に添加して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該すすぎ溶液の一部を該強HCl溶液に移して、該強HCl溶液のpH、該強HCl溶液の体積、該強HCl溶液の比重、またはそれらの組み合わせを維持する工程;
該第二のすすぎ溶液の一部を該すすぎ溶液に移して、該すすぎ溶液の体積を維持する工程;
新鮮な水を該第二のすすぎ溶液に添加して、該第二のすすぎ溶液の体積を維持する工程
を含む、請求項10記載の方法。 - 前記酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる工程が、前記最終方向性凝固シリコン結晶を供給するための2つの連続した方向性凝固を実施する工程を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる工程が、るつぼ内で該酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該るつぼが、
インゴットを生成するための内部であって、該インゴットが、多様なブロックを含む、内部;および
凝固して該インゴットを形成する溶融物質が生成される加熱炉の内部形状とほぼ一致する、外部形状
を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ブロックが格子を含み、方形のるつぼ内の格子と比較するとコーナーブロックの割合に対して側部または中央のブロックの割合が増加している、請求項14に記載の方法。
- 前記るつぼの外周が、およそ8個の主な側部を含み、該8個の主な側部が、ほぼ等しい長さのほぼ対向する第一の側部の2セット、および、ほぼ等しい長さのほぼ対向する第二の側部の2セットを含み、該第一の側部が該第二の側部と交互に並んでいる、請求項14または15に記載の方法。
- 該加熱炉の該内部形状が、ほぼ円形を含む、
請求項16に記載の方法。 - 前記酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる工程が、装置内で該酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該装置が、
少なくとも1つの耐熱性材料を含む、方向性凝固鋳型;
外側ジャケット;および
該方向性凝固鋳型と該外側ジャケットの間において少なくとも部分的に配置された、断熱層
を備える、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。 - 前記酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる工程が、
該酸洗浄シリコンを少なくとも部分的に溶融して、第一の溶融シリコンを供給する工程;ならびに
該第一の溶融シリコンを該方向性凝固鋳型内で指向的に凝固させて、第二のシリコンを供給する工程
をさらに含む、請求項18に記載の方法。 - 前記方向性凝固鋳型上に加熱器を位置付ける工程をさらに含み、位置付ける工程が、加熱要素および誘導加熱器から選択される1つまたは複数の加熱部材を該方向性凝固鋳型上に位置付ける工程を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記酸洗浄シリコンを指向的に凝固させる工程が、装置を使用して該酸洗浄シリコンの方向性凝固を実施する工程を含み、該装置が、
耐熱性材料、
滑り面耐熱物を含み、方向性凝固シリコンを前記方向性凝固鋳型から取り出す際の損傷から該鋳型の残部を保護するように配置されている、上層、
鋼を含む、外側ジャケット、および
断熱れんが、1つまたは複数の耐熱性材料の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの組み合わせを含み、該方向性凝固鋳型の側壁の1つまたは複数と該外側ジャケットの側壁の1つまたは複数の間において少なくとも部分的に配置されている、断熱層
を含む方向性凝固鋳型であって、
該方向性凝固鋳型の側壁の1つまたは複数が酸化アルミニウムを含み、
該方向性凝固鋳型の底部が、シリコンカーバイド、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含む、方向性凝固鋳型;ならびに
加熱部材の各々が加熱要素または誘導加熱器を含み、該加熱要素が、シリコンカーバイド、二ケイ化モリブデン、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含む、1つまたは複数の該加熱部材、
断熱れんが、1つまたは複数の耐熱物の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの組み合わせを含む、断熱体、および
ステンレス鋼を含む、外側ジャケット
を備える上部加熱器であって、
該断熱体が、該1つまたは複数の加熱部材と上部加熱器外側ジャケットの間において少なくとも部分的に配置されている、上部加熱器
を備え、
該装置が、該酸洗浄シリコンの該方向性凝固に2回超使用されるように構成されている、
請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。
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