KR101348446B1 - 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘에 부분용융법을 적용하여 정련하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부분용융법에서 발생하는 실리콘 액상을 실리콘과 반응이 없는 고체산화물과의 마찰을 이용하여 닦아내는 방법으로 액상과 고상을 분리하여 실리콘 내 불순물을 제거함으로써, 99%(2N) 정도의 순도를 갖는 실리콘으로부터 태양전지용 웨이퍼 소재로 사용할 수 있는 순도 99.9999%(6N) 이상의 실리콘을 연속적으로 대량 얻을 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 정련장치 및 방법에 의하면, 정련하고자 하는 실리콘과 유리섬유의 혼합물을 연속적으로 도가니에 장입하여 정련함으로써, 정련된 실리콘을 연속적으로 대량 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 정련장치의 조작이 용이하며 정련 효율도 우수하다.

실리콘, 정련, 부분용융법, 도가니, 유리섬유

Description

부분용융법을 이용한 실리콘의 정련 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REFING SILICON USING FRACTIONAL MELTING}

본 발명은 부분용융법을 이용하여 실리콘을 정련하는 장치 및 방법으로서, 더욱 상세하게는 99%(2N) 정도의 순도를 갖는 실리콘의 각종 불순물들을 부분용융법을 이용해 제거함으로써 태양전지용 웨이퍼 소재로 사용할 수 있는 순도 99.9999%(6N) 이상의 실리콘을 얻을 수 있도록 정련하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체용이나 태양전지용 웨이퍼로 사용되는 실리콘의 경우, 자연상태의 규석(SiO₂)과 코크스 등의 탄소환원제를 아크(arc) 등을 이용하여 고온에서 반응시키는 열탄소환원법에 의해 얻어지게 된다. 그러나, 이때 얻어진 실리콘은 다량의 불순물들을 함유하고 있고 약 99% 정도의 순도를 갖게 되므로, 추가적인 정련과정을 거쳐야만 반도체용 웨이퍼(순도 99.99999999%(10N) 이상)나 태양전지용 웨이퍼(순도 99.9999%(6N) 이상)로 사용할 수 있게 된다.

본 발명은 부분용융법을 이용하여, 순도 99%의 금속급(metallic grade) 실리콘을 태양전지용 웨이퍼로 사용할 수 있도록 실리콘 내에 있는 불순물을 제거하는 정련 장치 및 방법에 관한 것이다.

부분용융법이란 금속의 고액공존영역에서 저속 가열을 통해 이때 생성되는 불순물을 다량 함유한 액상을 상대적으로 순도가 높은 고상으로부터 연속적으로 분리함으로써 금속을 정련하는 방법이다. 이러한 부분용융법에 대하여는 공개특허공보 1996-0004537과 1996-0004538에 개시되어 있다.

순도가 낮은 실리콘을 반용융상태(고액 공존상태)로 만들면, 각각의 고체상과 액체상에서의 불순물의 농도는 원래 실리콘에서의 농도와 달라진다. 즉, 분배계수가 1보다 작은 불순물의 경우, 남은 고상에서는 액상이나 원래의 소재 조성에서보다 더 낮은 농도를 갖게 되며, 분배계수가 1보다 큰 불순물은 오히려 고상에서 더 높은 불순물 농도를 갖게 된다. 실리콘의 경우 대부분의 불순물들의 분배계수가 1보다 작으며 이로 인해 부분용융을 하면서 고상을 액상으로부터 분리할 수 있다면 고상에서는 소위 정련을 이룩할 수 있다.

고액공존구간에서 고상과 액상에서의 농도 분배 차이를 이용하여 정련을 행하는 방법으로는, 상기한 부분용융법(fractional melting) 외에도 부분응고법(fractional solidification)이 있다.

부분응고법은 용융실리콘을 서서히 냉각시켜 가면서 부분적으로 응고되어 있는 정련된 고상을 액상으로부터 분리하여 얻는 방법이며, 반면에 부분용융법은 용 융과정에서 정련된 고상을 액상과 분리시켜 얻는 방법이다. 즉, 후자에서는 실리콘을 고체-액체 공존영역으로 가열하면서 먼저 생성되는 불순물이 많이 함유한 액체를 고상으로부터 제거시키는 방법으로, 정련시킬 실리콘을 서서히 승온시켜 가며 액체를 연속적으로 완전히 제거한다면 최후에는 거의 불순물이 존재하지 않는 실리콘을 단 한번의 가열 공정을 통해 얻을 수 있는 효과적인 정련 방법이다. 부분용융법을 1회 수행한 재료의 순도는 부분응고법을 수회 반복한 것보다 훨씬 더 좋은 정제효과를 얻을 수 있음을 계산을 통해 알 수 있다.

도 2는 분배계수가 0.1인 불순물을 함유하는 모상(母像)에서 두 방법의 효과를 비교하기 위해 이론적 정련 정도를 나타내고 있다. 즉, 부분용융법으로는 모상 중 50% 이상의 고체에서 불순물의 양이 원래 조성의 1/100 이하가 되게 줄일 수 있으며, 80% 이상의 고체에서 부분응고법보다 더 높은 정련 정도를 보여줌을 알 수 있다.

이러한 효과적인 정련방법인 부분용융법을 달성하기 위해서는 가열시 고체 실리콘 내에서 완전한 불순물 확산을 보장할 수 있는 정도의 느린 온도상승 속도와 가열 중 실리콘 내에서 생성된 액상을 연속적이면서도 완전하게 모상으로부터 제거 분리시킬 수 있어야 한다.

도 1은 종래기술에 의한 금속의 정련장치를 나타낸 도면으로서 상기한 공개특허공보 1996-0004538의 도 1이다. 여기에 개시된 종래기술에 의한 금속의 정련장치는, 가열대, 냉각대, 침전대의 3단으로 구성되어 용융염의 자연대류로 상단부의 온도가 하단부의 온도보다 5℃ 이상의 차이가 존재하는 비교적 긴 수직 가열로(1) 에 지주(2a)를 따라 승하강이 되도록 유삽된 암(2b) 일측단에 회전체(2')가 하향되게 유삽되고, 세라믹 또는 세라믹을 플라즈마 코팅한 스텐레스 스틸재로 된 원통형 망상필터(4)가 착탈가능하게 회전체(2')에 하향되게 고정되며, 염욕수용 도가니(3) 내에서 회전되는 교반기(2)와 염과의 화학반응이 없고 정련금속을 오염시키지 않는 재질의 염욕수용 도가니(3)가 부설되어 있는 구성으로 이루어져 있다.

이러한 종래기술에 개시된 금속의 정련장치에 의하면, 온도를 상승시키면서 원심력을 이용하여 액상을 고상으로부터 제거시키는 장치 및 방법이 사용되었다. 하지만 이 경우 효과적인 부분용융법 달성을 위한 미세한 온도 제어가 힘들고 연속적인 대량 정련이 어렵다는 문제점이 있었다. 또한 액상 분리의 매개체로 사용되는 염이 실리콘 정련에는 또 다른 불순물의 원인이 될 수 있어 효율적이지 않은 문제점도 있었다. 무엇보다도, 정련된 금속, 즉 알루미늄은 그 순도가 최고 99.9984%였으므로, 종래기술에 따른 금속의 정련장치 및 방법을 실리콘에 적용할 경우, 순도 99.9999% 이상의 정련된 실리콘을 얻는 것을 보장할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 99%(2N) 정도의 금속급 순도를 갖는 실리콘으로부터 태양전지용 웨이퍼 소재로 사용할 수 있는 순도 99.9999%(6N) 이상의 실리콘을 연속적으로 대량 얻을 수 있는 실리콘의 정련장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련장치는, 지면에 대해 경사지게 설치되고 적어도 내면이 회전가능하며 장입구 및 배출구를 구비한 도가니와; 상기 도가니의 주위를 둘러싸도록 설치되어 상기 장입구로부터 배출구로 갈수록 도가니 내부의 온도를 점점 더 높이는 가열로와; 그리고 상기 도가니 내에서 가열 및 회전되면서 액상의 실리콘을 닦아낸 유리섬유를 채집하는 채집통을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정련장치는 상기 도가니의 내부에 때때로 진공을 걸어줄 수 있는 진공장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정련장치는 상기 도가니의 내부에 때때로 진공을 걸어줄 수 있는 진공장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정련장치는 상기 도가니 내부의 실리콘과 유리섬유에 초음파 진동 또는 물리적 진동을 줄 수 있는 진동장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련방법은, 지면에 대해 경사지게 설치되고 적어도 내면이 회전가능하며 장입구 및 배출구를 구비한 도가니 내에 실리콘과 유리섬유를 혼합하여 장입하는 실리콘 장입단계와; 상기 도가니를 회전시킴과 동시에, 상기 도가니의 주위를 둘러싸도록 설치된 가열로를 이용하여 상기 장입구로부터 배출구로 갈수록 도가니 내부의 온도를 점점 더 높이면서 가열시키는 실리콘 정련단계와; 그리고 상기 도가니에서 액상의 실리콘이 묻은 유리섬유를 고상의 정련된 실리콘과 분리하는 실리콘 분리단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실리콘 정련단계에서는, 상기 도가니의 내부에 선택적으로 진공을 걸어주는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도가니에 실리콘과 함께 장입하는 유리섬유는, 실리콘의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 고체세라믹 소재로 이루어지고, 상기 유리섬유의 형상은 구형이나 섬유상 또는 이들의 혼합 형태로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 기존의 원심력을 이용하여 고상으로부터 액상을 분리하는 방법 대신에, 공정 온도 구간에서 용해되지 않는 고용융점 고체산화물(예를 들어, 유리섬유 등)을 실리콘과 혼합하여 도가니에 장입하고 도가니를 회전시킴으로써 이들을 고액공존구간에서 요동치게 함으로서 액체 실리콘을 고체 실리콘으로부터 고체산화물로 닦아내는 방식을 채택하였다. 이때 고온의 불활성가스(예를 들어, 아르곤 가스 등)를 고압으로 분사하여 고상/액상의 분리를 더욱 촉진한다. 동시에 도가니 내부를 진공 상태로 만들어 줌으로써 고/액 분리를 촉진할 수도 있다. 또한 전기로를 이용하여 미세한 온도제어가 가능한 여러 온도 구간대를 만들고, 여기에 실리콘과 액상분리 매개체가 혼합된 장입물이 연속적으로 이동하게 함으로써 부분용융법을 효과적으로 달성시키는 새로운 실리콘 연속 정련장치 및 정련방법을 개발한 것이다. 장입물의 이동은 도가니의 회전이나, 도가니의 요동, 새로운 장입물에 의한 밀어내기 등을 통해 이룩할 수 있다. 본 발명은 연속적인 공정을 통해 실리콘을 대량으로 정련할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 방식에서 필수적인 액체 염을 사용하지 않기 때문에 또 다른 불순물의 혼입원을 차단할 수 있다.

본 발명에 의한 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련 장치 및 방법에 의하면, 99%(2N) 정도의 금속급 순도를 갖는 실리콘으로부터 태양전지용 웨이퍼 소재로 사용이 가능한 순도 99.9999%(6N) 이상의 실리콘을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 정련장치 및 방법에 의하면, 정련하고자 하는 실리콘과 유리섬유의 혼합물을 연속적으로 도가니에 장입하여 정련함으로써, 정련된 실리콘을 연속적으로 대량 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 정련장치의 조작이 용이하며 정련 효율도 우수하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 정련장치를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘의 정련장치는, 지면에 대해 경사지게 설치되고 장입구(11) 및 배출구(15)를 구비한 도가니(10)와; 상기 도가니(10)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 도가니(10) 내부의 온도를 점점 더 높이는 가열로(20)와; 상기 가열로(20) 내로 복수의 가스분사구(31)를 통해 불활성 가스를 분사하는 가스공급관(30)과; 그리고 상기 도가니(10) 내에서 가열 및 회전되면서 액상의 실리콘을 닦아낸 유리섬유(65)를 채집하는 채집통(40)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 도가니(10)는 긴 원통형의 알루미나(Al₂O₃) 또는 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 재질로 이루어진다. 도가니는 그 전체 또는 적어도 그 내면이 회전될 수 있도록 하는 도가니 회전수단(미도시)과 연결되어 있어서, 작업자에 의해 선택적으로 회전될 수 있다. 도가니 또는 그 내부가 회전되기 때문에, 회전되는 부분의 형태는 원통형으로 이루어진다. 도가니(10)가 지면에 대해 경사지게 설치되는 경사각과 도가니의 회전속도는, 실리콘(50)과 유리섬유(60)의 원하는 이동 속도를 고려하여 적절하게 설정할 수 있을 것이다.

상기 도가니(10)의 전방측과 후방측에는 각각 장입구(11)와 배출구(15)가 형성되어 있다. 도가니의 장입구(11)는 실리콘과 유리섬유를 장입하기 용이하도록, 그 주둥이가 벌어진 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도가니 내부로 일정한 속도로 실리콘과 유리섬유의 혼합물을 연속적으로 장입할 수 있도록, 장입구(11)에는 상기 혼합물의 연속공급기(미도시)를 연결할 수도 있을 것이다. 이 장입구(11)에는 도가니 내부를 밀폐가능하게 닫을 수 있는 도어가 설치되어 있다. 상기 배출구(15)에도 도가니 내부의 밀폐를 위한 도어가 설치되어 있다.

도가니(10)의 외면에는, 상기 장입구(11)로부터 배출구(15)로 갈수록 도가니 내부의 온도를 점점 더 높이면서 가열하는 가열로(20)가 도가니(10)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 도 3에 도시된 실시예에서는, 이 가열로(20)가 제1가열로(21), 제2가열로(22) 및 제3가열로(23)의 세 구간으로 구획되어 있는 것으로 볼 수 있고, 그 각 구간마다 세 개의 가열로가 설치되어 있다. 각 구간에 있는 세 가열로의 가열 온도는 동일하게 설정할 수 있지만, 구간 내에서도 온도를 점점 더 상승시킬 수도 있을 것이다. 이와 같이 가열로의 개수는 상기 장입물을 가열하는 온도, 각 가열로의 온도 차이 및 장입물의 이동 속도 등을 고려하여 적절하게 변경하여 설치할 수 있을 것이다. 또한, 가열로(20)는 전기로로 설치하는 것이, 작업자가 용이하게 그 온도 조절을 할 수 있어서 바람직하다.

상기 도가니(10)의 내부 상면에는, 가열로에 장입되어 회전되면서 이동되는 실리콘 및 유리섬유에 불활성 가스를 분사하는 가스공급관(30)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 가스공급관(30)에는 일정 간격으로 가스분사구(31)가 설치되어 있어서, 도가니 내부에 있는 실리콘과 유리섬유의 장입물에 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 분사한다. 도 3에서는 각 구간마다 가스분사구(31)가 하나씩 형성되어 있으나, 그 분사구의 직경이나 개수는 적절하게 변경할 수 있을 것이다.

상기 도가니(10)의 배출구(15)의 외부 아래에는, 도가니 내에서 가열 및 회전되면서 액상의 실리콘을 닦아낸 유리섬유(65)를 채집하는 채집통(40)이 설치되어 있다. 도 3에 도시된 채집통(40)은 배출구 외부에 하나만 설치되어 있으나, 각 구간마다 별도로 채집을 위한 채집관를 형성하여 그 아래로 채집통을 각각 연결하여 설치할 수도 있을 것이다.

바람직하게는, 본 발명의 정련장치가 도가니(10)의 내부에 선택적으로 진공을 걸어줄 수 있는 진공장치(미도시)를 더 포함한다. 이 진공장치는 도가니의 외부에 설치되고 도가니의 벽에 구멍을 뚫어 연결할 수 있다. 이렇게 도가니 내부에 진공을 걸어주기 위해서는 도가니 내부가 밀폐되어야 하므로, 상기한 장입구(11) 및 배출구(15)에는 각각 도어가 설치되어 있을 뿐만 아니라, 상기 가스공급관(30)에도 밀폐가능하게 개폐를 위한 밸브(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 정련장치는 상기 도가니 내부의 실리콘과 유리섬유에 초음파 진동 또는 물리적 진동을 선택적으로 줄 수 있는 진동장치(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 물리적 진동은 도가니 자체에 진동을 가할 수도 있겠지만 자기력을 이용하여 도가니 내부에 장입된 실리콘과 유리섬유에만 진동을 가할 수 있는 진동장치가 더욱 바람직하다. 초음파를 이용한 진동장치도 실리콘과 유리섬유에만 진동을 가할 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하면서 본 발명에 따라 실리콘을 정련하는 방법을 설 명한다.

5~10mm의 입도를 갖는 99% 이상의 금속급 실리콘(50)과 3~5mm의 입도를 갖는 유리섬유(60)를 혼합하여 장입물을 구성한다. 여기에 사용되는 유리섬유는, 실리콘의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 고체세라믹 소재이면 족하므로, 산화물, 황화물, 질화물 등이 사용될 수 있고, 산화물의 대표적인 예로는 실리카(SiO₂; 산화규소), 마그네시아(MgO; 산화마그네슘), 알루미나(Al₂O₃; 산화알루미늄) 등을 들 수 있다. 실리콘 대 유리섬유의 혼합비는 공정조건에 따라 달라질 수 있으나, 대략 실리콘이 5~10%의 부피비율을 갖도록 혼합되어 장치에 투입되게 된다. 유리섬유는 가열되는 실리콘의 모상에서 발생되는 액상을 닦아내는 역할을 한다. 이 유리섬유는 순도가 높을수록 실리콘의 정련에 유리한 반면 비용이 많이 들 수 있으므로, 적절한 순도의 유리섬유를 사용해야 한다. 유리섬유의 외관은 구형과 섬유상 또는 이들의 혼합 형태 모두 가능하다. 따라서, 이 유리섬유는 섬유상만을 의미하는 것으로 보아서는 안 될 것이다.

이렇게 혼합된 장입물은 상기 도가니의 장입구(11)의 도어를 열고 도가니 내부로 투입된다. 연속적으로 실리콘과 유리섬유의 혼합물을 장입하기 위해서, 장입구(11) 측에 혼합물의 연속공급기를 연결하여 이를 통해 일정한 속도로 실리콘과 유리섬유를 장입할 수도 있다.

실리콘(50)과 유리섬유(60)가 도가니(10) 내부에 장입되면, 도가니 내부의 회전에 의해 도가니 내부에서 뒤섞이면서 회전될 뿐만 아니라 가열로(20)에 의해 가열되면서, 경사진 도가니 내부에서 배출구(15) 쪽으로 천천히 이동된다. 여기서 상기 장입물이 도가니 내부에서 상대적으로 낮은 온도 구간으로부터 상대적으로 높은 온도 구간으로 천천히 진행되도록 하기 위해, 각 가열로(21, 22, 23)의 온도를 조절한다. 구체적으로, 제1가열로에 의해 형성되는 첫 온도구간은 실리콘의 평형용융온도인 1414℃ 보다 50~100℃ 낮은 온도로 유지되도록 하고, 연속되는 각 구간들은 전 구간보다 5~10℃ 높게 설정하며, 마지막에는 평형용융온도와 거의 동일하게 설정된 구간에서 공정을 마치게 한다.

이때 전 온도 구간에 걸쳐 상기 가스분사구(31)를 통해 1,400℃정도로 유지되는 고온의 아르곤(Ar)과 같은 불활성가스를 분사함으로써, 도가니 내부의 분위기를 조절하고 실리콘 고/액 분리의 보조 역할을 수행하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 진공장치를 이용하여 때때로 진공을 걸어줌으로써 고/액 분리를 촉진할 수도 있다.

상기한 각 온도 구간에서 실리콘과 유리섬유가 머무르는 시간은, 공정조건과 목표에 따라 대략 10분에서 수 시간으로 달라질 수 있다. 온도 구간의 개수는 목표로 하는 실리콘의 순도와 양에 따라 조절하며, 장입물의 형태와 크기, 이동속도 등의 공정조건에 따라 달라질 수 있다.

도가니 내에 유리섬유(60)와 함께 장입된 실리콘(50)은 도가니 내에서 가열되어 회전하면서 다른 실리콘이나 유리섬유(60) 및 도가니 내면과 충돌하게 된다. 이에 따라, 유리섬유(60)는 실리콘 조각에서 일부 발생하는 액상의 실리콘을 닦아내게 된다. 원래 순도가 낮은, 즉 불순물이 많은 실리콘일수록 그 용융점이 낮으므 로, 실리콘 조각 내의 다른 부분보다 먼저 용융되어 유리섬유에 의해 닦이게 되고, 점차 고온 구간으로 갈수록 액상이 제거된 고상의 실리콘은 순도가 높아지게 된다. 실리콘 조각 내부에서 생기는 액상은 실리콘의 회전, 진동 및 충돌 등에 의해 그 외면으로 나올 수 있으며, 상기 유리섬유는 이렇게 나온 외면의 액상 실리콘을 닦아내어 분리하는 것이다. 따라서, 상기한 바와 같이, 도가니를 회전시키는 것, 도가니 내부에 불활성 가스를 분사하는 가스공급관, 도가니 내부에 진공을 걸어주는 진공장치, 그리고 장입물을 진동시키는 진동장치 모두가, 실리콘에서 용융된 불순물이 많은 액상을 유리섬유가 닦아내는 작용을 촉진하는 역할을 함께 함으로써, 결국 남은 고순도의 고체 실리콘을 회수할 수 있게 된다.

도가니 내에서 장입물의 이동은 도가니 관의 회전이나 외부의 진동에 의해 이루어질 수 있고, 연속적으로 상기 혼합물을 장입함으로써 새로운 장입물에 의한 밀어내기 등에 의해 이루어질 수도 있다.

각 구간에서 생성되어 유리섬유에 의해 닦여서 분리된 액상 실리콘은 각 구간의 하부에 설치된 채집관을 통해 모이거나, 유리섬유에 묻은 채로, 즉 이 액상 실리콘을 닦아낸 유리섬유(65)가 배출구 쪽으로 이동되어 상기 채집통(40)에 모일 것이다. 마지막 고온 구간을 통과한 고순도 고체실리콘은 유리섬유와 분리하여 채집함으로써 정련된 실리콘을 얻을 수 있다. 유리섬유에 묻은 액상 실리콘은 다른 장치를 통해 유리섬유와 분리되어 채집되고, 유리섬유는 재활용되어 다음 공정에 투입될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허 청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 부분용융법을 이용한 종래의 금속 정련장치를 나타낸 단면도이다.

도 2는 부분용융법과 부분응고법의 정련 정도 차이를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 실리콘 정련장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4는 도 3의 실리콘 정련장치를 사용하여 본 발명의 정련방법에 따라 실리콘을 정련하는 것을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 도가니 11 : 장입구

15 : 배출구 20 : 가열로

21 : 제1가열로 22 : 제2가열로

23 : 제3가열로 30 : 가스공급관

31 : 가스분사구 40 : 채집통

50 : 실리콘 60 : 유리섬유

65 : 액상 실리콘을 닦아낸 유리섬유

Claims (8)

1. 지면에 대해 경사지게 설치되고 적어도 내면이 회전가능하며 장입구 및 배출구를 구비한 도가니와,

   상기 도가니의 주위를 둘러싸도록 설치되어 상기 장입구로부터 배출구로 갈수록 도가니 내부의 온도를 점점 더 높이는 가열로와, 그리고

   상기 도가니 내에서 가열 및 회전되면서 액상의 실리콘을 닦아낸 유리섬유를 채집하는 채집통을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정련장치는 상기 도가니 내에 장입되어 회전되면서 이동되는 실리콘 및 유리섬유에 불활성 가스를 분사하는 가스공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 정련장치는 상기 도가니의 내부에 때때로 진공을 걸어줄 수 있는 진공장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 정련장치는 상기 도가니 내부의 실리콘과 유리섬유에 초음파 진동 또는 물리적 진동을 줄 수 있는 진동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련장치.
5. 지면에 대해 경사지게 설치되고 적어도 내면이 회전가능하며 장입구 및 배출구를 구비한 도가니 내에 실리콘과 유리섬유를 혼합하여 장입하는 실리콘 장입단계와,

   상기 도가니를 회전시킴과 동시에, 상기 도가니의 주위를 둘러싸도록 설치된 가열로를 이용하여 상기 장입구로부터 배출구로 갈수록 도가니 내부의 온도를 점점 더 높이면서 가열시키는 실리콘 정련단계와, 그리고

   상기 도가니에서 액상의 실리콘이 묻은 유리섬유를 고상의 정련된 실리콘과 분리하는 실리콘 분리단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 실리콘 정련단계에서는, 상기 도가니 내부에 불활성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 도가니에 때때로 진공을 걸어주는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이 용한 실리콘의 정련방법.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도가니에 실리콘과 함께 장입하는 유리섬유는, 실리콘의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 고체세라믹 소재로 이루어지고, 상기 유리섬유의 형상은 구형이나 섬유상 또는 이들의 혼합 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부분용융법을 이용한 실리콘의 정련방법.

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