KR20070116858A - 고순도 실리콘 제작 방법 - Google Patents
고순도 실리콘 제작 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 목적은 태양광 배터리용으로 유용한, 저렴한 고순도의 실리콘을 대량 생산하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 방법은 용융 실리콘을 준비하는 단계와, 슬래그를 준비하는 단계와, 용융 실리콘과 슬래그를 서로 접촉시키는 단계와, 적어도 슬래그를 진공 압력에 노출시키는 단계를 포함한다.
고순도 실리콘, 태양광 배터리, 슬래그, 진공 압력, 산화제
Description
본 출원은 2005년 3월 7일자로 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2005-062560호, 및 2006년 2월 10일자로 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2006-034362호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들의 전체 내용은 본원에서 참조되어 통합되었다.
본 발명은 고순도 실리콘 제작 방법에 관한 것이다. 고순도 실리콘은 태양광 배터리용으로 사용된다.
태양광 배터리용으로 사용되는 실리콘에 대해, 순도는 99.9999 질량% 이상이 되어야 하고, 실리콘 내의 각각의 금속성 불순물은 0.1 질량 ppm 미만이 되도록 요구된다. 특히, 붕소(B) 불순물은 0.3 질량 ppm 미만이 되도록 요구된다. 반도체에 대해 사용되는 지멘스(Siemens) 공정에 의해 만들어진 실리콘이 상기 요건을 충족시킬 수 있지만, 실리콘은 태양광 배터리용으로 적합하지 않다. 이는 지멘스 공정에 의한 실리콘의 제조 비용이 높고 태양광 배터리는 저렴하도록 요구되는 사실에 기인한다.
여러 방법이 저비용으로 고순도 실리콘을 제작하기 위해 제시되었다.
실리콘 금속의 단방향 고화의 공정이 오랫동안 공지되어 왔다. 그러한 공정 에서, 용융 실리콘 금속은 고체상과 액체상 사이에서의 불순물의 용해도 차이를 이용하여 더욱 정제된 고체상 실리콘을 형성하도록 단방향으로 고화된다. 그러한 공정은 실리콘을 다양한 금속성 불순물로부터 정제하기 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 고체상과 액체상 사이에서의 붕소의 용해도의 차이가 실리콘을 붕소로부터 정제하기에는 너무 작기 때문에, 실리콘을 붕소로부터 정제하기 위해 사용될 수 없다.
진공 용융 실리콘 공정도 공지되어 있다. 이러한 공정은 용융 실리콘을 진공 상태로 유지함으로써 실리콘으로부터 저비점 불순물을 제거하고, 실리콘으로부터 탄소 불순물을 제거하는데 효과적이다. 그러나, 이러한 방법은 용융 실리콘 내의 붕소가 보통은 저비점 물질을 형성하지 않기 때문에, 실리콘을 붕소로부터 정제하는데 적용될 수 없다.
위에서 언급된 바와 같이, 붕소는 실리콘 내의 붕소가 제거되기에 가장 어려운 불순물이고 또한 실리콘의 전기적 특성에 크게 영향을 미치기 때문에, 문제가 되는 성분으로 여겨져 왔다. 주요 목적이 실리콘으로부터 붕소를 제거하는 것인 방법이 다음과 같이 개시되어 있다.
JP56-32319A호는 산에 의해 실리콘을 세척하기 위한 방법, 실리콘에 대한 진공 용융 공정, 및 실리콘에 대한 단방향 고화 공정을 개시한다. 추가적으로, 이러한 참고 문헌은 붕소를 제거하기 위해 슬래그를 사용하는 정제 방법을 개시하고, 여기서 불순물은 실리콘으로부터, 용융 실리콘 상에 위치된 슬래그로 이동한다. 특허 참고 문헌 JP56-32319A호에서, 붕소의 분배율(슬래그 내의 붕소의 농도/실리 콘 내의 붕소의 농도)은 1.357이고, 정제된 실리콘 내에서 얻어지는 붕소의 농도는 (CaF2 + CaO + SiO2)를 포함하는 슬래그를 사용함으로써 8 질량 ppm이다. 그러나, 정제된 실리콘 내의 붕소의 농도는 태양광 배터리용으로 사용되는 실리콘의 요건을 만족시키지 않는다. 개시된 슬래그 정제는 이러한 방법에서 사용되는 슬래그에 대해 상업적으로 구입 가능한 원재료가 항상 수 질량 ppm 정도의 붕소를 함유하고, 분배율이 충분히 높지 않으면, 정제된 실리콘은 필연적으로 슬래그 내에서와 동일한 수준의 붕소 농도를 함유하기 때문에, 실리콘의 붕소로부터의 정제를 산업적으로 개선할 수 없다. 결과적으로, 슬래그 정제 방법에 의해 얻어지는 정제된 실리콘 내의 붕소 농도는 붕소의 분배율이 1.0 정도일 때, 기껏해야 약 1.0 질량 ppm이다. 슬래그의 원재료를 정제함으로써 붕소 농도를 감소시키는 것이 이론적으로 가능하지만, 이는 경제적으로 타당하지 않기 때문에, 산업적으로 적절하지 않다.
JP58-130114A호는 분쇄된 조질 실리콘과 알칼리 토금속 산화물 및/또는 알칼리 금속 산화물을 함유하는 슬래그의 혼합물이 함께 용융되는, 슬래그 정제 방법을 개시한다. 그러나, 얻어지는 실리콘의 최소 붕소 농도는 1 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 적합하지 않다. 또한, 실리콘이 분쇄될 때 새로운 불순물이 첨가되는 것이 필연적이고, 이 또한 이러한 방법을 태양광 배터리에 대해 적용될 수 없게 만든다.
비특허 문헌인, "시겐 또 소자이(자원 및 재료)", 2002년, 118권, 497-505면은 슬래그가 (Na2O + CaO + SiO2)를 포함하고, 붕소의 최대 분배율이 3.5인, 슬래그 정제의 다른 예를 개시한다. 3.5의 분배율은 과거에 개시된 최고치이지만, 이러한 슬래그 정제는 실질적으로 이용 가능한 슬래그의 원재료 내의 붕소 농도를 고려하면 여전히 태양광 배터리에 적용될 수 없다.
위에서 언급된 바와 같이, 실질적으로 이용 가능한 붕소의 높은 분배율을 얻는데 실패한 종래의 슬래그 정제 방법은 태양광 배터리에서 유용한 실리콘을 얻는데 적합하지 않다. 실리콘을 붕소로부터 정제할 때 붕소의 분배율이 낮은 경향이 있는 이유는 실리콘이 붕소만큼 쉽게 산화되기 때문이다. 슬래그 정제 방법에서, 실리콘 내의 붕소는 산화되지 않는 경향이 있고, 미산화 붕소는 슬래그 내에 거의 흡수되지 않는다. 슬래그 정제 방법은 붕소가 강철보다 훨씬 더 쉽게 산화되기 때문에, 강철로부터 붕소를 제거하기 위해 널리 사용된다. 강철과 실리콘 사이의 본질적인 특성 차이 때문에, 철강 산업의 슬래그 정제 기술은 실리콘으로부터 붕소를 제거하는데 단순 적용될 수 없다.
종래의 슬래그 정제 및 다른 방법을 조합한 방법이 제시되었다.
JP2003-12317A호는 다른 정제 방법을 개시한다. 이러한 방법에서, CaO, CaO3, 및 Na2O와 같은 플럭스가 실리콘에 첨가되고, 이들은 혼합되어 용융된다. 그 다음, 산화 기체를 용융 실리콘 내로 취입하는 것이 정제를 일으킨다. 그러나, 이러한 방법에 의해 정제된 실리콘은 약 7.6 질량 ppm의 붕소 농도를 갖고, 이는 태양광 배터리에서의 용도에 대해 적합하지 않다. 또한, 공학적인 관점에서, 저비용으로 산화 기체를 용융 실리콘 내로 안정적으로 취입하는 것은 어렵다. 그러므로, JP2003-12317A호에 개시된 방법은 실리콘의 정제에 대해 적합하지 않다.
USP 5,972,107호 및 USP 6,368,403호는 특수한 토치가 사용되고, 수증기 및 SiO2가 산소 및 수소와, CaO, BaO 및/또는 CaF2에 추가하여 용융 실리콘으로 공급되는, 실리콘을 붕소로부터 정제하기 위한 방법을 개시한다.
특수한 토치와 같은 고가의 장비뿐만 아니라 복잡한 작업을 요구하는 USP 5,972,107호 및 USP 6,368,403호의 기술은 산업적 관점에서 실시하기 어렵다.
전술한 종래의 기술은 2개의 카테고리로 분류될 수 있다. 제1 카테고리는 슬래그만이 용융 실리콘 상으로 공급되는 방법(JP56-32319A호 및 JP58-130114A호에 개시되고, 이하에서, "단순 슬래그 정제 방법"으로 불림)을 포함한다. 제2 카테고리는 산화 기체가 용융 실리콘과 접촉되고, 슬래그 및/또는 SiO2와 같은 슬래그의 원재료가 용융 실리콘 상으로 공급되는 방법(JP2003-12317A호, USP 5,972,107호, 및 USP 6,368,403호에 개시되고, 이하에서 "복합 슬래그 정제 방법"으로 불림)을 포함한다. 본 발명자는 WO2005/085134A1호에서 실리콘에서 붕소를 정제하기 위한 다른 방법을 제시했다.
본 발명의 목적은 조질 실리콘을 불순물, 특히 붕소로부터, 태양광 배터리용으로 유용한 수준으로 정제함으로써, 고순도 실리콘을 저비용으로 간단하게 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 실리콘 제작을 연구한 후에 다음의 해결책을 설계했다.
제1 실시예는 용융 실리콘을 준비하는 단계와, 슬래그를 준비하는 단계와, 용융 실리콘 및 슬래그를 서로 접촉시키는 단계와, 적어도 실리콘을 진공 압력에 노출시키는 단계를 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법이다.
제2 실시예는 용융 실리콘을 준비하는 단계와, 슬래그를 준비하는 단계와, 용융 실리콘 및 슬래그를 서로 접촉시키는 단계와, 용융 실리콘으로부터 슬래그를 분리하는 단계와, 슬래그를 진공 압력에 노출시키는 단계와, 용융 실리콘 및 진공 압력에 노출된 슬래그를 서로 접촉시키는 단계를 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법이다.
제3 실시예는 슬래그와 함께 산화제를 용융 실리콘에 제공하는 단계를 더 포함하는, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 방법이다.
제4 실시예는 산화제는 용융 실리콘과 직접 접촉하도록 제공되는, 제3 실시예에 따른 방법이다.
제5 실시예는 진공 압력은 10 Pa 내지 10,000 Pa의 범위인, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 방법이다.
제6 실시예는 산화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 탄산염의 수화물, 또는 알칼리 토금속 수산화물 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료인, 제3 실시예에 따른 방법과, 산화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 토금속 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 탄산염의 수화물, 또는 알칼리 토금속 수산화물 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료인, 제4 실시예에 따른 방법이다.
제7 실시예는 산화제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물, 또는 칼슘 수화물 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료인, 제3 실시예에 따른 방법과, 산화제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물, 또는 칼슘 수화물 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료인, 제4 실시예에 따른 방법이다.
본 발명의 방법은 플라즈마 장치 또는 기체 취입 장치와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고서, 실리콘의 붕소 농도를 태양광 배터리용으로 이용 가능한 0.3 질량 ppm 이하로 감소시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명과 종래의 단방향 고화 공정 또는 종래의 진공 용융 공정의 조합식 사용은 태양광 배터리용 원재료로서 이용 가능한 실리콘을 고품질 및 저비용으로 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 개략도이다.
도2는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 개략도이다.
도3은 본 발명의 제3 실시예의 일부를 도시하는 개략도이다.
도4는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 개략도이다.
도5는 본 발명에서 사용되는 진공 압력을 인가하는 기계적 방법을 도시하는 개략도이다.
도6은 붕소의 증발 속도와 진공 압력 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도7a는 용융 실리콘 위의 슬래그 및 산화제의 혼합물의 하나의 예시를 제공하는 설명도이다.
도7b는 용융 실리콘 위의 슬래그 및 산화제의 혼합물의 다른 예시를 제공하는 설명도이다.
도7c는 용융 실리콘 위의 슬래그 상에 위치된 산화제의 하나의 예시를 제공하는 설명도이다.
위에서 설명된 바와 같이, 종래의 슬래그 정제 기술은 2가지 카테고리, 즉 슬래그만이 용융 실리콘 상으로 공급되는 제1 카테고리 또는 단순 슬래그 정제 방법과, 산화 기체가 슬래그와 함께 사용되는 제2 카테고리 또는 복합 슬래그 정제 방법으로 분류될 수 있다. 본 발명의 방법은 붕소가 진공 상태 하에서 슬래그 정제를 수행함으로써 실리콘으로부터 제거되는 것을 특징으로 하고, 이는 종래의 카테고리 중 하나로 분류될 수 없다. 인과 같은 불순물이 용융 실리콘을 진공 상태로 유지함으로써 실리콘으로부터 증발에 의해 제거되는 위에서 언급된 진공 용융 공정이 공지되어 있지만, 진공 용융 공정은 슬래그를 사용하지 않는다.
종래의 슬래그 정제에서, 슬래그 내의 붕소가 붕소 원소 또는 산화붕소로서의 그의 형태에 관계없이 추가의 화학적 변화를 갖지 않는다는 것이 전제되었다. 상기 전제에서, 다음의 결론이 이루어진다. 즉, 실리콘 내의 붕소(원소 형태, 산화물 형태, 또는 다른 붕소 화합물 형태)와, 슬래그 내의 붕소(원소 형태, 산화물 형태, 또는 다른 붕소 화합물 형태)와, 붕소 화합물 기체 사이의 열역학적 안정성 을 비교하면, 붕소 화합물 기체가 실리콘 내의 붕소보다 더 안정적이면, 붕소는 실리콘으로부터 증발에 의해 제거될 수 있다. 대조적으로, 슬래그 내의 붕소가 실리콘 내의 붕소보다 더 안정적이면, 붕소는 실리콘으로부터 슬래그로 이동한다. 결과적으로, 실리콘 내의 붕소가 증발되지 않고서 슬래그로 이동할 때, 슬래그 내의 붕소는 붕소 화합물 기체보다 더 안정적이고, 따라서 실리콘 내의 붕소보다 증발되기가 훨씬 더 어렵다고 결론지어 진다. 실리콘 내의 붕소가 진공 용융 공정을 사용하여 실리콘으로부터 제거된다고 보고된 예가 없으므로, 슬래그 내의 붕소는 진공 상태 하에서 증발될 수 없다고 가정되었다. 이러한 관점에서, 슬래그의 진공 처리는 수행되지 않았다.
본 발명자는 증발 가능한 붕소 화합물(저비점 재료)이 슬래그 내의 붕소가 화학적으로 변화될 때, 슬래그 내에서 형성될 수 있다는 것을 발견했다. 본 발명에서, 슬래그 내에서 형성된 붕소 화합물의 증발은 슬래그를 진공 상태 하에 유지함으로써, 위에서 언급된 사실에 기초하여 가속될 수 있다. 슬래그 내의 붕소 화합물이 증발될 때 슬래그 내의 붕소 함량이 감소되므로, 실리콘 내의 붕소는 붕소 분배율에 따라 슬래그로 이동한다. 결과적으로, 실리콘 내의 붕소 함량은 감소될 수 있다.
더욱 구체적인 예가 아래에서 설명된다. 슬래그 정제는 SiO2 슬래그에 기초한 슬래그로 덮인 탄산나트륨을 그 위에 갖는 용융 실리콘에 대해 수행된다. 실리콘 내의 붕소가 붕소 원소 및/또는 산화붕소의 형태로 슬래그로 이동한 후에, 붕소 원소 및/또는 산화붕소는 함붕소 저비점 재료로 화학적으로 변화된다. 그러한 저비점 재료는 붕소 및 산소, 및/또는 분소, 산소 및 나트륨을 포함하는 화합물을 포함하고, 슬래그로부터 쉽게 증발되어 제거되는 것을 특징으로 한다. 즉, 고온의 슬래그 내에서, 이러한 함붕소 저비점 화합물은 보통의 산화붕소보다 훨씬 더 높은 증기압을 갖는다. 그러므로, 슬래그의 표면 상에 형성되면, 함붕소 저비점 재료는 증발된다. 그러나, 슬래그가 보통 고점성이므로, (표면 상이 아닌) 슬래그 내에 형성된 저비점 재료는 미세 버블을 형성하고, 슬래그로부터 거의 분리되지 않는다. 이러한 미세 버블은 종종 정제 공정 중에 슬래그 교반에 의해 용융 실리콘과 접촉하고, 실리콘 내에 용해된다. 그러므로, 슬래그로부터의 붕소 증발의 속도는 분위기 압력에서 억제된다. 본 발명에서, 슬래그를 진공 상태 하에 유지하는 것은 슬래그 내의 함붕소 저비점 재료의 버블을 확대시킨다. 따라서, 저비점 재료의 버블은 쉽게 슬래그의 표면에 도달하고, 슬래그로부터 분리된다. 결과적으로, 슬래그로부터의 붕소 증발의 속도가 증가하고, 이는 함붕소 저비점 재료의 고유한 증가압에 따라 예상될 수 있다. 슬래그 주위의 압력이 감소함에 따라, 증발된 분자와 주위 기체 분자 사이의 충돌 가능성 또한 감소한다. 그러므로, 슬래그 표면으로부터의 저비점 재료의 증발 속도는 증가한다.
본 발명자는 또한 슬래그 정제가 탄산나트륨과 같은 산화제를 용융 실리콘 상에 직접 첨가함으로써 수행될 때, 7 - 11만큼 높은 붕소 분배율이 얻어질 수 있다는 것을 발견했다. 0.1 질량 ppm 정도의 붕소 농도를 갖는 고순도 실리콘이 증발에 의한 제거 효과만을 사용함으로써 얻어질 수 있고, 동시에 높은 분배율을 이 용함으로써 더 쉽게 얻어질 수 있다.
종래의 단순 슬래그 정제에서, 다량의 슬래그가 정제를 수행하기 위해 요구되고, 이는 실리콘으로부터의 붕소 제거가 특성에 의해 결정되는 분배율에만 의존하기 때문이다. 특히, 분배율이 1 정도로 낮을 때, 슬래그의 붕소 농도보다 낮은 실리콘 내의 붕소 농도를 달성하는 것은 이론적으로 어렵다. 본 발명에서, 슬래그 내의 붕소가 붕소 화합물로서 증발에 의해 제거될 수 있으므로, 위에서 언급된 바와 같이 슬래그의 붕소 농도에 의해 결정되는 실리콘 내의 붕소 농도의 하한은 없다. 또한, 요구되는 슬래그의 양은 비교적 작을 수 있고, 이는 단순 슬래그 정제에 대한 본 발명의 장점이다.
종래의 복합 슬래그 정제에서, 특수한 토치가 사용되므로, 복잡한 작업에 추가하여 고가의 제조 설비에 관한 문제가 있다. 또한, 다량의 산화 기체가 용융 실리콘과 접촉되어야 하므로, 산화된 실리콘으로 인한 손실을 갖는 것이 다른 문제이고, 이는 수율을 저하시킨다. 그러나, 본 발명에서, 슬래그만이 진공 압력에 부분적으로 노출되고, 이는 특수한 설비 또는 다른 복잡한 작업을 요구하지 않는다. 산화된 실리콘의 손실은 산화 기체의 부재로 인해 매우 작다. 종래의 복합 슬래그 정제에 대한 본 발명의 몇몇 장점이 있다.
장치의 구성
본 발명의 제1 실시예에 대한 장치의 구성이 도1에 기초하여 아래에서 설명된다. 이러한 장치는 슬래그를 포함한 전체 정제로를 진공 상태로 유지함으로써 슬래그로부터의 증발에 의한 붕소 제거를 가속하도록 설계된다. 정제로(1) 내에 위치된 도가니(2)가 가열기(3)에 의해 가열된다. 용융 실리콘(4)이 도가니(2) 내에 수용되어, 특정 온도로 유지된다. 도가니(2) 내의 용융 실리콘(4)으로, 산화제(5)가 산화제 공급 튜브(7)를 통해 공급되고, 슬래그(6)가 슬래그 공급 튜브(8)를 통해 공급된다. 붕소 제거를 포함한 반응 및 정제는 용융 실리콘(4), 산화제(5), 및 슬래그(6) 사이에서 개시된다. 산화제(5) 및 슬래그(6)의 공급 후에, 기체 공급 튜브(10)의 유동 밸브(17)가 폐쇄되고, 기체 배기 튜브(11)의 진공 밸브(16)가 개방된다. 그 다음, 진공 펌프(15)가 켜져서, 정제로(1) 내부의 기체를 소기시킨다. 이러한 상태에서, 정제가 수행되고, 노 내부의 압력은 압력 게이지(14)를 모니터링하면서 진공 펌프를 제어함으로써 양호한 값으로 유지된다. 산화제(5)가 (용융 실리콘(4) 및 슬래그(6)와의 반응에 의해 또는 증발에 의해) 소모되고, 슬래그(6)로의 붕소 이동이 거의 완료되면, 진공 펌프(15)가 꺼지고, 진공 밸브(16)가 폐쇄되고, 유동 밸브(17)가 개방되어, 노의 내부 압력을 다시 분위기 압력으로 복귀시킨다. 용융 실리콘(4) 상에 잔류하는 슬래그 및 산화제는 도가니 기울임 장치(12)를 사용하여 도가니(2)를 기울임으로써 도가니(2)로부터 폐슬래그 수납기(9) 내로 토출된다. 그 다음, 도가니(2)는 원래의 위치에 설치되고, 필요하다면 슬래그(6) 및 산화제(5)가 다시 용융 실리콘(4) 상으로 공급되고, 정제 공정이 반복된다.
본 발명의 제2 실시예에 대한 장치의 구성이 도2에 기초하여 아래에서 설명된다. 이러한 장치는 슬래그의 일부를 진공 압력에 노출되도록 유지함으로써 붕소 화합물을 증발시킴으로써 슬래그로부터의 붕소의 제거를 가속하도록 설계된다. 기 본적인 구성 및 작동은 도1의 것과 동일하다. 도2에서, 도1의 부분과 공통인 부분은 생략되고, 슬래그를 포함하는 부분만을 진공 압력에 노출시키는 구조/메커니즘이 주로 개시된다. 도1과의 차이점만이 설명된다. 도2를 참조하면, 진공 컵(19)이 분위기 압력에서 용융 실리콘(4), 산화제(5), 및 슬래그(6)가 바닥으로부터 순서대로 적층되어 있는 도가니(2) 위에 위치된다. 진공 컵(19)은 상승-하강 메커니즘(18)에 의해 하강되어, 슬래그 내로 위치된다. 그 다음, 유동 밸브(17)가 폐쇄되고, 진공 밸브(16)가 개방되고, 진공 펌프(15)가 켜져서, 진공 컵(19) 내부의 기체를 소기시킨다. 슬래그(16)의 제한된 부분만이 진공 압력에 노출되고, 노 내부의 잔여부는 분위기 압력으로 유지된다. 진공 컵(19) 내부의 압력은 압력 게이지(14)에 의해 모니터링되고, 진공 펌프(15)는 컵 내부의 적절한 압력을 유지하도록 제어된다. 산화제가 소모되고, 슬래그(6)로의 붕소 이동이 거의 완료되면, 진공 펌프(15)가 꺼지고, 진공 밸브(16)가 폐쇄되고, 유동 밸브(17)가 개방되어, 진공 컵(19)의 내부 압력을 분위기 압력으로 복귀시킨다. 그 다음, 필요하다면, 진공 컵(19) 내의 슬래그는 컵 둘레의 새로운 슬래그로 교체되고, 동일한 진공 공정이 반복된다. 슬래그 토출 공정은 도1에 대해 설명된 것과 동일하다. 진공 컵(19)은 압력 및 부식 저항을 갖는 SiC-코팅 탄소 섬유-강화 탄소로 만들어질 수 있다. 진공 컵(19)의 바닥 부분이 도가니의 바닥에 부착되지 않은 경우에, 슬래그 및 용융 실리콘의 수준은 진공 공정 중에 진공 컵(19) 내부에서 상승되고, 진공 컵(19) 외부의 유체 수준은 하강된다. 진공 컵(19)의 수평 단면적이 도가니의 수평 단면적에 비해 상대적으로 크면, 진공 컵 외부의 모든 재료가 진공 컵 내로 흡 입되고, 이는 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 관점에서, 진공 컵의 수평 단면적은 양호하게는 도가니의 수평 단면적의 1/4 이하이다. 진공 컵(19)의 바닥 부분이 도가니의 바닥 부분에 견고하게 부착된 경우에, 진공 컵 외부의 재료는 진공 컵 내로의 매우 작은 유동을 갖는다. 따라서, 이러한 경우에, 컵의 단면적은 도가니의 단면적 이하일 수 있다. 붕소의 정제 속도가 진공 컵의 단면적이 증가함에 따라 증가하므로, 진공 컵의 단면적은 양호하게는 도가니의 단면적의 1/10 이상이다.
본 발명의 제3 실시예에 대해, 슬래그만이 독립적으로 진공 처리되는 방법이 설명된다. 도1 및 도2에 의해 도시된 예는 전체 노가 진공 압력 하에 유지되거나 상승-하강 메커니즘에 고정된 진공 컵이 정제 노 내부에서 사용되는 공정에 관한 것이다. 그러나, 슬래그가 실리콘으로부터 분리되면, 슬래그는 훨씬 더 쉽게 진공 처리될 수 있다. 이러한 공정이 도3 및 도4를 참조함으로써 설명된다. 첫째로, 실리콘의 정제는 내부가 분위기 압력에서 아르곤 기체를 함유하고 다른 조건은 도1을 사용하는 실시예에서와 동일한, 도3의 가열로를 사용하여 수행된다. 둘째로, 폐슬래그 수납기(9) 내로 토출된 슬래그가 정제로(1) 내의 도어(20)를 통해 노의 외부로 이송된다. 셋째로, 슬래그가 폐슬래그 수납기(9)와 함께 진공 가열로(21) 내에 위치되어, 가열되면서 진공 압력에 노출된다. 진공 가열로(21)는 노(21)가 소량의 슬래그만을 위한 것이므로, 정제로(1)보다 훨씬 더 작을 수 있다. 넷째로, 슬래그 내의 붕소 화합물이 충분히 증발된 후에, 슬래그는 폐슬래그 수납기(9)와 함께, 진공 가열로(21)로부터 반출된다. 그 다음, 슬래그는 다시 이전 단계에서 사용된 정제로(1)의 슬래그 공급 튜브를 통해 산화제와 함께, 이전 단계에서 이미 한번 정제된 용융 실리콘 상으로 공급된다. 그 다음, 도1을 사용하는 실시예에서 설명된 것과 동일한 공정이 수행된다. 이러한 경우에, 진공 설비는 작은 진공 가열로(21)만이 요구되므로, 매우 콤팩트할 수 있다.
슬래그를 진공 압력에 노출시키기 위한 다른 방법으로서, 더욱 기계적인 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 도5에 도시된 피스톤-실린더 메커니즘이 사용될 수 있다. 용융 슬래그(6)가 실린더(23)의 바닥 내에 채워지고, 피스톤(22)이 슬래그(6)와 완전하게 접촉하도록 삽입된다. 그 다음, 피스톤(22)은 슬래그(6) 내부에 진공 압력을 제공하기 위해 (도시되지 않은) 액추에이터를 사용하여 위로 당겨진다. 슬래그가 유체 상태이므로, 슬래그의 내부는 평균적으로 음압(절대 압력)을 받을 수 있다. 충분한 동력이 피스톤에 제공되면, 이는 매우 효과적인 진공 압력으로 이어진다. 슬래그(6)로부터 발생된 기체는 피스톤(22)이 슬래그(6)와 접촉하여 유지될 수 있도록, 진공 펌프에 의해 피스톤(22)을 통과하는 배기 튜브(24)를 통해 외부로 배기된다.
산화제: 산화제에 대해, 임의의 산화제가 산화능, 순도, 취급의 용이성, 및 가격에 관한 조건을 충족시키는 한, 사용될 수 있다. 그러나, 양호하게는, 산화제는 다음의 재료 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료이다: 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 탄산염의 수화물, 또는 알칼리 토금속 수산화물. 이러한 재료가 선호되는 여러 이유가 있다. 첫째로, 이들은 큰 산화능을 갖는다. 둘째로, 이들은 실리콘 내에서의 용해에 의한 실리콘의 오염에 대해 매우 작은 기여를 한다. 셋째로, 이들은 슬래그와 반응함으로써 저융점 및 저점성을 갖는 안정된 슬래그 형성의 특성을 지니고, 이는 배기 및 폐기물 처리를 위해 이들을 취급하는 것을 쉽게 만들 수 있다. 넷째로, 이들은 슬래그 내에서 쉽게 증발될 수 있는 붕소 화합물의 조성을 가속하는 능력을 갖는다. 더욱 양호하게는, 산화제는 다음의 재료 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료이다: 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물, 또는 칼슘 수화물. 이러한 재료가 더욱 선호되는 여러 이유가 있다. 첫째로, 이러한 재료는 용융 실리콘의 표면 상에 SiO2 필름을 형성하는 능력을 갖고, 이는 용융 실리콘과 슬래그 사이의 접촉을 억제하고, 이러한 재료는 슬래그를 형성하고 슬래그와 함께 제거된다. 둘째로, 이러한 재료는 대량 생산 제품이며, 고순도 제품이 확실하게 얻어진다. 위에서 언급된 알칼리 토금속은 베릴륨 및 마그네슘을 포함한다.
슬래그: 슬래그에 대해, 실리콘 오염이 없는 고순도 실리카 모레와 같은 SiO2 또는 고순도 알루미나와 같은 Al2O3가 양호한 기본 재료이다. 붕소를 쉽게 증발되는 붕소 화합물로 변화시키기 위해 미리 슬래그에 탄산나트륨을 첨가하거나, 슬래그 내의 붕소를 화학적으로 변화시키기 위해 슬래그와 별도로 용융 실리콘에 탄산나트륨 등을 공급하는 것도 양호하다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 실리콘의 융점에 가까운 온도에서 정제를 실행하는 것이 양호하므로, 슬래그의 융점 및 점성을 의도적으로 저하시키는 것도 바람직하다. 탄산나트륨이 슬래그의 점성을 저하시킬 수 있으므로, 이는 SiO2에 독립적으로 첨가될 수 있다. 또는, 산화제 이외의 다른 첨가제를 첨가하는 것도 가능하다. 그러한 첨가제는 정제에 대한 온화한 반응 속도를 달성하기 위해, CaO를 포함할 수 있다. 슬래그에 대해, 상업적으로 구입 가능한 고순도 소다 유리가 파쇄되고 가열된 후에 사용될 수 있다. 슬래그의 온도에 대해, 이는 양호하게는 실리콘 오염 및/또는 과도한 반응 속도를 방지하기 위한 목적의 관점에서 2000℃ 이하여야 한다.
슬래그, 산화제 공급 작업: 슬래그가 공급되는 2가지 양호한 방법이 있다. 제1 방법에서, 슬래그 원재료가 혼합되고 가열되어 용융 재료 또는 유리 상태 재료를 형성하고, 이는 그 다음 용융 실리콘으로 공급된다. 제2 방법에서, 슬래그 원재료가 처리되어 입상 고체를 형성하고, 그 다음 산화제로부터 분리되어 공급된다. 입상 고체의 입자 크기는 양호하게는 비산 방지 및/또는 작업성의 관점에서 1 mm 내지 200 mm의 범위이다.
산화제에 대해, 소다회 등의 상업적으로 구입 가능한 입상 재료가 문제없이 사용될 수 있다. 입자 크기에 대해, 이는 반응성 및 공급 작업성의 관점에서 1 mm 내지 50 mm의 범위이다. 강한 반응이 허용될 수 있으면, 산화제를 미리 융점보다 약간 더 높은 온도로 가열한 후에 용융 산화제를 용융 실리콘 상에 직접 공급함으로써 반응 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 그러나, 산화제는 양호하게는 알칼리 탄산염의 대부분이 1000℃를 초과하는 온도에서 분해/증발되므로, 그의 분해 온도 아래의 온도에서 공급된다는 것을 알아야 한다.
용융 실리콘 상의 공급된 슬래그와 공급된 산화제 사이의 위치 관계에 대해, 산화제를 용융 실리콘 상에 직접 위치시키는 것이 양호하다. 용융 실리콘 내의 붕소가 주로 산화제와의 직접 접촉에 의해 산화될 수 있으므로, 용융 실리콘과 산화제 사이의 접촉 면적은 양호하게는 가능한 한 크다. 용융 실리콘을 교반함으로써 접촉 면적을 확대시키는 것은 붕소 산화 속도를 증가시킬 수 있다. 용융 실리콘 내의 붕소가 주로 산화제와의 직접 접촉에 의해 산화되고, 그 다음 곧바로 산화붕소로서 슬래그 내에 흡수된다는 것이 본 발명자에 의해 발견되었다. 이는 붕소의 높은 분배율을 제공한다. 반응 속도가 작업에 대해 너무 빠르기 때문에, 반응 속도의 저하가 필요하면, 산화제를 슬래그 아래에 위치시킬 필요가 없다. 오히려, 산화제는 (도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이) 슬래그와 혼합되도록 또는 (도7c에 도시된 바와 같이) 슬래그 상에 위치되도록 공급될 수 있다.
함께 공급되는 슬래그 및 산화제는 슬래그 및 산화제가 짧은 시간 간격 내에 공급되는 것을 의미한다. 짧은 시간 간격 내에서의 공급은 예를 들어 산화제의 대부분이 (용융 실리콘과의 반응 및/또는 고온 하에서의 분해/증발로 인해) 소모되기 전에 슬래그가 공급되는 것을 의미한다. 더욱 구체적으로, 예를 들어, 슬래그의 공급이 수십 kg의 산화제가 초기에 공급된 후 20분 이내에 시작되면 문제가 없다.
작업의 분위기: 종래의 기술에서, 정제 후의 슬래그 내의 붕소 농도가 용융 실리콘 내의 붕소 농도와의 평형 농도에 도달하므로, 사용된 슬래그를 다른 실리콘 정제를 위해 재사용하는 것은 어려울 수 있다. 본 발명에서, 슬래그 내의 증가된 붕소는 슬래그를 진공 압력에 노출시킴으로써 증발에 의해 슬래그로부터 제거될 수 있다. 이는 사용된 슬래그를 재사용하는 것을 가능케 하고, 사용되는 슬래그의 총량의 감소 및 제조 비용의 감소로 이어진다. 소기가 없는 작업 분위기의 조건은 다음과 같다. 수소 기체와 같은 환원 분위기는 용융 실리콘 내의 붕소의 산화를 억제하지 않도록 회피되어야 한다. 그래파이트가 도가니 및/또는 내화 라이닝으로서 사용되는 경우에, 공기와 같은 산화 분위기는 산화에 의한 도가니 및/또는 내화 라이닝의 열화를 회피하기 위해 회피되어야 한다. 그러므로, 아르곤 기체 분위기와 같은 불활성 기체 분위기가 양호하다.
소기가 있는 작업 분위기의 조건은 다음과 같다. 일반적으로, 아르곤 기체가 분위기 기체로서 양호하다. 작업 압력이 100 Pa 이하이면, 공기가 이용될 수 있고, 이는 공기에 의한 영향이 무시될 수 있기 때문이다. 작업 분위기의 압력은 양호하게는 10 내지 10,000 Pa의 범위이다. 압력이 10,000 Pa를 초과하면, 붕소의 증발 속도가 저하될 수 있다. 그러나, 10,000 Pa를 초과하는 압력에서 여전히 어느 정도 효과가 유지되고, 따라서 10,000 Pa를 약간 넘는 압력이 몇몇 이유로 설비에 대해 사용될 수 있다. 10 Pa에서, 붕소의 증발 속도의 증가가 포화된다. 명백하게, 증발 속도에 대해 10 Pa 미만의 압력을 사용하는데 있어서 문제가 없다. 그러나, 특수한 유형의 진공 펌프가 그러한 낮은 압력을 유지하기 위해 요구되고, 이는 플랜트의 비용 증가로 이어진다. 또한, 용융 실리콘 및 슬래그가 접촉될 때 인가되는 그러한 낮은 압력은 Si와 SiO2 사이의 반응을 가속시켜서, 다량의 SiO 기체를 발생시키고, 이는 실리콘의 매우 낮은 퍼센트 수율로 이어진다. 그러므로, 10 Pa 아래에서의 작업은 양호하게는 회피된다.
기타 작업 조건: 사용되는 도가니에 대해, 용융 실리콘 및 산화제에 대한 안정성이 필요하다. 예를 들어, 그래파이트 및/또는 알루미나가 사용될 수 있다. 주재료가 SiO2인 도가니가 슬래그에 대한 원재료의 일부로서 도가니 재료의 용출을 이용하기 위해 사용될 수 있다.
작업 온도에 대해, 고온 작업은 양호하게는 내화 라이닝의 내구성 및 오염의 관점에서 가능한 한 많이 회피된다. 용융 실리콘의 온도는 양호하게는 실리콘의 융점과 2000℃ 사이이다. 실리콘의 온도는 명백하게 실리콘의 융점의 온도 이상이 되어야 한다.
예
예1
일반적인 진공 가열로의 변형인 도1에 도시된 바와 같은 노가 실리콘을 정제하기 위한 정제로로서 사용된다. 붕소 농도가 12 질량 ppm이고 평균 직경이 5 mm인 50 kg의 금속 실리콘 입자가 정제로 내에 위치된 500 mm 직경의 그래파이트 도가니 내에 수용된다. 도가니는 아르곤 분위기 내에서 1500℃로 가열되고, 결과적인 용융 실리콘이 유지된다. 제2 가열로 내에서, 붕소 농도가 1.5 질량 ppm이고 평균 직경이 10 mm인 20 kg의 고순도 실리카 모레와, 붕소 농도가 0.3 질량 ppm인 5 kg의 분말 탄산나트륨(Na2CO3)의 혼합물이 그래파이트 도가니 내에 수용되고, 1600℃로 가열되고 유지되어, 슬래그를 형성한다. 그 다음, 붕소 농도가 0.3 질량 ppm인 15 kg의 분말 탄산나트륨(Na2CO3)이 산화제 공급 튜브를 통해 정제로 내의 용융 실리콘 상으로 공급되고, 제2 가열로 내에서 준비된 슬래그는 도가니와 함께 정제로로 이송되고, 도가니가 기울여져서 슬래그를 슬래그 공급 튜브를 통해 용융 실리콘 상으로 공급한다. 산화제를 공급하는 것으로부터 슬래그를 공급하는 것까지의 시간은 약 5분이다. 슬래그의 공급을 마무리한 후에, 정제로는 밀봉되고, 노 내부의 압력이 1000 Pa에 도달할 때까지 베인형 진공 펌프에 의해 소기된다. 용융 실리콘의 온도는 1500℃로 유지되고, 정제는 30분 동안 수행된다. 정제 중에, 노 내부의 기체가 샘플링되고 분석되어, 노 내부의 Na를 함유하는 기체의 대부분이 예를 들어 붕소 및 산소, 및/또는 붕소, 산소 및 나트륨을 포함하는 화합물인 함붕소 저비점 재료 내에 있는지를 확인한다. 정제를 마무리하고, 베인형 진공 펌프를 끄고, 노 내부의 분위기를 초기 아르곤 분위기 압력으로 복귀시킨 후에, 도가니가 기울여져서 슬래그 및 잔여 산화제를 폐슬래그 수납기 내로 토출하고, 용융 실리콘이 샘플링된다. 샘플링은 다음과 같이 이루어진다. 실리콘의 융점보다 높은 온도로 가열된 고순도 알루미나 튜브의 일 단부가 용융 실리콘 내로 침지되고, 용융 실리콘이 튜브를 통해 흡입된다. 튜브의 비가열 부분에서의 담금질에 의해 형성된 고화된 실리콘이 노의 외부로 운반되고, 고화된 실리콘은 분석 샘플로서 알루미나 튜브로부터 분리된다. 샘플의 중량은 약 100 g이다. 샘플의 성분 분석 방법은 업계에서 널리 사용되는 방법인, 유도 결합 플라즈마(ICP) 분석이다. 그 다음, 산화제 및 슬래그가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 동일한 진공 압력에서 정제를 반 복한다. 총 3회의 정제가 수행된다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.09 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예2
일반적인 진공 가열로의 변형인 도2에 도시된 바와 같은 노가 실리콘을 정제하기 위한 정제로로서 사용된다. 직경이 300 mm이고 높이가 1 m인 SiC-코팅 탄소 섬유-강화 탄소로 만들어진 진공 컵이 노 외부에 위치된 공기 실린더에 결합되어, 진공 컵은 공기 실린더를 작동시킴으로써 상하로 이동될 수 있다. 동일한 도가니, 동일한 실리콘 원재료, 및 동일한 슬래그가 준비되고, 산화제 및 슬래그가 예1에서와 동일한 방식으로 용융 실리콘 상으로 공급된다. 진공 컵이 아래로 이동되어, 도가니의 바닥에 견고하게 부착되어 고정된 후에, 튜브를 통해 진공 컵에 연결된 베인형 진공 펌프가 켜져서, 진공 컵의 내부를 10,000 Pa의 압력으로 소기시킨다. 이러한 조건에서, 실리콘의 정제는 용융 실리콘의 온도를 30분 동안 1500℃로 유지하면서 수행된다. 정제를 마무리하고, 베인형 진공 펌프를 끄고, 진공 컵 내부의 분위기를 초기 아르곤 분위기 압력으로 복귀시킨 후에, 진공 컵은 위로 이동되어 슬래그로부터 탈착된다. 그 다음, 도가니가 기울여져서, 슬래그 및 잔여 산화제를 폐슬래그 수납기 내로 토출하고, 용융 실리콘이 샘플링된다. 샘플링은 예1에서와 동일한 방식으로 이루어진다. 그 다음, 산화제 및 슬래그가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 동일한 진공 압력에서 정제를 반복한다. 총 3회의 정제가 수행된다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.10 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터 리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예3
일반적인 진공 가열로의 변형인 도3에 도시된 바와 같은 노가 실리콘을 정제하기 위한 정제로로서 사용된다. 동일한 도가니, 동일한 실리콘 원재료, 및 동일한 슬래그가 준비되고, 산화제 및 슬래그가 예1에서와 동일한 방식으로 용융 실리콘 상으로 공급된다. 실리콘의 정제는 아르곤 분위기 압력 하에서 수행되고, 용융 실리콘의 온도는 20분 동안 1500℃로 유지된다. 그 다음, 도가니가 기울여져서 슬래그를 폐슬래그 수납기 내로 토출하고, 폐슬래그 수납기 내의 슬래그는 노의 외부로 운반되어 다른 소형 진공 가열로 내에 놓인다. 내부 체적이 1 m3인 소형 진공 가열로는 저항 가열을 구비하고 베인형 진공 펌프에 연결된 일반적인 구조를 갖는다. 슬래그가 소형 진공 가열로 내에서 100 Pa의 진공 압력 하에서 20분 동안 1500℃로 유지된 후에, 슬래그는 다시 산화제와 함께 노 내의 이전에 정제된 용융 실리콘 상으로 공급된다. 동일한 정제 작업이 총 3회 반복된다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.12 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예4
이러한 예에서, 모든 파라미터는 MgCO3가 산화제로서 사용되는 것을 제외하고는, 예1의 것과 동일하다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.2 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
본 출원에서 언급된 모든 인용 특허, 문헌, 공동 계류 중인 출원, 및 가특허 출원은 본원에서 참조되어 통합되었다.
본 발명이 이렇게 설명되었지만, 이는 많은 방식으로 변경될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 그러한 변경은 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 당업자에게 명백한 모든 그러한 변형은 다음의 청구범위의 범주 내에 포함되도록 의도된다.
Claims (16)
- 용융 실리콘을 준비하는 단계와,슬래그를 준비하는 단계와,용융 실리콘과 슬래그를 서로 접촉시키는 단계와,적어도 슬래그를 진공 압력에 노출시키는 단계를 포함하는 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 슬래그와 함께 산화제를 용융 실리콘에 제공하는 단계를 더 포함하는 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 산화제는 용융 실리콘과 직접 접촉하도록 제공되는 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 진공 압력은 10 Pa 내지 10,000 Pa의 범위인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 산화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 수산화물 및 알칼리 토금속 탄산염의 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 수산화물 및 알칼리 토금속 탄산염의 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 산화제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물 및 칼슘 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물 및 칼슘 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 용융 실리콘을 준비하는 단계와,슬래그를 준비하는 단계와,용융 실리콘과 슬래그를 서로 접촉시키는 단계와,용융 실리콘으로부터 슬래그를 분리하는 단계와,슬래그를 진공 압력에 노출시키는 단계와,용융 실리콘과 진공 압력에 노출된 슬래그를 서로 접촉시키는 단계를 포함하는 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 슬래그와 함께 산화제를 용융 실리콘에 제공하는 단계를 더 포함하는 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 산화제는 용융 실리콘과 직접 접촉하도록 제공되는 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 진공 압력은 10 Pa 내지 10,000 Pa의 범위인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 산화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 수산화물 및 알칼리 토금속 탄산염의 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 산화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 수산화물 및 알칼리 토금속 탄산염의 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 산화제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물 및 칼슘 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 산화제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물 및 칼슘 수화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 재료인 고순도 실리콘 제작 방법.
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