KR20080003797A - 고순도 실리콘 제작 방법 - Google Patents
고순도 실리콘 제작 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 태양용 배터리에 사용되는 저비용 고순도 실리콘을 대량으로 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 산화제와 용융 실리콘 사이의 산화 반응을 개시하는 단계와 산화 반응 중에 산화제의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 포함하는, 산화에 의해 실리콘으로부터 붕소를 제거함으로써 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법이 개시된다.
고순도 실리콘, 산화제, 용융 실리콘, 산화 반응, 산화제
Description
본 출원은 2005년 3월 7일자로 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2005-062557호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이의 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 공정에서, 용융 실리콘 금속은 고체상과 액체상 사이에서의 불순물의 용해도 차이를 이 용하여 더욱 정제된 고체상 실리콘을 형성하도록 단방향으로 고화된다. 그러한 공정은 실리콘을 다양한 금속성 불순물로부터 정제하기 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 실리콘을 붕소로부터 정제하기 위해 사용될 수 없다. 이는 고체상과 액체상 사이에서의 붕소의 용해도의 차이가 실리콘을 붕소로부터 정제하기에는 너무 작기 때문이다.
진공 용융 실리콘 공정도 공지되어 있다. 이러한 공정은 용융 실리콘을 진공 상태로 유지함으로써 실리콘으로부터 저비점 불순물을 제거하고, 이는 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 개시한다. 그러한 방법에서, 슬래그가 용융 실리콘 상에 위치되고, 불순물이 실리콘으로부터 슬래그로 이동한다. 특허 참고 문헌 JP56-32319A호에서, 붕소의 분배율(슬래그 내의 붕소의 농도/실리콘 내의 붕소의 농도)은 1.357이고, 정제된 실리콘 내에서 얻 어지는 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(질량에 의한 ppm) 정도의 붕소를 함유하기 때문에, 실리콘의 붕소로부터의 정제를 산업적으로 개선할 수 없다. 따라서, 정제된 실리콘은 분배율이 충분히 높지 않으면, 슬래그 내에서와 동일한 수준의 분소 농도를 함유한다. 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.
JP2003-12317A호는 다른 정제 방법을 개시한다. 이러한 방법에서, CaO, CaO3, 및 Na2O와 같은 플럭스가 실리콘에 첨가되고, 이들은 혼합되어 용융된다. 그 다음, 용융 실리콘 내로의 산화 기체의 취입이 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 것이 어렵다. 그러므로, JP2003-12317A호에 개시된 방법은 실리콘의 정제에 대해 적합하지 않다.
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, 슬래그 정제 방법은 단순히 슬래그를 용융 실리콘 상에 위치시키는 것을 포함하므로, 일반적으로 실리콘을 정제하기 위한 쉽고 저렴한 방법이다. 그러나, 얻어지는 실리콘은 실리콘 정제가 실질적으로 이용 가능한 붕소의 높은 분배율을 얻는 데 실패하기 때문에, 태양광 배터리에서의 용도에 대해 적합하지 않다.
슬래그 정제 이외의 붕소 제거 기술도 제안되었다. 그러한 기술은 붕소가 산화된 후에 증발에 의해 실리콘으로부터 제거되는 다양한 정제 방법을 포함한다.
JP04-130009A호는 실리콘 내의 붕소가 플라즈마 기체를 수증기와, O2 및/또는 CO2와, CaO 및/또는 SiO2와 같은 함산소 재료와 같은 기체와 함께 용융 실리콘 내로 취입함으로써 제거되는, 붕소 제거 방법을 개시한다.
JP04-228414A호는 실리콘 내의 붕소가 플라즈마 제트를 수증기 및 SiO2와 함께 용융 실리콘 내로 취입함으로써 제거되는, 붕소 제거 방법을 개시한다.
JP05-246706A호는 실리콘 내의 붕소가 용융 실리콘과 용융 실리콘의 표면 위에 위치된 전극 사이에 아크를 유지하면서, 불활성 기체 또는 산화 기체를 용융 실리콘 내로 취입함으로써 제거되는, 붕소 제거 방법을 개시한다.
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.
JP04-193706A호는 실리콘 내의 붕소가 아르곤 기체 및/또는 H2 기체와 같은 기체를 바닥 입구로부터 용융 실리콘 내로 취입함으로써 제거되는, 붕소 제거 방법을 개시한다.
JP09-202611A호는 실리콘 내의 붕소가 Ca(OH)2, CaCO3, 및/또는 MgCO3를 포함하는 기체를 용융 실리콘 내로 취입함으로써 제거되는, 붕소 제거 방법을 개시한다.
위에서 언급된 참고 문헌인 JP04-130009A호 내지 JP09-202611A호에서 개시된 몇몇 기술은 실리콘 내의 붕소 농도가 태양광 배터리에서의 용도에 대한 요건을 충족시키는 정도로 실리콘으로부터 붕소를 제거할 수 있다. 그러나, 이러한 모든 기술은 고가이며 복잡한 작업을 요구하는 플라즈마 장치 및/또는 기체 취입 장치를 사용한다. 이는 이러한 기술을 경제적 효율의 관점에서 실질적인 기술로서 채택하는 것을 어렵게 만든다.
본 발명의 목적은 조질 실리콘을 불순물, 특히 붕소로부터, 태양광 배터리용으로 유용한 수준으로 정제함으로써, 고순도 실리콘을 간단한 방식 및 저비용으로 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 실리콘 제작을 연구한 후에 다음의 해결책을 설계했다.
본 발명의 일 실시예는 산화제와 용융 실리콘 사이의 산화 반응을 개시하는 단계와, 산화 반응 중에 산화제의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 포함하는, 산화에 의해 실리콘으로부터 붕소를 제거함으로써 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 산화제 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 산화제는 용융 실리콘과 직접 접촉하도록 위치된다. 이러한 방법은 산화제 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 방법은 산화제 상에 냉각 재료를 위치시키는 단계를 더 포함하고, 냉각 재료는 용융 실리콘보다 낮은 온도를 갖는다. 이러한 방법은 산화제 및/또는 냉각 재료 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 냉각 재료는 다음의 재료 중 적어도 하나를 주성분으로 포함한다: 실리카, 알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 및 칼시아.
대안적인 실시예에서, 냉각 단계는 산화제의 적어도 일부 상에 냉각 기체를 송풍함으로써 수행되고, 냉각 기체는 산화제보다 낮은 온도를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예는 용융 실리콘 상에 단열 재료를 위치시키는 단계와, 단열 재료 상에 산화제를 위치시키는 단계와, 산화제와 용융 실리콘 사이의 산화 반응을 개시하는 단계를 포함하는, 산화에 의해 실리콘으로부터 붕소를 제거함으로써 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양에서, 방법은 산화제 및/또는 단열 재료 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함한다. 단열 재료는 용융 실리콘보다 낮은 평균 온도를 갖는 다공성 재료를 포함할 수 있다. 더욱이, 산화제는 다공성 재료 위에 그리고/또는 다공성 재료 내부에 배열될 수 있어서, 산화제의 온도 증가가 억제될 수 있다. 추가적으로, 단열 재료는 다음의 재료 중 적어도 하나를 주성분으로 포함할 수 있다: 실리카, 알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 및 칼시아.
다른 실시예에서, 산화제는 다음 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료이다: 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산염의 수화물, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 탄산염, 알칼리 토금속 탄산염의 수화물 및 알칼리 토금속 수산화물.
또 다른 실시예에서, 산화제는 다음 중 적어도 하나를 주성분으로 포함하는 재료이다: 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 각각의 상기 탄산염의 수화물, 마그네슘 수화물 및 칼슘 수화물.
본 발명의 방법은 플라즈마 장치 또는 기체 취입 장치와 같은 고가의 장비를 사용하지 않고서, 실리콘 내의 붕소 농도를 0.3 질량 ppm 이하로 감소시킬 수 있다. 본 방법에 따라 얻어지는 실리콘은 태양광 배터리에서 유용한 순도이다. 더욱이, 본 발명과 종래의 단방향 고화 공정 또는 종래의 진공 용융 공정의 조합식 사용은 태양광 배터리용 원재료로서 이용 가능한 실리콘을 고품질 및 저비용으로 공급할 수 있다.
도1은 단열 재료가 사용되는, 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도2는 산화제가 용융 실리콘과 직접 접촉하고 냉각 재료가 산화제의 일부를 냉각시키도록 사용되는, 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 개략도이다.
도3은 냉각 기체가 사용되는, 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 개략도이다.
도4는 냉각 플레이트가 사용되는, 본 발명의 다른 태양의 개략도이다.
도5는 도가니가 냉각 기능을 제공하는, 본 발명의 다른 태양을 도시하는 개략도이다.
위에서 언급된 종래의 기술은 4개의 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 접촉되는 방법(JP04-228414A호 및JP05-246706A호에 개시되고, 이하에서 "기체 산화 방법"으로 불림)을 포함한다. 제3 카 테고리는 고체 산화제(예를 들어, MgCO3)가 운반 기체와 함께 용융 실리콘 내로 취입되는 방법(JP09-202611호에 개시되고, 이하에서 "산화제 취입 방법"으로 불림)을 포함한다. 제4 카테고리는 산화 기체를 용융 실리콘과 접촉시키는 것에 추가하여, 슬래그 및/또는 SiO2와 같은 슬래그 원재료가 또한 용융 실리콘으로 공급되는 방법(JP2003-12317A호, JP04-130009A호, USP 5,972,107호, USP 6,368,403호, 및 JP04-193706A호에 개시되고, 이하에서 "복합 슬래그 정제 방법"으로 불림)을 포함한다. 이와 비교하여, 본 발명은 특수한 운반 기체를 사용하지 않고서, 산화제를 용융 실리콘과 접촉시킨다. 동시에, 본 발명은 산화제의 온도 증가를 억제하도록 수행된다. 본 방법은 종래 기술의 상기 카테고리 중 하나에 속하지 않는다.
본 발명의 원리가 아래에서 설명된다. 위에서 언급된 "기체 산화 방법" 및 "산화제 취입 방법"에 도시된 바와 같이, 붕소는 산화됨으로써 실리콘으로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 그러므로, 용융 실리콘 내의 붕소가 단순히 용융 실리콘 상에 고체 또는 액체 상태의 산화제를 위치시킴으로써 효과적으로 산화될 수 있으면, 저렴한 붕소 제거 방법이 실현된다. 사실, 그러한 방법은 일반적으로 사용되는 산화제가 실리콘의 융점 위의 온도에서 분해 및 증발에 의해 쉽게 기체로 전환되기 때문에, 실현되지 않고 있다. 산화제가 실온에서 공급되더라도, 산화제의 대부분은 오랫동안 용융 실리콘 상에 머무르고 가열된 후에 최종적으로 증발된다. 이는 상당한 양의 배기 기체의 처리는 물론 다량의 산화제 공급의 결과를 낳는다. 이는 막대한 비용이 든다. 더욱이, 몇몇 상황에서, 용융 실리콘과 산화제 사이의 직접 접촉은 산화제로부터의 기체의 폭발적인 발생을 일으킬 수 있다. 이는 용융 실리콘이 튀어나오고 그리고/또는 장치를 손상시키게 할 수 있다. 이러한 관점에서, 산화제를 사용한 실리콘의 정제와 관련된 붕소 제거를 위해, 산화제가 단시간 동안만 용융 실리콘과 접촉하는 방법을 실시할 수밖에 없었다. 위에서 언급된 "산화제 취입 방법"은 붕소 산화가 단시간에 수행될 수 있는 방법의 일례이다. 이러한 방법은 운반 기체를 사용하여 용융 실리콘 내로 공급되는 큰 비표면을 갖는 미세 분말 산화제를 포함한다. 이는 산화제의 단위 질량당 큰 반응 면적을 제공한다. 그러나, 앞서 언급된 바와 같이, "산화제 취입 방법"은 기체 취입 장치 및 극도로 미세한 분말 산화제를 요구한다. 이는 고가의 제조 설비의 결과를 낳고, 복잡한 작업을 요구한다. 따라서, "산화제 취입 방법"은 실리콘으로부터 붕소를 제거하기 위한 효과적인 방법으로서 간주되지 않는다. 고온에서 고체 또는 액체 상태로 머무를 수 있는 적합한 산화제가 있으면, 용융 실리콘 내로 산화제를 취입할 필요가 없다. 그러나, 고온에서 안정되고, 저렴하며, 붕소를 산화시키는 능력이 높고, 실리콘을 오염시킬 가능성이 낮은 산화제가 발견되지 않았다. 예를 들어, 탄산바륨 및 산화바륨은 붕소를 산화시키는 능력을 갖고, 실리콘의 융점 온도에서 증발되지 않는다. 그러나, 고온에서 분해되지 않는 그러한 산화제는 기본적으로 안정된 물질이다. 그러므로, 실리콘 내의 붕소와 탄산바륨 또는 산화바륨 사이의 반응 속도가 느리다. 이는 정제의 매우 낮은 생산성으로 이어진다.
본 발명에서, 용융 실리콘 상의 산화제는 산화제를 냉각시키고 그리고/또는 산화제를 주위 분위기로부터 단열함으로써 장시간 동안 안정되게 유지될 수 있다. 그러므로, 산화제의 온도 증가는 용융 실리콘에 인접한 영역으로 제한되고, 다른 영역 내의 산화제는 낮은 온도로 유지된다. 이는 산화제의 증발을 억제한다.
본 발명에서, 실리콘 내의 붕소의 산화 속도를 증가시키는 것도 가능하다. 다량의 산화제가 용융 실리콘과 직접 접촉할 때, 실리콘 내의 붕소의 산화 속도는 크게 증가한다는 것이 공지되어 있다. 그러나, 접촉 방식으로서, 산화제가 단순히 용융 실리콘 상에 위치되면, 전술한 바와 같이, 산화제로부터의 기체가 폭발적으로 발생되어 작업을 정지시킨다. 그러므로, 이러한 방법은 실질적으로 사용되지 않았다. 그러나, 본 발명에서, 산화제가 냉각되므로, 용융 실리콘에 인접한 영역 내에 있지 않은 산화제의 대부분의 온도 증가가 억제될 수 있다. 그러므로, 폭발적인 기체 발생은 산화제가 용융 실리콘과 직접 접촉하더라도, 회피될 수 있다. 이는 다량의 산화제가 안정된 상태에서 용융 실리콘과 직접 접촉하도록 허용한다. 산화제의 냉각은 산화제와 용융 실리콘 사이의 경계에서 붕소의 높은 산화 속도를 약화시키지 않는다. 본 발명자가 산화제를 냉각시키는 현상을 최초로 발견했다.
장치의 구성: 장치 구성이 도2에 기초하여 아래에서 설명된다. 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) 상으로, 산화제(5)가 산화제 공급 튜브(7)를 통해 공급되고, 냉각 재료(6)가 냉각 재료 공급 튜브(8)를 통해 공급된다. 붕소 제거를 포함한 반응 및 정제는 용융 실리콘과 산화제 사이에서 개시된다. 냉각 재료와의 접촉은 산화제 층의 상부를 냉각시킨다. 따라서, 산화제의 평균 온도의 증가가 억제되어, 산화제의 증발이 방지될 수 있다. 가열 및 정제 중에, 노 내부의 분위기는 기체 공급 라인(10) 및 기체 배기 라인(11)을 통해 기체의 종류 및 농도에 대해 제어된다. 산화제가 (용융 실리콘과의 반응에 의해) 소모되면, 용융 실리콘 상에 잔류하는 냉각 재료 및 산화제는 도가니 기울임 장치(12)를 사용하여 도가니를 기울임으로써 도가니로부터 잔류물 수납기(9) 내로 토출된다. 그 다음, 도가니는 원래의 위치에 설치되고, 필요하다면 냉각 재료 및 산화제가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되고, 정제 공정이 반복된다.
산화제의 냉각은 냉각된 도가니의 내벽과의 접촉에 의해 수행될 수 있다. 이의 일 실시예가 도5에 도시되어 있고, 아래에서 상세하게 설명될 것이다. 산화제가 1000℃의 온도까지 증발되지 않는 것이면, 산화제는 또한 산화제의 표면으로부터 산화제 위에 설치된 냉각 플레이트를 향한 복사에 의해 냉각될 수 있다. 이의 일 실시예가 도4에 도시되어 있고, 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
다른 장치 구성이 도1에 기초하여 아래에서 설명된다. 구성 및 작업 절차는 단열 재료(13)가 냉각 재료(6) 대신에 사용되는 것을 제외하고는, 도2에 대해 설명된 바와 동일하다. 단열 재료(13)는 단열 재료 공급 튜브(14)를 통해 용융 실리콘 상으로 공급되고, 산화제(5)는 단열 재료(13) 상에 배열된다. 단열 재료 상의 산화제는 노 내의 가열기(3)로부터 열을 직접 받지 않도록 배열된다. 산화제는 도가니로부터 그리고 다공성 단열 재료를 거쳐 용융 실리콘으로부터 가열된다. 실리콘의 융점 온도에 도달한 산화제의 부분은 다공성 단열 재료를 통해 용융 실리콘 상으로 조금씩 공급된다. 용융 실리콘 상으로 공급되는 산화제의 양은 작고, 따라서 산화제의 대부분은 붕소를 산화시키기 위해 신속하게 소모된다. 단열 재료 상에 위치된 산화제의 온도 상승은 단열 재료 때문에 억제될 수 있다. 이는 산화제가 증발되지 않고서 장시간 동안 안정된 상태로 유지되는 것을 가능케 한다.
다른 장치 구성이 도3에 기초하여 아래에서 설명된다. 도3의 장치는 기체 냉각 장치(15)를 더 포함하는 것을 제외하고는, 도2의 장치와 유사하다. (도시되지 않은) 냉각 기체 저장 탱크 및 (도시되지 않은) 송풍기를 포함하는 기체 냉각 장치는 냉각 기체를 용융 실리콘 상에 위치된 냉각 재료 및/또는 산화제 상으로 송풍한다. 냉각 기체는 최종적으로 기체 배기 라인을 통해 노 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. 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 실리콘 의 표면 상에 SiO2 필름을 형성하는 능력을 갖고, 이는 용융 실리콘과 슬래그 사이의 접촉을 억제하여, 제거 가능한 저점성 슬래그를 형성한다. 둘째로, 이러한 재료는 대량 생산 제품이며, 고순도 제품이 확실하게 얻어진다. 위에서 언급된 알칼리 토금속은 베릴륨 및 마그네슘을 포함한다.
냉각 재료: 냉각 재료는 양호하게는 큰 열용량을 갖고, 산화제의 기화 온도 위의 온도에서 고체 또는 액체로 안정되고, 실리콘을 오염시킬 가능성이 낮다. 그러한 재료의 예로서, 본 발명자는 양호하게는 고도로 순수한 실리카, 알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 또는 칼시아가 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 이들 재료 중 일부는 실리콘의 융점보다 높은 온도에서 산화제와 반응함으로써 액체(슬래그)로 변환될 수 있다. 그러나, 사용되는 산화제가 실리콘을 오염시킬 가능성이 낮으면, 그러한 슬래그의 형성은 오염에 관해서 실리콘에 대해 거의 영향을 갖지 않는다. 이는 실리카 또는 알루미나에 기초한 슬래그가 실리콘 내에서 극도로 낮은 용해도를 갖기 때문이다. 또한, 슬래그가 형성되더라도, 이는 냉각 재료의 평균 온도가 실리콘의 융점보다 충분히 낮게 유지되는 한, 심각한 문제가 되지 않는다. 이는 산화제에 대한 온도 상승 억제 효과가 여전히 유지되기 때문이다. 공급되는 냉각 재료의 온도는 냉각 재료와 산화제 사이의 열전달을 개선하고 냉각 재료의 슬래그로의 변환을 억제하기 위해, 양호하게는 낮게, 양호하게는 실온으로 유지된다. 공급되는 냉각 재료에 대한 형상으로서, 입자 형상 및/또는 덩어리 형상이 사용될 수 있거나, 또는 일체로 성형된 재료가 실리콘 상에 위치될 수 있다. 입자 형 또는 덩어리형 냉각 재료를 사용하는 경우에, 형상은 열전달을 증가시키는 관점에서, 높은 충진율이 얻어질 수 있도록 양호하게는 구형이고, 충진된 냉각 재료를 통한 산화제의 원활한 유동을 달성하는 관점에서 양호하게는 판상 또는 막대형이다. 냉각 재료의 형상의 선택은 열 제거의 요구량, 냉각 재료를 통한 산화제의 요구되는 유량, 재료가 쉽게 얻어지는지의 여부, 및 제조 장치의 구체적인 조건과 같은 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다. 냉각 재료의 체적에 대해, 큰 체적의 냉각 재료가 열전달의 관점에서 양호하다. 체적에 대한 양호한 하한은 0.5 cm3이다. 양호하게는, 50 cm3 이상의 체적이 사용된다. 대형의 일체로 성형된 형태의 냉각 재료도 사용될 수 있다. 판상 형상을 사용하는 경우에, 판상 형상의 최대 길이는 양호하게는 도가니의 내경 이하이다. 덩어리 형상을 사용하는 경우에, 체적은 양호하게는 3000 cm3 이하이다.
단열 재료: 단열 재료는 양호하게는 다공성 재료이고, 낮은 열전도성을 갖고, 실리콘의 융점 위의 온도에서 고체 또는 액체 형태로 안정되고, 실리콘을 오염시킬 가능성이 낮다. 그러한 재료의 예로서, 본 발명자는 양호하게는 고도로 순수한 실리카, 알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 또는 칼시아 중 하나 이상이 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 냉각 재료에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 이러한 재료도 높은 온도에서 슬래그를 형성하도록 변화될 수 있다. 그러나, 이러한 재료에 기초한 슬래그는 실리콘을 오염시킬 가능성이 낮고, 낮은 열전도성, 즉 높은 단열성을 가지며, 이는 사용 시에 문제를 일으키지 않는다. 그러나, 모든 단열 재료 가 슬래그로 변환되면, 이는 단열 재료 상의 산화제에 대한 유동 경로가 소실되므로 문제를 일으킬 수 있다. 그러므로, 모든 단열 재료가 슬래그로 전환되기 전에 산화제가 완전히 소모될 수 있도록, 공급되는 산화제의 양을 미리 결정할 필요가 있다. 공급되는 단열 재료의 형상으로서, 일체로 성형된 다공성 단열 재료가 용융 실리콘을 덮도록 위치될 수 있거나, 또는 입상 단열 재료가 용융 실리콘 상에 위치될 수 있다. 입상 단열 재료를 사용하는 경우에, 입상 재료들 사이의 갭은 용융 산화제가 유동하는 유동 경로로서 기능한다. 일체로 성형된 다공성 단열 재료 내의 세공이 유사한 기능을 제공한다. 다공성 재료는 일체로 성형된 재료뿐만 아니라 적층체 내부에 다수의 유동 경로를 갖는 적층된 입상 재료를 의미한다. 실리콘의 정제 공정이 반복적으로 수행될 때, 입상 단열 재료의 사용은 단열 재료를 폐기하는 측면에서 일체로 성형된 단열 재료의 사용보다 양호하다. 공급되는 단열 재료의 온도는 양호하게는 낮고, 양호하게는 실온이다. 입상 재료의 크기에 대해, 직경이 감소함에 따라, 단열 성능은 증가하지만, 단열 재료를 통한 용융 산화제의 유동은 어려워진다. 양호하게는, 크기는 1 내지 100 mm의 범위이다. 입상 재료의 충진율은 용융 산화제 유동의 원활성 및 입상 재료 형상의 유지를 고려하여, 양호하게는 20 내지 70%의 범위이다. 상기 조건에 대해, 입상 재료의 형상은 양호하게는 구형에 가깝다. 충진율을 예를 들어 80% 이상으로 증가시키기 위한 상이한 크기의 입상 재료의 혼합물의 사용은 양호하게는 회피된다. 양호한 충진율에서의 입상 재료들 사이의 유동을 위한 갭은 양호하게는 평균 입상 재료 크기의 10% 내지 50%의 범위일 것이다.
냉각 기체: 냉각 기체에 대해, 불활성 기체가 도가니 및/또는 내화 라이닝이 산화되는 것을 방지하기 위해 양호하다. 고온 부분이 유도 가열을 사용하여 실리콘을 가열함으로써 용융 실리콘 및 그 부근으로 제한되고, 예를 들어 도가니 및 내화 라이닝의 외측 표면의 온도가 500℃ 이하로 낮으면, 도가니 및 내화 라이닝의 산화는 무시될 수 있다. 그러므로, 공기가 경제적인 관점에서 냉각 기체로서 사용될 수 있다. 더 낮은 온도의 기체가 냉각 기체로서 더 효과적으로 작용하지만, 실온 기체가 냉각 기체의 재생 때문에 사용하기 어려우면, 온도가 여전히 냉각 기능을 갖는 한, 비교적 높은 온도의 기체가 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 냉각을 위해, 냉각 기체 온도는 양호하게는 산화제의 (냉각 기체가 부딪히는) 표면의 온도보다 적어도 100℃만큼 낮다.
기타 작업 조건: 사용되는 도가니에 대해, 용융 실리콘 및 산화제에 대한 안정성이 필요하다. 예를 들어, 그래파이트 및/또는 알루미나가 사용될 수 있다.
작업 온도에 대해, 너무 높은 온도에서의 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.
작업의 분위기에 대해, 수소 기체와 같은 환원 분위기는 양호하게는 용융 실리콘 내의 붕소의 산화를 억제하지 않도록 회피된다. 그래파이트가 도가니 및/또는 내화 라이닝으로서 사용되는 경우에, 공기와 같은 산화 분위기는 양호하게는 산화에 의한 도가니 및/또는 내화 라이닝의 열화를 회피하기 위해 회피된다. 그러므 로, 아르곤 기체 분위기와 같은 불활성 기체 분위기가 양호하다. 그래파이트의 온도가 낮게 유지되어, 산화에 의한 그래파이트의 열화가 비교적 작을 때, 열화로부터의 경제적 손실이 불활성 기체의 비용보다 작은 한, 공기로 구성된 분위기가 사용될 수 있다. 주위 압력에 대해, 특별한 제한은 없다. 그러나, 100 Pa 이하와 같은 저압은 산화제의 증발을 일으킬 수 있고, 이는 산화제의 소비를 불필요하게 증가시킬 수 있다. 그러므로, 보통, 압력은 양호하게는 100 Pa보다 높다.
예
예1
실리콘 정제가 도2에 도시된 바와 같은 정제로를 사용하여 수행된다. 12 질량 ppm의 붕소 농도 및 5 mm의 평균 직경을 갖는 50 kg의 금속 실리콘 입자가 500 mm의 직경을 가지며 정제로 내에 위치된 그래파이트 도가니 내에 수용된다. 도가니는 아르곤 분위기 내에서 저항 가열기에 의해 1500℃로 가열되고, 용융 실리콘은 1500℃로 유지된다. 그 다음, 0.3 질량 ppm의 붕소 농도 및 실온의 온도를 갖는 15 kg의 분말 탄산나트륨(Na2CO3)이 산화제 공급 튜브를 통해 정제로 내의 용융 실리콘 상으로 공급된다. 용융 실리콘 상의 산화제의 깊이가 균일해지도록 산화제의 표면을 평탄화한 후에, 1.5 질량 ppm의 붕소 농도, 60 mm의 평균 직경, 및 실온의 온도를 갖는 100 kg의 고순도 실리카 냉각 재료가 냉각 재료 공급 튜브를 통해 정제로 내의 용융 실리콘 상으로 공급된다. 그 다음, 산화제 상의 냉각 재료의 표면이 평탄화된다. 산화제를 공급하는 것으로부터 냉각 재료를 공급하는 것까지의 시 간 간격은 약 5분이다. 냉각 재료를 공급한 후에, 실리콘 정제 공정은 용융 실리콘을 아르곤 분위 압력 하에서 1500℃로 유지하면서, 20분 동안 수행된다. 반응은 냉각 재료의 대부분은 공급되었을 때의 그의 초기 형상을 유지하고, 일부는 슬래그로 전환되도록, 모니터링된다. 정제 공정 중의 냉각 재료의 대표적인 온도는 약 800℃이다. 정제를 마무리한 후에, 도가니는 기울여져서 냉각 재료 및 산화제의 잔류물을 잔류물 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 냉각 재료가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 정제를 반복한다. 총 5회의 정제가 수행된다. 샘플링은 각각의 정제에서 수행되고, 각각의 샘플 내의 붕소 농도는 제1 내지 제4 정제에서 이전의 샘플의 농도의 1/3을 갖는다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.1 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예2
실리콘 정제가 도1에 도시된 바와 같은 정제로를 사용하여 수행된다. 12 질량 ppm의 붕소 농도 및 5 mm의 평균 직경을 갖는 50 kg의 금속 실리콘 입자가 500 mm의 직경을 가지며 정제로 내에 위치된 그래파이트 도가니 내에 수용된다. 도가니는 아르곤 분위기 내에서 저항 가열기에 의해 1500℃로 가열되고, 용융 실리콘은 1500℃로 유지된다. 그 다음, 1.5 질량 ppm의 붕소 농도, 50 mm의 평균 직경, 및 실온의 온도를 갖는 30 kg의 고순도 다공성 알루미늄 단열 재료가 단열 재료 공급 튜브를 통해 정제로 내의 용융 실리콘 상으로 공급된다. 용융 실리콘 상의 단열 재료의 표면은 용융 실리콘 상의 단열 재료의 깊이가 균일하도록 평탄화된다. 그 다음, 0.3 질량 ppm의 붕소 농도 및 실온의 온도를 갖는 10 kg의 분말 탄산나트륨(Na2CO3)이 산화제 공급 튜브를 통해 정제로 내의 단열 재료 상으로 공급된다. 산화제의 표면은 단열 재료 상의 산화제의 깊이가 균일하도록 평탄화된다. 산화제를 공급한 후에, 실리콘 정제 공정은 용융 실리콘을 아르곤 분위 압력 하에서 1500℃로 유지하면서, 20분 동안 수행된다. 반응은 단열 재료의 대부분은 공급되었을 때의 그의 초기 형상을 유지하고, 일부는 슬래그로 전환되도록, 모니터링된다. 반응은 또한 산화제가 정제의 최종 단계까지 단열 재료 상에 머무르고, 조금씩 용융되어 단열 재료 내로 침투하는 것을 보장하도록, 모니터링된다. 정제를 마무리한 후에, 도가니는 기울여져서 단열 재료 및 산화제의 잔류물을 잔류물 수납기 내로 토출하고, 용융 실리콘이 예1에서와 동일한 방식으로 샘플링된다. 그 다음, 산화제 및 단열 재료가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 정제를 반복한다. 총 5회의 정제가 수행된다. 샘플링은 각각의 정제에서 이루어지고, 각각의 샘플 내의 붕소 농도는 이전의 샘플의 농도의 1/3을 갖는다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도 는 0.1 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예3
실리콘 정제가 도3에 도시된 바와 같은 정제로를 사용하여 수행된다. 도1과 유사한 준비를 한 후에, 용융 실리콘, 산화제, 및 냉각 재료가 배열되고, 아르곤 분위기 압력 하에서 1500℃로 유지된다. 냉각 재료는 10 m3/min의 유량으로, 기체 냉각 장치를 통해 실온에서 아르곤 기체를 냉각 재료 상으로 송풍함으로써 냉각된다. 이러한 조건을 유지하면서, 정제는 20분 동안 수행된다. 정제를 마무리한 후에, 도가니는 기울여져서 단열 재료 및 산화제 잔류물을 잔류물 수납기 내로 토출하고, 용융 실리콘이 예1에서와 동일한 방식으로 샘플링된다. 그 다음, 산화제 및 단열 재료가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 정제를 반복한다. 총 5회의 정제가 수행된다. 샘플링은 각각의 정제에서 이루어지고, 각각의 샘플 내의 붕소 농도는 이전의 샘플의 농도의 1/3을 갖는다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.07 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예4
실리콘 정제가 도4에 도시된 바와 같은 정제로를 사용하여 수행된다. 12 질량 ppm의 붕소 농도를 갖는 (다른 노 내에서 미리 준비된) 20 kg의 용융 실리콘이 500 mm의 직경을 가지며 정제로 내에 위치된 알루미나 벽돌 도가니 내에 수용된다. 용융 실리콘(4)은 아르곤 분위기 내에서 유도 가열기(3)에 의해 가열되어, 1500℃로 유지된다. 그 다음, 0.3 질량 ppm의 붕소 농도 및 실온의 온도를 갖는 15 kg의 분말 탄산나트륨(Na2CO3)이 산화제 공급 튜브(7)를 통해 정제로 내의 용융 실리콘 상으로 공급된다. 산화제의 표면은 용융 실리콘 상의 산화제의 깊이가 균일하도록 평탄화된다. 실리콘 정제 공정은 용융 실리콘을 아르곤 분위 압력 하에서 1500℃로 유지하면서, 20분 동안 수행된다. 정제 중에, 탄산나트륨의 표면은 강철 냉각 플레이트(16)를 작동시킴으로써 복사에 의해 냉각된다. 강철 냉각 플레이트(16)는 탄산나트륨의 표면과 대면하도록 배열된 수냉 튜브에 용접되고, 탄산나트륨의 표면의 온도는 800℃로 유지된다. 정제를 마무리한 후에, 용융 실리콘 상에 잔류하는 잔류물은 알루미나로 만들어진 레이들형 산화제 제거 장치를 작동시킴으로써 픽업되고, 잔류물 수납기(9) 내로 토출된다. 잔류물의 일부는 고화된 후에 샘플로서 절취되고, 성분 분석이 전자 탐침 미세 분석기(EPMA) 방법 및 ICP 방법에 의해 수행된다. 결과적으로, 잔류물은 잔류 산화제, 산화규소, 및 Si-Na 화합물을 포함하는 화합물이라는 것이 발견되었다. 실리콘 상의 모든 잔류물을 완전히 제거한 후에, 용융 실리콘의 일부가 예1에서와 동일한 방식으로 샘플링된다. 그 다음, 산화제가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 정제를 반복한다. 총 5회의 정제가 수행된다. 실리콘의 샘플링은 산화제 제거 장치(17)를 사용함으로써 매 정제시마다 이루어지고, 각각의 샘플 내의 붕소 농도는 이전의 샘플의 농도의 1/3이다. 최종적으로 얻어진 실리콘 샘플의 붕소 농도는 0.1 질량 ppm이고, 이는 태양광 배터리용 으로 의도된 실리콘의 붕소 농도 요건을 만족시킨다.
예5
실리콘 정제가 도5에 도시된 바와 같은 정제로를 사용하여 수행된다. 12 질량 ppm의 붕소 농도를 갖는 (다른 노 내에서 미리 준비된) 5 kg의 용융 실리콘이 100 mm의 직경을 가지며 정제로 내에 위치된 도가니 내에 수용된다. 용융 실리콘은 아르곤 분위기 내에서 유도 가열기(3)에 의해 가열되어, 1500℃로 유지된다. 도가니는 바닥 부분(20), 냉각 부분(18), 및 코팅 재료 부분(19)인 세 부분으로 구성된다. 도가니의 바닥 부분(20)은 고도의 주조성 알루미나계 재료를 사용하여 성형된다. 도가니의 냉각 부분(18)은 물 코일 튜브가 묻혀 있는 코일 시멘트를 사용하여 형성되고, 정제 공정 중에 저온으로 유지된다. 도가니의 코팅 재료 부분(19)은 도가니의 이러한 부분이 산화제와 직접 접촉하므로, 일체로 성형된 알루미나 벽돌로 만들어지고, 부식 저항성이다. 그 다음, 0.3 질량 ppm의 붕소 농도 및 실온의 온도를 갖는 2 kg의 분말 탄산나트륨(Na2CO3)이 산화제 공급 튜브(7)를 통해 정제로 내의 용융 실리콘 상으로 공급된다. 산화제의 표면은 용융 실리콘 상의 산화제의 깊이가 균일하도록 평탄화된다. 실리콘 정제 공정은 용융 실리콘을 아르곤 분위 압력 하에서 1500℃로 유지하면서, 20분 동안 수행된다. 정제 중에, 탄산나트륨은 용융 실리콘으로부터 가열되고, 동시에 코팅 재료 부분을 거쳐 도가니의 냉각 부분으로부터 냉각된다. 결과적으로, 탄산나트륨의 폭발적인 증발이 관찰되지 않는다. 이는 탄산나트륨이 용융 실리콘에 인접한 제한된 작은 영역 내에서만 증 발 온도를 넘어 가열되기 때문인 것으로 보인다. 산화제의 온도 분포는 피복된 열전쌍을 사용하여 측정되고, 정제 공정 중의 평균 온도는 약 700℃이다. 정제를 마무리한 후에, 용융 실리콘 상의 잔류물은 제거 장치(17)를 사용하여, 예4에서와 동일한 방식으로 제거된다. 그 다음, 용융 실리콘이 샘플링된다. 샘플링 및 분석은 예1에서와 동일한 방식으로 이루어진다. 그 다음, 산화제가 다시 용융 실리콘 상으로 공급되어, 정제를 반복한다. 총 5회의 정제가 수행된다. 샘플링은 산화제 제거 장치를 사용함으로써 매 정제시마다 이루어지고, 각각의 샘플 내의 붕소 농도는 제1 내지 제4 정제에서 이전의 샘플의 농도의 1/3이다. 최종적으로 얻어진 샘플의 붕소 농도는 0.1 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 (17)
- 산화에 의해 실리콘으로부터 붕소를 제거함으로써 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법이며,산화제와 용융 실리콘 사이의 산화 반응을 개시하는 단계와,산화 반응 중에 산화제의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화제는 용융 실리콘과 직접 접촉하도록 위치되는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 산화제 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제2항에 있어서,상기 산화제 상에 냉각 재료를 위치시키는 단계를 더 포함하고,상기 냉각 재료는 용융 실리콘보다 낮은 온도를 갖는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제4항에 있어서,산화제 및/또는 냉각 재료 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 냉각 재료는 실리카, 알루미나, 마그네시아, 지르코니아 및 칼시아로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 냉각 단계는 산화제 상에 냉각 재료를 위치시킴으로써 수행되고, 상기 냉각 재료는 용융 실리콘보다 낮은 온도를 갖는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 냉각 재료는 실리카, 알루미나, 마그네시아, 지르코니아 및 칼시아로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 주성분으로 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제7항에 있어서,산화제 및/또는 냉각 재료 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 냉각 단계는 상기 산화제의 적어도 일부 상에 냉각 기 체를 송풍함으로써 수행되고, 상기 냉각 기체는 산화제보다 낮은 온도를 갖는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 산화에 의해 실리콘으로부터 붕소를 제거함으로써 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법이며,용융 실리콘 상에 단열 재료를 위치시키는 단계와,단열 재료 상에 산화제를 위치시키는 단계와,산화제와 용융 실리콘 사이의 산화 반응을 개시하는 단계를 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제11항에 있어서,산화제 및/또는 단열 재료 상으로 냉각 기체를 송풍하는 단계를 더 포함하는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제11항에 있어서, 단열 재료는 용융 실리콘보다 낮은 평균 온도를 갖는 다공성 재료를 포함하고, 상기 산화제는 다공성 재료 위에 그리고/또는 다공성 재료 내부에 배열되어, 산화제의 온도 증가가 억제될 수 있는 고순도 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제1항에 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 실리콘을 제작하기 위한 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 실리콘을 제작하기 위한 방법.
- 제1항에 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 실리콘을 제작하기 위한 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 실리콘을 제작하기 위한 방법.
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