KR20120095755A - Method of preparing feed seed for granular polycrystalline polysilicon preparation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유동층 반응기를 이용한 폴리실리콘 제조시 생성되는 입도 분포가 상이한 실리콘 미세분말을 적정 비율로 혼합하고 특정 조건으로 처리함으로써, 실리콘의 성형밀도를 증가시키고 불순물 제거를 위한 전처리 공정을 생략하고도 고순도의 폴리실리콘 원료 시드를 제조할 수 있는 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a raw material seed for producing particulate polycrystalline polysilicon, and more particularly, by mixing silicon fine powders having different particle size distributions produced in the production of polysilicon using a fluidized bed reactor at an appropriate ratio and treating them under specific conditions. In addition, the present invention relates to a method for preparing a raw material seed for producing a particulate polycrystalline polysilicon capable of producing a high purity polysilicon raw material seed without increasing a molding density of silicon and omitting a pretreatment step for removing impurities.
일반적으로, 다결정 폴리실리콘 제조를 위해 아주 높은 순도로 정제된 실리콘 원소 함유 반응가스를 고온에서 열분해 반응 및 수소환원 반응시켜 실리콘 원소 미립자를 생성시키고, 이 실리콘 원소 미립자를 실리콘 입자 표면에 계속적으로 석출시키는 방법이 주로 사용되고 있다.In general, a silicon element-containing reaction gas, which has been purified to a very high purity for producing polycrystalline polysilicon, is pyrolyzed and hydrogen-reduced at a high temperature to generate silicon element particles, and the silicon element particles are continuously precipitated on the silicon particle surface. The method is mainly used.
구체적으로, 다결정 폴리실리콘의 상업적 대량생산을 위해 지금까지 지멘스법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 지멘스법을 이용한 다결정 폴리실리콘 제조방법은 실리콘 증착에 필요한 반응 표면적이 작고 실리콘 생산을 위한 전력 소모가 크며 실리콘 석출로 증가하는 봉의 직경에 한계가 있으므로 제품을 연속적으로 생산할 수 없는 기본적인 한계를 지니게 되며, 반응기의 운전 효율이 낮은 문제가 있다.Specifically, the Siemens method has been mainly used so far for commercial mass production of polycrystalline polysilicon. However, the polycrystalline polysilicon manufacturing method using the Siemens method has a fundamental limitation that the product cannot be continuously produced because the reaction surface area required for silicon deposition is small, the power consumption for silicon production is large, and the diameter of the rod that increases due to silicon precipitation is limited. However, there is a problem that the operation efficiency of the reactor is low.
이러한 지멘스법의 문제점을 해결하기 위해 유동층 반응기를 사용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조장치 및 제조공정이 개발되었다. 유동층 반응기를 사용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조장치는 실리콘 증착을 위한 넓은 반응 표면적을 제공하고 일정 크기 이상으로 증착된 실리콘을 배출하며 여러 가지 방법으로 별도 제조된 새로운 입자형 폴리실리콘 시드(seed)를 투입함으로써 연속적인 반응기 운전을 가능케 한다. 이에 유동층 반응기는 연속적인 반응기 운전을 통해 단위질량당 소비되는 에너지 또한 지멘스법에 의한 경우보다 감소시킬 수 있다.In order to solve the problems of the Siemens method, a particulate polycrystalline polysilicon production apparatus and a manufacturing process using a fluidized bed reactor have been developed. Particle polycrystalline polysilicon manufacturing apparatus using a fluidized bed reactor provides a large reaction surface area for silicon deposition, discharges silicon deposited over a certain size, and introduces new particulate polysilicon seeds manufactured separately in several ways This allows for continuous reactor operation. Therefore, the fluidized bed reactor can reduce the energy consumed per unit mass through continuous reactor operation as compared with the Siemens method.
상기 유동층 반응기를 사용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조공정에서는 실리콘 원소 함유 반응가스가 분해되어 생성된 실리콘이 여러 반응 메카니즘을 통해 시드에 증착되거나 동종끼리 결합하여 성장하게 된다. 그러나 이때 약 10 ~ 15%(중량 기준)의 실리콘 미세분말은 상기 증착 반응에 관여하지 못하고 유동화가스인 수소 및/또는 미반응가스에 비말동반되어 사이클론과 백필터에서 포집되는데, 이러한 실리콘 미세분말은 그 자체로는 성형에 필요한 기본적 물성을 충분히 지니지 못하며 이를 이송, 처리하는 과정에서 산소와 같은 불순물이 결합되어 그 순도가 저하되는 문제가 있다. 즉, 현재까지 이러한 실리콘 미세분말의 활용방법에 대한 구체적이고도 경제적인 대안이 없어 제조공정의 심각한 손실로 작용하고 있는 실정이다.In the particulate polycrystalline polysilicon manufacturing process using the fluidized bed reactor, the silicon generated by the silicon element-containing reaction gas is decomposed, and the silicon is deposited on the seeds through various reaction mechanisms or is grown in the same species. However, at this time, about 10 to 15% (by weight) of silicon fine powder is not involved in the deposition reaction and is entrained in hydrogen and / or unreacted gas, which is a fluidizing gas, to be collected in a cyclone and a bag filter. In itself, it does not have enough basic physical properties necessary for molding, and there is a problem that impurities such as oxygen are combined and their purity decreases in the process of transporting and processing them. That is, there is no specific and economical alternative to the method of utilizing such silicon fine powders, which is a serious loss of the manufacturing process.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 성형된 실리콘의 성형밀도 및 물성이 뛰어나 용융을 용이하게 할 수 있고, 실리콘 미세분말의 불순물을 제거하는 별도의 전처리 공정 없이도 고순도의 폴리실리콘 원료 시드를 제조할 수 있으며, 입자형 다결정 폴리실리콘 제조시 부산되는 실리콘 미세분말을 효과적으로 활용할 수 있는 폴리실리콘 제조용 원료 시드의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is excellent in the molding density and physical properties of the molded silicon can be easily melted, high purity poly without a separate pre-treatment process to remove impurities of the silicon fine powder It is a technical object of the present invention to provide a method for preparing a raw material seed for preparing polysilicon, which may prepare a silicon raw material seed, and which may effectively utilize the silicon fine powder which is by-produced when producing the particulate polycrystalline polysilicon.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 a) 유동층 반응기를 이용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조시 생성되는 실리콘 미세분말을 1차 및 2차에 걸쳐 여과하여, 입도 분포가 상이한 실리콘 미세분말을 분리하여 포집하는 단계; b) 상기 1차 및 2차 포집된 실리콘 미세분말을 공기 접촉에 의한 산화가 방지된 환경에서 각각 저장조로 이송시키는 단계; c) 상기 각각 이송된 실리콘 미세분말을 오염이 방지된 상태에서 혼합하는 단계; d) 상기 혼합된 실리콘 미세분말을 표면 산화물 제거를 위한 전처리 공정 없이 바로 실리콘 성형체로 제조하는 단계; 및 e) 상기 제조된 실리콘 성형체를 용융, 분무 및 재결정화시켜 200 ~ 500㎛ 크기로 실리콘 입자를 제조하는 단계를 포함하는 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention a) by filtering the silicon fine powder produced during the production of particulate polycrystalline polysilicon using a fluidized bed reactor over the first and second, to separate the silicon fine powder having a different particle size distribution Collecting; b) transferring the first and second collected silicon micropowders to a reservoir in an environment where oxidation by air contact is prevented; c) mixing the transferred silicon fine powder in a state where contamination is prevented; d) directly preparing the mixed silicon fine powder into a silicon molded body without a pretreatment process for removing surface oxides; And e) melting, spraying, and recrystallizing the prepared silicon molded body to produce silicon particles having a size of 200 to 500 μm.
또한, 본 발명의 다른 측면으로, 상기 방법으로 제조된 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드를 제공한다.In another aspect of the present invention, there is provided a raw material seed for producing particulate polycrystalline polysilicon prepared by the above method.
본 발명에 따른 폴리실리콘 원료 시드 제조방법에 의하면, 입도 분포가 상이한 실리콘 미세분말을 혼합함으로써 실리콘 성형체의 성형밀도 및 물성을 향상시키고 제조된 실리콘 성형체의 용융을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.According to the polysilicon raw material seed production method according to the present invention, by mixing the silicon micropowder having a different particle size distribution has the advantage of improving the molding density and physical properties of the silicone molded body and facilitate the melting of the manufactured silicone molded body.
또한, 실리콘 미세분말의 산화 및 오염을 방지하여 전처리 공정을 생략함으로써 제조설비를 최적화함과 동시에 고순도의 폴리실리콘 원료 시드를 제공할 수 있는 이점이 있다.In addition, the oxidation and contamination of the silicon micropowder is prevented, so that the pretreatment step is omitted, thereby optimizing the manufacturing equipment and providing a high purity polysilicon raw material seed.
아울러, 입자형 다결정 폴리실리콘 제조시 부산되는 실리콘 미세분말을 동일 공정의 원료로 재사용할 수 있어 제조원가 및 폐기물 처리비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, it is possible to reuse the silicon fine powder by-produced in the production of the granular polycrystalline polysilicon as the raw material of the same process has the advantage that can significantly reduce the manufacturing cost and waste treatment cost.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘 원료 시드 제조방법을 수행하기 위한 공정 및 장치를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows a process and apparatus for performing a polysilicon raw material seed manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명에 따른 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드의 제조방법은 a) 유동층 반응기(1)를 이용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조시 생성되는 실리콘 미세분말을 1차 및 2차에 걸쳐 여과하여, 입도 분포가 상이한 실리콘 미세분말을 분리하여 포집하는 단계; b) 상기 1차 및 2차 포집된 실리콘 미세분말을 공기 접촉에 의한 산화가 방지된 환경에서 각각 저장조(6, 5)로 이송시키는 단계; c) 상기 각각 이송된 실리콘 미세분말을 오염이 방지된 상태에서 혼합하는 단계; d) 상기 혼합된 실리콘 미세분말을 표면 산화물 제거를 위한 전처리 공정 없이 바로 실리콘 성형체로 제조하는 단계; 및 e) 상기 제조된 실리콘 성형체를 용융, 분무 및 재결정화시켜 200 ~ 500㎛ 크기로 실리콘 입자를 제조하는 단계를 포함한다. 본원에서, "실리콘 미세분말"이란 직경 50㎛ 이하의 실리콘 입자들을 의미한다.Method for producing a raw material seed for producing a particulate polycrystalline polysilicon according to the present invention is a) particle size distribution by filtering the silicon fine powder produced during the production of particulate polycrystalline polysilicon using the fluidized bed reactor (1) and secondary Separating and collecting different silicon fine powders; b) transferring the primary and secondary collected silicon micropowders to the
a) 실리콘 미세분말 a) silicon fine powder 포집Capture 단계 step
본 단계는 유동층 반응기(1)를 이용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조시 생성되는 실리콘 미세분말을 1차 및 2차에 걸쳐 여과하여, 입도 분포가 상이한 실리콘 미세분말을 분리하여 포집하는 단계이다.This step is a step of collecting and collecting the silicon fine powder having a different particle size distribution by filtering the silicon fine powder produced during the production of particulate polycrystalline polysilicon using the fluidized bed reactor (1) and the second.
먼저, 지멘스법의 대안으로 대두되고 있는 유동층 반응기(1)를 이용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조공정에 사용되는 원료 시드를 제조하는 방법에 대해서는 여러 가지 방법이 제시되어 있다. 예컨대, 미국특허 제4,691,866호는 직경 300 ~ 2000㎛의 실리콘 입자를 불활성가스를 이용하여 가속시켜 실리콘 잉곳(ingot) 타겟과 충돌하게 하여 실리콘 입자를 분쇄함으로써, 원하는 입도 범위만을 선별하는 유동층 반응기용 실리콘 시드 입자 제조방법에 대해 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제6,951,637호는 초음파를 이용한 분무법에 의한 유동층 반응기용 실리콘 시드 입자 제조방법을 개시하고 있다. 다만 상기와 같은 방법들은 유동층 반응기(1)를 이용한 폴리실리콘 제조공정과는 무관하게 외부에서 별도로 제조된 시드 입자를 당해 공정에 사용하는 것인 반면, 본 발명은 유동층 반응기(1)를 이용한 폴리실리콘 제조공정 자체에서 생성 내지 부산되는 실리콘 미세분말을 재료로 하여 동일 공정에 사용되는 폴리실리콘 원료 시드를 제조하는 것이다.First, various methods have been proposed for producing a raw material seed for use in the preparation of particulate polycrystalline polysilicon using the fluidized
구체적으로, 유동층 반응기(1)를 이용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조공정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 200 ~ 500㎛ 크기로 제조된 실리콘 시드(2)를 유동층 반응기(1)에 투입한 후 실리콘을 함유한 반응가스(예컨대, 실란)와 유동화가스인 수소를 상기 반응기(1) 하부에서 상부 방향으로 흘려주면 공급되는 가스에 의해 실리콘 입자들이 유동되는 유동층이 형성된다. 이어서, 고온으로 가열되는 유동층에 도입된 실리콘 함유 반응가스가 고온에서 수소환원 반응 및 열분해 반응을 통해 실리콘 원소 미립자를 생성한다. 마지막으로, 상기 생성된 실리콘 원소 미립자가 상기 투입된 시드의 표면에서 다결정 상태를 이루며 증착되면서, 실리콘 입자의 크기가 시간 경과에 따라 증가하게 되어 최종적으로 폴리실리콘을 형성하게 된다.Specifically, looking at the particulate polycrystalline polysilicon manufacturing process using the fluidized bed reactor (1) is as follows. First, a
본 단계에서는 유동층 반응기(1)를 이용한 입자형 다결정 폴리실리콘 제조시 증착 반응에 관여하지 못하고 유동화가스 및/또는 미반응가스에 비말동반되어 반응기(1)로부터 배출되는 약 10 ~ 15%의 실리콘 미세분말을 사이클론(cyclone)(3) 등의 장치를 이용하여 1차 여과하고, 이를 통과한 더욱 작은 실리콘 미세분말을 백필터(bag filter)(4) 등을 이용하여 2차 여과함으로써, 입도 분포가 서로 다른 2 가지 그룹의 실리콘 미세분말을 각각 분리하여 포집한다.In this step, about 10 to 15% of the silicon fine which is not involved in the deposition reaction and is entrained in the fluidized gas and / or unreacted gas in the preparation of particulate polycrystalline polysilicon using the fluidized
일 구체예에서, 상기 1차 포집된 실리콘 미세분말의 입도는 d(0.5) 10 ~ 50㎛, 상기 2차 포집된 실리콘 미세분말의 입도는 d(0.5) 1 ~ 10㎛ 정도인 것이 바람직하다. 1차 포집 실리콘 미세분말과 2차 포집 실리콘 미세분말의 입도가 각각 상기와 같은 범위일 때, 성형체 제조시 공극률을 최소화하여 성형밀도 등 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며 결합제를 사용하지 않고도 용융시키기에 적합한 성형체를 제조할 수 있는 효과가 있다.In one embodiment, the particle size of the first collected silicon micropowder is d (0.5) 10 ~ 50㎛, the particle size of the second collected silicon fine powder is preferably d (0.5) 1 ~ 10㎛. When the particle size of the first trapped silicon fine powder and the second trapped silicon fine powder are in the above ranges, Minimizing the porosity when manufacturing the molded body can improve the mechanical properties such as molding density, and there is an effect that can be produced a molded body suitable for melting without using a binder.
b) 이송 단계b) transfer step
본 단계는 상기 포집 단계에서 1차 및 2차 포집된 실리콘 미세분말을 공기 접촉에 의한 산화가 방지된 환경에서 각각의 저장조(6, 5)로 이송시키는 단계이다. 기존 지멘스법에서 발생하는 실리콘 미세분말은 회수 과정에서 공기와의 접촉을 피할 수 없고 이는 실리콘 미세분말을 산화시키게 된다. 결국 산화된 실리콘 미세분말을 원료 시드 등으로 사용하기 위해서는 불순물을 제거하는 별도의 전처리 공정이 필요하였는데, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하여 전처리 공정을 생략함으로써 제조설비 및 제조공정을 최적화하면서도 고순도의 폴리실리콘 성형체를 제공할 수 있게 하였다. This step is to transfer the first and second collected silicon fine powder in the collecting step to each of the reservoir (6, 5) in an environment in which oxidation by air contact is prevented. Silicon fine powder generated by the existing Siemens method is inevitable contact with air during the recovery process, which oxidizes the silicon fine powder. Eventually, in order to use the oxidized silicon fine powder as a raw material seed, a separate pretreatment process was required to remove impurities. The present invention solves this problem and omits the pretreatment process, thereby optimizing the manufacturing equipment and manufacturing process while maintaining high purity poly It was made possible to provide a silicone molded body.
본 단계에서는 고순도 실리콘을 제공하기 위해 공기 내의 산소 등 불순물의 개입이 차단된 환경에서 이송을 수행한다. 바람직한 일 구체예로, (액체)질소 및/또는 불활성가스, 예컨대 헬륨, 아르곤 등의 분위기에서 공기와의 접촉을 차단한 채 수행할 수 있다.In this step, the transfer is performed in an environment in which impurities such as oxygen in the air are blocked to provide high purity silicon. In a preferred embodiment, it can be carried out in the atmosphere of (liquid) nitrogen and / or inert gas such as helium, argon, etc., while blocking contact with air.
1차 및 2차 포집된 실리콘 미세분말은 사일로(silo) 등 각각의 저장조(6, 5)로 이송(예컨대, 자동 이송)된다.The primary and secondary collected silicon fine powder is conveyed (eg, automatically conveyed) to
일 구체예에서, 저장조(6, 5)로 이송된 각각의 실리콘 미세분말을 혼합하기 전에 계량기(8, 7), 예컨대 저장조(6, 5) 하부에 위치하는 각각의 계량기(8, 7)로 이송한 다음 일정량씩 정확히 계량함으로써, 후술하는 혼합 단계에서의 혼합 비율을 미리 설정할 수 있다.In one embodiment, before mixing each of the silicon fine powders transferred to the
c) 혼합 단계c) mixing step
본 단계는 상기 이송 단계에서 각각 이송된 실리콘 미세분말을 오염이 방지된 상태에서 서로 혼합하는 단계이다. 입도 분포가 상이한 2가지 그룹의 실리콘 미세분말을 혼합기(9)에서 적정 비율로 혼합함으로써, 입도 분포의 범위를 확장시켜 물성이 우수한 실리콘 성형체를 제조할 수 있다. 예컨대, 사이클론(3)과 백필터(4)에서 포집된 미세분말을 일정 비율로 혼합하여 사용하는 경우, 입도가 상대적으로 작은 백필터(4)에서 포집된 미세한 실리콘 입자들이 사이클론(3)에서 포집된 상대적으로 큰 실리콘 입자들 사이의 공극을 충진시킴으로써 성형체의 성형밀도 증진효과를 발현할 수 있다.This step is a step of mixing with each other the silicon fine powder transferred in the transfer step in a state where contamination is prevented. By mixing two groups of silicon fine powders having different particle size distributions at an appropriate ratio in the mixer 9, the range of particle size distribution can be expanded to produce a silicone molded article having excellent physical properties. For example, when the fine powder collected by the
바람직한 일 구체예로, 사이클론(3)에서 포집된 실리콘 미세분말 : 백필터(4)에서 포집된 실리콘 미세분말을 1:1 ~ 3:1의 중량비(예컨대, 1:1, 2:1, 3:1 등)로 혼합한다. 백필터(4)에서 포집된 실리콘 미세분말에 대한 사이클론(3)에서 포집된 실리콘 미세분말의 중량비가 1 미만이면 크기가 큰 실리콘 입자의 함량이 너무 낮아져 밀도 저하로 성형체가 쉽게 부서질 수 있고, 그 중량비가 3을 초과하면 크기가 작은 실리콘 입자의 함량이 너무 낮아져 크기가 큰 실리콘 입자들 사이의 공극을 효과적으로 충진할 수 없어 성형체의 물성이 저하될 수 있다. In a preferred embodiment, the silicon fine powder collected in the cyclone (3): the silicon fine powder collected in the bag filter (4) is a weight ratio of 1: 1 to 3: 1 (eg, 1: 1, 2: 1, 3 : 1, etc.). When the weight ratio of the silicon fine powder collected in the
본 발명은 1차 및 2차 포집된 입도 분포가 상이한 실리콘 미세분말의 혼합에 주안점을 둔 것이나, 1차 포집된 실리콘 미세분말 또는 2차 포집된 실리콘 미세분말이 각각 독립적으로 입도의 차이를 지니고 있어 그 자체로 전술한 바와 같은 공극충진 효과를 발휘할 수 있는 경우라면, 이들 각각을 단독으로 사용하여 성형하는 것도 가능할 것이다.The present invention focuses on the mixing of silicon fine powders having different primary and secondary collected particle size distributions, but the primary collected silicon fine powders or secondary collected silicon fine powders have independent particle sizes. As long as the void filling effect as described above can be exhibited by itself, it may be possible to mold each of these alone.
한편, 불순물 제거를 위한 전처리 공정을 생략하고 고순도 폴리실리콘 원료 시드를 제공하기 위해, 본 단계의 실리콘 미세분말 혼합 역시 각종 오염이 방지된 상태에서 수행하도록 한다.On the other hand, in order to omit the pretreatment process for removing impurities and to provide a high-purity polysilicon raw material seed, the silicon fine powder mixing of this step is also performed in a state of preventing various contamination.
일 구체예에서, 상기와 같이 혼합이 완료된 실리콘 미세분말은 저장조(10)로 이송되고 다시 계량기(11)로 이송되어 일정량씩 계량된 후, 다음 단계인 성형체 제조를 위해 실리콘 분말 성형장치(12)로 이송된다.In one embodiment, the silicon fine powder is mixed as described above is transferred to the
d) 성형 단계d) forming step
본 단계는 상기 혼합 단계에서 혼합된 실리콘 미세분말을 표면 산화물 제거를 위한 전처리 공정 없이 바로 실리콘 성형체로 제조하여 용융을 용이하게 하기 위한 단계이다. 본 발명에서는 선행 단계들을 공기에 의한 산화 내지 오염이 방지된 상태에서 수행하는바, 불순물 제거를 위한 별도의 전처리 공정을 거치지 않고 실리콘 분말 성형장치(12)로 바로 실리콘 미세분말을 성형하여 연속적으로 성형체를 제조할 수 있다.This step is a step for easily melting the silicon fine powder mixed in the mixing step into a silicon molded body directly without a pretreatment process for removing the surface oxide. In the present invention, the preceding steps are performed in a state in which oxidation or contamination by air is prevented, and the silicon fine powder is molded directly into the silicon
사용가능한 실리콘 분말 성형장치(12) 및 방법에는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에서 일반적으로 사용되는 장치 및 방법을 사용하여 성형할 수 있다. 예컨대, 기계적 일축하중방법, 고주파 유도가열 소결방법, 냉간 정수압 성형법 등 다양한 방법을 사용할 수 있으나, 제조된 실리콘 성형체 내에 불순물이 유입되는 것을 방지하기 위해 결합제를 사용하지 않고 냉간 정수압 성형법(cold isostatic pressing)으로 성형하는 것이 가장 바람직하다.There is no particular limitation on the silicon
또한, 상기 냉간 정수압 성형시 성형 압력은 2,000 ~ 5,000 bar, 더욱 바람직하게는 3,000 ~ 4,000 bar로 하는 것이 제조되는 성형체의 밀도 및 강도 향상 측면에서 바람직하다. In addition, in the cold hydrostatic molding, the molding pressure is preferably 2,000 to 5,000 bar, more preferably 3,000 to 4,000 bar, from the viewpoint of improving the density and strength of the formed body.
e) 용융, 분무 및 재결정화 단계e) melting, spraying and recrystallization steps
본 단계는 상기 성형 단계에서 제조된 실리콘 성형체를 용융, 분무 및 재결정화시켜 200 ~ 500㎛ 크기로 실리콘 입자를 제조하는 단계이다. 입자형 다결정 폴리실리콘 원료 시드로 사용되기 위해 실리콘 입자는 약 200 ~ 500㎛의 크기를 가져야 하며, 본 발명에 따라 200 ~ 500㎛ 크기로 최종 제조된 실리콘 입자는 동일 공정의 원료 시드로 바로 재사용할 수 있다는 장점이 있다. This step is a step of melting, spraying and recrystallizing the silicon molded product produced in the molding step to produce silicon particles with a size of 200 ~ 500㎛. In order to be used as the granular polycrystalline polysilicon raw seed, the silicon particles should have a size of about 200 to 500 μm, and the silicon particles finally prepared according to the present invention at 200 to 500 μm may be directly reused as raw material seeds of the same process. There is an advantage that it can.
일 구체예로, 본 단계에서는 상기 성형 단계에서 제조된 실리콘 성형체를 고압 분무 및 회수장치(14)에 부속된 도가니(13)에서 연속적으로 투입 및 용융한 후, 고압의 불활성가스로 노즐을 통해 오염방지 및 냉각장치가 설치된 하부 회수장치로 분무하여 재결정화시켜 폴리실리콘 원료 시드를 최종적으로 제조한다. In one embodiment, in this step, the silicone molded product produced in the molding step is continuously charged and melted in the
바람직한 일 구체예에서, 용융물을 분무하는 노즐로는 실리콘카바이드(SiC) 및 실리콘나이트라이드(Si3N4) 중 적어도 하나의 재질로 된 노즐을 사용한다. 실리콘은 약 1410℃에서 용융되는데, 상기 재질을 사용하면 이와 같은 고온에서도 실리콘을 오염시키지 않아 재결정화된 원료 시드 내에 불순물이 유입되는 것을 최소화할 수 있다.In a preferred embodiment, the nozzle for spraying the melt uses a nozzle made of at least one of silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si 3 N 4 ). The silicon is melted at about 1410 ° C. The use of the material can minimize contamination of the impurities into the recrystallized raw material seed without contaminating the silicon even at such high temperatures.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 방법으로 제조된 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드가 제공된다. 본 발명의 폴리실리콘 원료 시드는 입자형 다결정 폴리실리콘 제조공정에 사용되는 원료 시드에 관한 것이나, 적절한 추가적인 처리과정을 거친다면 일반적인 폴리실리콘 잉곳 제조용 원료로도 적용가능할 것이다.On the other hand, according to another aspect of the present invention, there is provided a raw material seed for producing particulate polycrystalline polysilicon produced by the method of the present invention as described above. The polysilicon raw material seed of the present invention relates to a raw material seed used in a granular polycrystalline polysilicon manufacturing process, but may be applied as a raw material for producing a general polysilicon ingot if appropriate additional processing is performed.
1: 유동층 반응기
2: 시드(호퍼)
3: 사이클론
4: 백필터
5: 백필터 포집 미세분말 저장 사일로
6: 사이클론 포집 미세분말 저장 사일로
7: 백필터 포집 미세분말 계량기
8: 사이클론 포집 미세분말 계량기
9: 혼합기
10: 혼합 미세분말 저장 사일로
11: 혼합 미세분말 계량기
12: 분말 성형장치
13: 도가니
14: 고압 분무 및 회수장치1: fluid bed reactor
2: seed (hopper)
3: cyclone
4: bag filter
5: Bag filter capture fine powder storage silo
6: Cyclone Capture Fine Powder Storage Silos
7: Bag filter capture fine powder meter
8: Cyclone Capture Fine Powder Meter
9: mixer
10: Mixed fine powder storage silo
11: Mixed fine powder weighing machine
12: powder molding machine
13: crucible
14: high pressure spray and recovery device
Claims (10)
b) 상기 1차 및 2차 포집된 실리콘 미세분말을 공기 접촉에 의한 산화가 방지된 환경에서 각각 저장조로 이송시키는 단계;
c) 상기 각각 이송된 실리콘 미세분말을 오염이 방지된 상태에서 혼합하는 단계;
d) 상기 혼합된 실리콘 미세분말을 표면 산화물 제거를 위한 전처리 공정 없이 바로 실리콘 성형체로 제조하는 단계; 및
e) 상기 제조된 실리콘 성형체를 용융, 분무 및 재결정화시켜 200 ~ 500㎛ 크기로 실리콘 입자를 제조하는 단계
를 포함하는 입자형 다결정 폴리실리콘 제조용 원료 시드(seed)의 제조방법.a) filtering the silicon fine powder produced in the preparation of particulate polycrystalline polysilicon using a fluidized bed reactor over the first and second steps to separate and collect the silicon fine powder having different particle size distributions;
b) transferring the first and second collected silicon micropowders to a reservoir in an environment where oxidation by air contact is prevented;
c) mixing the transferred silicon fine powder in a state where contamination is prevented;
d) directly preparing the mixed silicon fine powder into a silicon molded body without a pretreatment process for removing surface oxides; And
e) melting, spraying, and recrystallizing the prepared silicon molded body to produce silicon particles having a size of 200 to 500 μm.
Method for producing a raw material seed (seed) for producing a particulate polycrystalline polysilicon comprising a.
A raw material seed for producing particulate polycrystalline polysilicon prepared by the method of any one of claims 1 to 9.
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