KR20240030102A - 실리콘 마이크로 입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 마이크로 입자 - Google Patents
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Abstract
실란 가스 혼합물을 반응기 내로 유입시키는 단계; 및 상기 반응기에서 상기 실란 가스 혼합물을 분해하여 실리콘 마이크로 입자를 제조하는 단계; 를 포함하며, 상기 실란 가스 혼합물은 제1 실란 가스 및 제2 실란 가스를 포함하고, 상기 제1 실란 가스의 분해온도는 제2 실란 가스의 분해온도보다 낮은 실리콘 마이크로 입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 마이크로 입자가 제공된다.
Description
본 발명은 실리콘 마이크로 입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리콘 마이크로 입자에 관한 것이다.
실리콘은 태양광 및 반도체 등의 다양한 산업 분야에서 사용되는 것으로서, 그 수요가 비약적으로 증가하고 있다.
실리콘은 대표적으로 종형 반응기(bell-jar type reactor)를 이용하는 지멘스 법과, FBR(fluidized Bed Reactor) 공법에 의해 제조되고 있다.
그 중 지멘스 법은 종형 반응기 내에 구비된 실리콘 로드(rod)의 표면에 실리콘을 석출시키는 방법으로서, 실리콘의 석출에 필요한 표면적이 제한적이고, 석출 반응에 의해 증가하는 실리콘 로드의 직경에 한계가 있기 때문에 연속적인 공정이 불가능하고, 실리콘의 단위 무게당 전력 소모량이 크기 때문에, 생산성이 떨어지는 한계가 있다.
그리고, FBR 공법은 고온으로 가열된 실리콘 종입자(seed)의 표면에 실리콘을 석출시켜 종입자를 성장시키는 방법이다. 이에 의해 제조된 실리콘은 일반적으로 밀리미터 이상의 크기로 제조된다. 이에 따라 마이크로의 실리콘을 얻기 위해서는 별도의 분쇄 과정이 필요하고, 분쇄 과정에서 미분이 발생할 수 있고 선별(sieving) 과정 또한 필요하여 공정이 복잡해지고 시간과 비용이 증가하여 비효율적인 문제가 있다. 그리고, 유동층 반응기에서 종입자가 성장하는 생산 공정 중, 반응기 내벽에 실리콘이 접촉하는 과정에서 불순물 함량이 높아지는 문제가 있다.
따라서, 상기 문제점들을 해결하여, 불순물 함량을 최소화하면서 입도가 제어된 실리콘 마이크로 입자를 효율적으로 제조 및 생산할 수 있는 방법을 개발하는 것이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은 실리콘 로드 또는 종입자 없이, 하나의 반응기 안에서 실리콘 종입자 형성과 입자의 성장이 동시에 이루어져 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 불순물 함량을 최소화하면서 입도가 제어된 실리콘 마이크로 입자를 효율적으로 연속 제조 및 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 별도의 분쇄 과정 또는 선별 과정이 필요 없어 경제적이고 효율적인 실리콘 마이크로 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 실란 가스 혼합물을 반응기 내로 유입시키는 단계; 및 상기 반응기에서 상기 실란 가스 혼합물을 분해하여 실리콘 마이크로 입자를 제조하는 단계; 를 포함하며, 상기 실란 가스 혼합물은 제1 실란 가스 및 제2 실란 가스를 포함하고, 상기 제1 실란 가스의 분해온도는 제2 실란 가스의 분해온도보다 낮은 실리콘 마이크로 입자의 제조방법을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법에 따라 제조되는 불순물의 함량이 낮은 실리콘 마이크로 입자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 실리콘 로드 또는 실리콘 종입자 없이 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있는바, 불필요한 접촉을 피할 수 있고, 이에 따라 별도의 추가 공정 없이도 금속 불순물의 함량을 낮출 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 하나의 반응기에서 실리콘 종입자의 생성 및 입자의 성장이 동시에 이루어지는 바 보다 경제적이고 효율적이다.
본 발명의 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 별도의 분쇄 과정이 필요 없어 미분 발생이 없고 선별(sieving) 과정 또한 필요하지 않은바, 보다 경제적이고 효율적으로 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 에 따라 제조된 실리콘 마이크로 입자의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 기재되지 않은 내용 중 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것은 그 설명을 생략하기로 한다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 "< X" 및 "≤X"는 각각 X 보다 미만인 것 및 X 이하인 것을 의미하고, "> X" 및 "≥X"는 각각 X를 초과하는 것 및 X 이상인 것을 의미할 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다', '함유한다'등의 기재는 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 본 발명에 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은, 실란 가스 혼합물을 반응기 내로 유입시키는 단계; 및 상기 반응기에서 상기 실란 가스 혼합물을 분해하여 실리콘 마이크로 입자를 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 실란 가스 혼합물은 제1 실란 가스 및 제2 실란 가스를 포함하고, 상기 제1 실란 가스의 분해온도는 제2 실란 가스의 분해온도보다 낮다.
실리콘 입자의 분산성과 실리콘 입자의 비표면적으로 인한 활성을 고려하여 많은 분야에서 실리콘 마이크로 입자의 수요가 증가하고 있다.
FBR(fluidized Bed Reactor) 공법은 반응기에 실리콘 종입자(seed)를 투입하고, 실란 가스를 주입하여 종입자를 성장시키는 것으로서, 일반적으로 밀리미터 이상 크기의 실리콘 입자가 제조된다. 이에 따라 마이크로의 실리콘을 얻기 위해서는 별도의 분쇄 과정이 필요하고, 분쇄 과정에서 미분이 발생할 수 있고 선별(sieving) 과정 또한 필요하여 공정이 복잡해지고 시간과 비용이 증가하여 비효율적인 문제가 있다. 또한, 생산 공정 중, 반응기 내벽에 실리콘이 접촉하는 과정에서 불순물 함량이 높아지는 문제가 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 실리콘 로드 또는 실리콘 종입자를 사용하지 않으며, 생산 중 반응기에 접촉하는 과정이 필요하지 않아 별도의 추가 공정 없이도 금속 불순물의 함량을 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 실란 가스 혼합물을 반응기 내로 유입시키는 단계를 포함한다. 상기 실란 가스 혼합물은 실리콘 입자 제조에 있어 원료가 되는 가스로서, 화학식 1 또는 화학식 2 로 표시되는 실란 가스로부터 선택된 2 종 이상의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 실란 가스 혼합물은 모노실란(SiH4), 일염화실란(SiH3Cl), 이염화실란(SiH2Cl2), 삼염화실란(SiHCl3), 사염화실란(SiCl4), 육염화이실란(Si2Cl6), 디실란(Si2H6) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상일 수 있다.
[화학식 1] SiHxCl4-x (0≤x≤4, x는 정수임)
[화학식 2] Si2HyCl6-y(0≤y≤6, y는 정수임)
상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 실리콘 종입자를 사용하지 않으면서도, 분해 온도가 상이한 제1 실란 가스 및 제2 실란 가스를 포함하는 상기 실란 가스 혼합물을 사용하여 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있다. 상기 제1 실란 가스 및 제2 실란 가스는 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실란 가스로부터 선택될 수 있다.
상기 제1 실란 가스의 분해온도는 제2 실란 가스의 분해온도보다 낮은 것으로서, 상기 제1 실란 가스는 350℃ 내지 600℃ 의 분해온도를 갖는 실란 가스일 수 있고, 상기 제2 실란 가스는 600℃ 내지 1,000℃ 의 분해온도를 갖는 실란 가스일 수 있다. 예를 들어, 제1 실란 가스는 이염화실란 (SiH2Cl2) 이고, 제2 실란 가스는 삼염화실란 (SiHCl3) 일 수 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 분해 온도가 상이한 상기 실란 가스 혼합물을 사용하여 분해 속도를 조절하여 실리콘 종입자를 형성하면서 동이세 입자를 성장시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 실란 가스의 분해온도는 제2 실란 가스의 분해온도보다 낮은 것으로서, 제1 실란 가스가 먼저 열분해되면서 반응기 내에서 종입자를 형성할 수 있다. 이와 함께 제2 실란 가스가 열분해 되면서 형성된 종입자에 증착하여 하나의 반응기에서 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있다.
상기 반응기 내로 유입되는 상기 제1 실란 가스 및 상기 제2 실란 가스는 1:30 내지 1:2 의 몰비로 동시에 유입시킬 수 있다. 바람직하게는 1:20 내지 1:2의 몰비로 동시에 유입될 수 있다. 이에 따라, 종입자의 형성 속도 및 입자의 성장을 잘 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 실란 가스의 비율이 상기 범위 미만인 경우에는 실리콘 종입자 형성이 원할히 이루어지지 않는 문제가 있고, 상기 제1 실란 가스의 비율이 상기 범위를 초과하는 경우에는 충분히 성장 되지 않은 작은 크기의 입자만 다량 형성되어 목적하는 크기의 실리콘 입자를 형성할 수 없는 문제가 있을 수 있다.
상기 실란 가스 혼합물은 수소 가스와 함께 반응기 내로 유입될 수 있다. 상기 수소 가스는 상기 실란 가스 혼합물과 환원 반응하여 실리콘을 제조 할 수 있다.
상기 수소 가스는 상기 실란 가스 혼합물과의 총합에 대하여, 50 내지 90 mol%의 함량으로 반응기 내로 유입될 수 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 상기 반응기에서 상기 실란 가스 혼합물을 분해하여 실리콘 마이크로 입자를 제조하는 단계를 포함한다.
하나의 상기 반응기에서, 상기 실란 가스 혼합물은 분해하여 실리콘 종입자를 생성하면서, 동시에 성장하여 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 반응기에 투입된 상기 실란 가스 혼합물에서, 분해온도보다 낮은 상기 제1 실란 가스가 먼저 열분해되면서 종입자를 형성하고, 이와 함께 제2 실란 가스가 열분해 되면서 형성된 종입자에 증착하여 화학기상합성법(chemical vapor synthesis, CVS) 법을 이용하여 homogeneous 반응으로 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있다. 이에 따라 실리콘 마이크로 입자는 더 빠른 속도로 제조될 수 있으며, 더 작은 결정립을 가질 수 있다.
이와 같이, 하나의 반응기에서 종입자의 생성 및 입자의 성장이 동시에 이루어지며, 별도의 분쇄 과정이 필요 없어 미분 발생이 없고 선별(sieving) 과정 또한 필요하지 않은바, 보다 경제적이고 효율적으로 실리콘 마이크로 입자를 연속 제조할 수 있다.
상기 실란 가스 혼합물이 분해되어 실리콘 마이크로 입자가 제조될 때, 상기 반응기의 내부 온도는 700℃ 내지 1,000℃ 이고, 상기 반응기 내부 압력은 1 bar 내지 10 bar 일 수 있다. 상기 반응 단계에서 상기 반응기가 상기 범위의 온도 및 압력을 가지는 것이 상기 실란 가스 혼합물의 열분해 속도 및 실리콘 입자의 크기 조절 그리고, 반응 수율 향상의 관점에서 바람직 할 수 있다. 상기 반응기는 가열장치에 의해 상기 온도까지 가열될 수 있다.
그리고, 상기 실란 가스 혼합물은 상기 반응기에서 5분 내지 60분 동안 체류하여 상기 실리콘 마이크로 입자를 제조할 수 있다. 상기 실란 가스 혼합물의 체류 시간을 상기 범위로 조절하여 목적하는 실리콘 마이크로 입자를 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 실란 가스 혼합물의 체류 시간이 상기 범위 미만인 경우에는 종입자 형성 및 입자가 성장할 시간이 충분하지 않은 문제가 있을 수 있고, 상기 실란 가스 혼합물의 체류 시간이 상기 범위를 초과할 경우에는 실리콘 입자의 크기가 목적하는 범위를 벗어날 수 있으며, 실리콘 입자의 결정립이 과성장 되어 결정립 크기가 너무 커지는 문제가 있을 수 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법은 상기 실리콘 마이크로 입자를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있고, 회수 이전에 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현 예는, 상기 실리콘 마이크로 입자의 제조방법에 따라 제조된 실리콘 마이크로 입자를 제공한다. 이와 같이 제조된 상기 실리콘 마이크로 입자는 질화규소 원료, 태양전지(Solar cell)용 재료, 리튬 이온 전지 음극 재료 등으로 사용 될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조 방법에 따르면, 상기 실리콘 마이크로 입자는 1㎛<d10<4㎛, 2㎛<d50<7㎛ 및 4㎛<d90<13㎛ 의 입도를 가질 수 있다. 이에 따라, 별도의 분쇄 과정이 필요 없다. 그리고, 분쇄과정이 없기 때문에 미분의 발생이 없고 선별(sieving) 과정 또한 필요 없다.
그리고, 상기 범위의 입도 분포를 갖는 상기 실리콘 마이크로 입자는 질화규소 및 배터리 음극재 원재료 등으로 사용하기에 바람직하다. 상기 실리콘 마이크로 입자크기는 LS13 320, Beckman Coulter을 이용한 레이저 회절법(laser diffraction method) 으로 측정할 수 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자는 구형의 입자 형태를 가질 수 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자는 상기 범위의 입도와 함께, 총 금속 불순물 함량이 2,000 ppm 이하일 수 있다. 본 명세서에서 "금속 불순물의 금속"은 실리콘 입자를 이차전지 등에 적용할 때 품질의 영향을 미치는 금속 원소를 지칭하는 것으로서, 대표적으로는 본 명세서의 표 2 에 기재된 Al 내지 Zn의 24 종 금속 원소를 의미할 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
상기 실리콘 마이크로 입자는 실리콘 로드 또는 실리콘 종입자 없이, 실란 가스 혼합물을 이용하여 분말을 제조하는 것으로서, 불필요한 접촉이 없어서 금속 불순물 함량을 보다 잘 낮출 수 있다.
실리콘 마이크로 입자에 금속 불순물이 잔류할 경우 금속 불순물로 의한 부반응이 발생할 수 있으며, 이로 인해 물성을 저하시킬 수 있다. 이에 실리콘 입자에 포함된 금속 불순물을 제거하기 위한 추가적인 공정들이 필요한 실정이다. 반면, 상기 제조방법에 의해 제조된 상기 실리콘 마이크로 입자는 별도의 추가 공정 없이도 금속 불순물을 낮은 수준으로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 입자는 2,000ppm 이하로 상기한 금속불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1,000ppm 이하, 500 ppm 이하의 함량으로 포함할 수 있다.
상기 실리콘 마이크로 입자는 다결정실리콘(polycrystalline silicon)일 수 있으며, 평균 결정립 크기가 60 ㎚이하일 수 있다. 상기 제조방법에 의해 제조된 상기 실리콘 입자는 전술한 마이크로 크기의 입자를 가지면서 이와 함께 60 ㎚이하의 결정립을 동시에 가질 수 있다. 이에 따라 필요한 분야에서 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 마이크로 입자는 리튬 이온 전지 음극재로 사용될 수 있으며, 이 때, 전지 충방전 중에 발생하는 부피 변화에 의한 입자 파괴를 줄여 용량 유지율을 향상 시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
Ar 가스를 반응기에 투입하여 반응기가 5 bar의 압력을 갖고 900 ℃ 가 되도록 하였다. 그 후, 수소(H2) 67 mol% 와 함께, 3 mol%의 이염화실란(SiH2Cl2, 제1 실란 가스, 분해온도=599℃) 및 30 mol% 삼염화실란(SiHCl3, 제2 실란 가스, 분해온도=648℃)의 실란 가스 혼합물을 동시에 하나의 반응기 내로 유입시켰다.
그리고, 상기 실란 가스 혼합물을 상기 하나의 반응기에서 약 40분 동안 반응시켜 분해하여 마이크로 크기의 실리콘 입자를 제조하였다. 이때, 상기 반응기의 내부 온도는 900℃ 이고, 내부 압력은 5 bar 이었다. 그리고, 상기 제조된 실리콘 입자를 냉각하고 회수하였다.
비교예 1
종래 FBR 반응 공법에 따라, 반응기에 600㎛ 의 입경을 갖는 실리콘 종입자를 투입하고, 수소(H2) 67 mol% 와 함께, 33 mol%의 삼염화실란(SiHCl3)을 반응기 내로 유입시키고 2 시간 동안 반응시켜 실리콘 입자를 제조하였다. 이때, 상기 반응기의 내부 온도는 900℃ 이고, 내부 압력은 5 bar 이었다.
비교예 2:
메탈 실리콘(MG-Si, Elpion, Sieve 로 분급한 45㎛ 미만의 입자)을 실시예 1 과 유사한 크기를 갖도록 Ball mill(Zirconia)을 이용하여 분쇄하였다.
실험예 1: 실리콘 입자 크기
실시예 1 및 비교예 2 에 의한 실리콘 입자의 크기는 Laser diffraction particle size analyzer(LS13 320, Beckman Coulter)를 이용하여 측정하고, 비교예 1 과 같이 밀리미터의 크기를 갖는 입자는 Digimatic caliper(Mitutoyo)를 이용하여 측정할 수 있으며, 그 결과를 하기 표 1 에 기재하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 실리콘 입자 크기 | D10: 2.9 ㎛ D50: 5.3 ㎛ D90: 9.2 ㎛ |
3.1 mm | D10: 1.0 ㎛ D50: 5.4 ㎛ D90: 15.3 ㎛ |
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 실리콘 입자는 마이크로 사이즈를 갖는 것을 확인하였다. 반면, 종입자를 사용하여 제조된 비교예 1의 실리콘 입자는 밀리미터의 큰 사이즈의 실리콘 입자가 제조되는 것을 확인하였다.
실험예 2: 금속 불순물 함량
실시예 1 및 비교예 2의 실리콘 입자의 금속 불순물의 함량을 하기 표 2 에 나타냈다. 이 때, 금속 불순물의 함량은 Thermo fisher社의 'iCAP 7600' 장비로 측정하였다.
| 금속 원소 | 단위 | 실시예 1 | 비교예 2 |
| Al | ppmw | 8.5 | 2,938 |
| As | < 1 | < 1 | |
| Ba | 1.0 | 60 | |
| Ca | 15 | 6.5 | |
| Cd | < 0.4 | 344 | |
| Co | 0.4 | 3.1 | |
| Cr | 35 | 114 | |
| Cu | 65 | 16.2 | |
| Fe | 144 | 5,831 | |
| K | 1.0 | 10.9 | |
| Li | < 0.4 | < 0.4 | |
| Mg | 16 | 8.3 | |
| Mn | 3.5 | 36.2 | |
| Mo | 0.4 | 4.8 | |
| Na | 26 | 3.7 | |
| Ni | 72 | 47 | |
| P | 0.9 | 24.8 | |
| Pb | < 2 | < 1 | |
| Sb | < 1 | < 1 | |
| Sn | < 0.4 | < 0.4 | |
| Sr | < 0.4 | 4.9 | |
| Ti | 4.0 | 280 | |
| V | < 0.4 | 30.9 | |
| Zn | 13 | 3.1 | |
| Zr | 2.6 | 2,938 |
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 비교예 2 는 약 12,700 의 금속 불순물을 함유하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 실리콘 입자를 분쇄하여 실시예 1과 유사한 크기를 갖도록 할 수 있으나, 이 경우 불순물의 함량이 많아지는 문제가 있다. 실시예 1은 별도의 분쇄과정을 포함하지 않는 것으로서, 실리콘 마이크로 입자의 제조할 수 있으며, 이때, 불순물의 함량도 낮출 수 있다.
실험예 3: 결정립 크기
실시예 및 비교예에 의해 제조된 실리콘 입자에 포함된 결정립의 평균 크기를 XRD(Panalytical 社, Empyrean XRD) 를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 3 에 기재하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 결정립 평균 크기 | 41.7 nm | 58.6 nm | 151.9 nm |
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 실리콘 입자는 작은 결정립을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 명세서의 실시예 및 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시예 및 도면에 국한되는 것은 아니며, 본 명세서의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서 및 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서 및 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (11)
- 실란 가스 혼합물을 반응기 내로 유입시키는 단계; 및
상기 반응기에서 상기 실란 가스 혼합물을 분해하여 실리콘 마이크로 입자를 제조하는 단계; 를 포함하며,
상기 실란 가스 혼합물은 제1 실란 가스 및 제2 실란 가스를 포함하고,
상기 제1 실란 가스의 분해온도는 제2 실란 가스의 분해온도보다 낮은
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 실란 가스 혼합물은 화학식 1 또는 화학식 2 로 표시되는 실란 가스로부터 선택된 2 종 이상인
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
[화학식 1] SiHxCl4-x (0≤x≤4, x는 정수임)
[화학식 2] Si2HyCl6-y(0≤y≤6, y는 정수임)
- 제1항에 있어서,
상기 제1 실란 가스는 350℃ 내지 600℃ 의 분해온도를 갖고,
상기 제2 실란 가스는 600℃ 내지 1,000℃ 의 분해온도를 갖는
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 실란 가스 및 상기 제2 실란 가스는 1:30 내지 1:2 의 몰비로 반응기 내로 유입시키는
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
하나의 상기 반응기에서, 상기 실란 가스 혼합물은 분해하여 실리콘 종입자를 생성하면서, 동시에 성장하여 실리콘 마이크로 입자를 제조하는
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
실리콘 로드 또는 실리콘 종입자를 사용하지 않는
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 실란 가스 혼합물은 상기 반응기에서 5분 내지 60분 동안 체류하여 상기 실리콘 마이크로 입자를 제조하는
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반응기의 온도는 700℃ 내지 1,000℃ 이고, 압력은 1 bar 내지 10 bar인
실리콘 마이크로 입자의 제조방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 실리콘 마이크로 입자의 제조방법에 따라 제조되는 실리콘 마이크로 입자.
- 제9항에 있어서,
상기 실리콘 마이크로 입자는 1㎛<d10<4㎛, 2㎛<d50<7㎛ 및 4㎛<d90<13㎛ 의 입도를 갖고,
총 금속 불순물 함량이 2,000 ppm 이하인
실리콘 마이크로 입자.
- 제9항에 있어서,
상기 실리콘 마이크로 입자는 평균 결정립 크기가 60 ㎚이하인
실리콘 마이크로 입자.
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