NL1031734C2 - Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction. - Google Patents

Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction. Download PDF

Info

Publication number
NL1031734C2
NL1031734C2 NL1031734A NL1031734A NL1031734C2 NL 1031734 C2 NL1031734 C2 NL 1031734C2 NL 1031734 A NL1031734 A NL 1031734A NL 1031734 A NL1031734 A NL 1031734A NL 1031734 C2 NL1031734 C2 NL 1031734C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
electrolyte
cathode
anode
silicon
compounds
Prior art date
Application number
NL1031734A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Uwe Hermann Dobberstein
Original Assignee
Girasolar B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Girasolar B V filed Critical Girasolar B V
Priority to NL1031734A priority Critical patent/NL1031734C2/en
Priority to PCT/NL2007/000114 priority patent/WO2007126309A2/en
Priority to JP2009509456A priority patent/JP2009535515A/en
Priority to US12/299,094 priority patent/US20090127125A1/en
Priority to EP07747296A priority patent/EP2013379A2/en
Priority to AU2007244040A priority patent/AU2007244040A1/en
Priority to CA002650738A priority patent/CA2650738A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1031734C2 publication Critical patent/NL1031734C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/24Refining
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/33Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/26Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium
    • C25C3/28Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium of titanium

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het zuiveren van een halfgeleidermateriaal onder toepassing van een oxidatie-reductiereactieBrief description: Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction

BESCHRIJVINGDESCRIPTION

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor 5 het zuiveren van een halfgeleidermateriaal onder toepassing van een oxidatie-reductiereactie.The present invention relates to a method for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction.

Silicium is een van de meest bekende en meest toegepaste halfgeleidermaterialen en wordt veelvuldig in de industrie toegepast, zoals bijvoorbeeld in zonnecellen, diodes, transistoren, geïntegreerde schakelingen 10 (chips) en andere gebieden van de elektronica. Voor dergelijke toepassingen is een grote zuiverheid van silicium vereist, zoals bijvoorbeeld zogenaamd SoG-silicium (Solar Grade, zuiverheid van > 99,9999% (6N)) of EG-silicium (Electronic Grade, zuiverheid van > 99,9999999 % (> 9N)). Om een dergelijk zuiver silicium te verkrijgen wordt veelvuldig zogenaamd MG-silicium (Metallurgie Grade, zuiverheid 15 van 98 - 99%) toegepast. Dergelijk siliciummaterialen worden in het algemeen gewonnen uit Si02 (bijvoorbeeld zand) door reductie met koolstof (C) onder vorming van koolstofmonooxide (carbothermische reductie).Silicon is one of the best known and most widely used semiconductor materials and is used extensively in industry, such as for example in solar cells, diodes, transistors, integrated circuits (chips) and other areas of electronics. Such applications require a high purity of silicon, such as so-called SoG silicon (Solar Grade, purity of> 99.9999% (6N)) or EG silicon (Electronic Grade, purity of> 99.99999999% (> 9N) )). In order to obtain such a pure silicon, so-called MG silicon (Metallurgy Grade, purity of 98 - 99%) is frequently used. Such silicon materials are generally recovered from SiO 2 (e.g., sand) by reduction with carbon (C) to form carbon monoxide (carbothermal reduction).

Voorbeelden van onzuiverheden die aanwezig kunnen zijn in MG-silicium zijn koolstof-, boor- of fosfor-verbindingen en metallische elementen, 20 zoals bijvoorbeeld ijzer, aluminium, titanium en vanadium. Dergelijke onzuiverheden veroorzaken onder andere een verslechtering van de halfgeleidereigenschappen van het materiaal, hetgeen bijvoorbeeld kan leiden tot een verminderd rendement voor zonnecellen. Daarnaast zijn dergelijke verslechterde halfgeleidereigenschappen ook voor andere elektronica toepassingen ongewenst.Examples of impurities that may be present in MG silicon are carbon, boron or phosphorus compounds and metallic elements, such as for example iron, aluminum, titanium and vanadium. Such impurities cause, among other things, a deterioration of the semiconductor properties of the material, which may, for example, lead to a reduced efficiency for solar cells. In addition, such degraded semiconductor properties are also undesirable for other electronic applications.

25 Bepaalde onzuiverheden, zoals bijvoorbeeld ijzer, aluminium, boor, fosfor, titanium en vanadium zijn schadelijker dan andere en bovendien zijn bepaalde onzuiverheden moeilijker te verwijderen uit silicium dan andere. De eenvoud van verwijdering heeft onder andere te maken met de scheidingscoëfficiënt of met het verschil in oplosbaarheid van een bepaald element in vloeibaar en vast 30 silicium.Certain impurities, such as, for example, iron, aluminum, boron, phosphorus, titanium and vanadium, are more harmful than others and, moreover, certain impurities are more difficult to remove from silicon than others. The simplicity of removal has to do with, among other things, the separation coefficient or the difference in solubility of a certain element in liquid and solid silicon.

Het standaard proces om silicium te zuiveren dat op dit moment wordt toegepast bestaand uit een aantal stappen, te weten een eerste stap waarbij MG-Si wordt gechloreerd met HCI-gas tot 90 % SiHCI3 (trichloorsilaan) en 10 % SiCI4 (siliciumtetrachloride) waarbij waterstofgas wordt gevormd.The standard process to purify silicon which is currently being applied consisting of a number of steps, namely a first step in which MG-Si is chlorinated with HCl gas up to 90% SiHCl 3 (trichlorosilane) and 10% SiCl 4 (silicon tetrachloride) with hydrogen gas is being formed.

1031734 21031734 2

Vervolgens worden de gevormde siliciumverbindingen in de gasfase door middel van fractionele destillatie gezuiverd totdat de hoeveelheid onzuiverheden op het niveau ligt van ppb (parts per billion, delen per miljard) en ppm (parts per million, delen per miljoen).Subsequently, the silicon compounds formed are purified in the gas phase by fractional distillation until the amount of impurities is at the level of ppb (parts per billion, parts per billion) and ppm (parts per million, parts per million).

5 In een volgende stap, het zogenaamde "Siemensproces", vindt een depositie plaats van gezuiverd silicium onder toepassing van de gezuiverde gasvormige siliciumverbindingen en waterstof. Deze reactie wordt uitgevoerd bij een temperatuur van bijvoorbeeld 900-1100 °C op een elektrische verwarmd grafiet-elektrode ter vorming van polykristallijn silicium met een zuiverheid van 99,99999 % 10 (7N) en HCI. Een vergelijkbare methode voor het zuiveren van silicium is geopenbaard in Amerikaans octrooischrift 4.213.937.In a next step, the so-called "Siemens process", deposition of purified silicon takes place using the purified gaseous silicon compounds and hydrogen. This reaction is carried out at a temperature of, for example, 900-1100 ° C on an electrically heated graphite electrode to form polycrystalline silicon with a purity of 99.999999% (7N) and HCl. A similar method for purifying silicon is disclosed in U.S. Patent No. 4,213,937.

Het nadeel van een dergelijke methode is ten eerste dat corrosief gas zoals HCI en explosief gas zoals waterstof zijn vereist voor de reactie, hetgeen strenge eisen stelt aan de toegepast apparatuur en veiligheidsvoorschriften. Ten 15 tweede is het proces zeer energie-consumerend vanwege de thermische processen die plaatsvinden bij het omzetten van siliciumverbindingen tot kristallijn silicium.The disadvantage of such a method is, firstly, that corrosive gas such as HCl and explosive gas such as hydrogen are required for the reaction, which imposes strict requirements on the equipment used and safety regulations. Secondly, the process is very energy consuming because of the thermal processes that take place during the conversion of silicon compounds to crystalline silicon.

De elektrochemische depositie van silicium op een silicium kathode onder toepassing van siliciumtetrachloride (SiCI4) als uitgangsmateriaal is bekend uit T. Matsuda et al., Chemistry Letters, 1996, pagina’s 569-570.The electrochemical deposition of silicon on a silicon cathode using silicon tetrachloride (SiCl4) as a starting material is known from T. Matsuda et al., Chemistry Letters, 1996, pages 569-570.

20 De elektrochemische synthese van silaan (SiH4) uit MG-silicium onder toepassing van waterstofgas is bekend uit T. Nohira et al., Electrochemistry 2005, 73(8), pagina’s 692-699.The electrochemical synthesis of silane (SiH4) from MG silicon using hydrogen gas is known from T. Nohira et al., Electrochemistry 2005, 73 (8), pages 692-699.

JP 06/173064 openbaart een werkwijze voor het elektrolytisch zuiveren van titanium door middel van elektrolyse in gesmolten zouten.JP 06/173064 discloses a method for electrolytically purifying titanium by electrolysis in molten salts.

25 WO 02/099166 openbaart een werkwijze voor het maken van silicium door het oplossen van Si02 in een elektrolyt bestaande uit CaCI2 en CaO.WO 02/099166 discloses a method for making silicon by dissolving SiO 2 in an electrolyte consisting of CaCl 2 and CaO.

Het is een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een werkwijze voor het zuiveren van halfgeleidermaterialen te verschaffen die energiezuinig is.It is an object of the present invention to provide a method for purifying semiconductor materials that is energy efficient.

30 Het is tevens een doelstelling volgens de onderhavige uitvinding om een dergelijke werkwijze te verschaffen In welke werkwijze geen corrosieve of explosieve gassen noodzakelijk zijn.It is also an object of the present invention to provide such a method In which method no corrosive or explosive gases are necessary.

Daarnaast is het een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een dergelijke werkwijze te verschaffen welke met eenvoudige apparatuur is uit te 3 voeren zonder strenge veiligheidsvoorschriften.In addition, it is an object of the present invention to provide such a method which can be carried out with simple equipment without strict safety regulations.

Een of meer van de bovenstaande doelstellingen worden bereikt door de werkwijze volgens de aanhef, gekenmerkt doordat de werkwijze de stappen omvat van: 5 a) het oxideren van een in een elektrolyt geplaatste anode van een halfgeleidermateriaal bevattende een of meer verontreiniging, in welk elektrolyt een of meer ionische verbindingen aanwezig zijn. welke ionische verbindingen reacties aangaan met het halfgeleidermateriaal en de een of meer verontreinigingen ter vorming van een of meer verbindingen volgens formule I: 10 AXzH(y.2), (I) waarbij A = ion van halfgeleider X = halogeen ion H = waterstofOne or more of the above objectives are achieved by the method according to the preamble, characterized in that the method comprises the steps of: a) oxidizing an anode placed in an electrolyte of a semiconductor material containing one or more impurities, in which electrolyte a or more ionic compounds are present. which ionic compounds enter into reactions with the semiconductor material and the one or more impurities to form one or more compounds of the formula I: AX 2 H (y.2), (I) wherein A = semiconductor ion X = halogen ion H = hydrogen

15 y = valentie van A15 y = valence of A

z = geheel getal groter of gelijk aan z en een of meer bijbehoren reactieproducten.z = integer greater than or equal to z and one or more associated reaction products.

b) het toevoegen van de een of meer verbindingen met de formule I, verkregen in stap a), aan een in een elektrolyt geplaatste kathode en het aldaar 20 uitvoeren van de reductie ter vorming van gezuiverd halfgeleidermateriaal op de kathode, tijdens welke reductie tevens een of meer ionische verbindingen worden gevormd; waarbij de in stap b) gevormde een of meer ionische verbindingen worden teruggeleid naar stap a) en waarbij de anode en kathode onderling zijn 25 verbonden voor elektronenoverdracht.b) adding the one or more compounds of the formula I obtained in step a) to a cathode placed in an electrolyte and performing the reduction there to form purified semiconductor material on the cathode, during which reduction also a or more ionic compounds are formed; wherein the one or more ionic compounds formed in step b) are returned to step a) and wherein the anode and cathode are interconnected for electron transfer.

De onderhavige uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van silicium als voorbeeld van een halfgeleidermateriaal, echter de onderhavige uitvinding is ook van toepassing op andere halfgeleidermaterialen en geleidermaterialen, zoals bijvoorbeeld germanium, titanium en aluminium.The present invention will be further elucidated with reference to silicon as an example of a semiconductor material, however, the present invention also applies to other semiconductor materials and conductor materials, such as, for example, germanium, titanium and aluminum.

30 In de onderhavige werkwijze worden twee halfreacties gekoppeld, te weten een anodische reactie waarin onzuiver silicium wordt omgezet in gehalogeneerde siliciumverbindingen en een kathodische reactie waarin gezuiverde gehalogeneerde siliciumverbindingen worden omgezet naar gezuiverd silicium.In the present process, two semi-reactions are coupled, namely an anodic reaction in which crude silicon is converted into halogenated silicon compounds and a cathodic reaction in which purified halogenated silicon compounds are converted into purified silicon.

De onderhavige uitvinding verschaft een energiezuinige werkwijze 4 door de eerste reactie (stap a volgens de onderhavige werkwijze) uit te voeren aan een anode en de tweede reactie (stap b volgens de onderhavige uitvinding) uit te voeren aan een kathode. De elektronen die bij de anode worden gevormd worden bij de kathode gebruikt waardoor in principe geen aanvullende energie noodzakelijk 5 aangezien een reversibele (evenwichts-) reactie wordt gebruikt. Nadat de reactie op gang is gebracht is deze in staat zich zelf in stand te houden. De toevoer van aanvullende energie door het verhogen van het elektrisch potentiaalverschil kan de reactie echter aanmerkelijk versnellen.The present invention provides an energy efficient method 4 by performing the first reaction (step a according to the present method) at an anode and carrying out the second reaction (step b according to the present invention) at a cathode. The electrons that are formed at the anode are used at the cathode, so that in principle no additional energy is required since a reversible (equilibrium) reaction is used. Once the reaction has been started, it is able to sustain itself. However, the supply of additional energy by increasing the electrical potential difference can considerably speed up the reaction.

Een verder voordeel van de onderhavige uitvinding is dat geen HCI 10 gas en waterstofgas meer zijn vereist aangezien ionische verbindingen, zoals bijvoorbeeld chloorionen of andere ionen, in plaats van gasvormige verbindingen worden toegepast. Deze ionische verbindingen gaan een reactie aan met het halfgeleidermateriaal van de anode ter vorming van de verbindingen volgens formule I, zoals bijvoorbeeld gehalogeneerde siliciumverbindingen indien een 15 silicium anode wordt toegepast. Daarmee worden een of meer van de bovenstaande doelstellingen bereikt.A further advantage of the present invention is that HCl gas and hydrogen gas are no longer required since ionic compounds, such as, for example, chlorine ions or other ions, are used instead of gaseous compounds. These ionic compounds react with the semiconductor material of the anode to form the compounds of formula I, such as, for example, halogenated silicon compounds if a silicon anode is used. This achieves one or more of the above objectives.

Tevens gaan de een of meer in het te zuiveren halfgeleidermateriaal aanwezige verontreinigingen een of meer reacties aan met de een of meer ionische verbindingen ter vorming van bijbehorende reactieproducten. Dergelijke 20 bijbehorende reactieproducten. indien MG-Si als anode wordt toegepast, zijn bijvoorbeeld FeCI3, PCI3, BCI3, TiCI4, AICI3 en VCI4.The impurities present in the semiconductor material to be purified also enter into one or more reactions with the one or more ionic compounds to form corresponding reaction products. Such associated reaction products. if MG-Si is used as an anode, for example, FeCl3, PCI3, BCI3, TiCl4, AICI3 and VCI4.

Het elektrolyt dient als transportmedium voor de ionische reactieproducten van de kathode naar de anode. Het terugleiden van deze ionische reactieproducten vindt derhalve bij voorkeur plaatst door het elektrolyt.The electrolyte serves as a transport medium for the ionic reaction products from the cathode to the anode. The recycling of these ionic reaction products is therefore preferably carried out by the electrolyte.

25 Het aan de kathode toevoegen van de een of meer verbindingen volgens formule I kan bijvoorbeeld plaatsvinden door het als gas laten borrelen van dergelijke verbindingen langs de kathode. Echter ook andere methoden kunnen worden toegepast.The addition of the one or more compounds of formula I to the cathode can for instance take place by bubbling such compounds along the cathode as a gas. However, other methods can also be applied.

Het verdient de voorkeur dat de gevormde verbindingen volgens 30 formule I volgens de onderhavige uitvinding worden gezuiverd. Dit kan plaatsvinden door een de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm van de onderhavige werkwijze, omvattende een aanvullende stap c) die wordt uitgevoerd na stap a) en voor stap b) waarbij stap c) twee deelstappen, c1) en c2) omvat, te wetenIt is preferred that the compounds of formula I formed according to the present invention be purified. This can be done by a preferred embodiment of the present method, comprising an additional step c) which is performed after step a) and before step b) wherein step c) comprises two sub-steps, c1) and c2), namely

c1) het onttrekken van de een of meer verbinding volgens formule Ic1) withdrawing the one or more compound of formula I

5 en de een of meer bijbehorende reactieproducten aan het elektrolyt; c2) het scheiden van de een of meer verbindingen volgens formule I van de een of meer bijbehorende producten.5 and the one or more associated reaction products on the electrolyte; c2) separating the one or more compounds of formula I from the one or more associated products.

In het geval van MG-Si als anode worden in deze uitvoeringsvorm 5 aldus zowel de gevormde gehalogeneerde siliciumverbindingen en de bijbehorende reactie producten, bij voorkeur als gas, onttrokken aan het elektrolyt waarin de anode is geplaatst en worden, na zuivering hiervan, toegevoegd aan de kathode alwaar de reductie kan plaatsvinden ter vorming van silicium en ionische verbindingen (chloorionen). De ionische verbindingen bewegen zich bij voorkeur 10 door het elektrolyt naar de anode waar ze reacties aangaan met MG-Si ter vorming van aanvullende gehalogeneerde siliciumverbindingen.In the case of MG-Si as an anode, in this embodiment both the halogenated silicon compounds formed and the associated reaction products, preferably as gas, are withdrawn from the electrolyte in which the anode is placed and, after purification thereof, are added to the cathode where the reduction can take place to form silicon and ionic compounds (chlorine ions). The ionic compounds preferably move through the electrolyte to the anode where they react with MG-Si to form additional halogenated silicon compounds.

Een dergelijke uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding verzekert een uitstekende zuivering en voorkomt vervuiling van het elektrolyt. Eventueel in het uitgangsmateriaal aanwezige verontreinigingen zoals bijvoorbeeld 15 boor en fosfor worden verwijderd alvorens de gezuiverde gehalogeneerde siliciumverbindingen door depositie tot zuiver silicium op de kathode leiden. Met name de verwijdering van boor en fosfor zijn van groot belang aangezien deze elementen in verdere verwerking van zuiver silicium worden toegepast als doteringsmiddelen. De hoeveelheid van dergelijke doteringsmiddelen dient heel 20 nauwkeurig te worden bepaald ter verkrijging van de gewenste eigenschappen en derhalve is het van groot belang dat deze elementen zo min mogelijk in het gezuiverde silicium aanwezig zijn.Such an embodiment of the present invention ensures excellent purification and prevents contamination of the electrolyte. Any impurities present in the starting material such as, for example, boron and phosphorus are removed before the purified halogenated silicon compounds lead to pure silicon on the cathode by deposition. In particular, the removal of boron and phosphorus are of great importance since these elements are used as dopants in further processing of pure silicon. The amount of such dopants must be determined very accurately in order to obtain the desired properties and it is therefore of great importance that these elements are present as little as possible in the purified silicon.

Stap c1) kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door middel van fasescheiding. Gehalogeneerde siliciumverbindingen zijn vluchtig bij de toegepaste 25 temperaturen en kunnen derhalve als gas worden afgevangen van het vloeibare elektrolyt. Andere onttrekkingsmethoden kunnen echter ook worden toegepast.Step c1) can be carried out, for example, by phase separation. Halogenated silicon compounds are volatile at the temperatures used and can therefore be captured as gas from the liquid electrolyte. However, other extraction methods can also be applied.

Stap c2) kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door middel van fractionele destillatie. De gehalogeneerde siliciumverbindingen en de gehalogeneerde verontreinigingen bezitten verschillende kookpunten en kunnen 30 derhalve door middel van destillatie worden gescheiden. Andere scheidings-methoden kunnen echter ook worden toegepast.Step c2) can be carried out, for example, by fractional distillation. The halogenated silicon compounds and the halogenated impurities have different boiling points and can therefore be separated by distillation. However, other separation methods can also be used.

Het verdient de voorkeur dat de verbindingen volgens formule 1 in stap c2) worden gescheiden totdat zij een zuiverheid bezitten van groter of gelijk aan 99,99 % (4N), bij voorkeur 99,999 % (5N), in het bijzonder 99,9999% (6N) en 6 met name 99,99999% (7N). De gewenste zuiverheid zal afhangen van de gewenste toepassing, zoals hiervoor reeds toegelicht.It is preferable that the compounds of formula 1 are separated in step c2) until they have a purity of greater than or equal to 99.99% (4N), preferably 99.999% (5N), in particular 99.9999% ( 6N) and 6 in particular 99.99999% (7N). The desired purity will depend on the desired application, as already explained above.

In het bijzonder wordt silicium toegepast als het haifgeleider-materiaal in stap a), en met name MG-silicium vanwege de goede verkrijgbaarheid 5 van de laatste.In particular, silicon is used as the oat conductor material in step a), and in particular MG silicon, because of the good availability of the latter.

Het materiaal van de kathode wordt bij voorkeur gekozen uit de groep, bestaande uit silicium, koolstof, zilver, molybdeen, platina en wolfraam en een of meer combinaties daarvan. Echter andere geleidende materialen zijn ook toepasbaar. In het bijzonder verdienen silicium en met name silicium met ten minste 10 de gewenste zuiverheid, dat wil zeggen een zuiverheid van groter dan of gelijk aan 99,99 % (4N) en bij voorkeur 99,9999% 6N) de voorkeur als kathodemateriaal.The material of the cathode is preferably selected from the group consisting of silicon, carbon, silver, molybdenum, platinum and tungsten and one or more combinations thereof. However, other conductive materials are also applicable. In particular, silicon and in particular silicon with at least the desired purity, that is, a purity of greater than or equal to 99.99% (4N) and preferably 99.9999% 6N) are preferred as cathode material.

Dergelijke materialen geven voldoende goede eigenschappen wat betreft elektronengeleiding en ze zijn inert. Deze materialen hebben een lage weerstand tegen elektronengeleiding bij de werktemperatuur, geven minimale 15 vervuiling van het te zuiveren silicium, minimale vervuiling van het elektrolyt en bevatten plaatsen op het oppervlak met een lage activeringsenergie voor eenvoudige kristallisatie van silicium.Such materials give sufficiently good electron conduction properties and they are inert. These materials have a low resistance to electron conduction at the operating temperature, give minimal fouling of the silicon to be purified, minimum fouling of the electrolyte and contain spots on the surface with a low activation energy for easy crystallization of silicon.

Het voordeel van het toepassen van silicium en met name van silicium met ten minste de gewenste zuiverheid als materiaal voor de kathode is dat 20 het eenvoudiger is het gevormde silicium van de kathode te verwijderen bijvoorbeeld door het afschrapen hiervan, zonder dat enige onzuiverheid worden gevormd in het gevormde silicium vanwege het mee afschrapen van materiaal van de kathode.The advantage of using silicon and in particular silicon with at least the desired purity as material for the cathode is that it is easier to remove the silicon formed from the cathode, for example by scraping it off, without any impurity being formed in the silicon formed due to the scraping of material from the cathode.

Het materiaal voor de anode bestaat bij voorkeur uit het te zuiveren halfgeleidermateriaal, waarbij het mogelijk is dat het te zuiveren halfgeleider-25 materiaal de volledige anode vormt, dat wil zeggen dat de anode bijvoorbeeld bestaat uit een draad, staaf of brokken van MG-silicium. Het is tevens mogelijk dat de anode bestaat uit een kern van een inert materiaal, dat dient als dragermateriaal, welk inert materiaal bij voorkeur geen geleider voor elektronen is, welk inert materiaal is omgeven door een mantel van het halfgeleidermateriaal. Een dergelijke 30 mantel kan bijvoorbeeld door middel van depositie, sputteren of coating zijn aangebracht op de kern.The material for the anode preferably consists of the semiconductor material to be purified, it being possible for the semiconductor material to be purified to form the complete anode, that is to say that the anode consists of, for example, a wire, rod or chunks of MG silicon . It is also possible for the anode to consist of a core of an inert material that serves as a support material, which inert material is preferably not a conductor for electrons, which inert material is surrounded by a sheath of the semiconductor material. Such a jacket can for instance be applied to the core by means of deposition, sputtering or coating.

Met name de voorkeur verdient het wanneer het te zuiveren halfgeleidermateriaal poreus of poedervormig is. Hierdoor bezit het te zuiveren materiaal een groot oppervlak hetgeen de reactiesnelheid verhoogt.It is particularly preferred if the semiconductor material to be purified is porous or powdered. As a result, the material to be purified has a large surface area, which increases the reaction rate.

77

In de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt een tweetal elektrolyten toepast, te weten een elektrolyt waarin de anode is geplaatst en een elektrolyt waarin de kathode is geplaatst. Het verdient de voorkeur dat deze elektrolyten gelijk zijn. Dit maakt het reactorontwerp eenvoudiger aangezien de 5 anode en de kathode in een enkel vat aanwezig kunnen zijn. Tevens wordt hierdoor het terugleiden van de ionische verbindingen van de kathode naar de anode vereenvoudigd.In the method according to the present invention, two electrolytes are used, namely an electrolyte in which the anode is placed and an electrolyte in which the cathode is placed. It is preferred that these electrolytes are the same. This makes the reactor design simpler since the anode and the cathode can be present in a single vessel. This also simplifies the return of the ionic connections from the cathode to the anode.

Het elektrolyt waarin de kathode is geplaatst voldoet bij voorkeur aan de volgende eisen: 10 -hoge ionengeleiding (lage weerstand) om energieverlies vanwege weerstand te minimaliseren en om massaoverdracht van de gevormde ionische verbindingen te bewerkstelligen; - hogere standaard reductiepotentiaal (Eo) dan de verbindingen volgens formule I om elektrolyse van het elektrolyt te voorkomen; een hoge 15 standaard reductiepotentiaal verdient te voorkeur omdat dit het toepassen mogelijk maakt van grotere potentiaalverschillen op de elektroden (zie ook hierna) waardoor de reactiesnelheid toeneemt; - lage oplosbaarheid voor het op de kathode gevormde halfgeleider-materiaal om verlies hiervan in het elektrolyt te voorkomen; 20 - lage oplosbaarheid en diffusiesnelheid in het op de kathode gevormde halfgeleidermateriaal om verontreiniging hiervan te voorkomen; - hoge oplosbaarheid in water om eenvoudige verwijdering van het elektrolyt gedurende het wassen van het op de kathode gevormde halfgeleidermateriaal mogelijk te maken.The electrolyte in which the cathode is placed preferably meets the following requirements: high ion conduction (low resistance) to minimize energy loss due to resistance and to effect mass transfer of the formed ionic compounds; - higher standard reduction potential (Eo) than the compounds of formula I to prevent electrolysis of the electrolyte; a high standard reduction potential is preferable because this allows the application of larger potential differences to the electrodes (see also below) whereby the reaction rate increases; low solubility for the semiconductor material formed on the cathode to prevent loss thereof in the electrolyte; Low solubility and diffusion rate in the semiconductor material formed on the cathode to prevent contamination thereof; - high solubility in water to enable easy removal of the electrolyte during washing of the semiconductor material formed on the cathode.

25 Het elektrolyt waarin de anode is geplaatst voldoet bij voorkeur aan de volgende eisen: -hoge ionengeleiding (lage weerstand) om energieverlies vanwege weerstand te minimaliseren en om massaoverdracht van de gevormde ionische verbindingen te bewerkstelligen; 30 - hoge standaard reductiepotentiaal (Eo) om elektrolyse van het elektrolyt te voorkomen; - lage oplosbaarheid voor het anodemateriaal om verontreiniging van het elektrolyt te voorkomen, aangezien een dergelijke verontreiniging van het elektrolyt kan leiden tot verontreiniging van het op de kathode gevormde 8 halfgeleidermateriaal.The electrolyte in which the anode is placed preferably meets the following requirements: high ion conduction (low resistance) to minimize energy loss due to resistance and to effect mass transfer of the formed ionic compounds; - high standard reduction potential (Eo) to prevent electrolysis of the electrolyte; low solubility for the anode material to prevent contamination of the electrolyte, since such contamination of the electrolyte can lead to contamination of the semiconductor material formed on the cathode.

- lage oplosbaarheid van verbindingen volgens formule I en bijbehorende reactieproducten om onttrekking hiervan te vereenvoudigen - lage oplosbaarheid van bijbehorende reactieproducten om 5 verontreiniging van het elektrolyt te voorkomen.- low solubility of compounds of formula I and associated reaction products to simplify their extraction - low solubility of associated reaction products to prevent contamination of the electrolyte.

Als elektrolyt kunnen bijvoorbeeld gesmolten zouten worden genoemd. Het verdient de voorkeur dat het elektrolyt een zout is van een of meer halogenen en een of meer (aard)alkalimetalen of een of meer combinaties daarvan, met name calciumchloride (CaCI2). Echter ook KCI, LiCI2 en BaCI2 maar tevens 10 nitraten, carbonaten en sulfaten en combinaties daarvan kunnen als elektrolyt worden genoemd. Dergelijke elektrolyten kunnen zowel worden toegepast als elektrolyt waarin de anode wordt geplaatst als elektrolyt waarin de kathode wordt geplaatst.Melted salts may be mentioned as electrolyte. It is preferred that the electrolyte is a salt of one or more halogens and one or more (earth) alkali metals or one or more combinations thereof, in particular calcium chloride (CaCl 2). However, also KCl, LiCl 2 and BaCl 2, but also nitrates, carbonates and sulfates and combinations thereof can be mentioned as electrolyte. Such electrolytes can be used both as an electrolyte in which the anode is placed and as an electrolyte in which the cathode is placed.

Calciumchloride heeft een lage weerstand (2 ohm'1.cm'1 bij 782 eC), 15 een hoge reductiepotentiaal (-3,887 V bij 25 eC en -3,296 V bij 850 °C), een lage diffusiesnelheid in silicium (6.10'14 cm2/s bij 1100 °C), hoge oplosbaarheid in water (56 gew.% bij 50 °C), lage oplosbaarheid voor silicium en gehalogeneerde siliciumverbindingen, hoge oppervlaktespanning - hoge interne gasdruk (0,1423 N/m, bij 927 °C) en lage toxiciteit, maar heeft ook een hoog smeltpunt 20 (782 °C).Calcium chloride has a low resistance (2 ohm'1.cm'1 at 782 eC), a high reduction potential (-3.887 V at 25 eC and -3.296 V at 850 ° C), a low diffusion speed in silicon (6.10'14 cm2) / s at 1100 ° C), high solubility in water (56% by weight at 50 ° C), low solubility for silicon and halogenated silicon compounds, high surface tension - high internal gas pressure (0.1423 N / m, at 927 ° C) and low toxicity, but also has a high melting point (782 ° C).

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt een membraan toegepast dat doorlaatbaar is voor de een of meer ionische verbindingen welke in stap b) worden gevormd. Het membraan is aanwezig tussen het elektrolyt waarin de anode is geplaatst en het elektrolyt waarin de kathode is geplaatst.In an embodiment of the present invention, a membrane is used that is permeable to the one or more ionic compounds formed in step b). The membrane is present between the electrolyte in which the anode is placed and the electrolyte in which the cathode is placed.

25 Een dergelijk membraan dient selectief permeabel te zijn voor de doorgang van ionische reductieverbindingen van kathode naar anode en niet voor oxidatieproducten van anode naar kathode. Een membraan kan verontreiniging van het elektrolyt waarin de kathode is geplaatst voorkomen, welke verontreiniging kan bestaan uit positief geladen ionen (metaal en andere) die op de kathode kunnen 30 afzetten en derhalve het gezuiverde halfgeleidermateriaal verontreinigen.Such a membrane should be selectively permeable to the passage of ionic reduction compounds from cathode to anode and not to oxidation products from anode to cathode. A membrane can prevent contamination of the electrolyte in which the cathode is placed, which contamination can consist of positively charged ions (metal and others) that can deposit on the cathode and thus contaminate the purified semiconductor material.

Bij voorkeur wordt het membraan uit een keramisch materiaal vervaardigd, zoals bijvoorbeeld La-M-O-CI (M is aardalkalimetaal, zoals bijvoorbeeld Ca/Sr). Een dergelijk keramisch materiaal is een voorbeeld van een zogenaamd “Solid Electrolyte" welke wordt toegepast in brandstofcellen.The membrane is preferably made from a ceramic material, such as, for example, La-M-O-CI (M is alkaline earth metal, such as, for example, Ca / Sr). Such a ceramic material is an example of a so-called "Solid Electrolyte" which is used in fuel cells.

99

Het is tevens mogelijk dat een vangelektrode wordt toegepast welke op een externe spanningsbron is aangesloten en welke vangelektrode een gelijke of enigszins hogere potentiaal heeft als de kathode, waarbij de vangelektrode is geplaatst in het elektrolyt tussen de anode en de kathode.It is also possible to use a capture electrode which is connected to an external voltage source and which has an equal or slightly higher potential as the cathode, the capture electrode being placed in the electrolyte between the anode and the cathode.

5 De vangelektrode wordt niet blootgesteld aan de verbindingen volgens formule I die aan de kathode wordt toegevoegd en het enige doel van deze vangelektrode is het verschaffen van een plaats voor het neerslaan en vastzetten van onzuiverheden (oxidatieproducten) die worden vrijgemaakt aan de anode.The capture electrode is not exposed to the compounds of formula I that is added to the cathode and the sole purpose of this capture electrode is to provide a site for depositing and securing impurities (oxidation products) that are released to the anode.

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt in stap 10 b) aanvullend een of meer verbindingen volgens formule I toegevoegd om eventueel waargenomen verlies bij de zuivering volgens stap c2) te compenseren. Dergelijke verbindingen dienen van de gewenste zuiverheid te zijn, dat wil zeggen een zuiverheid van ten minste 99,99 % (4N) en met name ten minste 99,9999% (6N).In an embodiment of the present invention, one or more compounds of formula I is additionally added in step 10 b) to compensate for any loss observed in the purification according to step c2). Such compounds should be of the desired purity, i.e. a purity of at least 99.99% (4N) and in particular at least 99.9999% (6N).

De omstandigheden voor het uitvoeren van de onderhavige reactie, 15 zoals druk, temperatuur en reductiepotentialen worden bepaald door de reactiesnelheid van de anodische en kathodische reacties.The conditions for carrying out the present reaction, such as pressure, temperature and reduction potentials, are determined by the reaction rate of the anodic and cathodic reactions.

Hierna worden de reactieomstandigheden geschreven indien silicium wordt toegepast.After this, the reaction conditions are written if silicon is used.

Kathodische reactieomstandigheden 20 Het verdient de voorkeur een kristallijn, gezuiverd silicium te verkrijgen. De minimale temperatuur voor het afzetten van silicium om de elektrode is circa 400 °C vanwege het geleidingsgedrag van silicium dat toeneemt met toenemende temperatuur, zoals gebruikelijk bij halfgeleiders. De overgang van amorf naar kristallijn silicium treedt op bij een temperatuur van 470 °C en derhalve 25 is de temperatuur bij de kathode bij voorkeur ten minste 400 °C, met name ten minste 470 °C. In principe is het ook mogelijk dat amorf silicium wordt gevormd aan de kathode dat bij een bepaalde temperatuur van de kathode, bijvoorbeeld een temperatuur hoger dan 470 °C vervolgens wordt omgezet in kristallijn silicium. Voor bepaalde toepassingen kan ook amorf silicium als worden toegepast.Cathodic reaction conditions It is preferable to obtain a crystalline, purified silicon. The minimum temperature for depositing silicon around the electrode is approximately 400 ° C due to the conductivity of silicon that increases with increasing temperature, as is usual with semiconductors. The transition from amorphous to crystalline silicon occurs at a temperature of 470 ° C and therefore the temperature at the cathode is preferably at least 400 ° C, in particular at least 470 ° C. In principle, it is also possible for amorphous silicon to be formed at the cathode which is subsequently converted to crystalline silicon at a specific temperature of the cathode, for example a temperature higher than 470 ° C. Amorphous silicon may also be used for certain applications.

30 Kristallijn silicium kan ook bij een lagere temperatuur ( < 400 eC) worden gevormd door gebruik te maken van de hoge weerstand van silicium bij lage temperatuur, hetgeen leidt tot lokale verhitting de kathode hetgeen leidt tot vorming van kristallijn silicium. Indien de weerstand hoger wordt zal ook de temperatuur hoger worden hetgeen leidt tot een betere kristallijne vorm van bijvoorbeeld silicium.Crystalline silicon can also be formed at a lower temperature (<400 ° C) by using the high resistance of silicon at low temperature, which leads to local heating of the cathode which leads to formation of crystalline silicon. If the resistance becomes higher, the temperature will also become higher, which leads to a better crystalline form of, for example, silicon.

1010

Een hogere weerstand leidt echter ook tot een groter energieverbruik hetgeen nadelig is. Derhalve is het van belang een goed compromis te zoeken.However, a higher resistance also leads to a higher energy consumption, which is disadvantageous. It is therefore important to find a good compromise.

Om een hoge depositiesnelheid van silicium te verkrijgen en aldus een hoge reactiesnelheid dient de concentratie van de verbindingen met formule I 5 bij de kathode zo hoog mogelijk te zijn. In het geval dat gehalogeneerde siiiciumverbindingen worden toegepast zijn deze als gas bij de toepassings-temperatuur van ten minste 400 °C vanwege het kookpunt hiervan en derhalve zal de reactie in drie fasen worden uitgevoerd, te weten vast (kathode), vloeibaar (elektrolyt) en gas (gehalogeneerde siliciumverbinding).In order to obtain a high silicon deposition rate and thus a high reaction rate, the concentration of the compounds of formula I at the cathode should be as high as possible. In the case that halogenated silicon compounds are used, they are used as gas at the application temperature of at least 400 ° C because of their boiling point and therefore the reaction will be carried out in three phases, namely solid (cathode), liquid (electrolyte) and gas (halogenated silicon compound).

10 De druk dient bij voorkeur hoog te zijn om een hoge concentratie van de verbindingen volgens formule I mogelijk te maken. Indien de gehalogeneerde siiiciumverbindingen worden toegevoegd aan de kathode als gas (borrelen) dient het elektrolyt een zo hoog mogelijke oppervlaktespanning te bezitten en dienen de bellen zo klein mogelijk om een zo hoog mogelijke interne druk te verkrijgen. Dit 15 aangezien de interne druk in een gasbel wordt bepaald door de uitwendige druk van de vloeistof en de oppervlaktespanning gedeeld door de straal van de bel.The pressure should preferably be high to allow a high concentration of the compounds of formula I. If the halogenated silicon compounds are added to the cathode as a gas (bubbling), the electrolyte should have the highest possible surface tension and the bubbles should be as small as possible in order to obtain the highest possible internal pressure. This is because the internal pressure in a gas bubble is determined by the external pressure of the liquid and the surface tension divided by the radius of the bubble.

Indien een membraan en/of een vangelektrode worden toegepast is dienen de omstandigheden als temperatuur en druk hierop te worden aangepast.If a membrane and / or a capture electrode is used, the conditions such as temperature and pressure must be adjusted accordingly.

Anodische reactieomstandigheden 20 Het is wenselijk dat alle producten die worden gevormd aan de anode gasvormig zijn om verontreiniging van het elektrolyt tot een minimum te beperken. Of de aan de anode gevormde producten gasvormig zijn hangt af van de temperatuur en druk die wordt toegepast in combinatie met de kookpunten van dergelijke gevormde verbindingen.Anodic reaction conditions It is desirable that all products formed at the anode are gaseous to minimize contamination of the electrolyte. Whether the products formed at the anode are gaseous depends on the temperature and pressure used in combination with the boiling points of such formed compounds.

25 Ter verkrijging van gasvormige producten dient het kookpunt van de gevormde verbinding lager te zijn dan de temperatuur waarbij de reactie wordt uitgevoerd. Het kookpunt van bijvoorbeeld het gewenste SiCI4 is 57,6 °C dat bij de reactietemperatuur gasvormig zal zijn. Voorbeelden van veelvuldig aanwezige contaminanten in MG-Si die bij een reactietemperatuur van 400 °C gasvormig zijn, 30 zijn de volgende: BCI3 (12,5 °C), PCI3 (75,95 °C), TiCI4 (136,4 °C), PCI5(160 °C), AICI3 (182,7 °C) en FeC!3 (315 °C). Dergelijke nevenproducten zullen bij een reactietemperatuur van 400 °C als gas worden afgescheiden en derhalve zorgen deze nevenproducten niet tot problemen bij de zuivering. Echter FeCI2 dat ook veelvuldig optreedt bij de reactie heeft een kookpunt van 1026 °C en zal bij een 11 temperatuur van 400 °C aldus niet als gas zijn af te vangen en dient derhalve op een andere wijze te worden verwijderd. Hiervoor is bijvoorbeeld een membraan of vangelektrode nodig.In order to obtain gaseous products, the boiling point of the compound formed must be lower than the temperature at which the reaction is carried out. The boiling point of, for example, the desired SiCl 4 is 57.6 ° C which will be gaseous at the reaction temperature. Examples of frequently present contaminants in MG-Si that are gaseous at a reaction temperature of 400 ° C are the following: BCI3 (12.5 ° C), PCI3 (75.95 ° C), TiCl4 (136.4 ° C) ), PCI5 (160 ° C), AICI3 (182.7 ° C) and FeCl3 (315 ° C). Such by-products will be separated as a gas at a reaction temperature of 400 ° C and therefore these by-products do not cause any problems with the purification. However, FeCl 2, which also frequently occurs during the reaction, has a boiling point of 1026 ° C and will therefore not be able to be captured as a gas at a temperature of 400 ° C and must therefore be removed in another way. This requires, for example, a membrane or capture electrode.

Het verdient de voorkeur dat een externe spanningsbron, welke niet 5 tot een bepaald type is beperkt, wordt toegepast om een potentiaalverschil aan te leggen tussen de anode en de kathode, welk potentiaal verschil wordt gekozen tussen 0,01 V en de standaard reductiepotentiaal van het elektrolyt.It is preferable that an external voltage source which is not limited to a particular type is used to apply a potential difference between the anode and the cathode, which potential difference is chosen between 0.01 V and the standard reduction potential of the electrolyte.

Er is slechts zeer weinig energie vereist voor het daadwerkelijke uitvoeren van de onderhavige reactie omdat een reversibele reactie wordt toegepast 10 tussen de halfgeleider en de verbindingen volgens formule I. In theorie zou dit overeenkomen met een potentiaalverschil van 0 V. Echter dit zou in de praktijk oneindig lang duren omdat er geen drijvende kracht is voor de reactie. Om er zeker van te zijn dat de reactiesnelheid voldoende hoog is om praktisch toepasbaar te zijn dient een potentiaalverschil van meer dan 0 V te worden aangelegd, zoals 15 bijvoorbeeld meer van 0,01 V. Het potentiaalverschil dient niet hoger te zijn dat de standaard reductiepotentiaal van de toegepaste elektrolyten om elektrolyse hiervan te voorkomen. Het verdient de voorkeur dat het potentiaalverschil zo hoog mogelijk is als toegestaan bij het toegepaste elektrolyt. Derhalve verdient het de voorkeur om een elektrolyt toe te passen met een hoge standaard reductiepotentiaal om een 20 hoge reactiesnelheid mogelijk te maken.Only very little energy is required for the actual performance of the present reaction because a reversible reaction is applied between the semiconductor and the compounds of formula I. In theory this would correspond to a potential difference of 0 V. However, in practice this would infinitely long because there is no driving force for the reaction. In order to be sure that the reaction speed is high enough to be practically applicable, a potential difference of more than 0 V must be applied, such as, for example, more of 0.01 V. The potential difference should not be higher than the standard reduction potential. of the electrolytes used to prevent electrolysis thereof. It is preferable that the potential difference is as high as possible with the electrolyte used. Therefore, it is preferable to use an electrolyte with a high standard reduction potential to allow a high reaction rate.

De reductiepotentiaal (E„) van SiCI4 bij 25 °C is -1,451 V en bij 850 °C is -1,389 V. De reductiepotentiaal van een aantal van de hiervoor genoemde elektrolyten is als volgt: MgCI2 (-3,066 V bij 25 °C en -2,42 V bij 850 °C), CaCI2 (-3,887 V bij 25 °C en -3,296 V bij 850 °C), NaCI (-3,982 V bij 25 °C) en KCI 25 (-4,235 V bij 25 °C)The reduction potential (E ') of SiCl 4 at 25 ° C is -1.451 V and at 850 ° C is -1.389 V. The reduction potential of some of the aforementioned electrolytes is as follows: MgCl 2 (-3.066 V at 25 ° C and -2.42 V at 850 ° C), CaCl 2 (-3.887 V at 25 ° C and -3.296 V at 850 ° C), NaCl (-3.982 V at 25 ° C) and KCl 25 (-4.235 V at 25 ° C)

De toepasbaarheid van elektrolyten is afhankelijk van de mobiliteit van de ionische verbindingen in het elektrolyt. Indien bijvoorbeeld CaCI2 wordt toegepast als elektrolyt by een temperatuur van 850 °C kan een potentiaalverschil van 1,907 V (-3,296 V minus - 1,389 V) leiden tot ongewenste elektrolyse van het 30 elektrolyt.The applicability of electrolytes depends on the mobility of the ionic compounds in the electrolyte. For example, if CaCl 2 is used as an electrolyte at a temperature of 850 ° C, a potential difference of 1.907 V (-3.296 V minus - 1.389 V) can lead to undesired electrolysis of the electrolyte.

in een uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding wordt het elektrolyt gedwongen om van de kathode naar de anode te stromen en vice versa. In een dergelijke uitvoeringsvorm wordt het elektrolyt met een bepaalde snelheid in een stroming van de kathode en de anode gevoerd, en in het bijzonder is hierbij de 12 stroming van het elektrolyt van de anode naar de kathode fysiek gescheiden van de stroming van het elektrolyt van de kathode naar de anode. Dit is bijvoorbeeld mogelijk door een gesloten lus waardoor het elektrolyt wordt gedwongen te stromen en waarbij de anode en kathode op afzonderlijke plekken in de gesloten lus zijn 5 geplaatst. Met name is het voordelig als een membraan of in het bijzonder een vangelektrode is geplaatst tussen de anode en de kathode.in an embodiment of the present invention, the electrolyte is forced to flow from the cathode to the anode and vice versa. In such an embodiment, the electrolyte is fed at a certain speed into a flow of the cathode and the anode, and in particular the flow of the electrolyte from the anode to the cathode is physically separated from the flow of the electrolyte from the cathode to the anode. This is for instance possible through a closed loop through which the electrolyte is forced to flow and wherein the anode and cathode are placed at separate places in the closed loop. In particular, it is advantageous if a membrane or in particular a capture electrode is placed between the anode and the cathode.

Het voordeel van een dergelijke constructie is, dat, indien de stroomsnelheid voldoende is, de zuivering van het elektrolyt wordt vereenvoudigd. In het elektrolyt aanwezig kationen willen naar de kathode en worden gemaakt bij 10 anode. Vanwege de stroming kunnen deze alleen via de route waar het membraan/ de vangelektrode aanwezig is. De kationen kunnen bij bepaalde stroomsnelheid niet tegen de stroming ingaan en zullen derhalve altijd worden gedwongen langs het membraan of de vangelektrode te gaan. Een vangelektrode verdient de voorkeur boven een membraan omdat een vangelektrode kationen neutraliseert en een 15 membraan kationen alleen maar opvangt.The advantage of such a construction is that, if the flow rate is sufficient, the purification of the electrolyte is simplified. Cations present in the electrolyte want to go to the cathode and are made at an anode. Due to the flow, these can only be done via the route where the membrane / capture electrode is present. The cations cannot go against the flow at a certain flow rate and will therefore always be forced to pass the membrane or the capture electrode. A capture electrode is preferred over a membrane because a capture electrode neutralizes cations and a membrane only captures cations.

Een dergelijke circulatiestroming van het elektrolyt is bijvoorbeeld tot stand te brengen door toepassing van een pomp of door het toepassen van een dichtheidsverschil. Een dichtheidsverschil kan bijvoorbeeld tot stand worden gebracht door een temperatuurverschil maar ook door de aanwezigheid van 20 gasbellen (borrelen) bij een elektrode, zoals de kathode. Echter ook andere methoden voor het tot stand brengen van een circulatiestroming kunnen worden toegepast.Such a circulation flow of the electrolyte can be achieved, for example, by using a pump or by applying a density difference. A density difference can for instance be brought about by a temperature difference but also by the presence of gas bubbles (bubbles) at an electrode, such as the cathode. However, other methods for establishing a circulation flow can also be used.

Een aanvullend voorbeeld van het toepassing van circulatie is dat in het geval dat chloorionen aanwezig zijn, deze niet door diffusie alleen naar de 25 anode worden getransporteerd en dat door de stroming een betere stofoverdracht aan de electrode plaatsvindt waardoor hogere omzettingssnelheid wordt verkregen.An additional example of the use of circulation is that in the case that chlorine ions are present, they are not transported to the anode by diffusion alone and that a better transfer of dust to the electrode takes place as a result of the flow, whereby a higher conversion rate is obtained.

De onderhavige werkwijze kan worden uitgevoerd onder toepassing van elke geschikte apparatuur of combinaties daarvan, zoals bijvoorbeeld een inrichting voor het verwerken van MG-silicium (malen, logen), een elektrolytische cel 30 (anode en kathode en elektrolyten), een scheidingsinrichting voor het zuiveren van gehalogeneerde siliciumverbindingen (destillatie, absorptie, absorptie, membraanscheiding) en een inrichting voor het verwerken van zuiver silicium (wassen, malen).The present method can be carried out using any suitable equipment or combinations thereof, such as, for example, a device for processing MG-silicon (grinding, alkalis), an electrolytic cell (anode and cathode and electrolytes), a separation device for purifying of halogenated silicon compounds (distillation, absorption, absorption, membrane separation) and a device for processing pure silicon (washing, grinding).

10317341031734

Claims (17)

1. Werkwijze voor het zuiveren van een halfgeleidermateriaal onder toepassing van een oxidatie-reductiereactie, met het kenmerk, dat de werkwijze de 5 stappen omvat van: a) het oxideren van een in een elektrolyt geplaatste anode van een halfgeleidermateriaal bevattende een of meer verontreiniging, in welk elektrolyt een of meer ionische verbindingen aanwezig zijn, welke ionische verbindingen reacties aangaan met het halfgeleidermateriaal en de een of meer verontreinigingen ter 10 vorming van een of meer verbindingen volgens formule I: AXzH(y.z), (I) waarbij A = ion van halfgeleider X = halogeen ionA method for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction, characterized in that the method comprises the steps of: a) oxidizing an anode placed in an electrolyte of a semiconductor material containing one or more impurities, in which electrolyte one or more ionic compounds are present, which ionic compounds enter into reactions with the semiconductor material and the one or more impurities to form one or more compounds according to formula I: AX 2 H (y 2), (I) wherein A = ion of semiconductor X = halogen ion 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de werkwijze een aanvullende stap c) omvat die wordt uitgevoerd na stap a) en voor stap b) waarbij stap c) twee deelstappen, c1) en c2) omvat, te weten 30 cl) het onttrekken van de een of meer verbinding volgens formule I en de een of meer bijbehorende reactieproducten aan het elektrolyt; c2) het scheiden van de een of meer verbindingen volgens formule I van de een of meer bijbehorende producten.Method according to claim 1, wherein the method comprises an additional step c) which is carried out after step a) and before step b) wherein step c) comprises two sub-steps, c1) and c2), namely 30 c1) withdrawing the one or more compound of formula I and the one or more associated reaction products on the electrolyte; c2) separating the one or more compounds of formula I from the one or more associated products. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij in stap c2) de een of meer 1031734 verbindingen volgens formule I worden gescheiden tot een zuiverheid van groter dan of gelijk aan 99,99 % (4N), bij voorkeur 99,9999 % (6N).The method according to claim 2, wherein in step c2) the one or more 1031734 compounds of formula I are separated to a purity of greater than or equal to 99.99% (4N), preferably 99.9999% (6N). 4. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, waarbij silicium wordt toegepast als het halfgeleidermateriaal in stap a).The method of any one of the preceding claims, wherein silicon is used as the semiconductor material in step a). 5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij MG-silicium (metallurgische zuiverheid) wordt toegepast als het halfgeleidermateriaal in stap a).The method of claim 4, wherein MG silicon (metallurgical purity) is used as the semiconductor material in step a). 6. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, waarbij het materiaal van de kathode wordt gekozen uit de groep bestaande uit silicium, koolstof, zilver, molybdeen, platina, wolfraam en een of meer combinaties 10 daarvan.6. Method according to one or more of the preceding claims, wherein the material of the cathode is selected from the group consisting of silicon, carbon, silver, molybdenum, platinum, tungsten and one or more combinations thereof. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij silicium met een zuiverheid van groter dan of gelijk aan 99,99 % (4N), bij voorkeur 99,9999 % (6N) wordt toegepast als de kathode.The method of claim 6, wherein silicon with a purity of greater than or equal to 99.99% (4N), preferably 99.9999% (6N) is used as the cathode. 8. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, 15 waarbij als anode een kern van inert materiaal, omgeven door een mantel van het halfgeleidermateriaal wordt toegepast.8. Method as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein an anode of a core of inert material surrounded by a sheath of the semiconductor material is used. 9. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-12, waarbij het elektrolyt waarin de anode is geplaatst gelijk is aan het elektrolyt waarin de kathode is geplaatst.The method of any one of claims 1 to 12, wherein the electrolyte in which the anode is placed is the same as the electrolyte in which the cathode is placed. 10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij het elektrolyt CaCI2 is.The method of claim 9, wherein the electrolyte is CaCl 2. 11. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, waarbij een membraan wordt toegepast dat doorlaatbaar is voor de een of meer ionische verbindingen welke in stap b) worden gevormd, welk membraan aanwezig is tussen het elektrolyt waarin de anode is geplaatst en het elektrolyt waarin de 25 kathode is geplaatst.A method according to any one of the preceding claims, wherein a membrane is used that is permeable to the one or more ionic compounds formed in step b), which membrane is present between the electrolyte in which the anode is placed and the electrolyte in which the cathode is placed. 12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij als membraan een keramisch membraan wordt toegepast.The method according to claim 11, wherein a ceramic membrane is used as the membrane. 13. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 9-11, waarbij een vangelektrode wordt toegepast welke op een externe spanningsbron is aangesloten 30 en welke vangelektrode een gelijke of hogere potentiaal heeft als de kathode, waarbij de vangelektrode in het elektrolyt is geplaatst tussen de anode en de kathode.13. Method as claimed in one or more of the claims 9-11, wherein a catching electrode is applied which is connected to an external voltage source and which catching electrode has an equal or higher potential as the cathode, the catching electrode being placed in the electrolyte between the anode and the cathode. 14. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 2-13, waarbij in stap b) aanvullend een of meer verbindingen volgens formule I worden toegevoegd.Process according to one or more of claims 2-13, wherein in step b) additionally one or more compounds of formula I are added. 15. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, waarbij de reductie wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ten minste 400 “C, bij voorkeur ten minste 470 °C.Method according to one or more of the preceding claims, wherein the reduction is carried out at a temperature of at least 400 ° C, preferably at least 470 ° C. 15 H = waterstof y = valentie van A z = geheel getal groter of gelijk aan z en een of meer bijbehoren reactieproducten. b) het toevoegen van de een of meer verbindingen met de formule I, 20 verkregen in stap a), aan een in een elektrolyt geplaatste kathode en het aldaar uitvoeren van de reductie ter vorming van gezuiverd halfgeleidermateriaal op de kathode, tijdens welke reductie tevens een of meer ionische verbindingen worden gevormd; waarbij de in stap b) gevormde een of meer ionische verbindingen 25 worden teruggeleid naar stap a) en waarbij de anode en kathode onderling zijn verbonden voor elektronenoverdracht.H = hydrogen y = valence of A z = integer greater than or equal to z and one or more associated reaction products. b) adding the one or more compounds of the formula I obtained in step a) to a cathode placed in an electrolyte and carrying out the reduction there to form purified semiconductor material on the cathode, during which reduction also a or more ionic compounds are formed; wherein the one or more ionic compounds formed in step b) are returned to step a) and wherein the anode and cathode are interconnected for electron transfer. 16. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-15, waarbij een 5 externe spanningsbron wordt toegepast om een potentiaalverschil aan te leggen tussen de anode en de kathode, welk potentiaalverschil wordt gekozen tussen 0,01 V en de standaard reductiepotentiaal van het elektrolyt.16. Method according to one or more of claims 1-15, wherein an external voltage source is used to apply a potential difference between the anode and the cathode, which potential difference is chosen between 0.01 V and the standard reduction potential of the electrolyte . 17. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 9-16, waarbij het elektrolyt wordt gedwongen om van de kathode naar de anode te stromen en vice 10 versa. 1031734The method of any one of claims 9 to 16, wherein the electrolyte is forced to flow from the cathode to the anode and vice versa. 1031734
NL1031734A 2006-05-03 2006-05-03 Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction. NL1031734C2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1031734A NL1031734C2 (en) 2006-05-03 2006-05-03 Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction.
PCT/NL2007/000114 WO2007126309A2 (en) 2006-05-03 2007-05-01 Method for the purification of a semiconductor material by application of an oxidation-reduction reaction
JP2009509456A JP2009535515A (en) 2006-05-03 2007-05-01 Method for refining semiconductor materials using redox reactions
US12/299,094 US20090127125A1 (en) 2006-05-03 2007-05-01 Method for the purification of a semiconductor material by application of an oxidation-reduction reaction
EP07747296A EP2013379A2 (en) 2006-05-03 2007-05-01 Method for the purification of a semiconductor material by application of an oxidation-reduction reaction
AU2007244040A AU2007244040A1 (en) 2006-05-03 2007-05-01 Method for the purification of a semiconductor material by application of an oxidation-reduction reaction
CA002650738A CA2650738A1 (en) 2006-05-03 2007-05-01 Method for the purification of a semiconductor material by application of an oxidation-reduction reaction

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1031734 2006-05-03
NL1031734A NL1031734C2 (en) 2006-05-03 2006-05-03 Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1031734C2 true NL1031734C2 (en) 2007-11-06

Family

ID=37074836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1031734A NL1031734C2 (en) 2006-05-03 2006-05-03 Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20090127125A1 (en)
EP (1) EP2013379A2 (en)
JP (1) JP2009535515A (en)
AU (1) AU2007244040A1 (en)
CA (1) CA2650738A1 (en)
NL (1) NL1031734C2 (en)
WO (1) WO2007126309A2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201010772D0 (en) * 2010-06-26 2010-08-11 Fray Derek J Method for texturing silicon surfaces
WO2014004610A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-03 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University System and method for electrorefining of silicon
WO2014201207A2 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University System and method for purification of electrolytic salt

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4298587A (en) * 1980-10-28 1981-11-03 Atlantic Richfield Company Silicon purification
JPH06173064A (en) * 1992-12-09 1994-06-21 Japan Energy Corp Method for refining ti
WO2002099166A1 (en) * 2001-06-05 2002-12-12 Sintef Electrolyte and method for manufacturing and/or refining of silicon

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1915951A1 (en) * 1969-03-28 1970-10-08 Basf Ag Process for making electrodes
NO942121L (en) * 1994-06-07 1995-12-08 Jan Stubergh Manufacture and apparatus for producing silicon "metal", silumin and aluminum metal
GB9812169D0 (en) * 1998-06-05 1998-08-05 Univ Cambridge Tech Purification method
GB0304884D0 (en) * 2003-03-04 2003-04-09 British Nuclear Fuels Plc Process for separating metals

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4298587A (en) * 1980-10-28 1981-11-03 Atlantic Richfield Company Silicon purification
JPH06173064A (en) * 1992-12-09 1994-06-21 Japan Energy Corp Method for refining ti
WO2002099166A1 (en) * 2001-06-05 2002-12-12 Sintef Electrolyte and method for manufacturing and/or refining of silicon

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 199429, Derwent World Patents Index; AN 1994-239302, XP002403030 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007126309A2 (en) 2007-11-08
AU2007244040A1 (en) 2007-11-08
US20090127125A1 (en) 2009-05-21
WO2007126309A3 (en) 2008-04-03
CA2650738A1 (en) 2007-11-08
JP2009535515A (en) 2009-10-01
EP2013379A2 (en) 2009-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7901561B2 (en) Method for electrolytic production and refining of metals
Yasuda et al. Improving Purity and Process Volume During Direct Electrolytic Reduction of Solid SiO2 in Molten CaCl2 for the Production of Solar‐Grade Silicon
Cai et al. Electrorefining of metallurgical grade silicon in molten CaCl2 based salts
JP2005536638A (en) Inert electrode temperature control and operation in the formation of metallic aluminum.
US20120132034A1 (en) Process for producing refined metal or metalloid
NL1031734C2 (en) Process for purifying a semiconductor material using an oxidation-reduction reaction.
US20110176986A1 (en) Method and a reactor for production of high-purity silicon
Pavlenko et al. Silicon Electrodeposition from Low-Melting LiCl–KCl–CsCl Melts
CN102408134A (en) Electrochemical dissolving method for iridium powder
US10072345B2 (en) System and method for electrorefining of silicon
US20230392273A1 (en) Method for manufacturing recycled aluminum, manufacturing equipment, manufacturing system, recycled aluminum, and processed aluminum product
US9783898B2 (en) System and method for purification of electrolytic salt
JP5522455B2 (en) Sodium production method and sodium production apparatus
KR101336712B1 (en) Manufacturing method of high purity silicon nanofiber by electrolytic refining
RU2751201C1 (en) Method for electrolytic production of silicon from molten salts
JP2020033621A (en) Production method of titanium metal
JP2010523455A (en) Method and reactor for producing high purity silicon
Ma et al. Electrochemical Reduction of Silicate Ions at Liquid Zn Electrode in Molten NaCl–CaCl2
US9605354B2 (en) Electrolytic recycling of compounds
Joo et al. Ultrahigh purification in concentrated NaOH by electrowinning for solar cell application
CN110144598A (en) A kind of preparation method and applications of uranium trichloride
JP5236897B2 (en) Method for producing silicon
Tian et al. Recent Advances in Electrochemical-Based Silicon Production Technologies with Reduced Carbon Emission
JP2014111801A (en) Method for producing silicon by molten salt electrolysis
Sokhanvaran Molten salt electrodeposition of silicon in Cu-Si

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20121201