NO20120619L

NO20120619L - Polykrastallinsk silisium, anordning for fremstilling derav

Info

Publication number: NO20120619L
Application number: NO20120619A
Authority: NO
Inventors: Satoru Wakamatsu; Hiroyuki Oda
Original assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2002-03-06
Also published as: EP1285880A1; US20020104474A1; EP1285880B1; EP1285880A4; WO2001085613A1; ES2350591T3; CN1372530A; CN1699161A; CA2377892C; EP1719736B1; KR100692444B1; NO20020117L; CN1224574C; NO20020117D0; AU770276B2; NO333347B1; DE60124246D1; CN100406378C; AU5667001A; DE60124246T2

Description

POLYKRYSTALLINSK SILISIUM, METODE OG ANORDNING FOR FREMSTILLING DERAV

Oppfinnelsens fagområde

Foreliggende oppfinnelse gjelder en ny polykrystallinsk silisium og en prosess og anordning for å fremstille den samme. Mer spesifikt gjelder den oppskummet polykrystallinsk silisium som er mykt og som genererer en ekstremt liten mengde fine korn når den knuses, en metode for fremstilling av den samme stabilt, og en produksjonsapparatur for en polykrystallinsk silisium som er egnet for produksjonen av det polykrystallinske silisiumet, i stand til å fremstille den kontinuerlig og stabilt med høy hastighet i lang tid og som er ekstremt nyttig fra et industrielt synspunkt .

Kjent teknikk

Hittil har det vært kjent forskjellige metoder for fremstilling av polykrystallinsk silisium benyttet som råmaterial for en halvleder eller fotoelektrisk gjenstand, og noen av dem har allerede blitt utført i industriell skala.

For eksempel, innebærer en av metodene kalt "Siemens metoden" at en silisiumstav oppvarmet til avsetningstemperaturen for silisium ved strømtilførsel, blir plassert i en glassklokke og triklorsilan (SiHCl3, forkortet til TCS heretter) eller monosilan (SiH,j) kommer i kontakt med silisiumstaven sammen med en reduserende gass slik som hydrogen for å avsette silisiumet.

Etterspørselen etter granulært polykrystallinsk silisium oppnådd ved å knuse det ovennevnte polykrystallinske silisiumet til en diameter på fra ca 300 | til 2 mm er økende. For eksempel blir det granulære, polykrystallinske silisiumet smeltet til bruk i halvledere og fotoelektriske gjen-stander .

Det er også kjent en teknologi for fremstilling av fint granulært silika med en diameter på ca 1 | ved å innføre det granulære polykrystallinske silisiumet i oksygenhydro-gen flammer for å bli smeltet og fordampet.

Videre blir en nanokorn silisium som tiltrekker seg meget oppmerksomhet som et synlig lys emisjonselement fremstilt ved å bestråle et silisium mål med en eksitert laserstråle i en helium atmosfære. Hvis det granulære silisiumet lett kan skaffes som et silisium målmateriale, kan nano-korn silisiumet fremstilles effektivt.

Det granulære polykrystallinske silisiumet nevnt ovenfor har blitt fremstilt ved å knuse en klump oppnådd ved å brekke en silisiumstav fremstilt ved Siemens metoden til en størrelse så stor som en knyttneve.

Imidlertid, når det granulære polykrystallinske silisiumet blir oppnådd ved å brekke ovennevnte silisiumstav, blir det, fordi brekkingen er vanskelig, dannet brukne biter som er flaklignende, nålelignende og pulverlignende "fine korn" ved å brekke opp i store mengder. De fine kornene er en kilde til støv og er vanskelige å håndtere. Siden det er en mulighet for at fine korn med en diameter på 150 | eller mindre, spesielt kan ta fyr, blir de omhyggelig vraket. De fine kornene reduserer derfor ikke bare utbyttet av råmate-rialet, men krever også en god del arbeid for å tas hånd om.

I mellomtiden blir ovennevnte Siemens metodekarakterisertved å gi en silisium med høy renhet og har blitt utført som den mest generelle metoden. Imidlertid, siden silisium blir avsatt på en satsvis måte, må det utføres meget besværlige operasjoner slik som installering av en silisiumstav som føding, oppvarming av silisiumstaven ved strømtilførsel, avsetning, kjøling, ekstraksjon og rengjøring av en glassklokke .

En annen metode for å oppnå polykrystallinsk silisium er en avsetningsmetode som gjør bruk av et fluidisert sjikt. I denne metoden blir det brukt et fluidisert sjikt, og ovennevnte monosilan blir matet inn mens en liten silisium kime så stor som ca 100 | blir levert som en avsetningskjerne for å avsette silisium på silisiumkimen og ekstrahere et silisiumkorn så stort som 1 til 2 mm kontinuerlig.

Denne metoden eliminerer behovet for å avslutte en reaksjon for å ekstrahere silisium, og gjør det mulig med en relativt langvarig kontinuerlig drift.

Imidlertid, i ovennevnte metode som blir utført i en industriell skala, blir det siden det blir brukt monosilan som har en lav avsetningstemperatur, som kildematerial for silisium, blir det dannet et fint pudderlignende silisium ved den termiske dekomponeringen av silanet eller så blir silisium lett avsatt på veggen av reaktoren selv i et relativt lavt temperaturområde, og derved blir det nødvendig regelmessig å rense eller bytte ut reaktoren.

Videre, siden silisiumkimene i en fluidisert tilstand som skal avsettes, kommer i voldsom kontakt med veggen på reaktoren i lang tid og gnis, innebærer metoden over også et problem med renheten av det silisium som dannes.

For å løse ovennevnte problemer med eksisterende teknologi foreslår JP-A 59-121109, JP-A 54-124896 og JP-A 56-63814 (begrepet "JP-A" som brukt her betyr en "ikke-undersøkt publisert Japansk patentsøknad) en metode i hvilken en reaktor blir oppvarmet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet til silisium, en silan blir levert til reaktoren som et kildematerial som skal avsettes, silisium blir avsatt og smeltet, den smeltede væsken blir lagret, og silisium i smeltet tilstand eller dets smeltede produkt får størkne ved nedkjøling og trukket ut til reaktorens utside periodisk eller kontinuerlig.

Imidlertid, siden monosilan har egenskapen til å dekompo-nere av seg selv selv i en atmosfære med en relativt lav gasstemperatur, er det spesielt i metoden som benytter monosilan, forståelig at det genereres silisium som et fint pulver som kan blokkere det nedstrøms gassområdet.

I en hvilken som helst av metodene konvensjonelt foreslått, vil en forbindelse mellom reaktoren og innmatningsrøret for silan eller en del rundt disse, ha en temperaturgradient fra smeltetemperaturen til en temperatur ved hvilken silisium ikke avsettes. Som et resultat er det alltid en sone med et temperaturområde hvor silisium avsettes ved selvde-komponering og sonen kan bli blokkert av silisium som blir fremstilt når metoden utføres i en industriell skala.

Så langt er det ikke kommet noen rapporter om enkle og ef-fektive måter å hindre blokkeringen forårsaket av avsetningen av silisium på.

JP-A 11-314996 åpenbarer en metode for fremstilling av krystallinsk silisium, for eksempel polykrystallinsk silisium ved å bruke en anordning som omfatter et varmegenererende fast stoff, en høy-frekvent induksjonsspiral arran-gert omvendt til den nedre overflaten av det varmegenererende faste stoffet og minst et gassutløp dannet i spira-len, og metoden omfatter blåsing av et gassråstoff som inneholder en avsetnings komponent mot den nedre overflaten av det ovennevnte faste stoffet, og oppvarmet av den høy-frekvente induksjonsspolen fra ovennevnte gassutløp, avsettes og smeltes den ovennevnte avsettende komponenten på den nedre overflaten av det varmegenererende faste stoffet, idet den avsatte smeltede væsken faller eller strømmer ned fra bunnen av det ovennevnte varmegenererende faste stoffet.

Denne metoden har imidlertid et slikt problem som et høyt energiforbruk fordi den høy-frekvente induksjonsspolen som må kjøles med vann for å beholde sin funksjon, absorberer varme fordi den høy-frekvente induksjonsspolen er i nær kontakt med det varmegenererende faste stoffet. Denne pub-likasjonen sier ingenting om produksjonen av oppskummet, krystallinsk silisium.

Hensikten med oppfinnelsen

Det er et første mål med foreliggende oppfinnelse å frembringe oppskummet polykrystallinsk silisium som skaper en ekstremt liten mengde med fine korn ved knusing for fremstillingen av et knust produkt med polykrystallinsk silisium.

Det er et andre mål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en metode for fremstilling av ovennevnte polykrystallinske silisium med høy reproduserbarhet og stabilitet.

Det er et tredje mål med foreliggende oppfinnelse å skaffe en anordning til fremstilling av polykrystallinsk silisium, som er velegnet for bruk i metoden ovenfor til å fremstille polykrystallinsk silisium kontinuerlig og stabilt med høy hastighet i lang tid og som vil være usedvanlig nyttig fra et industrielt synspunkt.

Andre mål og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil bli synlige av den følgende beskrivelsen.

Sammendrag av Oppfinnelsen

For å oppnå det første målet har oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse bekreftet at mekanismen for å generere fine korn ved knusingen av polykrystallinsk silisium er basert på spaltingen av polykrystallinsk silisium. Det vil si at siden polykrystallinsk silisium lett spaltes, når en klump oppnådd ved å brekke den ovennevnte silisiumstaven knuses videre for å få granulært polykrystallinsk silisium så blir det lett dannet flak og nålelignende fine korn i store mengder.

Basert på kunnskapen om at genereringen av fine korn ved knusingen kan undertrykkes ved å frembringe en struktur som er tilstrekkelig til å få knust polykrystallinsk silisium ved meget lavere påkjenning enn den nødvendige påkjenningen for å indikere spalting av en polykrystallinsk silisium struktur, ved å benytte en boble-omhyllende struktur som er ukjent i tidligere teknologi som en form for polykrystallinsk silisium, og energien for å knuse silisium kan forår-sakes til å virke som energi til å nedbryte veggen på en boble før den blir applisert på den spaltede overflaten av krystallene, og derved blir det mulig drastisk å redusere proporsjonen av fine korn som må kastes, sammenlignet med de ordinære knuste silisiumproduktene.

For fullt ut å utvikle en effekt oppnådd ved eksistensen av de ovennevnte boblene, har det blitt funnet at det er effektivt å justere mengden av boblene til en verdi som tilsvarer en spesifikk tilsynelatende densitet eller mindre. Foreliggende oppfinnelse har således blitt fullført basert på dette funnet.

Derfor, i samsvar med foreliggende oppfinnelse blir ovennevnte mål og fordeler først oppnådd med oppskummet polykrystallinsk silisium som inneholder bobler deri og har en apparent densitet på 2,20 g/cm3 eller mindre, basert på kunnskapen ovenfor.

Skjønt det er kjent at en gass sjelden oppløses i et smeltet metall slik som en smeltet silisiumvæske, har oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse for å oppnå det andre målet med foreliggende oppfinnelse, funnet at når gassen er hydrogen, kan den oppløses i en viss mengde. Basert på denne kunnskapen har de utført studier og har funnet at etter at hydrogen kommer i kontakt med en smeltet silisiumvæske for å bli oppløst i væsken, blir den smeltede væsken naturlig sluppet som dråper og størknet under spesifikke kjølebetingelser for å få størknet polykrystallinsk sili sium som inneholder hydrogen som eksisterer i dråpene som bobler.

Derfor blir i henhold til foreliggende oppfinnelse for det andre, ovennevnte mål og fordeler med foreliggende oppfinnelse oppnådd ved en metode for fremstilling av oppskummet polykrystallinsk silisium som inneholder hydrogen og som er smeltet i nærvær av hydrogen i 0,2 til 3 sekunder og ned-kjølt til dråper inntil hydrogenet er innesluttet i dråpene .

For å oppnå det tredje målet med foreliggende oppfinnelse har oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse bekreftet at et lavt varmeforbruk kan bli oppnådd når et varmeapparat med en overflate for avsetning av silisium blir utført sylindrisk og avsetningen og smeltingen av silisiumet utføres på den innvendige overflaten av varmeapparatet. De har funnet det følgende. Det er ,basert på prinsippene at silisium ikke vil avsette seg hvis det ikke finnes et gass råstoff i et område oppvarmet til avsetningstemperaturen for silisium, og at silisium ikke vil avsette seg i vesentlig grad hvis området hvor det finnes en gass som råstoff ikke når avsetningstemperaturen, er det mulig kontinuerlig å trekke ut silisium i en smeltet tilstand mens dannelsen av fast silisium på innerveggen av reaktoren blir ekstremt effektivt undertrykket, ved å bruke en klorsilan hvis utgangs-temperatur for avsetning er nærmere silisiums smeltepunkt enn monosilan som en gass som kildematerial, idet man lar materøret til gass kildematerialet åpne seg inn i et sylindrisk varmeapparat slik som varmeapparatet ovenfor, til direkte å levere gass kildematerialet inn i et høy-temperatur område for å utføre avsetningen og smeltingen av silisiumet, idet hydrogen leveres til området og tetningsgass leveres i rommet mellom innmatingsrøret for gass råstoffet og det sylindriske varmeapparatet.

Derfor kan i henhold til foreliggende oppfinnelse den tredje av ovennevnte mål og fordeler med foreliggende opp finnelse oppnås med en produksjonsapparatur for polyrystal-linsk silisium som omfatter: (a) et sylindrisk kar med en åpning som er en uttaksåpning for silisium i den nedre enden; (b) et varmeapparat for å varme opp den indre veggen fra den nedre enden til en ønsket høyde i det sylindriske karet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium; (c) et klorsilan innmatningsrør som er sammensatt av et innerrør med en mindre ytre diameter enn innerdiameteren på det ovennevnte sylidriske karet og sammensatt slik at en åpning i det innvendige røret vender nedover i et rom omgitt av den innvendige veggen oppvarmet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium; og (d) et første materør for tetningsgass for å levere tetningsgass inn i et rom definert av den innvendige veggen på det sylindriske karet og den utvendige veggen på innmat-ningsrøret for klorsilan.

Det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan effektivt oppnås i ovennevnte anordning. Det vil si, siden det finnes hydrogen i avsetnings- og smelteområdet for silisium i ovennevnte anordning, kan hydrogen komme i kontakt med en smeltet silisiumvæske dannet på overflaten av det sylindriske karet som er et varmeapparat, og oppløst i væsken, og det resulterende produktet blir naturlig sluppet fra periferien av åpningen ved den nedre enden av det sylindriske karet som dråper, og dråpene blir mottatt på et egnet kjølemedium og oppsamlet, noe som derved gjør det mulig å fremstille ovennevnte oppskummede polykrystallinske silisium effektivt.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et skjematisk diagram av en grunnleggende utfør-else av produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er et skjematisk diagram av en annen grunnleggende utførelse av produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse; Figur 3 er et skjematisk diagram av en typisk utførelse av produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 4 er et skjematisk diagram av en annen typisk utfø-relse av produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse; Figur 5 er et tverrsnitt av en typisk utførelse av et sylindrisk kar benyttet i produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse; og Figur 6 er et tverrsnitt av en annen typisk utførelse av et sylindrisk kar benyttet i produksjonsapparaturen for polykrystallisert silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse .

Best måte å utføre oppfinnelsen på

Bobler eksisterer i det indre av det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse. En polykrystallinsk silisiumstruktur som inneholder bobler deri, har således hittil vært ukjent, og dette er et viktig trekk i det oppskummede silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Det er, siden det for en polykrystallinsk silisiumstav oppnådd med den ovennevnte Siemens metoden, blir brukt hydrogengass som et råmaterial, men det avsatte polykrystallinske silisiumet er et fast stoff og hydrogenet oppløses ikke i det polykrystallinske silisiumet.

Det er også foreslått en metode hvor silisium blir avsatt ved å bruke hydrogen som et av råstoffene og oppsamlet som en smeltet væske. Siden den smeltede væsken blir trukket utenfor en hydrogen atmosfære og størknet i henhold til metoden, diffunderer hydrogengassen som fantes i det faste stoffet og forsvinner i en smeltet væsketilstand.

Det er videre foreslått en metode for fremstilling av polykrystallinske silisium kimer ved å la silisium dannet i hydrogengass falle ned på en roterende skive i smeltet tilstand og spre den. Siden fornyelsen av overflaten på silisiumdråpen skjer voldsomt når silisiumdråpen spres på denne måten, unnslipper den oppløste hydrogengassen og man kan ikke oppnå oppskummet polykrystallinsk silisium i hvilken den oppløste hydrogengassen har vokst inn i bobler.

Videre, skjønt polykrystallinsk silisium oppnådd ved å bruke monosilan som et kildematerial for gass og voksende polysilisium korn i et fluidisert sjikt inneholder en relativt stor mengde hydrogen, finnes det hydrogen bundet til silisium i det polykrystallinske silisiumet og det kan ikke eksistere som bobler.

Det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan ha hvilken som helst form hvis den inneholder bobler deri. For eksempel, finnes den generelt og foretrukket i form av uavhengige korn uten noen fast form. Det uavhengige kornet har et volum på foretrukket fra 0,01 til 3 cm<3>, spesielt foretrukket fra 0,05 til 1 cm<3>. Kornene oppnådd ved produksjonsmetoden som skal beskrives heretter, kan være i form av et delvis sammensmeltet agglomerat i samsvar med kjølemetoden. Agglomere-ringen kan lett atskilles ved å frigi en sammensmeltet del ved å knuse lett agglomeratet til lett å gi de nevnte uavhengige kornene uten noen fast form.

Det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse er foretrukket en samling av uavhengige korn eller agglomerater av uavhengige korn.

Foretrukket finnes det 50 g eller mer av uavhengige korn hver med en vekt på fra 0,1 til 2 g basert på sammen stil-lingen av uavhengige korn. Mer foretrukket finnes det 80 g eller mer av uavhengige korn hver med en vekt på fra 0,1 til 2 g basert på den samme standarden.

Videre inneholder det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse en rekke uavhengige bobler som finnes i den sentrale delen av kornene.

I foreliggende oppfinnelse tilsvarer mengden bobler i det oppskummede polykrystallinske silisiumet en apparent densitet på 2,20 g/ cm3 eller mindre, foretrukket 2,0 g/ cm<3>eller mindre, og mer foretrukket 1,8 g/ cm<3>eller mindre.

Skjønt den virkelige densiteten til polykrystallinsk silisium er 2,33 g/ cm3 blir den apparente densiteten av denne lavere når det polykrystallinske silisiumet inneholder bobler. Bobler finnes i det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse for å sikre at den apparente densiteten skal bli 2,20 g/ cm<3>eller lavere, og gjør det derved mulig i sterk grad å hindre at det dannes fine korn ved knusing.

I foreliggende oppfinnelse er den apparente densiteten en verdi som er oppnådd fra volumet og vekten av kornene målt med et pyknometer. Avlufting blir utført med en vakuum avluftingsmetode. Mer spesifikt kan man benytte metoden beskrevet i Powder Engineering Handbook (publisert av Nik-kan Kogyo Shimbun 28. februar 1986) på s.51 til 54.

Når det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse blir direkte levert til en smeltedigel for fremstilling av monokrystallinsk silisium som silisium for å bli påfylt på nytt siden den er lett, har den fordelen at en spray av smeltet silisiumvæske knapt blir dannet i smeltedigelen og silisiumet er nyttig selv i en ikke knust tilstand.

I ovennevnte oppskummede polykrystallinske silisium kan det finnes et stort antall uniforme bobler som beskrevet ovenfor, eller det kan finnes en eller flere store bobler. Imidlertid er diameteren på hver boble foretrukket 50 eller mer.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det også frembrakt et knust produkt av det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse ved å gjøre bruk av ovennevnte egenskap hos det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Dette knuste produktet har foretrukket en midlere korndiameter på mer enn 2 00 | og 5 mm eller mindre. Ovennevnte midlere korndiameter er oppnådd ved å benytte en JIS-Z8801 sil. Dette knuste produktet har ofte en bruddsek-sjon brukket i en bobledel av det oppskummede polykrystallinske silisiumet.

Gassen som finnes i boblene hos den polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse, er generelt hydrogengass i samsvar med den produksjonsmetoden som skal beskrives her senere, men er ikke begrenset til denne.

Metoden med å knuse det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse er ikke spesielt begrenset, og det knuste produktet av polykrystallinsk silisium kan oppnås i et høyt utbytte ved å undertrykke dannelsen av fine korn i samsvar med knusemetoden, ved å benytte en kjent knuser slik som en steinknuser eller en pinnemølle.

Produksjonsmetoden for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse er ikke spesielt begrenset, men blir foretrukket utført ved å danne en dråpe av smeltet silisium i en atmosfære av hydrogengass idet man gjør bruk av det faktum at hydrogengass lett oppløses i en smeltet silisiumvæske og naturlig lar dråpene falle ned og kjøler dem til en slik tilstand at hydrogenboblene blir innesluttet i dråpene som beskrevet i ovennevnte metode for fremstilling av polykrystallinsk silisium.

Skjønt smeltende eller smeltet silisium kan komme i kontakt med hydrogengass til å gi smeltet silisium i nærvær av hydrogen i henhold til metoden for fremstilling av polykrystallinsk silisium i samsvar med foreliggende oppfinnelse, blir avsetningen av silisium fra en klorsilan og smeltingen av silisiumet gjennomført samtidig i nærvær av hydrogen for mest effektivt å oppløse hydrogen i en smeltet silisiumvæske.

Ovennevnte klorsilan er foretrukket en klorsilan som inneholder hydrogen i molekylet, slik som triklorsilan eller diklorsilan, for ytterligere å forbedre innholdet av hydrogen i den smeltede silisiumvæsken.

Forholdet av hydrogen til ovennevnte klorsilan kan være et kjent forhold uten begrensninger, men molforholdet av hydrogen til klorsilan blir fortrinnsvis justert til fra 5 til 50 for å danne en hydrogenatmosfære med høy konsentra-sjon.

Denne smeltede silisiumvæsken som inneholder hydrogen, blir naturlig sluppet som dråper og ovennevnte hydrogenbobler blir innesluttet i dråpene i fra 0,2 til 3 sekunder. Metoden med å inneslutte boblene i dråpene er ikke spesielt begrenset, men metoden hvor dråpene kommer i kontakt med et kjølemiddel med en overflatetemperatur på 1100 | eller lavere, foretrukket 1000 eller lavere, og spesielt foretrukket 500 | eller lavere, er effektiv og brukt med fordel i foreliggende oppfinnelse.

I ovennevnte metode er det viktig naturlig å la den smeltede silisiumvæsken falle som dråper. Det vil si at overmettet hydrogengass som finnes i den smeltede silisiumvæsken samler seg og vokser til bobler etter hvert som tiden går. Hvis den smeltede væsken får størkne direkte, vil boblene stige opp på grunn av tyngdekraften og hydrogengassen oppløst i væsken vil ekstremt lett slippe ut.

I kontrast til dette får ovennevnte smeltede silisiumvæske naturlig falle ned for å komme inn i en tilstand uten tyngdekraft hvor det ikke finnes noen flytende kraft, hvorved gassformig hydrogen forblir i dråpene. Denne naturlige falltiden er foretrukket fra 0,2 til 2 sekunder.

I dette tilfelle er det antatt at mekanismen med at boblene forblir i dråpen og samles i senterdelen er som følger. Den er at når den smeltede væsken faller ned fra et basis material som holder den smeltede væsken, har en dråpe et moment avledet fra transformeringen og prøver øyeblikkelig å bli kuleformet på grunn av sin overflatespenning, hvorved momentet avledet fra transformeringen forandrer seg til et roterende vinkelmoment, og sentrifugalkraften blir anvendt på det indre av dråpen ved nevnte roterende bevegelse uten tyngdekraft. Denne sentrifugalkraften erstatter tyngdekraften og en flytende kraft tjener til å dirigere hydrogenboblene som finnes i det indre, mot senterdelen hvorved boblene samler seg i dråpens sentrale del.

Betingelsen for oppsamling av boblene i den sentrale delen beror på den roterende vinkelhastigheten til dråpen og den forløpte tiden. Som med det opprinnelige momentet applisert til dråpen, øker det roterende momentet og vinkelhastigheten siden dråpen skrus lenger når den blir atskilt. Det vil si, etter hvert som adhesjonen mellom den smeltede silisiumvæsken og basis materialet blir større, samles boblene som finnes i dråpen seg hurtigere i senterdelen og forblir der lettere. Når adhesjonen med den smeltede silisiumvæsken blir tatt i betraktning, kan Si02og silisium nitrid bli brukt som basis material, men SiC som har stor fuktningsevne eller et karbon material som har lav initiell fuktningsevne, men lett danner et silicid som øker dets fuktningsevne, blir foretrukket for å fremvise effekten av foreliggende oppfinnelse mer markert.

I ovennevnte metode av foreliggende oppfinnelse må den for-løpte tiden fra det tidspunktet når silisiumdråpen atskilles fra varmeapparatet til det tidspunktet når boblene er innesluttet i dråpen, være en tid hvor boblene kan samle seg i senterdelen av dråpen og bli holdt tilbake i en slik grad at den nevnte apparente densiteten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan bli oppnådd, for eksempel, 0,2 sekunder eller mer, mer foretrukket 0,4 sekunder eller mer, og meget mer foretrukket 0,6 sekunder eller mer.

Siden boblene oppsamlet i sentrum er spredt og unnslipper til utsiden når de blir nedkjølt gradvis, er den ovennevnte tiden 3 sekunder eller mindre, foretrukket 2 sekunder eller mindre.

Tiden fra det tidspunktet når silisiumdråpen atskilles fra varmeapparatet, blir foretrukket gjort litt lenger når silisiumnitrid med dårlig fuktningsevne blir brukt som basis material enn når SiC som kan øke vinkelhastigheten tilstrekkelig, blir brukt, fordi den vinkelhastighet som blir gitt til dråpen, kan forandre seg svakt i samsvar med materialet i varmeapparatet.

I foreliggende oppfinnelse er ikke kjølemidlet spesielt begrenset ved operasjonen med å få kontakt mellom dråpen og kjølemidlet, og det kan være et fast stoff, en væske eller en gass.

Som et foretrukket eksempel på kjølemidlet, blir det brukt et material som ikke vesentlig reagerer med silisium, slik som silisium, kopper eller molybden, og en dråpe av smeltet silisiumvæske slippes ned på kjølemidlet, eller det blir brukt et flytende kjølemiddel som ikke vesentlig reagerer med silisium, slik som flytende silisium tetraklorid eller flytende nitrogen og en dråpe av smeltet silisiumvæske blir sluppet ned i kjølemidlet.

En kjølegass dannet ved å spraye ovennevnte kjølemiddel kan komme i kontakt med dråpen av smeltet silisiumvæske som et kj ølemiddel.

Når det ovennevnte faste kjølemidlet blir benyttet, kan dets overflate bli nedkjølt ved en kjent kjølemetode direkte eller indirekte ettersom det er påkrevet. Det er ett tilfelle hvor dråper av smeltet silisiumvæske slippes ned på kjølemidlet den ene etter den andre og størknet, med det resultat at oppskummet polykrystallinsk silisium blir hopet opp. I dette tilfelle virker den øverste overflaten av det oppskummede polykrystallinske silisiumet som kjølemiddel. For å absorbere støtet når dråpene av smeltet silisiumvæske faller ned på overflaten av kjølemidlet, er overflaten av kjølemidlet foretrukket ujevn. For eksempel finnes det foretrukket korn slik som silisiumkorn på overflaten. I dette tilfelle blir en del av det oppnådde oppskummede polykrystallinske silisiumet foretrukket benyttet som silisiumkorn.

Apparaturen for å gjennomføre metoden i henhold til foreliggende oppfinnelse er ikke spesielt begrenset, men en apparatur som vist som ovennevnte produksjonsapparatur for polykrystallinsk silisium, er foretrukket som apparaturen for å slippe ned smeltede dråper av silisiumvæske kontinuerlig.

Figur 1 og figur 2 er skjematiske diagram av en grunnleggende utførelse av ovennevnte apparatur. Det vil si at pro-duks j onsapparaturen vist i figur 1 og figur 2 omfatter: et sylindrisk kar med en åpning som er en uttaksport for silisium i den nedre enden;

(a) et varmeapparat for oppvarming av innerveggen fra den

nedre enden til en ønsket høyde i det sylindriske karet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium; (b) et innmatningsrør for klorsilan som er sammensatt av et indre rør med en mindre ytre diameter enn den indre diameteren til det nevnte sylindriske karet og sammensatt slik at en åpning i det innvendige røret vender nedover i det rommet som omgis av den innvendige veggen oppvarmet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium; (c) et første innmatningsrør for tetningsgass for å levere tetningsgass til rommet definert av innerveggen til det sylindriske karet og den utvendige veggen av innmatnings-røret for klorsilan; og videre valgfritt (e) et innmatningsrør for hydrogen for å levere hydrogengass inn i ovennevnte sylindriske kar.

Innmatningsrøret for hydrogen kan utelates når hydrogen blir levert fra ovennevnte første innmatningsrør for tetningsgass . 1 produksjonsapparaturen for silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse kan det sylindriske karet ha en åpning 2 som en uttaksåpning for silisium fra hvilken avsatt eller smeltet silisium kan falle ned på utsiden av karet naturlig slik det vil bli beskrevet heretter.

Derfor kan tverrsnittet på det sylindriske karet ha en hvilken som helst form slik som en sirkel eller et polygon. Det sylindriske karet 1 kan formes til å ha et rett løp med det samme tverrsnittet i hvilken som helst posisjon som vist i figur 1 til 3 for å forenkle fremstillingen av det, eller så kan tverrsnittet i en del av karet bli gjort større enn i andre deler som vist i Figur 4 for å forbedre omdanningen av en klorsilan til silisium (kan heretter enkelt bli henvist til som "omdanning") ved å forlenge opp-holdstiden for reaksjonsgassen. I mellomtiden kan den åpne tilstanden til åpningen 2 i det sylindriske karet 1 være slik at det er rett åpent som vist i Figur 1 eller det kan dannes et innsnevret område for å redusere diameteren gradvis mot den nedre enden.

Når åpningen 2 i det sylindriske karet kan bli anordnet slik at dets periferi blir horisontal, kan smeltede dråper av silisiumvæske slippes ut uten noe problem. Imidlertid blir åpningen foretrukket anordnet slik at dets periferi får en helling som vist i Figur 5 eller dets periferi er bølgeformet som vist i Figur 6 noe som derved gjør det mulig å gjøre diametrene på de smeltede dråpene av silisiumvæske som faller fra periferien av åpningen 2, uniforme.

Videre, for å lage uniforme diametre på de smeltede dråpene av silisium uavhengig av formen på periferien til nevnte åpning, blir åpningen foretrukket tilspisset ved å redusere tykkelsen mot enden.

Siden det sylindriske karet 1 ovenfor blir oppvarmet til 1430 I eller mer, og innsiden av karet kommer i kontakt med et klorsilan eller en smeltet silisiumvæske, er det ønskelig å velge et material som kan tåle ovennevnte tempe-raturbetingelser og en substans i kontakt dermed for stabil produksjon av silisium i lang tid.

Eksempler på materialet innbefatter individuelle materialer slik som karbonmaterialer inklusive grafitt og keramiske material innbefattet silisiumkarbid (SiC), silisiumnitrid (Si3N,j) bornitrid (BN) og aluminiumnitrid (A1N) , og kompo-sittmaterial av disse.

Det er spesielt foretrukket for kontinuerlig industrielt bruk at et karbonmaterial blir brukt som basismaterial og at minst en kontaktdel med smeltet silisiumvæske skal bli dekket med silisiumnitrid, bornitrid eller silisiumkarbid for betydelig å øke levetiden til det sylindriske karet.

I produksjonsapparaturen for silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse, er det sylindriske karet 1 over utstyrt med et varmeapparat 3 for oppvarming av veggen på det sylindriske karet 1 fra den nedre enden til en ønsket høyde, til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium. Bredden som skal oppvarmes til ovennevnte temperatur, det vil si, høyden på varmeapparatet 3 fra den nedre enden av det sylindriske karet 1 kan passende bli bestemt i betraktning av størrelsen på det sylindriske karet og ovennevnte oppvarmingstemperatur og videre mengden klorsilan som skal mates inn. Som området til det sylindriske karet som skal oppvarmes med varmeapparatet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium, er lengden fra den nedre enden generelt 20 til 90%, foretrukket 30 til 80% av den totale lengden av det sylindriske karet 1.

En hver kjent oppvarmingsmåte kan brukes som varmeapparat 3 hvis den kan varme opp den innvendige veggen på det sylindriske karet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet til silisium, som er 1430 | eller mer.

Varmeapparatet er for eksempel en anordning for å varme opp innerveggen på det sylindriske karet ved ekstern energi som vist i Figur 1. Mer spesifikt gjør varmeapparatet bruk av høye frekvenser, og varmeapparater som gjør bruk av en oppvarmende streng og varmeapparater som gjør bruk av infrarød stråling kan benyttes.

Av disse er varmeapparat som gjør bruk av høye frekvenser foretrukket fordi det sylindriske karet kan oppvarmes til en jevn temperatur mens formen på den oppvarmende spolen som genererer høye frekvenser, kan gjøres enkel.

I produksjonsapparaturen for silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse blir innmatningsrøret 5 for klorsilan brukt direkte til å levere en klorsilan A til området 4 som er omgitt av innerveggen til det sylindriske karet 1 oppvarmet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet til silisium og er åpent i rommet 4 i en retning nedad. Begrepet "nedad" indikerer at retningen til innmatningsrø-ret for klorsilan 5 ikke er begrenset bare til en vertikal retning, men innbefatter et tilfelle hvor innmatningsrøret for klorsilan 5 er åpent slik at innmatet klorsilan ikke kommer i kontakt med åpningen igjen. Imidlertid er det mest foretrukket at innmatningsrøret for klorsilan 5 blir installert i en retning perpendikulært på planet.

Klorsilanet levert fra innmatingsrøret 5 for klorsilan har en høyere termisk dekomponeringstemperatur enn monosilan som er en annen kilde til silisium. Selv om innsiden av røret blir oppvarmet i rommet 4 til det sylindriske karet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium, dekomponerer klorsilanet ikke voldsomt, men kjø-ling blir foretrukket utført for å hindre nedbrytning av materøret av temperaturen eller dekomponering av klorsilanet selv om denne er liten i mengde.

Skjønt kjølemetoden ikke er spesielt begrenset, kan det anordnes en væskemantel for kjøling ved å danne en strøm-ningspassasje for et kjølemiddel slik som vann eller olje som varmemedium for å levere den fra Di og tømme den fra D2som vist i Figur 1 eller en mantel for luftkjøling (ikke vist) for å kjøle ned en senterdyse ved å danne to eller flere fler-rings dyser i innmatningsrøret for klorsilan for å levere et klorsilan fra en sentral del og spyle kjølegass fra den ytre ringdysen.

Med hensyn til temperaturen for nedkjøling av klorsilan innmatningsrøret, kan klorsilan innmatningsrøret kjøles i en slik grad at materialet som danner innmatningsrøret ikke nedbrytes i noen vesentlig grad, generelt en temperatur lavere enn selv-destruksjonstemperaturen for innmatet klorsilan. Klorsilan innmatningsrøret blir foretrukket nedkjølt til 60o(; eller lavere. Mer spesifikt, når TCS eller silisium tetraklorid (SiCl4, heretter forkortet til STC) blir brukt som råstoff, blir det foretrukket nedkjølt til 80o(l eller lavere, mer foretrukket 60o(l eller lavere, og mest foretrukket 30o(l eller lavere.

Det samme materialet som i det sylindriske karet 1, kvarts-glass, jern og rustfritt stål kan benyttes som material i klorsilan innmatningsrøret 5.

I en annen utførelse av produksjonsapparaturen for silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse hvor det blir anordnet en utvidet del av det sylindriske karet som vist i figur 4, blir åpningen til ovennevnte innmatningsrør for klorsilan foretrukket installert i rommet med den utvidete delen. Derved kan åpningen atskilles fra den oppvarmede innerveggen og nedkjølingen kan enkelt utføres for å hindre dekomponering av silisium på innmatningsrøret for klorsilan .

I foreliggende oppfinnelse er det første innmatningsrøret 7 for tetningsgass anordnet for å levere tetningsgass B til rommet som er definert av innerveggen til det sylindriske karet som finnes over åpningen til innmatningsrøret 5 for klorsilan, og den utvendige veggen til klorsilanets innmat-ningsrør. Det vil si at i foreliggende oppfinnelse blir et klorsilan matet inn som råstoff, direkte levert til en høy-temperatursone hvor det skjer en smelting av silisium for å hindre avsetning av fast silisium ved at den kommer i kontakt med et lav-temperatur område hvor silisium kan bli avsatt, men ikke smeltet på innerveggen av det sylindriske karet. Imidlertid finnes det en lignende lavtemperatur sone i rommet utformet av innerveggen til det sylindriske karet og den utvendige veggen til innmatningsrøret for klorsilan.

I apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse kan derfor avsetningen av fast silisium ved innføring av en blandet gass av klorsilan og hydrogen effektivt bli forhindret ved å anordne det første innmatningsrøret for tetningsgass 7 så det mater inn tetningsgass i det ovennevnte rommet til å fylle tetningsgass i det rommet hvor man har det ovennevnte lav-temperatur området.

I foreliggende oppfinnelse er ikke det første innmatnings-røret 7 for tetningsgass spesielt begrenset hvis det er plassert over åpningen til klorsilanets innmatningsrør 5, men det blir foretrukket festet til veggen av det sylindriske karet hvor man ikke har oppvarmingen 3.

Tetningsgassen levert fra det første innmatningsrøret 7 for tetningsgass er fortrinnsvis en gass som ikke danner silisium og ikke har en dårlig inflytelse på dannelsen av silisium i området hvor det finnes klorsilan. Spesifikt blir det foretrukket en inert gass som argon eller helium, eller hydrogen som skal beskrives senere.

I dette tilfelle vil det være tilstrekkelig at det leveres tetningsgass i en slik grad at det opprettholdes et trykk som er slik at tetningsgassen alltid fyller rommet hvor man har ovennevnte temperaturgradient. For å redusere innmat-ningen av tetningsgass kan formen på det sylindriske karet 1 eller formen på den utvendige veggen av innmatningsrøret for klorsilan bestemmes for å redusere arealet på hele tverrsnittet eller den nedre delen.

I produksjonsapparaturen for silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse er innmatningsrøret for hydrogen for å levere hydrogen som skal brukes i en avsetningsreaksjon sammen med klorsilanet, ikke spesielt begrenset hvis det er åpent i en posisjon hvor det kan levere hydrogen inn i ovennevnte rom 4 i det sylindriske karet uavhengig av inn-matningsrøret 5 for klorsilan.

Derfor blir innmatningsrøret for hydrogen foretrukket

installert i en posisjon hvor reaksjonen mellom hydrogen og klorsilan kan utføres effektivt i betraktning av strukturen og størrelsen på det sylindriske karet 1 som utgjør produksjonsapparaturen for silisium. Uttrykt mer spesifikt, i

Figur 1 er det foretrukket å mate inn hydrogen C fra det første innmatningsrøret 7 for tetningsgass som tetningsgass. Som vist i Figur 2 kan innmatningsrøret 8 for hydrogen for å levere hydrogen bli forbundet med sideveggen på det sylindriske karet 1. Som en naturlig sak kan disse to utførelsene bli kombinert.

Som beskrevet over er produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelsekarakterisert vedat: (1) avsetningen og smeltingen av silisium blir utført på den indre veggen av det sylindriske karet, (2) innmatningsrøret for klorsilan stikkes inn i smelte-regionen for silisium på innsiden av det sylindriske karet, (3) det blir matet inn tetningsgass i rommet mellom det sylindriske karet og innmatningsrøret for klorsilan.

I samsvar med ovennevnte trekk (1) kan varmeeffektiviteten av en oppvarmet overflate for å avsette og smelte silisium sterkt og fordelaktig økes industrielt.

På grunn av en kombinasjon av trekkene (2) og (3) kan fast silisium fullstendig bli forhindret fra å bli avsatt uten å være smeltet i apparaturen.

I produksjonsapparaturen for silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse er andre strukturer ikke spesielt begrenset, men en foretrukket utførelse er gitt under. For eksempel er i det minste åpningen i den nedre enden av det sylindriske karet foretrukket dekket av et lukket kar 10 forbundet med et uttømmingsrør for avløpsgass 12 for effektivt å samle opp avløpsgass som genereres i det sylindriske karet 1 og for å samle opp smeltede dråper av silisium som faller ned fra åpningen 2 i det sylindriske karet ved å få dråpene til å størkne ved kjøling uten at de kommer i kontakt med luften utenfor. Derved kan man industrielt oppnå silisium med høy renhet.

En typisk utførelse av det lukkede karet 10 ovenfor er vist i Figur 3 og Figur 4. Foretrukket er åpningen 2 som er en uttaksåpning for silisium i det sylindriske karet 1, dekket, det er dannet et kjølerom 15 i hvilket en smeltet silisiumvæske kan falle ned, og det er anordnet et uttøm-mingsrør for gass for å fjerne avløpsgass.

Det lukkede karet 10 ovenfor kan bli anordnet slik at det dekker den nedre enden av det sylindriske karet på en slik måte at det stikker ut et endestykke av åpningen 2 av det sylindriske karet 1. For eksempel kan det forbindes med den utvendige veggen på det sylindriske karet nær åpningen. Imidlertid, siden det er meget sannsynlig at lav-temperatur sonen over hvor fast silisium skilles ut, finnes på overflaten av det lukkede karet i en posisjon bort fra kop-lingsposisjonen, som vist i figur 3 og figur 4, blir det foretrukket koplet til den utvendige veggen på en øvre del av det sylindriske karet bort fra høy-temperatur området, inklusive åpningen, eller anordnet til å dekke hele det sylindriske karet.

Klorsilanet som finnes i gassen som blåses ut fra det sylindriske karet 1, er nær en stabil gassammensetning fra hvilken silisium ikke avsettes lenger, og selv om silisium avsettes fra denne, er mengden meget liten.

Imidlertid, for å hindre fast silisium fra å avsette seg på det lukkede karet 10 så meget som mulig, som vist i figur 3 og Figur 4 er det fortrinnsvis anbrakt et andre tetningsgass innmatningsrør 22 for å levere tetningsgass E til rommet definert av den ytre veggen til det sylindriske karet og den indre veggen til det lukkede karet.

Typen og leveringen av ovennevnte tetningsgass kan bestemmes på samme måte som når tetningsgassen blir matet inn i det første innmatningsrøret 7 for tetningsgass.

I ovennevnte utførelse er den linære hastigheten av tetningsgassen som sirkulerer rundt det sylindriske karet 1, innstilt på minst 0,1 m/ s, foretrukket 0,5 m/ s, og mest foretrukket 1 m/ s eller mer for fullt ut å oppnå effekten av tetningsgassen.

Materialet i det lukkede karet 10 blir hensiktsmessig valgt fra metalliske material, keramiske material og glassmateri-aler, men innsiden av et oppsamlingskammer laget av metall blir fortrinnsvis foret med silisium, Teflon eller kvarts-glass for å få en fast industriell apparatur og samtidig samle opp silisium med høy renhet.

Avløpsgassen etter reaksjonen i det sylindriske karet 1 blir tatt ut fra gass avløpsrøret 12 anbrakt i det lukkede karet 10.

Det smeltede silisiumet som er sluppet fra det sylindriske karet 1, blir nedkjølt mens det faller ned i kjølerommet 15 i det lukkede karet 10 eller når den kommer i kontakt med et kjølemiddel som finnes på bunnen, lagret i den nedre delen av karet som fast silisium 23 og nedkjølt til en temperatur ved hvilken det er lett å håndtere. Når kjølerommet ovenfor er utformet langs hele lengden blir det oppnådd granulert silisium, og når kjølerommet er kort, får man elastisk deformert fast silisium ved støtet på dråpene.

Det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan effektivt produseres ved passende å innstille lengden på rommet 15 hvor smeltet silisiumvæske som blir dannet i nærvær av hydrogen på innerveggen av det sylindriske karet, blir naturlig sluppet som dråper og betingelsene for kjøling av bunnen tjener som et kjølemiddel .

Det er foretrukket å anordne et kjølegass H innmatningsrør 13 for å fremme kjølingen. Ikke vist i figuren finnes det et fast eller flytende kjølemiddel ved bunnen av det luk kede karet 10 separat for å kjøle de smeltede silisiumdrå-pene kraftigere ettersom det er påkrevd. Silisium, kopper eller molybden kan benyttes som det faste kjølemidlet. Flytende silisium tetraklorid eller flytende nitrogen kan brukes som det flytende kjølemidlet.

En uttaksåpning 17 for kontinuerlig eller periodisk uttøm-ming av fast silisium kan anordnes i det lukkede karet 10 som det er påkrevet. Når silisium blir oppnådd i en delvis agglomerert tilstand, er det foretrukket å adoptere en slik struktur at den nedre delen av det lukkede karet kan bli byttet ut.

For å kjøle ovennevnte silisium mer effektiv blir det lukkede karet 10 fortrinnsvis utstyrt med en kjøleenhet 14. Som vist i Figur 3 og Figur 4 er en væskemantel det som foretrekkes hvor det blir dannet en strømningspassasje for å sirkulere en kjølevæske som vann, et varmemedium som olje eller en alkohol fra Futil F12, fra F21til F22eller fra F31til F32blir dannet for å kjøle silisiumet.

Som vist i Figur 3 og Figur 4, når det lukkede karet 10 blir koplet sammen med en øvre del av det sylindriske karet, kan kjøleenheten ha en passende mantelstruktur for å beskytte materialet slik at et kjølemiddel slik som et varmemedium som olje, kan bli sirkulert. Når materialet har varmemotstand kan en adiabator benyttes for å forbedre varmeeffekten, og derved gjøre det mulig å få varmeisole-ring.

Som forstått av beskrivelsen ovenfor genererer det oppskummede polykrystallinske silisiumet i henhold til foreliggende oppfinnelse en ekstremt liten mengde fine korn ved knusing for fremstilling av granulært polykrystallinsk silisium, og den er myk før knusingen og usedvanlig nyttig som en silisiumkilde på forskjellige områder hvor forskjellige polykrystallinske silisiumer anvendes.

Metoden for fremstilling av oppskummet polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse er i stand til å produsere oppskummet polykrystallinsk silisium med høy reproduserbarhet og stabilitet når den utføres i industriell skala.

Videre er produksjonsapparaturen for polykrystallinsk silisium i henhold til foreliggende oppfinnelse velegnet til bruk i ovennevnte metode for fremstilling av oppskummet polykrystallinsk silisium og er en industrielt usedvanlig nyttig apparatur i stand til kontinuerlig å produsere polykrystallinsk silisium innbefattet andre polykrystallinske silisium enn ovennevnte, stabilt ved høy hastighet og i lang tid.

Eksempler

De følgende eksemplene er fremlagt for det formål ytterligere å illustrere foreliggende oppfinnelse, men de skal ikke på noen måte betraktes som begrensende.

Korndiameteren ble målt i samsvar med JIS-Z8801.

Eksempel 1

En produksjonsapparatur for polykrystallinsk silisium til-svarende apparaturen vist i Figur 3, ble konstruert for å produsere polykrystallinsk silisium kontinuerlig som føl-ger .

En høy-frekvens induksjons varmespiral ble montert som varmeapparat 3 rundt et sylindrisk kar 1 av silisium karbid med en åpning 2 i den nedre delen og en innerdiameter på 25 mm og en lengde på 50 cm fra en posisjon 10 cm fra toppen til den nedre enden av det sylindriske karet 1. Et innmat-ningsrør for klorsilan 5 av rustfritt stål med en innerdiameter på 10 mm og en utvendig diameter på 17 mm og en mantelstruktur gjennom hvilken en væske kan bli sirkulert som vist i Figur 2 ble stukket inn i det sylindriske karet 1 til en høyde på 15 cm fra den øvre enden av det sylindriske karet. Det lukkede karet 10 hadde en innerdiameter på 500 mm og en lengde på 3 m og var laget av rustfritt stål.

Periferien av den nedre enden av det ovennevnte sylindriske karet hadde en form som vist i figur 5.

Vann fikk passere gjennom kjølekappen til innmatningsrøret for klorsilan for å holde innsiden av røret på 5o(l eller lavere, og vann fikk også passere gjennom den nedre mante-len til det lukkede karet 10, hydrogengass ble sirkulert ved en øvre del av det sylindriske karet 10 og innmatnings-røret 11 for tetningsgass ved en øvre del av det lukkede karet 10 med en hastighet på 5 liter/min, og deretter ble det høy-frekvente varmeapparatet aktivert til å oppvarme det sylindriske karet 1 til 150o(l. Det innvendige trykket i karet var tilnærmet atmosfæretrykk.

Når triklorsilan ble matet inn i innmatningsrøret for klorsilan med en hastighet på 10 g/min, ble det observert at granulære silisium dråper med nesten samme diameter falt ned naturlig med en hastighet på ca 0,6 g/min. I dette tilfelle var omdanningen av triklorsilan ca 30%.

Den smeltede silisiumvæsken ble atskilt og sluppet ut av åpningen i det sylindriske karet. På dette punktet hadde enden på åpningen i den nedre delen av det sylindriske karet blitt fullstendig fuktet med silisium, og overflaten var dekket med silisium.

Da driften ble stoppet og innsiden av apparaturen åpnet og undersøkt etter at reaksjonen hadde fortsatt i 50 timer, var det ikke skjedd noen blokkering med silisium.

Ovennevnte atskilte og smeltede silisiumvæske som ble sluppet ut, fikk naturlig falle ned og komme i kontakt med en kjøleakseptor 9 installert ved bunnen av det lukkede karet 7 i løpet av 0,5 sekunder.

Kjøleakseptoren 9 ble nedkjølt ved å fylle de tidligere oppnådde skummede polykrystallinske silisiumkornene deri for å holde dets overflatetemperatur på 30o(l-

Den apparente densiteten for det oppnådde skummede polykrystallinske silisiumet var 1,66 g/cm<3>.

Når det ovennevnte oppskummede polykrystallinske silisiumet ble knust, fikk man korn uten noen bestemt form og et midlere kornvolum på 0,1 cm3. Når hvert korn ble nedbrutt med en hammer, ble det observert et stort antall hulrom dannet av bobler på den brukkne snittflaten. Da silisium-kornet ble polert med en diamant for å undersøke dets tverrsnitt, fant man et stort antall hulrom dannet av bobler med en diameter på fra 0,5 til 1 mm i den sentrale delen.

Da 100 g av kornene ovenfor av oppskummet polykrystallinsk silisium ble knust til en maksimal korndiameter på 2mm eller mindre med en steinknuser for å måle korndiameteren til det knuste produktet med SK Laser PRO-7000, et måle-instrument (fra Seishin Kogyo Co., Ltd) for kornstørrelses fordeling ved diffraksjons spredning, var forholdet av fine korn som passerte gjennom en sil med en åpning på 180 mindre enn 0,05 %.

Eksempel 2

Oppskummet polykrystallinsk silisium ble fremstilt ved de samme betingelsene som i Eksempel 1 bortsett fra at en smeltet silisiumvæske ble dannet fra silisium tetraklorid som råstoff.

Da den apparente densiteten av de størknede kornene ble målt, var den 2,05 g/cm<3>.

Da korndiameteren til det knuste produktet fremstilt på samme måte som i Eksempel 1, ble målt, var forholdet av fine korn som passerte gjennom en sil med en åpning på 180 I 0,2%.

Eksempel 3

En smeltet silisiumvæske ble dannet ved å fylle et sylindrisk kar av grafitt med et hull i den nedre delen med fast silisum og oppvarme til 150o|: med høy frekvens i en hydrogenatmosfære i stedet for at en smeltet silisiumvæske ble dannet ved å la triklorsilan reagere med hydrogen. Videre, etter at den var holdt i smeltet tilstand i 30 minutter i nærvær av hydrogen, ble den påtrykket hydrogen ovenfra og sluppet ut av hullet i den nedre delen.

De atskilte og sluppede smeltede dråpene av silisiumvæske fikk falle ned naturlig og komme i kontakt med en kjøleak-septor 9 installert i den nedre delen i løpet av 0,5 sekunder .

Kjøleakseptoren 9 ble nedkjølt ved å fylle de tidligere oppnådde skummede polykrystallinske silisiumkornene deri og holde dets overflatetemperatur på 30o(l.

Da den apparente densiteten ble målt, var den 2,11 g/cm<3>.

Da korndiameteren til det knuste produktet fremstilt på samme måte som i eksempel 1, ble målt med SK laseren var forholdet av fine korn som passerte gjennom en sil med en åpning på 180 |, 0,2%.

Sammenlignende eksempel 1

Polykrystallinsk silisium ble fremstilt under samme betingelser som i eksempel 1 bortsett fra at den forløpte tiden før kornene kom i kontakt med kjøleakseptoren, var 0,05 sekunder. Synlige bobler ble ikke observert i de fremstilte polykrystallinske silisiumkornene. Den apparente densiteten til kornene var 2,25 g/cm<3>.

Da korndiameteren til det knuste produktet, fremstilt på samme måte som i eksempel 1 ble målt, var forholdet av fine korn som passerte gjennom en sil med en åpning på 180 1%.

Sammenlignende eksempel 2

En kvartsplate oppvarmet til 135o(l med et varmeapparat installert i den nedre delen, ble brukt som kjøleakseptor for gradvis å nedkjøle kornene i eksempel 1.

Bobler fantes ikke i dette silisiumet. Den apparente densiteten til kornene var 2,33 g/ cm<3>.

Da korndiameteren til det knuste produktet fremstilt på samme måte som i eksempel 1 ble målt, var forholdet av fine korn med en diameter på 200 | eller mindre 2%.

Sammenlignende eksempel 3

Et innmatningsrør for klorsilan 5 av rustfritt stål med en innerdiameter på 10 mm og en utvendig diameter på 17 mm og kjølekappe strukturen 6 i eksempel 1, ble stukket inn til en høyde 5 cm fra toppen av det sylindriske karet. Operasjonen ble utført under samme betingelser som i eksempel 1.

Eksempel 1.

Granulært silisium kunne fremstilles med en hastighet på 0,6 g/min i begynnelsen av kjøringen, men etter 15 timer ble det vanskelig å mate inn triklorsilan og tetningshydro-gen.

Da apparaturen ble åpnet og inspisert etter stansen, var en øvre del og en del rundt innsiden av det sylindriske karet nesten blokkert. Det blokkerende materialet var silisium.

Eksempel 4

Granulært silisium ble fremstilt kontinuerlig ved å kon-struere en produksjonsapparatur for silisium vist i figur 4 som følger.

En høy-frekvent induksjons varmespiral ble montert som varmeapparat 3 på et sylindrisk kar 1 av silisiumkarbid med en total lengde på 50 cm rundt en posisjon 10 cm fra den øvre enden til den nedre enden, i hvilken innerdiameteren til den innstukkne delen av innmatningsrøret 5 for klorsilan og åpningen 2 var 25 mm og innerdiameteren til et 20 cm senterstykke var utvidet til 50 mm og en konisk del var utformet så lang som 5 cm. Det rustfrie innmatningsrøret for klorsilan 5 med en mantelstruktur i stand til å sirkulere en væske og en innerdiameter på 10 mm og en utvendig diameter på 17 mm vist i figur 2, ble stukket inn i det sylindriske karet 1 til en høyde på 15 cm fra den øvre enden. Det lukkede karet 10 var laget av rustfritt stål og hadde en innerdiameter på 750 mm og en lengde på 3 m.

Periferien til den nedre enden av det ovennevnte sylindriske karet hadde en form som vist i figur 6.

Vann fikk passere gjennom kjølemantelen til klorsilan inn-matningsrøret for å holde innsiden av røret på 5o(l eller lavere, vann fikk også passere gjennom den nedre kappen til det lukkede karet, hydrogengass ble sirkulert fra innmat-ningsrøret for hydrogen 14 ved en øvre del av det sylindriske karet 1 og innmatningsrøret 21 for tetningsgass ved en øvre del av det lukkede karet 10 med en hastighet på 5 liter/ min, og deretter ble den høy-frekvente oppvarmeren aktivert for å varme opp det sylindriske karet til 150o|l. Det innvendige trykket i karet var henimot atmosfæretrykk. Da triklorsilan ble matet inn i innmatningsrøret 5 for klorsilan, ble det observert at dråper av granulært silisium med omtrent samme diameter falt ned naturlig med en hastighet på ca 1 g/min. I dette tilfelle var omdanningen av triklorsilan omtrent 50 %.

Da driften ble stanset og innsiden av apparaturen åpnet og inspisert etter at reaksjonen var fortsatt i 50 timer, var det ingen blokkering med silisium.

Claims

1. Produksjonsapparatur for polykrystallinsk silisium, karakterisert ved at det omfatter: (a) et sylindrisk kar med en åpning som er en uttaksåpning for silisium i den nedre enden; (b) et varmeapparat for å varme opp den innvendige veggen fra den nedre enden til en ønsket høyde i det sylindriske karet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium; (c) et klorsilan innmatningsrør som er sammensatt av et innerrør med en mindre ytre diameter enn innerdiameteren på det sylindriske karet og anordnet slik at en åpning i det innvendige røret vender nedad i et rom omgitt av den innvendige veggen oppvarmet til en temperatur lik eller høyere enn smeltepunktet for silisium; og (d) et første tetningsgass innmatningsrør for å mate inn tetningsgass i et rom definert av innerveggen til det sylindriske karet og ytterveggen til klorsilan innmatnings-røret .

2. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter (e) et hydrogeninnmatningsrør for levering av hydrogengass til det ovennevnte sylindriske karet.

3. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at en kjøleakseptor for å motta dråper som faller ned fra den nedre enden av det sylindriske karet er anordnet i en nedre del av det sylindriske karet med et rom derimellom.

4. Produksjonsapparatur for polykrystallinsk silisium ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det videre omfatter et lukket kar som dekker i det minste en del av den nedre enden på det sylindriske karet, danner et rom i den nedre delen av det sylindriske karet og er utstyrt med et uttømmingsrør for avløpsgass, og et andre innmatningsrør for tetningsgass for å mate inn tetningsgass i et rom definert av den utvendige veggen på det sylindriske karet og innerveggen på det lukkede karet.