RU2451635C2 - Способ получения высокочистого элементного кремния - Google Patents
Способ получения высокочистого элементного кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451635C2 RU2451635C2 RU2010107275/05A RU2010107275A RU2451635C2 RU 2451635 C2 RU2451635 C2 RU 2451635C2 RU 2010107275/05 A RU2010107275/05 A RU 2010107275/05A RU 2010107275 A RU2010107275 A RU 2010107275A RU 2451635 C2 RU2451635 C2 RU 2451635C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alkali
- earth metal
- silicon
- alkaline earth
- chloride salt
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 37
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 claims abstract description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 26
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 13
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 alkaline earth metal salt Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical group [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims 1
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 abstract 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 26
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001617 alkaline earth metal chloride Chemical class 0.000 description 6
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000010454 slate Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/02—Silicon
- C01B33/021—Preparation
- C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
- C01B33/033—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by reduction of silicon halides or halosilanes with a metal or a metallic alloy as the only reducing agents
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения высокочистого элементного кремния с помощью реакции тетрахлорида кремния с жидким металлическим восстанавливающим агентом при использовании двухреакторной установки. Способ включает следующие стадии: загрузку в первый реакционный аппарат жидкого тетрахлорида кремния и щелочного или щелочноземельного металлического восстанавливающего агента в жидкой форме при температурах ниже температуры кипения данного щелочного или щелочно-земельного металла, в результате чего получают смесь хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла и элементного кремния, и отделение хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла от элементного кремния во втором реакционном аппарате, при этом смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температуры выше температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла; с использованием воды для растворения хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла во втором реакционном аппарате или путем нагрева второго реакционного аппарата до температур в диапазоне от 600°С до температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла с применением вакуума ниже 100 микрон с целью удаления соли щелочного или щелочно-земельного металла. Получаемый элементный кремний обладает чистотой, достаточной для производства кремниевых фотоэлектрических генерирующих устройств и других полупроводниковых устройств. 3 н. и 10 з.п. ф-лы.
Description
Притязание на приоритет
Настоящая заявка притязает на приоритет от предварительной заявки на патент Соединенных штатов под номером 60/953450, зарегистрированной 1 августа 2007, раскрытие которой включено, таким образом, в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения высокочистого элементного кремния с помощью реакции тетрахлорида кремния с жидким металлическим восстанавливающим агентом при использовании двухреакторной установки.
Уровень техники
Тетрахлорид кремния (SiСl4) доступен в продаже. Например, Sigma-Aldrich продает 99%-ный SiCl4 в 200-л количествах по $4890,00 (см. каталог 2007-2008, позиция №215120-200L). От этого и других коммерческих источников можно приобрести и другие количества, и с другими степенями чистоты.
Однако с учетом высокой стоимости очищенного SiCl4 способ настоящего изобретения включает дополнительную необязательную стадию образования SiCl4 из одного или более кремнийсодержащих материалов, таких, например, как кремнистый сланец (см. патент США №1858100) и кварцевая мука, кремнеземная пыль, порошкообразный кварцевый песок и рисовая шелуха (см. патент США №4237103). Известны и другие легкодоступные кремнийсодержащие материалы.
Краткое раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к способу получения высокочистого элементного кремния с помощью реакции тетрахлорида кремния (или эквивалентного тетрагалогенида) с жидким металлическим восстанавливающим агентом в двухстадийной реакции. Первая стадия включает в себя восстановление тетрахлорида кремния до элементного кремния, в результате чего образуется смесь элементного кремния и одной или более хлоридных солей восстановительного металла. Вторая стадия включает отделение элементного кремния от хлоридных солей восстановительного металла. В некоторых вариантах осуществления для этих переработочных стадий используют два реакционных аппарата.
В предпочтительных вариантах осуществления получаемый способом настоящего изобретения элементный кремний обладает чистотой, достаточной для производства кремниевых фотоэлектрических генерирующих устройств и других полупроводниковых устройств.
Один из предпочтительных способов настоящего изобретения включает следующие стадии:
(a) загрузка в реактор тетрахлорида кремния и щелочного или щелочно-земельного металлического восстанавливающего агента при температурах ниже температуры кипения данного щелочного или щелочно-земельного металла, в результате чего получают смесь хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла и элементного кремния, и
(b) отделение хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла от элементного кремния.
Перед стадией (а) возможна предварительная стадия, на которой осуществляется хлорирование кремнийсодержащего материала с образованием тетрахлорида кремния. Особо предпочтительным кремнийсодержащим материалом является песок (SiO2). В качестве источника кремния для восстановления предпочтительным материалом является SiCl4.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения тетрахлорид кремния и щелочной или щелочно-земельный металлический восстанавливающий агент загружают в реакционный аппарат в виде жидкостей.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения смесь хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла и тетрахлорида кремния разделяют с помощью нагрева смеси во втором реакционном аппарате выше температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения смесь хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла и тетрахлорида кремния разделяют с использованием воды для растворения хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла во втором реакционном аппарате.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения смесь хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла и тетрахлорида кремния разделяют с помощью нагрева второго реакционного аппарата до температур от 600°С до температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочно-земельного металла с применением вакуума ниже 100 микрон с целью удаления соли щелочного или щелочно-земельного металла.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения щелочным или щелочно-земельным металлическим восстанавливающим агентом являются натрий, калий, магний, кальций или комбинация из двух или более этих металлов.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения щелочным или щелочно-земельным металлическим восстанавливающим агентом является металлический натрий.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения получаемый настоящим способом элементный кремний обладает чистотой не менее 99,9%.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения получаемый настоящим способом элементный кремний обладает чистотой не менее 99,99%.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения получаемый настоящим способом элементный кремний обладает чистотой не менее 99,999%.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения получаемый настоящим способом элементный кремний обладает чистотой не менее 99,9999%.
Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления
Как было указано выше, один из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения представляет собой способ получения высокочистого элементного кремния с помощью реакции тетрахлорида кремния с жидким металлическим восстанавливающим агентом в двухстадийном процессе. Первая стадия применяется для восстановления тетрахлорида кремния до элементного кремния, в результате чего образуется смесь элементного кремния и хлоридной соли восстановительного металла, в то время как для отделения элементного кремния от хлоридной соли восстановительного металла применяется второй реакторный аппарат. Получаемый с использованием настоящего изобретения элементный кремний обладает чистотой, достаточной для производства кремниевых фотоэлектрических генерирующих устройств и других полупроводниковых устройств.
Жидкий металлический восстанавливающий агент может быть любым из щелочных и щелочно-земельных металлов, предпочтительно натрием, калием, магнием, кальцием или смесью двух или более из этих металлов.
В некоторых вариантах осуществления, в которых в качестве жидкого металлического восстанавливающего агента использован натрий, реакционные потоки могут вводиться в реакторный аппарат 1 любым из двух способов.
Первый способ состоит во введении реагирующих веществ в реакторный аппарат 1 в виде парообразного и жидкого сырьевых потоков, например парообразный тетрахлорид кремния подается в реакторный аппарат 1 и восстанавливается с использованием жидкого металлического натрия при температурах выше 100°С.
Второй способ ввода реагирующих веществ, который является предпочтительным, состоит во введении реагирующих веществ в реакторный аппарат 1 в виде жидких сырьевых потоков, например жидкий тетрахлорид кремния подается в реакторный аппарат 1 при температурах от 0 до 70°С, подвергается воздействию давления от 1 до 10 атм и восстанавливается жидким натрием при температурах выше 100°С.
При обоих способах ввода реагирующих веществ получаемый в результате продукт включает смесь элементного кремния и хлорида натрия. Если металлический восстанавливающий агент включает другие металлы или комбинации металлов, будут образованы элементный кремний и хлоридные соли других металлов.
Реакторный аппарат 1 может быть выполнен из нержавеющей стали или какого-либо другого коррозионностойкого высокотемпературного металла или сплава. Реакторный аппарат 2, используемый для удаления соли методом сублимации, преимущественно имеет внутри покрытие из высокочистой алюмооксидной керамики или кварцевого стекла полупроводникового качества.
Если для удаления соли используют воду, реакция может быть полностью проведена в реакторном аппарате 1. Таким образом, в то время как бóльшая часть процесса (чистота 99%) может быть завершена в единственном реакторном аппарате, заключительную стадию очистки методом зонной плавки, т.е. очистку методом зонной плавки кремния с образованием були или слитка, предпочтительно проводят во втором реакторном аппарате, в результате чего достигается повышенная чистота кремния. Высокотемпературная вакуумная плавка кремния преимущественно используется как заключительная стадия очистки. Реакторный аппарат 1 можно использовать для удаления избытка натрия, а также хлорида натрия способами, описанными для реакторного аппарата 2.
Реакторный аппарат 1 может эксплуатироваться как реакторный аппарат либо непрерывного, либо периодического действия. При использовании реакторного аппарата 1 как непрерывного реактора жидкий металлический натрий смешивают либо с парообразным, либо с жидким тетрахлоридом кремния при температурах от 0 до 70°С и давлениях от 1 до 10 атм, используя для этого смесительное сопло, что обеспечивает непрерывное производство элементного кремния в результате восстановления тетрахлорида кремния. При периодической работе реакторный аппарат 1 заполняют жидким натрием при температурах выше 100°С. После этого в жидкий натрий инжектируют тетрахлорид кремния в виде пара при температурах выше 100°С или в виде жидкости при температурах от 0 до 70°С и давлениях от 1 до 10 атм. Как при непрерывной, так и при периодической работе реакторного аппарата 1 процесс ведут с по меньшей мере 1-10%-ным избытком металлического натрия, получая в результате этого металлический кремний с низким содержанием металлических примесей. При работе реакторного аппарата 1 в непрерывном режиме сырьевые потоки вводятся в реакторный аппарат 1 с 1-10%-ным избытком металлического натрия по отношению к его стехиометрической потребности. При периодической работе инжектирование тетрахлорида кремния прекращают до израсходования всего количества натрия, загруженного в реакторный аппарат 2, сохраняя тем самым среду с некоторым избытком натрия.
Второй реакторный аппарат используют для очистки кремния, т.е. для отделения хлорида натрия от смеси элементный кремний/хлорид натрия. Это производится при проведении процесса в реакторном аппарате 2 в одном из следующих предпочтительных режимов:
(1) Нагрев реакторного аппарата 2 до температур выше 1470°С. Эти температуры выше температуры кипения хлорида натрия, в то время как элементный кремний находится в жидком состоянии. Температуру реакторного аппарата 2 поддерживают выше 1470°С до тех пор, пока весь хлорид натрия не будет удален из жидкого металлического кремния. Как только весь хлорид натрия окажется удаленным из жидкого металлического кремния, реакторный аппарат 2 охлаждают до комнатной температуры, в результате чего получают булю высокочистого кремния, который затем может быть подвергнут дополнительной переработке с целью получения кремния для фотоэлектрических устройств.
(2) Использование реакторного аппарата 2 в качестве аппарата для водной промывки. При вводе в реакторный аппарат 2 деионизованной воды при температурах от 50 до 95°С происходит растворение хлорида натрия из смеси кремний/хлорид натрия. Смесь кремний/хлорид натрия в деионизованной воде перемешивают в течение 10-60 мин, после чего содержащую соль воду удаляют из реакторного аппарата 2. Эту операцию повторяют до полного удаления хлорида натрия.
(3) Нагрев реакторного аппарата 2 до температур от 600°С до температуры кипения соли щелочного или щелочно-земельного металла с применением вакуума по меньшей мере 100 микрон. Хлорид натрия сублимируется из смеси кремний/хлорид натрия, в результате чего получают порошок кремния, который затем может быть подвергнут дополнительной переработке с целью получения кремния для фотоэлектрических устройств.
Все описанные выше рабочие условия для реакторных аппаратов 1 и 2 позволяют получать металлический кремний с чистотой по меньшей мере 99,9% при менее чем 10 ч./млн (ррm) бора и фосфора. Бор и фосфор являются двумя примесями, которые не удаляются при кристаллизации Si. При этом В и Р сильно влияют на электрические свойства Si. По этой причине бóльшая часть технических условий для Si фотоэлектрической чистоты имеет более ограниченные уровни В и Р, чем уровни других загрязнителей. Суммарный уровень бора и фосфора в кремнии настоящего изобретения преимущественно ниже 1 ч./млн, более предпочтительно ниже 0,1 ч./млн, наиболее предпочтительно ниже 0,01 ч./млн и ниже 0,001 ч./млн.
Путем тщательного контроля рабочих условий можно получать металлический кремний с чистотой преимущественно выше 99.99%, более предпочтительно выше 99.999% и наиболее предпочтительно выше 99.9999% при уровнях бора и фосфора в каждом случае ниже 0,1 ч./млн. Для предотвращения взаимодействия реагирующих веществ с воздухом или влагой необходимо контролировать рабочие условия, относящиеся, в частности, к атмосфере над реагирующими веществами. Необходимо также контролировать экзотермичность реакции, чтобы предотвратить отклонения в сторону высоких температур. Наконец, для предупреждения коррозии реактора необходимы соответствующие очистка, хранение, обращение с реакторами и их загрузка. Строгость соблюдения условий будет зависеть от масштаба реакции, т.е. размера реактора и скоростей реакций.
Получаемый способом настоящего изобретения высокочистый кремний может быть дополнительно переработан с целью получения кремния для фотоэлектрических устройств. Например, очищенный кремний, полученный способом изобретения, может быть дополнительно расплавлен с образованием слитка для применения в области фотоэлектрических устройств, причем эта операция приведет к некоторой дополнительной очистке металлического кремния. Були или слитки могут быть, например, нарезаны на пластины и отполированы. После этого путем диффузии легирующей примеси могут быть образованы полупроводниковые переходы.
Claims (13)
1. Способ получения высокочистого элементного кремния, содержащий следующие стадии:
(a) загрузка в первый реакционный аппарат жидкого тетрахлорида кремния и щелочного или щелочноземельного металлического восстанавливающего агента в жидкой форме при температурах ниже температуры кипения данного щелочного или щелочноземельного металла, в результате чего получают смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния, и
(b) отделение хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла от элементного кремния во втором реакционном аппарате,
в котором смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температуры выше температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла или
смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют с использованием воды для растворения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла во втором реакционном аппарате, или
смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температур в диапазоне от 600°С до температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла с применением вакуума ниже 100 мкм с целью удаления соли щелочного или щелочноземельного металла.
(a) загрузка в первый реакционный аппарат жидкого тетрахлорида кремния и щелочного или щелочноземельного металлического восстанавливающего агента в жидкой форме при температурах ниже температуры кипения данного щелочного или щелочноземельного металла, в результате чего получают смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния, и
(b) отделение хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла от элементного кремния во втором реакционном аппарате,
в котором смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температуры выше температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла или
смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют с использованием воды для растворения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла во втором реакционном аппарате, или
смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температур в диапазоне от 600°С до температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла с применением вакуума ниже 100 мкм с целью удаления соли щелочного или щелочноземельного металла.
2. Способ по п.1, дополнительно содержащий предварительную стадию, которую проводят перед стадией (а), на которой осуществляют хлорирование кремнийсодержащего материала с образованием жидкого тетрахлорида кремния.
3. Способ по п.1, в котором смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температуры выше температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла.
4. Способ по п.1, в котором смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют с использованием воды для растворения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла во втором реакционном аппарате.
5. Способ по п.1, в котором смесь хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла и элементного кремния разделяют путем нагрева второго реакционного аппарата до температур в диапазоне от 600°С до температуры кипения хлоридной соли щелочного или щелочноземельного металла с применением вакуума ниже 100 мкм с целью удаления соли щелочного или щелочноземельного металла.
6. Способ по п.1, в котором щелочным или щелочноземельным металлическим восстанавливающим агентом являются натрий, калий, магний, кальций или комбинация из двух или более этих металлов.
7. Способ по п.1, в котором щелочным или щелочноземельным металлическим восстанавливающим агентом является металлический натрий.
8. Способ по п.1 или 2, в котором очистку элементного кремния полностью осуществляют во втором реакционном аппарате.
9. Способ по п.1 или 2, в котором очистку элементного кремния частично осуществляют в первом реакционном аппарате, а завершающую очистку производят во втором аппарате.
10. Материал элементного кремния, полученный способом по п.1 или 2, в котором чистота кремния лежит в пределах от 99,99% до 99,9999%.
11. Материал элементного кремния по п.10, в котором материал содержит кремний при суммарном уровне бора и фосфора в пределах от менее 10 ч./млн до менее 0,0001 ч./млн.
12. Слиток кремния, полученный из материала по п.10, изготовленный способом разливки материала элементного кремния.
13. Слиток кремния по п.12, в котором способ разливки выбирают из вакуумно-дуговой переплавки и электронно-лучевой плавки.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US95345007P | 2007-08-01 | 2007-08-01 | |
| US60/953,450 | 2007-08-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010107275A RU2010107275A (ru) | 2011-09-10 |
| RU2451635C2 true RU2451635C2 (ru) | 2012-05-27 |
Family
ID=40304870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010107275/05A RU2451635C2 (ru) | 2007-08-01 | 2008-07-31 | Способ получения высокочистого элементного кремния |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100154475A1 (ru) |
| EP (1) | EP2173658A4 (ru) |
| JP (1) | JP2010535149A (ru) |
| CN (1) | CN101801847A (ru) |
| AU (1) | AU2008282166A1 (ru) |
| BR (1) | BRPI0814309A2 (ru) |
| RU (1) | RU2451635C2 (ru) |
| WO (1) | WO2009018425A1 (ru) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010107850A1 (en) * | 2009-03-20 | 2010-09-23 | Boston Silicon Materials Llc | Method for the manufacture of photovoltaic grade silicon metal |
| WO2011009017A2 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | Boston Silicon Materials Llc | Process for the formation of silicon metal sheets |
| EP2709952A4 (en) * | 2011-05-16 | 2014-12-10 | Boston Silicon Materials Llc | PREPARATION AND APPLICATIONS OF SILICONE METAL |
| CN103764880B (zh) | 2011-08-26 | 2016-10-26 | 康萨克公司 | 利用可消耗电极真空电弧冶炼工艺来精炼类金属 |
| CN102923747A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-02-13 | 东北大学 | 一种利用煤矸石生产氯化铝、氯化硅和氯化铁的方法 |
| CN105377757A (zh) * | 2013-07-10 | 2016-03-02 | 宾夕法尼亚州研究基金会 | 中孔硅合成以及在锂离子蓄电池和太阳能氢电池中的应用 |
| CN108622882B (zh) * | 2017-03-18 | 2022-02-18 | 深圳格林德能源集团有限公司 | 一种石墨烯的液相共沉积制备方法 |
| AU2018266911C1 (en) | 2017-05-12 | 2022-10-20 | Enanta Pharmaceuticals, Inc. | Apoptosis signal-regulating kinase 1 inhibitors and methods of use thereof |
| RU2729691C2 (ru) * | 2018-12-05 | 2020-08-11 | ООО "Современные химические и металлургические технологии" (ООО "СХИМТ") | Способ алюмотермического получения металлических порошков и устройство для его осуществления |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4102767A (en) * | 1977-04-14 | 1978-07-25 | Westinghouse Electric Corp. | Arc heater method for the production of single crystal silicon |
| US4239740A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-16 | Westinghouse Electric Corp. | Production of high purity silicon by a heterogeneous arc heater reduction |
| RU2181104C2 (ru) * | 2000-02-03 | 2002-04-10 | Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Физико-энергетический институт имени академика А.И. Лейпунского | Способ выделения кремния |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1858100A (en) * | 1928-07-23 | 1932-05-10 | Internat Silica Corp | Process of treating silica-bearing materials |
| DE1030816B (de) * | 1953-11-10 | 1958-05-29 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung reinsten Siliziums oder Germaniums oder anderer Halbleiterstoffe |
| BE553349A (ru) * | 1957-12-31 | 1900-01-01 | ||
| US4150248A (en) * | 1978-03-09 | 1979-04-17 | Westinghouse Electric Corp. | Arc heater with silicon lined reactor |
| US4188368A (en) * | 1978-03-29 | 1980-02-12 | Nasa | Method of producing silicon |
| US4237103A (en) * | 1978-06-29 | 1980-12-02 | Combustion Engineering, Inc. | Method for disposal of sodium waste material |
| CA1198581A (en) * | 1980-10-20 | 1985-12-31 | Robert K. Gould | Method and apparatus for producing high purity silicon from flames of sodium and silicon tetrachloride |
| US5021221A (en) * | 1980-10-20 | 1991-06-04 | Aero Chem Research Lab., Inc. | Apparatus for producing high purity silicon from flames of sodium and silicon tetrachloride |
| US4446120A (en) * | 1982-01-29 | 1984-05-01 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method of preparing silicon from sodium fluosilicate |
| US4590043A (en) * | 1982-12-27 | 1986-05-20 | Sri International | Apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid |
| US4781565A (en) * | 1982-12-27 | 1988-11-01 | Sri International | Apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid |
| US4748014A (en) * | 1982-12-27 | 1988-05-31 | Sri International | Process and apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid |
| FI72952C (fi) * | 1985-03-11 | 1987-08-10 | Kemira Oy | Foerfarande foer framstaellning av kisel. |
| US4676968A (en) * | 1985-07-24 | 1987-06-30 | Enichem, S.P.A. | Melt consolidation of silicon powder |
| JP3844856B2 (ja) * | 1997-09-11 | 2006-11-15 | 住友チタニウム株式会社 | 高純度シリコンの製造方法 |
| JP3218016B2 (ja) * | 1998-09-17 | 2001-10-15 | 日本碍子株式会社 | 高純度シリコン及び高純度チタンの製造法 |
| DE50302184D1 (de) * | 2002-01-18 | 2006-04-06 | Power Avenue Nashville | Verfahren zur herstellung von silicium |
| US20050053540A1 (en) * | 2002-01-18 | 2005-03-10 | Norbert Auner | Method for producing amorphous silicon and/or organohalosilanes produced therefrom |
| DE112006003557T5 (de) * | 2005-12-27 | 2008-11-20 | Sumitomo Chemical Co., Ltd. | Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium |
-
2008
- 2008-07-31 WO PCT/US2008/071729 patent/WO2009018425A1/en active Application Filing
- 2008-07-31 BR BRPI0814309-9A2A patent/BRPI0814309A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2008-07-31 CN CN200880101278A patent/CN101801847A/zh active Pending
- 2008-07-31 EP EP08782558A patent/EP2173658A4/en not_active Withdrawn
- 2008-07-31 JP JP2010520183A patent/JP2010535149A/ja active Pending
- 2008-07-31 AU AU2008282166A patent/AU2008282166A1/en not_active Abandoned
- 2008-07-31 RU RU2010107275/05A patent/RU2451635C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-01-28 US US12/695,360 patent/US20100154475A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4102767A (en) * | 1977-04-14 | 1978-07-25 | Westinghouse Electric Corp. | Arc heater method for the production of single crystal silicon |
| US4239740A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-16 | Westinghouse Electric Corp. | Production of high purity silicon by a heterogeneous arc heater reduction |
| RU2181104C2 (ru) * | 2000-02-03 | 2002-04-10 | Государственное унитарное предприятие Государственный научный центр Российской Федерации Физико-энергетический институт имени академика А.И. Лейпунского | Способ выделения кремния |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2173658A4 (en) | 2012-10-03 |
| AU2008282166A1 (en) | 2009-02-05 |
| CN101801847A (zh) | 2010-08-11 |
| BRPI0814309A2 (pt) | 2015-02-03 |
| JP2010535149A (ja) | 2010-11-18 |
| WO2009018425A1 (en) | 2009-02-05 |
| RU2010107275A (ru) | 2011-09-10 |
| US20100154475A1 (en) | 2010-06-24 |
| EP2173658A1 (en) | 2010-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2451635C2 (ru) | Способ получения высокочистого элементного кремния | |
| Gribov et al. | Preparation of high-purity silicon for solar cells | |
| JP5311930B2 (ja) | シリコンの製造方法 | |
| JP4856738B2 (ja) | 高純度シリコン材料の製造方法 | |
| NO171778B (no) | Fremgangsmaate for raffinering av silisium | |
| CA2797300A1 (en) | Low-dopant polycrystalline silicon chunk | |
| WO2010029894A1 (ja) | 高純度結晶シリコン、高純度四塩化珪素およびそれらの製造方法 | |
| JP2024026145A (ja) | トリクロロシランを調製するためのシリコン顆粒、及び関連する製造方法 | |
| JP2004051453A (ja) | Ｓｉ製造方法 | |
| CA2726003C (en) | Halide-containing silicon, method for producing the same, and use of the same | |
| US9327987B2 (en) | Process for removing nonmetallic impurities from metallurgical silicon | |
| JPH05262512A (ja) | シリコンの精製方法 | |
| WO2008034578A1 (en) | Process for the production of germanium-bearing silicon alloys | |
| JP2004099421A (ja) | シリコンの製造方法 | |
| RU2327639C2 (ru) | Способ получения кремния высокой чистоты | |
| JP6337389B2 (ja) | 炭化珪素粉粒体の製造方法 | |
| US20120045383A1 (en) | Method for the Manufacture of Photovoltaic Grade Silicon Metal | |
| JP2008081387A (ja) | 高純度シリコンの製造方法 | |
| Forniés et al. | Polysilicon vs. upgraded metallurgical grade silicon (UMG-Si): Technology, quality and costs | |
| RU2588627C1 (ru) | Способ рафинирования металлургического кремния | |
| JPS6389414A (ja) | クロロポリシランの製造方法 | |
| RU2519460C1 (ru) | Способ получения кремния с использованием субхлорида алюминия | |
| RU2707053C1 (ru) | Способ очистки металлургического кремния от углерода | |
| RU2648436C2 (ru) | Способ получения порошка кремния высокой чистоты из смеси диоксида кремния и алюминия | |
| KR20140112631A (ko) | 금속원소를 이용한 실리콘 정제방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130801 |