RU2707053C1 - Method of cleaning metallurgical silicon from carbon - Google Patents

Method of cleaning metallurgical silicon from carbon Download PDF

Info

Publication number
RU2707053C1
RU2707053C1 RU2018146003A RU2018146003A RU2707053C1 RU 2707053 C1 RU2707053 C1 RU 2707053C1 RU 2018146003 A RU2018146003 A RU 2018146003A RU 2018146003 A RU2018146003 A RU 2018146003A RU 2707053 C1 RU2707053 C1 RU 2707053C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
carbon
melt
torr
purification
Prior art date
Application number
RU2018146003A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Карабанов
Андрей Афанасьевич Трубицын
Дмитрий Владимирович Суворов
Евгений Владимирович Сливкин
Дмитрий Юрьевич Тарабрин
Андрей Сергеевич Карабанов
Олег Александрович Беляков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority to RU2018146003A priority Critical patent/RU2707053C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707053C1 publication Critical patent/RU2707053C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/037Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16Remelting metals
    • C22B9/22Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used for direct purification of metallurgical silicon from carbon without using environmentally hazardous process operations to degree of purity of solar silicon used in photoelectric converters of solar energy into electrical energy. At the beginning of the cleaning process, temperature of 1,500 °C, which is increased to 1,600 °C to the end of the process, initial pressure is 10 Torr, which is reduced during purification to a final value of 0.5 Torr, initial content of water in a plasma jet, determined by the ratio of the number of moles of water n(H2O) to number of moles of hydrogen n (H2) as 1:40, reduced by 2–4 times to ratio n(H2O):n(H2), making 1:100 at the finish of technological process.
EFFECT: reduced time of purification of metallurgical silicon from carbon at low rates of evaporation of elementary silicon and removal of silicon from melt in SiO compound.
1 cl, 2 dwg

Description

Ежегодное мировое производство металлургического кремния составляет около 1 миллиона тонн. В основе процесса получения металлургического кремния лежит следующая реакция, осуществляемая в печах дуговой плавки:The annual global production of metallurgical silicon is about 1 million tons. The basis of the process for producing metallurgical silicon is the following reaction carried out in arc melting furnaces:

SiO2+2C→Si+CO.SiO 2 + 2C → Si + CO.

Одно из применений металлургического кремния является получение кремния для солнечной энергетики. Кремний для солнечной энергетики должен иметь чистоту не менее 6N.One of the applications of metallurgical silicon is the production of silicon for solar energy. Silicon for solar energy should have a purity of at least 6N.

В обеспечение чистоты солнечного кремния уровня 99.9999% (6N) необходимо сокращение содержания в металлургическом кремнии таких примесей, как Fe, Al, Ca, Ti, Cr, B, P, O и С.To ensure the purity of solar silicon at the level of 99.9999% (6N), it is necessary to reduce the content of impurities in metallurgical silicon such as Fe, Al, Ca, Ti, Cr, B, P, O, and C.

Одна из наиболее вредных фоновых примесей в кремнии - углерод. В солнечном кремнии содержание углерода в объеме должно быть снижено в несколько раз по сравнению с металлургическим кремнием. Его содержание не должно превышать 5⋅1016 – 5⋅1017 см-3.One of the most harmful background impurities in silicon is carbon. In solar silicon, the carbon content in the volume should be reduced several times in comparison with metallurgical silicon. Its content should not exceed 5⋅10 16 - 5⋅10 17 cm -3 .

Известен способ очистки «металлургического» кремния в промышленности, первый этап которого заключается в его хлорировании или гидрохлорировании. При этом образуются соединения - хлориды (хлорсиланы) - такие как SiCl4, SiH2Cl2 или SiHCl3, которые затем очищают от примесей различными способами (как правило, ректификацией). Хлориды (хлорсиланы) после очистки восстанавливают до элементарного (чаще всего поликристаллического) кремния. Наибольшее распространение на практике получил метод восстановления тетрахлорида кремния или трихлорсилана водородом. Такой процесс получения кремния, названный «Сименс-процессом» по имени компании, впервые его реализовавшей, осуществляется в специальном реакторе [1].A known method of purification of "metallurgical" silicon in industry, the first stage of which is its chlorination or hydrochlorination. In this case, compounds are formed - chlorides (chlorosilanes) - such as SiCl4, SiH2Cl2 or SiHCl3, which are then purified from impurities in various ways (usually by distillation). After purification, chlorides (chlorosilanes) are reduced to elemental (most often polycrystalline) silicon. The most widely practiced method of reducing silicon tetrachloride or trichlorosilane with hydrogen. Such a process for producing silicon, called the "Siemens process" by the name of the company that first implemented it, is carried out in a special reactor [1].

Недостатками данного способа и устройства являются их сложность, опасность для обслуживающего персонала и для окружающей среды, а также то, что этот процесс по-прежнему остается достаточно дорогим.The disadvantages of this method and device are their complexity, danger to staff and the environment, as well as the fact that this process still remains quite expensive.

Известен способ и устройство [2] для очистки кремния, которые пригодны для экономичного и массового производства кремния высокой чистоты для солнечных элементов из металлургического кремния, содержащего бор и углерод в больших количествах. Способ заключается в том, что на поверхность расплавленного кремния, удерживаемого в контейнере, облицованном кремнеземом или огнеупорным материалом на основе диоксида кремния, направляется струя плазмы инертного газа. Для улучшения очистки инертный газ как плазмообразующий газ смешивают с 0,1-10% от объема пара и/или менее 1 г порошка диоксида кремния на литр инертного газа в нормальном состоянии.A known method and device [2] for the purification of silicon, which are suitable for economical and mass production of high purity silicon for solar cells from metallurgical silicon containing boron and carbon in large quantities. The method consists in the fact that a plasma jet of an inert gas is directed to the surface of molten silicon held in a container lined with silica or refractory material based on silicon dioxide. To improve cleaning, inert gas as a plasma-forming gas is mixed with 0.1-10% of the vapor volume and / or less than 1 g of silicon dioxide powder per liter of inert gas in the normal state.

Недостатком способа является недостаточное для практики увеличение скорости испарения примесей из кремния по сравнению с «Сименс-процессом».The disadvantage of this method is insufficient for practice to increase the rate of evaporation of impurities from silicon in comparison with the Siemens process.

Из [3] известен способ вакуумного производства кремния, пригодного для изготовления солнечных элементов из металлургического кремния. Металлургический кремний в виде расплава заливают в форму и постепенно охлаждают до твердого состояния. При охлаждении кремния поверхность жидкости нагревают или теплоизолируют для замедления затвердевания, при этом происходит предварительная очистка кремния металлургического сорта. Полученный, более чистый, чем исходный кремний вновь расплавляют и рафинируют. Фосфор удаляют расплавлением при давлении ниже атмосферного, бор и углерод - за счет обработки смесью воды и инертного газов. Рафинированный кремний отливают в пруток и подвергают очистке зонной плавкой от Fe, Al, Ti и Са.From [3] there is known a method for the vacuum production of silicon suitable for the manufacture of solar cells from metallurgical silicon. Metallurgical silicon in the form of a melt is poured into a mold and gradually cooled to a solid state. When cooling silicon, the surface of the liquid is heated or insulated to slow down the solidification, while preliminary purification of the metallurgical grade silicon occurs. The resulting, more pure than the original silicon, is again melted and refined. Phosphorus is removed by melting at a pressure below atmospheric, boron and carbon - due to treatment with a mixture of water and inert gases. Refined silicon is cast into a bar and subjected to purification by zone melting of Fe, Al, Ti, and Ca.

Недостатками данного способа и устройства для его осуществления являются трудоемкость в изготовлении и сложность для промышленного использования.The disadvantages of this method and device for its implementation are the complexity in the manufacture and complexity for industrial use.

Известен [4] способ вакуумной очистки кремния, заключающийся в расплавлении шихты в тигле с использованием электронно-лучевого нагрева и выдержку расплава для удаления примесей. Процесс осуществляют в три стадии. На первой стадии в вакуумную камеру вводят окислители, например пары воды, для удаления примесей, упругость паров которых ниже упругости паров кремния. В результате реакций эти примеси образуют легкоудаляемые соединения с высокой упругостью паров. Затем в глубоком вакууме удаляют примеси, имеющие упругость паров выше, чем упругость паров кремния, а на третьей стадии проводят направленную кристаллизацию расплава для оттеснения примесей, в частности металлов, в приповерхностную область кристаллизуемого объема, которую на финише удаляют.Known [4] is a method of vacuum cleaning silicon, which consists in melting the charge in a crucible using electron beam heating and holding the melt to remove impurities. The process is carried out in three stages. At the first stage, oxidizing agents, such as water vapor, are introduced into the vacuum chamber to remove impurities whose vapor pressure is lower than the silicon vapor pressure. As a result of reactions, these impurities form readily removable compounds with high vapor pressure. Then, in a high vacuum, impurities having a vapor pressure higher than the silicon vapor pressure are removed, and in the third stage, directed melt crystallization is carried out to push the impurities, in particular metals, into the surface region of the crystallized volume, which is removed at the finish.

Недостатком данного способа является то, что процесс очистки осуществляют сканированием луча по поверхности расплава, что приводит к разогреву кремния лишь чуть выше температуры его плавления. Поэтому, с одной стороны, увеличиваются энергозатраты на проведение процесса очистки от примесей с высокой упругостью паров, а с другой стороны, не обеспечивается разогрев расплава до температуры, соответствующей необходимой скорости процесса испарения упомянутых примесей и соединений с упругостью паров выше, чем у кремния.The disadvantage of this method is that the cleaning process is carried out by scanning the beam along the surface of the melt, which leads to the heating of silicon only slightly above its melting temperature. Therefore, on the one hand, the energy consumption for the process of purification from impurities with high vapor pressure increases, and on the other hand, the melt is not heated to a temperature corresponding to the necessary rate of evaporation of the mentioned impurities and compounds with vapor elasticity higher than that of silicon.

Известен [5] способ вакуумной очистки кремния (прототип), включающий загрузку очищаемого кремния в тигель, расплавление его с использованием электронно-лучевого нагрева под вакуумом, выдержку расплава в тигле для испарения примесей и его кристаллизацию с получением очищенного кремния. При этом выдержку расплава осуществляют при интенсивном нагреве центральной части поверхности расплава и отводе тепла от верхней части стенки тигля на уровне поверхности расплава и от центральной части днища тигля. Отвод тепла от верхней части стенки тигля осуществляют с большей интенсивностью по сравнению с отводом тепла от центральной части дна тигля. Кристаллизацию расплава ведут с отводом тепла только от днища тигля при равномерном снижении интенсивности нагрева поверхности расплава. Предлагаемые устройства содержит вакуумную камеру, тигель с кремнием, электронно-лучевую пушку, холодильник, установленный на наружной поверхности стенки тигля в его верхней части. Они содержит также охлаждаемую емкость, в которой соосно размещен тигель, теплоизолятор, расположенный между тиглем и охлаждаемой емкостью, и теплопроводный элемент, расположенный между охлаждаемой емкостью и дном тигля по их продольной оси. Known [5] is a method of vacuum cleaning silicon (prototype), which includes loading the purified silicon into a crucible, melting it using electron beam heating under vacuum, holding the melt in a crucible to evaporate impurities and crystallizing it to obtain purified silicon. In this case, the melt is exposed to during intensive heating of the central part of the melt surface and heat removal from the upper part of the crucible wall at the level of the melt surface and from the central part of the crucible bottom. Heat removal from the upper part of the crucible wall is carried out with greater intensity compared to heat removal from the central part of the crucible bottom. Crystallization of the melt is carried out with heat removal only from the bottom of the crucible with a uniform decrease in the intensity of heating of the surface of the melt. The proposed device contains a vacuum chamber, a crucible with silicon, an electron beam gun, a refrigerator mounted on the outer surface of the crucible wall in its upper part. They also contain a cooled tank in which the crucible is coaxially placed, a heat insulator located between the crucible and the cooled tank, and a heat-conducting element located between the cooled tank and the bottom of the crucible along their longitudinal axis.

Недостатками способа и устройств его реализации является недостаточная для практики скорость испарения основных примесей, в частности, углерода, связанную с низкой температурой разогрева расплава кремния электронным лучом, сложностью изготовления и эксплуатации источников электронов и их ненадежностью. The disadvantages of the method and devices for its implementation is insufficient for practice, the evaporation rate of the main impurities, in particular carbon, associated with the low temperature of the heating of the silicon melt by an electron beam, the difficulty of manufacturing and operating electron sources and their unreliability.

Предлагаемым изобретением решается задача очистки кремния, содержащего большое количество углерода; снижения временных, энергетических и материальных затрат.The present invention solves the problem of purification of silicon containing a large amount of carbon; reduction of time, energy and material costs.

Технический результат заключается в том, что сокращается время очистки металлургического кремния от углерода при малых скоростях испарения элементарного кремния и уноса кремния из расплава в соединении SiO.The technical result is that it reduces the time for cleaning metallurgical silicon from carbon at low rates of evaporation of elemental silicon and the entrainment of silicon from the melt in the SiO compound.

Технический результат достигается за счет того, что способ вакуумной очистки кремния включает загрузку очищаемого кремния в тигель, расплавление в тигле с использованием нагревателей и перемешивание кремния при температуре чуть выше температуры плавления около 1500° Си давлении около 10 Торр при обдувании поверхности расплава плазменной струей инертного газа (ИГ) с добавлением увлажненного водорода в приблизительном молярном соотношении n(Н2):n(Н2О)≈40:1, последующее снижение давления атмосферы в технологической камере до величины порядка 0.5 Торр с одновременным повышением температуры до приблизительно 1600°С и уменьшением примерно в 3 раза содержания воды в плазменной струе. The technical result is achieved due to the fact that the method of vacuum purification of silicon involves loading the purified silicon into a crucible, melting in a crucible using heaters and mixing silicon at a temperature slightly above the melting point of about 1500 ° C and a pressure of about 10 Torr while blowing the surface of the melt with an inert gas plasma jet (IG) with the addition of humidified hydrogen in the approximate molar ratio n (H 2): n (H 2 O) ≈40: 1, followed by reduction of the pressure of the atmosphere in the process chamber to a value of order and 0.5 Torr, while increasing the temperature to about 1,600 ° C and reduction of approximately 3 times the water content in the plasma jet.

Сущность способа демонстрируется фиг. 1 и 2. На фиг. 1 представлены рассчитанные в соответствии с законами термодинамики зависимости количеств равновесных соединений углерода (карбидов) от температуры при стандартном для технологий очистки кремния давлении 10 Торр в системе, состоящей из n=100 кмолей химически неактивного Ar, 1 кмоля Si, 1 кмоля H2, 10000ppmH2O и 100ppmC. Здесь и далее вертикальной пунктирной линией показана температура плавления кремния. Из представленных данных может быть сделан вывод о том, что углерод из расплава при его обдувании водяным паром уносится в основном в виде угарного газа СО. Водород, в данном случае, добавляется в смесь лишь для предотвращения формирования твердой корки на поверхности расплава и на образование карбидов не оказывает влияния. Его максимальное количество определяется соображениями безопасности и эффективности использования.The essence of the method is shown in FIG. 1 and 2. In FIG. Figure 1 shows the temperature dependences of the amounts of equilibrium carbon compounds (carbides) calculated in accordance with the laws of thermodynamics at a pressure of 10 Torr, standard for silicon purification technologies, in a system consisting of n = 100 kmol of chemically inactive Ar, 1 kmol Si, 1 kmol H 2 , 10000ppmH 2 O and 100ppmC. Hereinafter, the vertical dashed line shows the melting point of silicon. From the presented data, it can be concluded that carbon from the melt, when it is blown with water vapor, is carried away mainly in the form of carbon monoxide CO. Hydrogen, in this case, is added to the mixture only to prevent the formation of a solid crust on the surface of the melt and does not affect the formation of carbides. Its maximum quantity is determined by safety and efficiency reasons.

В момент начала процесса очистки содержание углерода по условию решаемой проблемы является высоким, поэтому на начальной стадии очистки основная масса СО удаляется при небольших энергозатратах разогревом до температуры чуть выше температуры плавления около 1500°С при обдувании поверхности расплава плазменной струей инертного газа с добавлением увлажненного водорода в приблизительном соотношении n(Н2):n(Н2О) =40:1. Кривая 1 на фиг. 2 представляет зависимость количества испаряемого СО в зависимости от температуры в системе, состоящей из 100 кмолей химически неактивного Ar,1 кмоля Si, 1 кмоля H2, 10000ppmH2O и 500 ppmC при давлении Р=10 Торр. Знаком «

Figure 00000001
» на кривой 1 Фиг. 2 отмечена интенсивность испарения СО, соответствующий температуре 1500°С выдержки расплава на данной стадии процесса. At the start of the cleaning process, the carbon content is high by the condition of the problem being solved, therefore, at the initial stage of cleaning, the bulk of the CO is removed at low energy costs by heating to a temperature just above the melting point of about 1500 ° C while blowing the surface of the melt with an inert gas plasma jet with the addition of moistened hydrogen in an approximate ratio of n (H 2 ): n (H 2 O) = 40: 1. Curve 1 in FIG. 2 represents the dependence of the amount vaporized CO depending on the temperature in the system consisting of 100 kmole chemically inactive Ar, 1 kmol Si, 1 kmol H 2, 10000ppmH 2 O and 500 ppmC at a pressure P = 10 torr. The sign "
Figure 00000001
”On curve 1 of FIG. Figure 2 shows the rate of CO evaporation corresponding to a temperature of 1500 ° C of the melt holding at this stage of the process.

Уменьшение содержания воды ниже, чем 10000 ppm в моделируемой термодинамической системе недопустимо вследствие снижения, в таком случае, интенсивности удаления СО, соответствующего горизонтальному участку зависимости 1 в диапазоне температур от 800°С до 1600°С. Увеличение содержание воды также нежелательно из-за увеличения скорости уноса кремния из расплава в соединении SiO.A decrease in water content lower than 10000 ppm in the simulated thermodynamic system is unacceptable due to a decrease, in this case, of the CO removal rate corresponding to the horizontal portion of dependence 1 in the temperature range from 800 ° C to 1600 ° C. An increase in water content is also undesirable due to an increase in the rate of ablation of silicon from the melt in the SiO compound.

Итак, на начальной стадии техпроцесса газ СО уносит из расплава углерод, поэтому содержание углерода сокращается и, как следствие, снижается вероятность и скорость образования СО. So, at the initial stage of the technological process, CO gas carries carbon away from the melt, therefore, the carbon content decreases and, as a result, the probability and rate of CO formation decreases.

На кривой 2 фиг. 2 продемонстрирован отмеченный факт. Кривая 2 фиг. 2 представляет график зависимости равновесных количеств СО от температуры в рассматриваемой термодинамической системе, но с меньшим содержанием углерода: 100 кмолей химически неактивного Ar,1 кмоля Si, 1 кмоля H2, 10000ppmH2O и 100 ppmC. Из анализа зависимости можно заключить, что интенсивность образования газообразного СО на кривой 2, соотвествующий температуре Т=1500°С, значительно снижен по сравнению с исходной системой, содержащей 500 ppmC, и обозначен на кривой 2 треугольником.On curve 2 of FIG. 2 demonstrates the noted fact. Curve 2 of FIG. 2 is a graph of the equilibrium amounts of CO in the temperature thermodynamic system under consideration, but with lower carbon content: 100 kmole chemically inactive Ar, 1 kmol Si, 1 kmol H 2, 10000ppmH 2 O and 100 ppmC. From the analysis of the dependence, we can conclude that the intensity of the formation of gaseous CO on curve 2, corresponding to the temperature T = 1500 ° C, is significantly reduced compared to the initial system containing 500 ppmC, and is indicated by a triangle on curve 2.

Восстановление скорости испарения СО до первоначального уровня возможно за счет снижения давления в камере. Практически допустимо снижение давления в технологической камере до величины Р=0.5 Торр. Кривая 3 Фиг. 2 соответствует такому давлению. Величина интенсивности удаления СО, равная интенсивности испарения СО в исходной системе, обозначена на кривой 3 кружком и соответствует температуре 1600°С. Таким образом, финишная стадия процесса очистки кремния от углерода осуществляется при снижении давления до Р=0.5 Торр и увеличении температуры расплава до 1600°С. При этом температурный предел 1700°С активного испарения чистого кремния здесь не превышен. Расчеты показывают, что в указанных условиях очистки допустимо уменьшение молярного содержания воды примерно в три раза в плазменной струе инертного газа по сравнению с исходным соотношением n(Н2):n(Н2О) =40:1 без заметного снижения интенсивности испарения СО в области температуры 1600°С. Уменьшение содержания воды позволяет скомпенсировать рост скорости нежелательного уноса кремния в соединении SiO при увеличении температуры.The restoration of the rate of evaporation of CO to its initial level is possible by reducing the pressure in the chamber. It is practically acceptable to reduce the pressure in the process chamber to a value of P = 0.5 Torr. Curve 3 of FIG. 2 corresponds to such pressure. The intensity of CO removal, equal to the intensity of CO evaporation in the initial system, is indicated by a circle on curve 3 and corresponds to a temperature of 1600 ° C. Thus, the final stage of the process of purifying silicon from carbon is carried out with a decrease in pressure to P = 0.5 Torr and an increase in the melt temperature to 1600 ° C. In this case, the temperature limit of 1700 ° C of the active evaporation of pure silicon is not exceeded here. Calculations show that under the indicated cleaning conditions it is permissible to reduce the molar water content by a factor of about three in the plasma stream of an inert gas compared to the initial ratio n (H 2 ): n (H 2 O) = 40: 1 without a noticeable decrease in the rate of CO evaporation in temperature range 1600 ° С. A decrease in water content makes it possible to compensate for the increase in the rate of undesirable ablation of silicon in the SiO compound with increasing temperature.

Таким образом, решение технической задачи достигается тем, что способ очистки кремния от углерода в замкнутой вакуумной камере с размещаемой в ней загрузкой металлургического кремния заключается в расплавлении загрузки кремния, перемешивании расплава и обдувании поверхности расплава плазменной струей смеси инертного газа с увлажненным водородом, при этом поддерживаемая в начале процесса очистки температура около 1500°С увеличивается приблизительно до 1600°С к концу процесса, начальное давление около 10 Торр уменьшается в процессе очистки до конечного значения около 0.5 Торр, исходное содержание воды в плазменной струе, определяемое приблизительным отношением количества молей воды n(Н2О) к количеству молей водорода n(Н2) как 1:40, уменьшается приблизительно в 2 - 4 раза до примерного соотношения n(Н2О):n(Н2)≈1:100 на финише технологического процесса.Thus, the solution of the technical problem is achieved by the fact that the method of purifying silicon from carbon in a closed vacuum chamber with a metallurgical silicon charge placed in it consists in melting the silicon charge, mixing the melt and blowing the melt surface with a plasma jet of an inert gas mixture with moistened hydrogen, while maintaining at the beginning of the cleaning process, a temperature of about 1500 ° C increases to about 1600 ° C by the end of the process, the initial pressure of about 10 Torr decreases during the cleaning process and to a final value of about 0.5 Torr, the starting water content of the plasma jet, defined by approximate molar ratio of water n (H 2 O) to the number of moles of hydrogen n (H 2) as a 1:40, decreases about 2 - 4 times to about ratios n (Н 2 О): n (Н 2 ) ≈1: 100 at the finish of the technological process.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Reuschel Konrad.Method and apparatus for producing hyper-pure semiconductor material, particularly silicon.US2999735A.Priority date 1959-06-11/ Schweickert Hans, Reuschel Konrad, Gutsche Heinrich. Production of high-purity semiconductor materials for electrical purposes. US3011877A.Priority date 1956-06-25 / David L. Parsels. Method and apparatus for making elongated Si and SiC structures. US3961003A. Priority date 1972-05-17.1. Reuschel Konrad. Method and apparatus for producing hyper-pure semiconductor material, particularly silicon. US2999735A. Priority date 1959-06-11 / Schweickert Hans, Reuschel Konrad, Gutsche Heinrich. Production of high-purity semiconductor materials for electrical purposes. US3011877A. Priority date 1956-06-25 / David L. Parsels. Method and apparatus for making elongated Si and SiC structures. US3961003A. Priority date 1972-05-17.

2. Yuge Noriyoshi etc. Method and apparatus for purifying silicon. EP0459421 B1,Priority date1990-05-30.2. Yuge Noriyoshi etc. Method and apparatus for purifying silicon. EP0459421 B1, Priority date1990-05-30.

3. БабаХироюкиидр. Process for production of silicon for use in solar cells. RU2154606 C2. Priority date1997-03-24.3. Baba Hiroyukiidr. Process for production of silicon for use in solar cells. RU2154606 C2. Priority date1997-03-24.

4. Norichika Yamauchi, Takehiko Shimada, Minoru Mori. Method and apparatus for refining silicon using an electron beam. US20070077191A1. Priority date2005-08-16.4. Norichika Yamauchi, Takehiko Shimada, Minoru Mori. Method and apparatus for refining silicon using an electron beam. US20070077191A1. Priority date2005-08-16.

5. Кравцов А.А.Способ вакуумной очистки кремния и устройство для его осуществления (варианты). Патент РФ на изобретение №:2403299 Дата публикации 10 ноября 2010.5. Kravtsov A. A. The method of vacuum cleaning silicon and a device for its implementation (options). RF patent for invention №: 2403299 Date of publication November 10, 2010.

Claims (1)

Способ очистки кремния от углерода в замкнутой вакуумной камере с размещаемой в ней загрузкой металлургического кремния, включающий расплавление загрузки кремния, перемешивание расплава и обдувание поверхности расплава плазменной струей смеси инертного газа с увлажненным водородом, отличающийся тем, что поддерживаемую в начале процесса очистки температуру 1500°С увеличивают до 1600°С к концу процесса, начальное давление, составляющее 10 Торр, уменьшают в процессе очистки до конечного значения 0,5 Торр, исходное содержание воды в плазменной струе, определяемое отношением количества молей воды n(Н2О) к количеству молей водорода n(Н2) как 1:40, уменьшают в 2-4 раза до соотношения n(Н2О):n(Н2), составляющего 1:100 на финише технологического процесса.A method of purifying silicon from carbon in a closed vacuum chamber with a metallurgical silicon charge placed therein, including melting a silicon charge, mixing the melt and blowing the melt surface with a plasma jet of an inert gas mixture with moistened hydrogen, characterized in that the temperature maintained at the beginning of the cleaning process is 1500 ° C increase to 1600 ° C by the end of the process, the initial pressure of 10 Torr, decrease during cleaning to a final value of 0.5 Torr, the initial plasma water content jet determines the amount ratio of moles of water n (H 2 O) to the number of moles of hydrogen n (H 2) as a 1:40, reduced in relation to 2-4 times n (H 2 O): n (H 2) is 1 : 100 at the finish of the process.
RU2018146003A 2018-12-25 2018-12-25 Method of cleaning metallurgical silicon from carbon RU2707053C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146003A RU2707053C1 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Method of cleaning metallurgical silicon from carbon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146003A RU2707053C1 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Method of cleaning metallurgical silicon from carbon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707053C1 true RU2707053C1 (en) 2019-11-21

Family

ID=68653246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146003A RU2707053C1 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Method of cleaning metallurgical silicon from carbon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707053C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3961003A (en) * 1972-05-17 1976-06-01 Dow Corning Corporation Method and apparatus for making elongated Si and SiC structures
EP0459421B1 (en) * 1990-05-30 1997-01-22 Kawasaki Steel Corporation Method and apparatus for purifying silicon
RU2154606C2 (en) * 1997-03-24 2000-08-20 Кавасаки Стил Корпорейшн Process for production of silicon for use in solar cells
RU2403299C1 (en) * 2009-03-20 2010-11-10 Анатолий Александрович Кравцов Vacuum silicone cleaning method and device for its implementation (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3961003A (en) * 1972-05-17 1976-06-01 Dow Corning Corporation Method and apparatus for making elongated Si and SiC structures
EP0459421B1 (en) * 1990-05-30 1997-01-22 Kawasaki Steel Corporation Method and apparatus for purifying silicon
RU2154606C2 (en) * 1997-03-24 2000-08-20 Кавасаки Стил Корпорейшн Process for production of silicon for use in solar cells
RU2403299C1 (en) * 2009-03-20 2010-11-10 Анатолий Александрович Кравцов Vacuum silicone cleaning method and device for its implementation (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101665253B (en) Polysilicon purification method and crucible and purification device used for polysilicon purification
US20220363550A1 (en) Silica to high purity silicon production process
JP4766837B2 (en) Method for removing boron from silicon
JP5657687B2 (en) Method for purifying metallic silicon
US4837376A (en) Process for refining silicon and silicon purified thereby
RU2451635C2 (en) Method of producing highly pure elementary silicon
JP4038110B2 (en) Method for producing silicon
KR20110069770A (en) High-purity crystalline silicon, high-purity silicon tetrachloride, and processes for producing same
RU2707053C1 (en) Method of cleaning metallurgical silicon from carbon
JPH05262512A (en) Purification of silicon
JP2010052960A (en) Method for production of high-purity silicon, production apparatus, and high-purity silicon
JP5359119B2 (en) Manufacturing method of high purity silicon
JP4392670B2 (en) Manufacturing method of high purity silicon
JP2004099421A (en) Method for manufacturing silicon
JP5574295B2 (en) High purity silicon fine powder production equipment
KR101219759B1 (en) Reduction refining method of Phosphorus from MG-Si by strongly reducing slags
KR20100099396A (en) Apparatus and method for refining of high purity silicon
RU2415080C2 (en) Method and apparatus for purifying silicon
US9352970B2 (en) Method for producing silicon for solar cells by metallurgical refining process
RU2693172C1 (en) Method of cleaning metallurgical silicon from impurities
JP2010248042A (en) Method for producing high purity silicon
CN101423218B (en) Method for melting refractory element in silicon metal by plasma flame gun bottom blowing
JP2006104030A (en) Method of purifying silicon
JP2002316814A (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING HIGH PURITY SiO2
WO2010067842A1 (en) Silicon manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20201214