TWI499558B

TWI499558B - 在定向凝固期間以反應蓋玻璃覆蓋熔融矽

Info

Publication number: TWI499558B
Application number: TW102130714A
Authority: TW
Inventors: Alain Turenne
Original assignee: Silicor Materials Inc
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-09-11
Also published as: JP6055100B2; BR112015004076A2; US20150225247A1; KR101750635B1; CN104718160A; JP2015532635A; TW201412641A; WO2014036373A1; KR20150052180A; EP2890636A1; CN104718160B; EP2890636B1

Description

在定向凝固期間以反應蓋玻璃覆蓋熔融矽

相關申請案之交互參照。

本申請案主張於2012年8月31日所提出之美國臨時專利申請案第61/695,517號之優先權的效益，其全部內容係於此併入以作為參考。

本發明係有關於一種熔融矽定向凝固的方法，特別是有關於一種在定向凝固期間以反應蓋玻璃覆蓋熔融矽的方法。

太陽能電池可藉由利用其將陽光轉換成電能的能力而為一個可實行的能量來源。矽是使用於太陽能電池製造中的半導體材料，然而，使用矽的限制涉及純化矽至太陽能級(solar grade,SG)的成本。

有若干種已知的使用來純化用於太陽能電池的矽之技術。這些技術大部分操作的原理是，當矽正從熔融液體固化時，不需要的雜質可能會傾向於殘留在熔融液體中。舉例來說，浮區技術(float zone technique)可用於製造單晶錠，並使用固體材料中的移動液體區，將雜質移動至材料邊緣。在另一個例示中，柴可斯基技術(Czochralski technique)可用於製造單晶錠，並使用緩慢地拉出溶液之晶種(seed crystal)，使得矽的單晶柱形成的同時，將雜質留在溶液中。在又一例示中，布里治曼(Bridgeman)或熱交換器(heat exchanger)技術可用於製造多晶錠，並使用溫度梯度以產生定向凝固。

鑒於目前的能源需求及供應的限制，本發明人認知到需要以更具成本效益的方式來純化冶金級(metallurgical grade,MG)的矽(或任何其它具有比太陽能級更大量雜質的矽)為太陽能級矽。本公開描述一種容器，如由耐火材料，如氧化鋁所製成的坩堝，其可用於純化矽，像是經由定向凝固。矽可在坩堝中熔化，或熔融矽可在坩堝內定向地固化，以提供用於純化矽。襯裡可設置在坩堝的耐火材料的內表面上，以防止或減少來自耐火材料對容納在坩堝內的熔融矽的汙染，如來自硼、磷或鋁的污染。襯裡可包含含有以膠體氧化矽結合在一起的碳化矽顆粒之阻擋襯裡，或襯裡可包含含有膠體氧化矽及任選地一或多種助熔劑材料之活性純化襯裡。襯裡可提供每個定向凝固週期更純的最終矽，特別是關於硼、磷及鋁的污染。

本公開描述一種用於容納熔融矽混合物的坩堝，坩堝包含具有界定用於接收熔融矽的內部之至少一內表面之至少一耐火材料，以及設置於內表面上的襯裡，該襯裡包含膠體氧化矽。

本公開亦描述一種用於純化矽的方法，方法包含在熔化坩堝的內部熔化第一矽以提供第一熔融矽，熔化坩堝包含具有界定熔化坩堝內部的至少一第一內表面之第一耐火材料，在定向凝固模具裡定向地凝固第一熔融矽以提供第二矽，定向凝固模具包含具有界定定向凝固模具內部的至少一第二內表面之第二耐火材料，並以包含膠體氧化矽的襯裡塗佈第一內表面及第二內表面至少其一之至少一部分。

此概要係企圖提供本公開的標的物之概述。並不意圖提供本發明的排他的或詳盡的解釋。詳細的描述包含在關於本公開提供的進一步的資訊中。

2、206‧‧‧熔融矽

10、124‧‧‧坩堝

12‧‧‧耐火材料

14‧‧‧底部

16‧‧‧側面

100、122、204‧‧‧頂部加熱器

102‧‧‧加熱構件

104、138‧‧‧絕緣體

106‧‧‧外罩

120‧‧‧矽的定向凝固的裝置

126‧‧‧鏈條

128‧‧‧孔

130、140‧‧‧垂直結構構件

132、142‧‧‧水平結構構件

134‧‧‧澆斗嘴

136‧‧‧篩選箱

144‧‧‧底部結構構件

200‧‧‧例示裝置

202‧‧‧定向凝固坩堝

208‧‧‧固體矽層

210‧‧‧玻璃

212‧‧‧熔融玻璃層

214‧‧‧錠

300‧‧‧純化矽之例示方法

302~314‧‧‧步驟

在圖中式，相似的附圖標記可用於描述在幾個圖式中相似的元件。具有不同的字母字尾的相似的附圖標記可用於代表相似元件的不同視圖。圖式藉由舉例的方式而非以限制的方式大致地闡明在本文中所敘述的各種例示。

第1圖係為可使用於純化矽的坩堝之例示之橫剖面圖。

第2圖係為可使用於矽的定向凝固的例示加熱器之橫剖面圖。

第3圖係為包含設置於例示定向凝固模具之頂端的例示加熱器之矽的定向凝固之例示裝置之三維投影圖。

第4A-4C圖係為用於矽的定向凝固之例示裝置之橫剖面圖。

第5圖係為純化矽之例示方法之流程圖。

本公開描述一種使用定向凝固以純化矽的方法。方法可包含添加玻璃的頂層至包含矽的熔融液體中，確保矽及玻璃熔化，接著使熔融液體從熔融液體之底端部分向頂端玻璃層定向地凝固，以形成錠。玻璃及固化矽之頂端部分可被移除，以從錠除去雜質。本發明的方法可用來製造使用於太陽能電池的矽晶體。

定義

單數形式的「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」可包含複數個對象，除非上下文中另有明確地規定。

如本文所用，在一些例示中，用語如「第一(first)」、「第二(second)」、「第三(third)」等，在應用於其他用語如「母液(mother liquor)」、「晶體(crystals)」、「熔融混合物(molten mixture)」、「混合物(mixture)」、「清洗溶液(rinse solution)」、「熔融矽(molten silicon)」等，僅僅使用作為區分步驟之間的通用用語，本身並不指示步驟的優先性或步驟的順序，除非另有明確地指示。舉例來說，在一些例示中，「第三母液(third mother liquor)」可以是一個元件，同時沒有第一或第二母液可為例示的元件。在其他例示中，第一、第二、及第三母液可皆為例示的元件。

如本文所用，「導管(conduit)」可指穿透材料的管狀孔，其中材料不必然為管狀。舉例來說，貫穿一塊材料的孔可以是一個導管。孔的長度可大於直徑。導管可藉由套一管(包含管道)在材料中形成。

如本文所用，「接觸(contacting)」可指觸摸、接觸、或導致物質成緊靠的行為。

如本文所用，「坩堝(crucible)」可指可容納熔融材料之容器，如可容納熔化成熔融狀材料的容器、可接受熔融材料，並保持材料在其熔融狀態的容器、及可容納當其固化或結晶之熔融材料的容器或其組合。

如本文所用，「定向凝固(directional solidification)」或「定向地凝固(directionally solidify)」之類的可指大致上在一個位置開始，以大致線性的方向進行(例如垂直地、水平地或垂直於表面)，且大致上在另一個位置結束地結晶化材料。如在本定義中，位置可以是點、平面、或彎曲面，包括環形或碗狀。

如本文所用，「浮渣(dross)」可指大量漂浮在熔融金屬浴上的固體雜質。通常出現在低熔點金屬或合金的熔化，如錫、鉛、鋅或鋁，或藉由金屬的氧化。其可被移除，例如，藉由將其撇除(skimming)表面。至於錫與鉛，浮渣亦可藉由加入氫氧化鈉顆粒而去除，其溶解氧化物並形成一個熔渣。至於其他金屬，可添加鹽類助熔劑以分離浮渣。浮渣藉由係固體而與為漂浮在合金上之(黏性)液體的熔渣(slag)而有區別。

如本文所用，「送風機(fan)」可指任何可推動空氣的設備或裝置。

如本文所用，「助熔劑(flux)」可指添加至熔融金屬浴以幫助除去如浮渣內的雜質之化合物。助熔劑材料可加至熔融金屬浴，使助熔劑材料可與熔融金屬浴中的一或多種材料或化合物反應，以形成可被除去的熔渣。

如本文所用，「熔爐(furnace)」可指具有用於加熱材料的隔室之機器、設備、裝置、或其他結構。

如本文所用，「加熱元件(heating element)」可指一片產生熱的材料。在一些例示中，當電被允許流過該材料，加熱元件可產生熱。

如本文所用，「感應加熱器(induction heater)」可指在材料上經由電流感應(inducement of electrical current)而加熱至材料之加熱器。電流可藉由使交流電(alternating current)行經靠近待加熱的材料的金屬線圈而產生。

如本文所用，「錠(ingot)」可指鑄造材料的塊體。在一些例示中，材料的形狀允許錠相對容易地運輸。舉例來說，金屬加熱超過其熔點且模塑成條狀或塊狀，可以稱之為錠。

如本文所用，「襯裡(lining)」可指塗佈於至少一部分的坩堝表面的材料層。襯裡可作為坩堝的內表面及容納在坩堝內部的熔融材料之間的屏障。

如本文所用，「熔化(melt)」或「熔化的(melting)」可指當物質接觸到足夠的熱時，從固體到液體之變化。用語「熔化」亦可指已經歷此相轉變而成為熔融液體之材料。

如本文所用，「熔融(molten)」可指熔化之物質，其中熔化是加熱固體物質到該物質變成液體之點(稱為熔點)的過程。

如本文所用，「單晶矽(monocrystalline silicon)」可指具有幾乎沒有任何缺陷或雜質的單一及連續的晶格結構之矽。

如本文所用，「多晶矽(polycrystalline silicon)」或「複矽(poly-Si)」或「多晶矽(multicrystalline silicon)」可指包含多個單晶矽晶體的材料。

如本文所用，「純化(purifying)」可指從外界或污染物質分離目標化學物質的物理或化學分離。

如本文所用，「耐火材料(refractory material)」可指在高溫下化學上及物理上穩定的材料，特別是在有關於熔化及定向凝固矽的高溫下。耐火材料的例示包含但不限於氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨、或其組合。

如本文所用，「側面(side)」或「側面(sides)」可指一或多個側面，且除非對於側面(side)或側面(sides)另有說明，否則其相對於一或多個物體的頂部或底部。

如本文所用，「矽(silicon)」可指具有化學符號Si的元素，且可指在任何純度等級的Si，但一般指至少為50%重量百分比的純度、較佳地75%重量百分比的純度、更佳地85%的純度、更佳地90%重量百分比的純度、及更佳地95%重量百分比的純度，並且甚至更佳地99%重量百分比的純度的矽。

如本文所用，「分離(separating)」可指從另一種物質移除一種物質之過程(例如，從混合物中移除固體或液體)。過程可採用所屬技術領域中具有通常知識者已知的任何合適的技術，例如，傾析(decanting)混合物、從混合物中撇除(skimming)一或多種液體、離心分離(centrifuging)混合物、從混合物中過濾(filtering)出固體、或其組合。

如本文所用，「熔渣(slag)」可指冶煉礦石以純化金屬的副產物。其可被視為金屬氧化物的混合物，然而，其可包含金屬硫化物及元素的形式金屬原子。熔渣通常用作金屬冶煉中的廢棄物移除機制。在自然界中，金屬礦石如鐵、銅、鉛、鋁、及其他金屬往往是在被氧化及與其他金屬的矽酸鹽混合之不純的狀態下被發現。在冶煉過程中，當礦石暴露於高溫時，這些雜質會從熔融金屬分離出來，且可被移除。被去除的化合物之集合物是熔渣。熔渣亦可為各種氧化物及藉由像是提升金屬純化的設計而創造出來的其他材料的摻合物。

如本文所用，「管(tube)」可指中空管形材料(hollow pipe-shaped material)。管可具有約與其外形匹配的內部形狀。管的內部形狀可為任何合適的形狀，包含圓形、方形、或具有任意數量的邊的形狀，包含非對稱的形狀。

用於定向凝固的坩堝

第1圖顯示可用於矽的定向凝固之坩堝10之例示。坩堝10可用作其中進行定向凝固的容器，也稱為定向凝固模具(directional solidification mold)。坩堝10可由配置以提供用於矽的熔化或熔融矽的定向凝固，或兩者之至少一耐火材料12而形成。

坩堝10可具有底部14及從底部14向上延伸的一或多個側面16。坩堝10可形似於厚壁大碗，其可具有一個圓形或大致圓形的橫截面。坩堝10可具有其他橫截面形狀，包含但不限於，方形、或六角形、八角形、五邊形、或具有任何適當數量的邊的任何適當的形狀。

底部14及側面16定義可容納像是熔融矽2之熔融材料之坩堝10的內部。內部亦可承受固體材料，像是可熔化以形成熔融材料的固體矽(未顯示)。

耐火材料12可為任何適當的耐火材料，特別是適用於用於矽的熔化或定向凝固的坩堝之耐火材料。可用作耐火材料12的例示材料包含但不限於氧化鋁(Al₂O₃，亦稱為礬土(alumina))、氧化矽(SiO₂，亦稱為矽土(silica))、氧化鎂(MgO，亦稱為氧化鎂(magnesia))、氧化鈣(CaO)、氧化鋯(ZrO₂，亦稱為氧化鋯(zirconia))、氧化鉻(III)(Cr₂O₃，亦稱為氧化鉻(chromia))、碳化矽(SiC)、石墨、或其組合。坩堝10可包含一種耐火材料，或一種以上的耐火材料。坩堝10中所包含的耐火材料或複數種耐火材料可混合，或其可位於坩堝10中個別的部分，或其組合。一或多種耐火材料12可佈置在層中。坩堝10可包含一層以上的一或多種耐火材料12。坩堝10可包含一層的一或多種耐火材料12。坩堝10的側面16可由與底部14不同的耐火材料形成。與坩堝10的底部14相較，側面16可為不同的厚度、包含不同的材料組合物、包含不同數量的材料、或其組合。在一例示中，側面16可包含熱面(hot face)耐火材料，如氧化鋁。坩堝10的底部14可包含導熱(heat-conductive)材料，像是舉例來說，碳化矽、石墨、鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、或其組合。在一例示中，側面16包含氧化鋁(礬土)耐火材料，而底部14包含具有磷的黏著劑之碳化矽耐火材料。

在一例示中，坩堝10可容納約1公噸(metric tonne)或更多的熔融矽。在一例示中，坩堝可容納約1.4公噸或更多的熔融矽。在一例示中，坩堝可容納約2.1公噸或更多的熔融矽。在一例示中，坩堝可容納至少約1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.1、2.5、3、3.5、4、4.5、或5公噸或更多的矽熔融。

坩堝10可包含其他功能，舉例來說，可提供在坩堝內更有效的矽的熔化或定向凝固。可以被包含在坩堝中的結構或功能之例示包含，但不限於，一或多個絕緣層或其他結構、一或多個熱傳導層或其他結構、一或多個外罩(jackets)及一或多個用於保持層聚集在一起或防止或減少鬆動的錨(anchors)。可以被包含在坩堝中的結構之例示描述於尼科爾等人(Nichol et al)於2010年11月17日申請，轉讓予本申請案的專利權人的美國專利申請案第12/947,936號，標題為「用於矽的定向凝固之裝置及方法」，其係於此併入以作為參考。

頂部加熱器(Top Heater)

當使用於定向凝固時，頂部加熱器亦可被包含及設置在坩堝10的頂部，以加熱坩堝及在坩堝內的熔融矽。頂部加熱器可具有與坩堝的橫截面形狀大致匹配之橫截面形狀。藉由頂部加熱器加熱坩堝可允許控制在坩堝中的熔融矽的溫度。頂部加熱器亦可設置在坩鍋頂端的頂端而不加熱，所以頂部加熱器可作為控制熱從坩堝的釋放之絕緣體。藉由控制溫度或坩堝中的熱的釋放，可提供所希望的溫度梯度，其可允許更高度控制的定向凝固。最終，在溫度梯度的控制可允許得到的矽之純度為最大化之更有效的定向凝固。

第2圖顯示頂部加熱器100之例示。頂部加熱器100可包含一或多個加熱構件102。一或多個加熱構件102中的每一個可獨立地包含任何合適的材料。舉例來說，一或多個加熱構件102中的每一個可獨立地包含加熱元件，其中此加熱元件可包含碳化矽(silicon carbide)、二矽化鉬(molybdenum disilicide)、石墨或其組合，並且，一或多個加熱構件102中的每一個可選擇性地獨立地包含感應加熱器。在一個例示中，一或多個加熱構件設置在大致相同的高度。在另一例示中，一或多個加熱構件設置在不同的高度。

在一例示中，加熱構件102可包含碳化矽，其可具有一定的優勢。舉例來說，碳化矽加熱構件102較不可能在氧存在的高溫下腐蝕。包含可腐蝕的材料的加熱元件可藉由使用真空室而減少氧腐蝕，但碳化矽加熱構件102可避免腐蝕而無需真空室。此外，碳化矽加熱構件102可不使用水冷式引線(water-cooled leads)。在一例示中，加熱構件被用於真空室中、具有水冷式引線、或兩者兼有之。在一個例示中，使用加熱構件102而不需真空室、無水冷式引線、或兩者皆無。

在一例示中，一或多個加熱構件102為感應加熱器。感應加熱器102可鑄成(cast into)一或多個耐火材料。然後包含感應加熱線圈或複數個感應加熱線圈的耐火材料可接著置於底模上。耐火材料可為任何合適的材料，包含但不限於氧化鋁(aluminum oxide)、氧化矽(silicon oxide)、氧化鎂(magnesium oxide)、氧化鈣(calcium oxide)、氧化鋯(zirconium oxide)、氧化鉻(chromium oxide)、碳化矽(silicon carbide)、石墨(graphite)或其組合。在另一例示中，感應加熱器102不鑄成一或多個耐火材料。

一或多個加熱構件102可具有電力系統，因此若至少一個加熱構件102出現故障時，任何剩下的功能加熱構件102可繼續接收電力，以產生熱量。在一例示中，每一個加熱構件102具有自己的電路。

頂部加熱器100可包含絕緣體104。絕緣體104可包含任何合適的絕緣材料，包含但不限於絕緣磚(insulating brick)、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板(insulating board)、陶瓷紙(ceramic paper)、高溫羊毛(high temperature wool)或其混合物。絕緣板可包含高溫陶瓷板。絕緣材料104的底部邊緣及一或多個加熱構件102可大致等高，或加熱構件102可放置在絕緣材料104的底部邊緣的高度之上，或絕緣材料104的底部邊緣可放置在加熱構件102的高度之上。一或多個加熱構件102及絕緣材料104的其他配置可被使用，像是為感應加熱器之一或多種加熱構件102、包含耐火材料之絕緣材料104，其中一或多個加熱構件102係包裹在耐火材料104中。在這樣的例示中，亦可選擇性地包含額外的絕緣材料，其中額外的絕緣材料可為耐火材料，或額外的絕緣材料可為另一種合適的絕緣材料。

頂部加熱器100可包含外罩106。外罩106可包含任何合適的材料，包含但不限於鋼、不銹鋼、銅、鑄鐵(cast iron)、耐火材料、耐火材料的混合物、或其組合。絕緣材料104可至少部分地設置在一或多個加熱構件102及外罩106之間。外罩106的底部邊緣可大致地與絕緣材料104的底部邊緣以及與一或多個加熱構件102一致，或外罩106的底部邊緣可從絕緣材料104的底部邊緣或與一個或多個加熱構件102，或兩者抵消。在一例示中，覆蓋絕緣材料104的邊緣之部分外罩106可包含相對低的導電性的材料，如合適的耐火材料，如氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨、或其組合。

頂部加熱器外罩106可包含結構構件，如可增加頂部加熱器100的強度或剛性的構件。結構構件可包含鋼、不銹鋼、銅、鑄鐵、耐火材料、耐火材料的混合物或其組合。在一例示中，頂部加熱器外罩106可包含從頂部加熱器外罩106的外部，於遠離頂部加熱器100中心的方向延伸之一或多個結構構件，且其圍繞頂部加熱器100的圓周或周圍水平地延伸。一或多個水平結構構件可設置在，例如，在頂部加熱器外罩106的外部之下部邊緣、在頂部加熱器外罩106的外部之頂端邊緣、或在介於頂部加熱器外罩106的外部之底端與頂端邊緣之間的任何位置。在一例示中，頂部加熱器100包含三個水平結構構件，一個設置在頂部加熱器外罩106的底端邊緣，一個設置在頂部加熱器外罩106的上部邊緣，以及一個設置在頂部加熱器外罩106的下部及上部邊緣之間。

頂部加熱器外罩106可在頂部加熱器外罩106的外部包含一或多個結構構件，其沿遠離頂部加熱器100的中心之方向，從頂部加熱器外罩106的外側底端垂直地延伸至頂部加熱器外罩106的外側頂端，以於頂部加熱器外罩106的外部。在一例示中，頂部加熱器外罩106可包含8個垂直結構構件。垂直結構構件可圍繞頂部加熱器100的圓周或周圍均勻地隔開。在一例示中，頂部加熱器外罩106可兼包含垂直及水平結構構件。頂部加熱器外罩106可包含延伸橫跨頂部加熱器外罩106的頂端的結構構件。在頂端的結構構件可從頂部加熱器外罩106的頂端的一個外側邊緣，延伸到另一個頂部加熱器外罩106頂端的邊緣。在頂端的結構構件亦可部分地延伸橫跨外罩106的頂端。結構構件可以是條(strips)、桿(bars)、管(tubes)、或任何用於給頂部加熱器添加結構支撐的合適結構。結構構件可經由焊接(welding)、硬焊(brazing)、或其它合適的方法連接到頂部加熱器外罩106。可採用結構構件以方便裝置的運輸及物理操縱。舉例來說，在頂部加熱器外罩106的外側頂端之結構構件可為有足夠的尺寸(size)、強度(strength)、定向(orientation)、間距(spacing)、或其組合之管件，使得一個特定的堆高機(fork-lift)或其他升降機(lifting machine)可以對頂部加熱器為抬起或移動或其他物理操縱。在另一個例示中，上述的描述為設置在頂部加熱器外罩106的外側的結構構件可替代地或另外地設置於頂部加熱器外罩106的內側。在另一個例示中，頂部加熱器100可使用起重機(crane)或其它起重設備來移動，使用連接到頂部加熱器100之鏈條，包含連接到頂部加熱器的結構構件或連接到頂部加熱器100的非結構構件之鏈條。舉例來說，鏈條可連接到頂部加熱器外罩106的上部邊緣，以形成用於起重機之抬升以及其他方式移動頂部加熱器100之韁繩(bridle)。

冷卻

如上所討論，藉由控制在坩堝中的溫度梯度，可完成高度控制的定向凝固。溫度梯度及相應的定向結晶度的高度控制，可允許更有效的定向凝固，提供高純度的矽。在一例示中，定向凝固可大致上從坩堝的底部到頂部進行，使得溫度梯度在底部具有較低的溫度，以及在頂部具有較高的溫度。在具有頂部加熱器100的例示中，頂部加熱器100可以是控制熱從坩堝進入或損失的一個方法。導電的耐火材料亦可用於坩堝以誘導從坩堝底部散失的熱。坩堝亦可包含在坩堝的側面上的絕緣材料，以防止熱從其散失，促進垂直熱梯度的形成，並阻擋水平熱梯度的形成。在一例示中，可使用一或多個風扇吹出遍及坩堝底部之冷卻空氣，例如遍及坩堝外罩的底部，以控制從坩堝底部的熱損失。在一例示中，不使用風扇之周圍空氣的循環可用於冷卻坩堝，包含坩堝的底部。

在一例示中，一或多個傳熱片可附著在坩堝外罩的底部，以便於空氣冷卻。一或多個風扇可藉由吹氣遍及外罩的底部以提高冷卻散熱片的冷卻效果。可使用任何合適數量的散熱片。一或多個散熱片可藉由散熱片的表面積促進從裝置的底部吸收熱，並使熱藉由空氣冷卻而移除。舉例來說，散熱片可以銅、鑄鐵、鋼、或不銹鋼製成。

在一例示中，可包含至少一液體導管，其中此至少一液體導管配置為允許冷卻液通過導管，從而從坩堝將熱傳輸走。冷卻液可以是任何合適的冷卻液。冷卻液可以是一種液體或一種以上的液體混合物。可用之冷卻液的例示包含但不限於，水、乙二醇(ethylene glycol)、二乙二醇(diethylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)、油、及油的混合物中至少其一。

在一例示中，該至少一液體導管可包含管件。管件可包含用於熱傳遞的任何合適的材料，如銅、鑄鐵、鋼、不銹鋼、耐火材料、耐火材料的混合物、或其組合。該至少一個液體導管可包含通過材料的導管。該導管可通過任何合適的材料，如通過包含銅、碳化矽、石墨、鑄鐵、鋼、不銹鋼、耐火材料、耐火材料的混合物、或其組合的材料。該至少一液體導管可為管件及通過材料的導管之組合。在一例示中，該至少一液體導管可設置鄰近於裝置的底部、在裝置的底部之內、或鄰近裝置的底部以及在裝置的底部之內的組合。

液體導管可包含使冷卻液從定向凝固模具傳遞出熱量之多種配置。泵(pump)可用於移動冷卻液。冷卻系統可用於從冷卻液帶走熱量。舉例來說，可使用一或多個管件(tubes)，包括管材(pipes)。一或多個管件可以是任何合適的形狀，包含圓形、方形、或平面。一或多個管件可被盤繞。一或多個管件可鄰近外罩的外側。在一例示中，一或多個管件可鄰近外罩的外側的底部。一或多個管件可與外罩接觸，使得可產生充足的表面積接觸以允許來自該裝置之熱有效的傳遞至冷卻液中。一或多個管件可以任何合適的方式與外罩接觸，包含沿著管件的邊緣。一或多個管件可焊接(welded)、釬焊(brazed)、軟焊(soldered)或藉由任何合適的方法附著在外罩的外側。一或多個管件可被壓平至外罩的外側，以提高熱傳遞的效率。

在一例示中，該至少一液體導管可以是貫穿坩堝底部的一或多個導管。貫穿坩堝底部的導管可以是包裹於包含在坩堝內的耐火材料之管件。管件可進入外罩的一部分，貫穿在坩堝底部的耐火材料或導電材料或其組合，且由外罩的另一部分出去。包裹於坩堝的底部耐火材料或底部導電材料的管件可被盤繞，或佈置成任何合適的形狀，包含在從坩堝的底部出來以前來回移動一次或多次。

在一例示中，該至少一液體導管包含包裹在耐火材料、導熱材料、或其組合之管件，其中材料係足夠大到使坩堝能放置於其上之大塊材料。導管可通過任何合適的材料。舉例來說，導管可通過的材料包含銅、碳化矽、石墨、鑄鐵、鋼、不銹鋼、耐火材料、耐火材料的混合物、或其組合。冷卻液可從坩堝座落於其上的耐火材料移除熱，從而從坩堝的底部移除熱。

一般

第3圖說明用於矽的定向凝固，包含設置在坩堝124的頂端之頂部加熱器122的裝置120之例示。鏈條126可經由在垂直結構構件130的孔128而連接至頂部加熱器122。鏈條126可形成韁繩(bridle)，其可藉由使用起重機使頂部加熱器122移動。例如，裝置亦可藉由放置坩堝124在剪式升降機(scissor lift)上，同時將頂部加熱器122留在坩堝124上而移動。

垂直結構構件130可從頂部加熱器122的外罩的底部邊緣垂直地延伸至頂部加熱器122的外罩的頂部邊緣。垂直結構構件130可位於頂部加熱器外罩的外側上，且從外罩平行於遠離頂部加熱器122的中心方向延伸。頂部加熱器122亦可包含一個或多個水平結構構件132，其可位於頂部加熱器外罩的外側上，且可從外罩平行於遠離頂部加熱器122的中心方向延伸。頂部加熱器122亦可包含可為頂部加熱器122的外罩的一部分之澆斗嘴(lip)134。澆斗嘴134可從頂部加熱器122的外罩向外突出。澆斗嘴134可朝向頂部加熱器122的中心軸線向內延伸，使其以任何合適的程度覆蓋頂部加熱器122的絕緣體。或者，澆斗嘴134可向內延伸，僅到足以覆蓋頂部加熱器122的外罩的底部邊緣。一或多個篩選箱(screen box)136可包圍從頂部加熱器122的外罩突出之加熱構件的尾端，保護使用者免遭受可能出現在這些構件的尾端中及附近之熱及電。

絕緣體138可位於頂部加熱器122及坩堝124之間。至少一部分的一或多個坩堝124的絕緣層可在坩堝124的外罩的高度上方延伸。坩堝124可包含一或多個垂直結構構件140。垂直結構構件140可位於坩堝124的外罩的外表面上，從外罩平行於遠離坩堝124的中心之方向延伸出去。垂直結構構件140可從外罩的底部邊緣垂直地延伸至外罩的頂部邊緣。坩堝124亦可包含一或多個水平結構構件142。水平結構構件142可位於坩堝124的外罩的外表面上，從外罩平行於遠離坩堝124的中心之方向延伸出去。水平結構構件142可沿坩堝124的圓周水平方向地延伸。坩堝124還可包含底部結構構件144及146。底部結構構件144及146可從外罩平行於遠離坩堝124的中心之方向延伸出去。底部結構構件144及146可以延伸穿過坩堝124的底部。一些底部結構構件146可被形塑，使得其允許堆高機或其它機器對裝置為抬起或以其他物理操作。

純化矽的方法

第4A-4C圖係為例示裝置200在矽的定向凝固過程的不同階段之橫剖面圖。裝置200可包含具有設置在坩堝202上的頂部加熱器204之定向凝固坩堝202。包含矽之熔融液體位於坩堝202內的內部空間裡。如上所述，熔融矽206包含待定向地凝固之矽，以除去來自熔融矽206的雜質。

第4A圖顯示矽純化過程的第一中間階段。在第4A圖的中間階段，熔融矽206的頂端部分已被允許固化，以形成固體矽層208。在固體矽層208之頂端上，玻璃210係設置成與固體矽層208接觸。如以下更詳細地描述，在定向凝固期間玻璃210係安裝以藉由從熔融矽206中吸收額外的雜質，以提供在坩堝202裡面的矽額外純化。

玻璃210可包含，可提供用於吸收來自熔融矽206之不希望的雜質，如硼(B)及磷(P)之任何玻璃組成物。可用來作為玻璃210之玻璃組成物的例子包含但不限於預熔合玻璃，如預熔合氧化矽系玻璃，例如預熔合氧化矽(pre-fused silica)。

第4B圖顯示矽純化過程的第二中間階段。在第4B圖的中間階段，坩堝202已被加熱，使得固體矽層208被熔回熔融矽206中，而第4A圖中的玻璃210被熔化，以在熔融液體406的頂端形成熔融玻璃層212。

第4C圖顯示矽純化過程的定向凝固步驟期間的裝置。在加熱及熔化固體矽層208及玻璃210後，熔融矽206可定向地凝固，例如使用為本領域中通常使用的方法之定向凝固方法。以定向凝固方法之昔知方法，熔融矽206固化以形成從坩堝202的底部向頂部形成之錠214，例如，藉由以頂部加熱器204來加熱熔融液體202的頂部，並以受控的方式(如上所述)冷卻坩堝202的底壁。第4C圖顯示當其形成於坩堝202之內之錠214時，例如，具有坐落於矽錠214頂端的熔融矽206。此外，如上所述，熔融玻璃層212保持在熔融矽206的頂端。

在本領域中眾所周知，當在熔融矽206中的矽凝固以形成矽錠214形成時，如硼、磷及鋁之雜質，殘留在熔融溶液中，因此在定向凝固過程中，熔融矽206內的雜質濃度增加。雜質濃度增加導致對於熔融矽206及熔融玻璃層212之間的雜質的大的質量傳輸驅動力。如果熔融玻璃層212保持與熔融矽206在坩堝202的頂端接觸一段足夠長的時間，與傳統的定向凝固法相比，在最後的錠214的雜質量可大大地減少，而無需使用形成熔融玻璃層212的頂端玻璃層210。定向凝固可停止一段預設的時間，使熔融矽206在該預定的時間之內保持與熔融玻璃層212接觸。在一例示中，熔融矽206保持與熔融玻璃層212接觸至少14小時，亦可保持接觸高達24小時或更多。

在熔融矽206已被允許在預定的時間之內與熔融玻璃層212接觸之後，定向凝固可被允許繼續下去，讓所有熔融矽206變成固化的，以成矽錠214的一部分，從而使熔融玻璃層212也固化以形成不純的玻璃層216。在一例示中，其中玻璃層210包含氧化矽，如預熔合氧化矽，由於最初在熔融矽206中鋁雜質的存在，熔融玻璃層212中的一部分氧化矽(SiO₂)可轉化成擴散到熔融玻璃層212的氧化鋁(Al₂O₃)。

第5圖係為純化矽之例示方法300之流程圖。方法300可包含，在302形成包含矽的熔融液體，如藉由熔化冶金級(MG)矽。在一例示中，熔融液體藉由加熱矽，如MG矽，至固相溫度以上的溫度，例如至少約1400℃，舉例來說，從約1400℃至約1600℃而形成。

在304，固化矽層形成在熔融液體的頂端部分。固化矽層可藉由冷卻熔融液體的頂端部分而形成於熔融液體的頂端部分。頂端部分可藉由以相對較少的熱加熱熔融液體的頂端部分而固化，因而熔融液體的頂端部分慢慢地冷卻，從而凝固。頂端凝固的部分可形成於熔融液體的頂端部分，同時底端部分仍為熔融液體。熔融液體的底端部分，例如，在頂端固化部分以下的部分，可藉由加熱熔融液體的底端部分以將底端部分保持在熔點以上的溫度而保持為熔融液體，同時熔融液體的頂端部分冷卻到低於凝固點。在一例示中，固化矽層具有高達約1公分(centimeter)的固化矽的厚度，如高達約0.5公分的固化矽的厚度。

在306，固化矽層與玻璃接觸，如玻璃層。在一例示中，玻璃包含預熔合玻璃，如預熔合氧化矽。在308，將固化矽層與玻璃進行加熱至足以熔化固化矽與玻璃。在一例示中，將固化矽與玻璃加熱至固相溫度以上的溫度，像是至少約1400℃，例如從約1400℃至約1600℃。

在310，熔融液體係從熔融液體的底端部分朝向熔融液體的頂端部分定向地凝固，以形成固體矽，例如固體矽錠。當固體矽錠形成時，熔融液體內的雜質，如硼、磷及鋁之至少其一之濃度增加，並且熔融液體及熔融玻璃之間的驅動力增加，因此雜質從熔融液體轉移至熔融玻璃，以純化熔融液體中的矽。在一例示中，定向凝固係藉由冷卻熔融液體來進行，像是藉由冷卻熔融液體的底端部分。冷卻以進行定向凝固一段時間，至少約14小時，如從約14小時至約24小時。

在一例示中，第一熔融矽可大致上在定向凝固模具的底端開始凝固，且大致上在定向凝固模具的頂端結束，以形成第二矽。定向凝固可能會導致第二矽的最後冷凍部分(last-to-freeze portion)比第二矽的早期冷凍部分(earlier frozen portions)包含更高的雜質濃度。第二矽除了最後冷凍部分以外的部分可包含比第二矽的最後冷凍部分還低的雜質濃度。第二矽可為矽錠。矽錠可適用於裁切成太陽能晶圓，例如，用於太陽能電池的製造。

在一例示中，定向凝固可包含設置頂部加熱器在定向凝固模具上。定向凝固模具可在添加熔融矽以前進行預熱。頂部加熱器可用於預熱定向凝固模具。預熱定向凝固模具可幫助防止在定向凝固模具的牆壁上的矽過度快速凝固。頂部加熱器可用以熔化第一矽以形成第一熔融矽。可使用頂部加熱器以傳遞熱給第一熔融矽。當矽在定向凝固模具中熔化時，頂部加熱器可傳遞熱給第一熔融矽。頂部加熱器可用於控制第一熔融矽的頂部的熱。頂部加熱器可用來作為絕緣體，以控制在定向凝固模具的頂部之熱損失量。第一矽可在裝置外部熔化，如在熔爐中的熔化坩堝，然後添加到定向凝固模具中。在一些例示中，在裝置外部熔化的矽可在添加進定向凝固模具以後，使用頂部加熱器進一步加熱到所需溫度。

在一例示中，頂部加熱器可包含感應加熱器，矽可在添加進定向凝固模具以前被熔化。又或者，頂部加熱器可包含加熱元件以及感應加熱器。對於熔融矽，感應加熱可以更有效。感應可引起熔融矽的混合。在一些例示中，可以充分地調整電源，以最佳化混合量，過量的混合可增進雜質的分離，但也會在最終的矽錠中產生不希望的多孔隙。

定向凝固可包含從定向凝固模具的底部將熱去除。熱的移除可以任何合適的方式發生。舉例來說，熱的移除可包含至少一吹風扇橫跨定向凝固模具的底部，使用或不使用風扇地使周圍空氣冷卻定向凝固模具的底部，運行冷卻液以通過鄰進裝置底部的管件、通過貫穿裝置底部的管件、通過貫穿裝置位於其上的材料之管件、或其組合。從定向凝固模具的底部將熱去除可使可提供大致上從定向凝固模具的底部到定向凝固模具的頂部，對於第一熔融矽的定向凝固更好的控制之熱梯度在定向凝固的模具中建立。

從定向凝固模具的底部將熱去除可在整個定向凝固的持續時間內進行。可使用多個冷卻方法。例如，定向凝固模具的底部可以液體冷卻及以風扇冷卻。風扇冷卻可發生於部分的定向凝固，而液體冷發生於其他部分，兩種冷卻方式之間具有任何合適的重疊量或不重疊。以液體冷卻可能會發生於部分的定向凝固，而周圍空氣單獨冷卻另一部分，以兩種冷卻方式之間任何合適的重疊量或不重疊。藉由設置定向凝固模具在冷卻的材料塊，冷卻亦可發生在任何合適的定向凝固持續期間，包含以任何適當的重疊量與其他冷卻方法的任何適當之組合。冷卻定向凝固模具的底部之同時，將熱添加至頂部；例如，當熱添加至頂部以增加頂部的溫度時，維持頂部的溫度，或允許頂部的特定冷卻速率。加熱定向凝固模具的頂部、冷卻定向凝固模具的底部、及其組合之所有合適的之構造及方法，以任何合適的暫時重疊或不重疊，作為本發明的例示而被涵蓋。

定向凝固可包含使用頂部加熱器，以加熱矽到至少約1200℃，並緩慢冷卻矽的頂端溫度從約10至約16小時。定向凝固可包含使用頂部加熱器，以加熱矽至包含介於約1200℃及1600℃之間，包含1200℃及1600℃，並保持矽的頂端溫度大致恆定約14小時。定向凝固可包含關閉頂部加熱器，使矽冷卻約2至約60小時，然後從定向凝固模具移除頂端加熱器。在212，第二矽可從定向凝固模具移除。矽可藉由任何合適的方法移除。舉例來說，矽可藉由顛倒定向凝固模具，並允許第二矽脫離定向凝固模具而移除。在另一個例示中，定向凝固裝置可分成兩個或多個部分，例如基本上能夠攔腰被分開形成兩半，允許第二矽從定向凝固模具中除去。

在312，定向凝固後，固化矽的一部分可被移除，以提供純化的固體矽。在314，至少一部分的玻璃可被移除，以提供純化的固體矽。玻璃可以是熔融形式，例如，藉由被倒出或其它方法從固化矽錠除去。玻璃也可以是固體形式，並可被移除，例如，藉由從矽錠切割玻璃。

去除部分的第二矽或玻璃，或兩者皆移除，可導致增加所得到的矽錠的整體純度。舉例來說，該方法可包含自定向地凝固的第二矽移除至少一部分的最後冷凍部分。定向地凝固的矽之最後冷凍部分可為第二矽錠的頂部，因為其在底部到頂部的定向凝固過程中定向。無論是熔融或固體形式之玻璃，可位在最後冷凍部分的頂部。最大的雜質濃度一般可發生在固體矽的最後冷凍部分，以及如上所述，在玻璃中。移除最後冷凍部分或玻璃，或兩者，從而可從固體矽除去雜質，產生比第一矽具有較低的雜質濃度的縮減第二矽。除去部分的矽或玻璃，或兩者，可包含用帶鋸(band saw)、線鋸(wire saw)、或任何合適的切割裝置來切割固體矽。除去部分的矽或玻璃，或兩者，可包含珠粒噴擊法(shot blasting)或蝕刻。珠粒噴擊法或蝕刻亦可用於一般清除或移除第二矽的任何外表面，而不只是最後冷凍部分。移除部分的矽或玻璃，或兩者，可包含移除最後冷凍的液體部分，如藉由從坩堝中倒出剩餘的液體。

一或多個步驟可在惰性氣體中進行，例如氬氣(Ar)、氮氣(N₂)、氫氣(H₂)、水蒸汽(H₂O)、氫氯酸氣體(HCl)、氯氣(Cl₂)、氨氣 (NH₃)及氦氣(He)中之至少之一。該方法可以批次模式(batch mode)或連續模式進行。

方法300可提供至少約1000公斤的矽。純化的固體矽可用於太陽能面板的製造。在移除部分的第二矽錠，例如最後冷凍部分、或玻璃、或兩者以後，矽錠可使用例如帶鋸(band saw)、線鋸(wire saw)或任何合適的切割裝置，切割成一個或多個太陽能晶圓。

實施例：

為了更佳地闡述本文揭露的方法，一系列非限制性的實施例於此提供：實施例1包含一種方法，其包含(a)從矽形成熔融液體，(b)於熔融液體之頂端部分形成固化矽，(c)使固化矽與玻璃接觸，(d)充分加熱固化矽及玻璃以熔化固化矽及玻璃，以及(e)使熔融液體從熔融液體之底端部分向熔融液體之頂端部分定向地凝固，以提供固體矽。

實施例2包含實施例1的方法，其為純化矽的方法。

實施例3包含實施例1或2的其中之一或任何組合的方法，其為從鋁、硼及磷之至少其一純化矽的方法。

實施例4包含實施例1至3的其中之一或任何組合的方法，其中形成熔融液體的矽包含冶金級(metallurgical grade,MG)的矽。

實施例5包含實施例1至4的其中之一或任何組合的方法，其中熔融液體係在高於固相溫度的溫度形成。

實施例6包含實施例1至5的其中之一或任何組合的方法，其中熔融液體係在至少約1400℃的溫度形成。

實施例7包含實施例1至6的其中之一或任何組合的方法，其中熔融液體係在約1400℃至約1600℃的溫度形成。

實施例8包含實施例1至7的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽係藉由冷卻熔融液體的頂端部分，而在熔融液體的頂端部分形成。

實施例9包含實施例1至8的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽係藉由加熱熔融液體的底端部分，而在熔融液體的頂端部分形成，以保留底端部分為熔融液體。

實施例10包含實施例1至9的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽係藉由以相對少的熱加熱熔融液體的頂端部分，使熔融液體的頂端部分慢慢地冷卻，從而凝固，而在熔融液體的頂端部分形成。

實施例11包含實施例1至10的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽形成於熔融液體的頂端部分，同時底端部分仍為熔融液體。

實施例12包含實施例1至11的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽形成於熔融液體的頂端部分，使熔融液體的底端部分保持在熔點以上，同時熔融液體的頂端部分冷卻到低於凝固點。

實施例13包含實施例1至12的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽具有高達約1公分(centimeter)的厚度。

實施例14包含實施例1至13的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽具有高達約0.5公分(centimeter)的厚度。

實施例15包含實施例1至14的其中之一或任何組合的方法，其中玻璃包含預熔合玻璃(pre-fused glass)。

實施例16包含實施例1至15的其中之一或任何組合的方法，其中玻璃包含預熔合氧化矽系玻璃。

實施例17包含實施例1至16的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽與玻璃被加熱至固相溫度以上的溫度。

實施例18包含實施例1至17的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽與玻璃加熱至至少約1400℃的溫度。

實施例19包含實施例1至18的其中之一或任何組合的方法，其中固化矽與玻璃加熱至約1400℃至約1600℃的溫度。

實施例20包含實施例1至19的其中之一或任何組合的方法，其中定向凝固係藉由冷卻熔融液體至少約10小時的一段時間而進行。

實施例21包含實施例1至20的其中之一或任何組合的方法，其中定向凝固係藉由冷卻熔融液體至少約14小時的一段時間而進行。

實施例22包含實施例1至21的其中之一或任何組合的方法，其中定向凝固係藉由冷卻熔融液體約14至約24小時的一段時間而進行。

實施例23包含實施例1至22的其中之一或任何組合的方法，更包含(f)移除一部分的固體矽，以提供純化固體矽。

實施例24包含實施例1至23的其中之一或任何組合的方法，更包含(g)移除至少一部分的玻璃，以提供純化固體矽。

實施例25包含實施例1至24的其中之一或任何組合的方法，其提供至少約1000公斤的矽。

實施例26包含實施例1至25的其中之一或任何組合的方法，其中固體矽係使用於太陽能面板的製造。

實施例27包含實施例1至26的其中之一或任何組合的方法，其中任何一或多個步驟係在惰性氣體下進行。

實施例28包含實施例1至27的其中之一或任何組合的方法，其中任何一或多個步驟係在包含氬氣(Ar)、氮氣(N₂)、氫氣(H₂)、水蒸汽(H₂O)、氫氯酸氣體(HCl)、氯氣(Cl₂)、氨氣(NH₃)及氦氣(He)中的至少之一之惰性氣體下進行。

實施例29包含實施例1至28的其中之一或任何組合的方法，其中任何一或多個步驟係在包含氬氣(Ar)、氫氣(H₂)及氮氣(N₂)中的至少之一之惰性氣體下進行。

實施例30包含實施例1至29的其中之一或任何組合的方法，以批次模式(batch mode)進行。

實施例31包含實施例1至30的其中之一或任何組合的方法，以連續模式進行。

實施例32包含實施例1至31的其中之一或任何組合的方法。

上面的詳細說明包括參考附圖，以形成一部分的詳細說明。藉由圖解的方式，圖顯示出本發明可實施的具體的實施例。這些實施例，於本文中亦稱為「例示」。這些例示可包含除了那些已顯示或已描述以外的元件。然而，本發明人還考慮只提供顯示或描述的那些元件的例示。此外，本發明人亦考慮使用那些已顯示或已描述的元件(或其一或多個態樣)與在本文顯示或敘述之關於特定的例示(或其一或多個態樣)或關於其他的例示(或其一或多個態樣)的任何組合或排列之例示。

如果併入參考而在此文件與任何文件之間有不一致的用法，則以在本文中的用法為主。

在本文中，與在專利文獻中常見的相同，用詞「一(a)」或「一個(an)」的使用，包括一個或多於一個，獨立於任何其他「至少一個(at least one)」或「一或多個(one or more)」的實例或用法。在本文中，除非另有說明，用詞「或(or)」是用來指非排他性的或，像是「A或B(A or B)」包含「A但不是B(A but not B)」、「B但不是A(B but not A)」以及「A和B(A and B)」。在本文中，用詞「包括(including)」及「在其中(in which)」用作為分別與用詞「包含(comprising)」及「其中(wherein)」相當的淺顯英語。另外，在下面的申請專利範圍裡，用詞「包括(including)」及「包含(comprising)」係開放式用法，也就是說，包含除了在申請專利範圍內列於此種用語後之那些列出的以外的元件之系統、設備、物品、成分、配方、或過程，仍被視為落入申請專利範圍的範疇內。此外，在下面的申請專利範圍中，用詞「第一(first)」、「第二(second)」、及「第三(third)」等僅僅用來作為標籤，並不試圖強加數字需求在其目標物上。

本文所描述的方法的例示之至少一部分可以機器或電腦執行。某些例示可包含可操作來配置電子裝置以執行如上述例子中描述的方法之指令編碼的電腦可讀取媒體(computer-readable medium)或機器可讀媒體(machine-readable medium)。這種方法的實現可包含代碼(code)，像是微代碼(microcode)、組合語言代碼(assembly language code)、更高級別語言代碼(higher-level language code)等。這樣的代碼可包含用於執行各種方法的電腦可讀指令。代碼可形成電腦程序產品的一部分。進一步，在一個例示中，如在執行過程中，或在其他時間，代碼可以被有形地儲存於一或多種揮發性(volatile)、非短暫性的、或非揮發性的(non-volatile)有形的電腦可讀取媒體。這些有形的電腦可讀取媒體的例示可包含但不限於，硬碟(hard disks)、移動式磁片(removable magnetic disk)、移動式光碟(removable optical disk)(例如，光碟(compact disk,CD)及數位光碟(digital video disk,DVD))、卡式磁帶(magnetic cassettes)、記憶卡或記憶條(memory cards or sticks)、隨機存取記憶體(random access memories,RAMs)、唯讀記憶體(read only memories,ROMs)等。

以上的敘述旨在說明，並非限制。例如，在上述例示(或其一或多個態樣)可相互組合使用。藉由所屬技術領域中具有通常知識者依據檢閱以上的敘述後，可使用其他實施例。提供摘要允許讀者快速地確定公開的技術的性質。申請時理解摘要不會被用來解釋或限制申請專利範圍的範疇或含義。另外，在上面的詳細說明中，各種特徵可被組合在一起，以簡化本公開。沒有被主張的揭露特徵，不應該解釋為對任何一個申請專利範圍是必須的。相反地，本發明的專利標的(subject matter)可以小於特定的公開實施例中的所有特徵實現。因此，下面的申請專利範圍在此併入詳細說明中，以作為例示或實施例，每個申請專利範圍依據自己作為一個單獨的實施例，可預期的是這樣的實施例可以各種組合或排列彼此結合。本發明的範圍應當參考所附的申請專利範圍，以及同等於這些給予的申請專利範圍的全部範疇判定。

300‧‧‧純化矽之例示方法

302~314‧‧‧步驟

Claims

一種純化矽的方法，其包含：(a)從矽形成一熔融液體；(b)於該熔融液體之一頂端部分形成一固化矽；(c)置放一玻璃於該固化矽之頂端；(d)充分加熱該固化矽及該玻璃，以熔化該固化矽回至該熔融液體中及熔化該玻璃以使得該玻璃形成一熔融玻璃層於該熔融液體之頂端；以及(e)使該熔融液體從該熔融液體之一底端部分朝向該熔融玻璃層定向地凝固，以提供一固體矽。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該熔融液體係於至少約1400℃之溫度形成。
如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該固化矽係藉由以下其中至少之一形成：冷卻該熔融液體之該頂端部分；加熱該熔融液體之該底端部分，以保持該底端部分為該熔融液體；以及以相對較少的熱加熱該熔融液體之該頂端部分，使該熔融液體之該頂端部分緩慢冷卻，從而凝固。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該固化矽形成於該熔融液體之該頂端部分，同時該底端部分保持為該熔融液體。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該玻璃包含一預熔合矽玻璃。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於步驟(d)中，該固化矽及該玻璃係加熱至至少約1400℃之溫度。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中其中於步驟(e)中，定向凝固係藉由冷卻該熔融液體至少約10小時的一段時間而進行。
如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含以下其中至少之一：移除一部分的該固體矽；以及移除至少一部分的該玻璃。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中任一或更多的步驟係在惰性氣壓下進行。
一種純化矽，其係由申請專利範圍第1至9項其中任一項所述之方法得到。