UA72279C2 - Спосіб одержання високочистого гранульованого кремнію - Google Patents
Спосіб одержання високочистого гранульованого кремнію Download PDFInfo
- Publication number
- UA72279C2 UA72279C2 UA2002053827A UA200253827A UA72279C2 UA 72279 C2 UA72279 C2 UA 72279C2 UA 2002053827 A UA2002053827 A UA 2002053827A UA 200253827 A UA200253827 A UA 200253827A UA 72279 C2 UA72279 C2 UA 72279C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- silicon
- gas
- particles
- reactor
- pressure
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 title abstract 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 60
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 55
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 28
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 9
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 241000482268 Zea mays subsp. mays Species 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 2
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- CFTHARXEQHJSEH-UHFFFAOYSA-N silicon tetraiodide Chemical class I[Si](I)(I)I CFTHARXEQHJSEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
-
- 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
-
- 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
- C01B33/029—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of monosilane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Спосіб одержання гранульованого кремнію високої чистоти шляхом розкладання газу, який містить кремній, зокрема силану, при тиску в межах 100-900 мбар, при цьому в газ, що вводять, може бути додано до 50% об. газу, який не містить кремнію, відносно загальної кількості введеного газу.
Description
Даний винахід стосується способу одержання високочистого гранульованого кремнію шляхом розкладання газу, що містить кремній, зокрема силанів при зниженому тиску. Крім того, даний винахід стосується застосування елементарного кремнію, одержаного таким способом, у фотогальваниці та технології напівпровідників. Гази, які містять кремній, слід розуміти як сполуки кремнію чи їх суміші, які перебувають у газоподібному стані в умовах згідно з даним винаходом. У межах даного винаходу газами, вільними від кремнію газами, є гази, які не містять сполук кремнію. Відомі способи термічного розкладання летючих сполук кремнію для одержання елементарного кремнію високої чистоти, що дозволяє його використання в фотогальваниці і/або технології напівпровідників. Таке термічне розкладання здійснюють, наприклад, в реакторах Сіменса. В реакторі такого типу термічний розклад відбувається на поверхні стержня. Іншими придатними установками є реактори з псевдозрідженим шаром, в якому розміщують маленькі частинки кремнію, а потім псевдозріджують струменем придатного газу або газової суміші, які містять кремній. В ідеальному варіанті термічний розклад летючої сполуки кремнію відбувається на поверхні завчасно розміщених частинок кремнію. 3012861 описує спосіб одержання елементарного кремнію в реакторі з псевдозрідженим шаром. Як кремнієві сполуки використовують силани та галосилани, які можуть бути розріджені іншими газами.
Придатними газами-розріджувачами є, наприклад, аргон і гелій, в той час як у випадку силану може бути використаний також і водень. Реакцію можна проводити під тиском, інтервал значень якого знаходиться у широких межах. У випадку, коли як кремнієву сполуку використовують нерозріджений 5іНае або 5ІЇ 4, згідно з
Б 3012861, реакцію краще проводити при низькому тиску. Для нерозрідженого 5іНа вказано, що переважний тиск становить приблизно 5ММ На (приблизно 6,7мбар) або менше. Для нерозрідженого 5ІЇ л переважний діапазон тиску знаходиться нижче 0,1 дбар. У прикладі З як кремнієву сполуку використовують нерозріджений 5іНи при тиску їмм Нд (приблизно 1,3мбар). Вихід кремнію відносно використаної кількості
Зіна становить лише 1495. Якщо, однак, як в прикладі 4 реакцію проводять майже при атмосферному тиску, збільшується утворення кремнієвого пилу. Кремнієвий пил має дуже велику питому поверхню і, таким чином, дуже легко піддається забрудненню, що робить його непридатним для використання у фотогальваниці або технології напівпровідників. Отже утворення пилу є небажаним. Додавання водню при 25-ти кратному молярному надлишку, як робили у прикладі 7, дозволяє досягти виходу кремнію на рівні більше ніж 9595 і утворення кремнієвого пилу менше ніж 195 відносно використаного 5іНа в реакції, яка проходить при майже атмосферному тиску. 5 4684513 також описує утворення кремнієвого пилу як проблему, яка має місце при піролізі силану.
Для зменшення утворення пилу піроліз силану проводять в спеціальному реакторі, структура якого дозволяє реалізацію повністю означеного температурного профілю. Газ, що містить кремній і який вводять в піроліз, краще розбавляти 5095 по об'єму іншим газом чи газовою сумішшю.
Додавання газу для розрідження, однак має деякі недоліки. Додавання додаткового компонента в реакційну камеру несе в собі ризик занесення домішок, які знижують чистоту кремнію, що необхідно одержати. Реактор, який використовують для досягнення необхідної чистоти виробництва, повинен мати більші розміри, при цьому також збільшується споживання енергії, оскільки нагрівати до температури, потрібної для розкладання кремнієвої сполуки, треба не тільки газ, який бере участь в реакції, тобто газоподібну сполуку кремнію, але й газ-розріджувач, який не містить кремнію. Крім того використаний газ треба піддавати рециркуляції з економічних причин, а це потребує використання додаткового обладнання. 5 5798137 описує спосіб виділення кремнію з газу, який містить кремній, в спеціальному реакторі з псевдозрідженим шаром, який включає декілька зон, в які газ, що містить кремній, подають безпосередньо через сопло замість введення газу через розподільні перегородки. Цей спосіб дозволяє проводити термічний розклад газів, які містять кремній з меншим утворенням пилу та без додавання газу-розріжувача.
Однак повністю запобігти утворенню пилу не вдається. Крім того, застосування даного способу потребує значних витрат на обладнання.
Окрім вищевказаних проблем, при термічному розкладі газів, які містять кремній, з'являються додаткові проблеми. 5 5798137 дає, наприклад, огляд таких проблем.
Як правило, термічне виділення кремнію з газів, які містять кремній, завершується при температурах
Тамманна для кремнію (приблизно 5295 від температури плавлення кремнію). Вище цієї температури матеріали стають «липкими», таким чином, що частинки в псевдозрідженому шарі можуть утворювати агломерати. Це призводить до дефлюідицації і забруднення реактора або дистриб'ютора газу. Таким чином, у реакторах з псевдозрідженим шаром постійно має місце дефлюідизація шару при перевищенні критичної концентрації силану (»15-209606. силану відносно загальної кількості введеного газу). З іншого боку концентрації силану нижче цього критичного значення мають негативний вплив на об'ємну продуктивність процесу.
Інші проблеми пов'язані з великими потребами в енергії та відкладенням кремнію на стінках реактора, якщо температура реактора, яку використовують для розкладання, є високою, при цьому відкладення кремнію на стінках реактора збільшується (див. 05 4818495 та 05 4684513). Серед іншого це призводить до погіршення переносу теплоти або пошкодження реактора через різницю в коефіцієнтах теплового розширення між стінкою реактора та шаром відкладеного кремнію (див. ОБ 3963838), а також до забруднення частинок через дифузію металів з корпусу реактора на шар кремнію, осадженого на стінці.
Іншою проблемою є вміст водню в кремнії, одержаному шляхом розділення. Залишковий водень в кремнії грає важливу роль в розділенні кремнію. Якщо вміст водню високий, виникають труднощі з розплавленням кремнію. Ці проблеми відомі як «утворення попкорну». Під час розплавлення частинки розкриваються, в результаті утворюється пориста структура, яка порушує процес плинності. Ця проблема плавлення загалом відома і описана, наприклад, у 05 5810934.
Задачею даного винаходу є розробка способу одержання гранульованого кремнію високої чистоти, придатного для використання у фотогальваниці та технології напівпровідників шляхом розкладання газу, зокрема газоподібного силану, який містить кремній, в реакторі з плинним шаром або псевдозрідженим шаром при високому виході кінцевого продукту, де вказані вище проблеми були б зведені до мінімуму.
Даний винахід стосується способу одержання гранульованого кремнію високої чистоти шляхом розкладання газу, який містить кремній, де вищевказане розкладання відбувається при тиску в межах від
100 до 900мбар.
Несподівано було виявлено, що діапазон значень тиску, який використовують у даному винаході, дозволяє уникнути недоліків, що виникають при роботі при більш високому тиску (утворення пилу, додавання у значних кількостях стороннього газу разом з високою потребою в енергії і/або високою температурою стінки реактора), а також і недоліків, що виникають при роботі при меншому тиску (низький вихід в порівнянні з використаною кількістю кремнієвої сполуки і низька об'ємна продуктивність).
Несподівано було виявлено, що навіть реактори з пседозрідженим шаром дозволяють одержувати концентрації газу, який містить кремній, до 1009506. в газі без сторонніх домішок, який вводять в реактор, без слідів дефлюідизації превдозрідженого шару, тобто агломерації частинок шару. Окрім цього, менше буде виникати проблем, пов'язаних в утворенням «попкорну», завдяки меншому парціальному тиску водню.
Можна очікувати, що в діапазоні середнього тиску будуть з'являтись недоліки, пов'язані з роботою при більш високому тиску плюс недоліки, пов'язані з роботою при меншому тиску. Спосіб згідно з винаходом дозволяє, наприклад, майже повне перетворення 5інН.. Було одержано 29095 виходу гранульованого кремнію високої чистоти відносно кількості використаного 5іНа. Спосіб згідно з винаходом може бути використаний в реакторах будь-якого типу. Придатні реактори, якими є зокрема реактори з псевдоздірженим шаром, добре відомі. Наприклад, можна послатись на реактори, в яких утворюються пухирці, або на реактори з циркуляцією псевдозрідженого шару, також на струменеві реактори або на реактори зі зливною трубою. Даний спосіб можна здійснювати, наприклад, безперервно, або з перервами, причому безперервний спосіб є переважним.
Вивантаження одержаного гранульованого кремнію високої чистоти з реактора можна здійснювати, наприклад, безперервно, або з перервами.
Гази, які містять кремній, включають силани, йодиди кремнію і галосилани хлору, брому, йоду, а також їх суміші. Важливо, щоб сполука була в газоподібному стані при кімнатній температурі або її спочатку треба спочатку перетворити на такий газоподібний стан. Перетворення на газоподібний стан можна, наприклад, здійснювати термічним шляхом.
Краще використовувати силани, наприклад, 5іНаеа, бі2Ни, 5ізНв, Зі«Ніо та бібНі4. Особлива перевага надається 5іНа.
Спосіб згідно з винаходом здійснюють при тиску в межах від 100 до 900мбар, краще - від 200 до 80омбар. Ще кращим є діапазон значень від 300 до 700мбар, а найкращим - від 400 до бООмбар. Усі наведені значення тиску є абсолютними значеннями тиску. Якщо спосіб згідно з винаходом здійснювати у реакторі з псевдозрідженим шаром, вищевказаний тиск слід розуміти як тиск позаду псевдозрідженого шару в напрямку введення потоку газу. В одному з варіантів втілення способу одержання гранульованого кремнію високої чистоти згідно з винаходом додають до 509506. вільного від кремнію газу відносно загальної кількості газу, який вводять. Краще, коли кількість вільного від кремнію газу знаходиться в межах від 0 до 409506., а найкраще - від 0 до 209506. Додавання вільного від кремнію газу зменшує утворення кремнієвого пилу, хоча таке додавання потребує більшої енергії для здійснення способу та зменшує об'ємну продуктивність. Отже варіант втілення без додавання вільного від кремнію газу є кращим. Придатні гази, які не містять кремнію, включають, наприклад, благородні гази, азот, а у випадку використання силану як газу, який містить кремній, в якості вільного від кремнію газу можна використовувати водень, при цьому вільні від кремнію гази можна використовувати індивідуально або у будь-якій комбінації. Кращими є азоті водень, а найкращим - водень.
Температура може варіювати від 3007"С до 1400"С. Однак достатнім буде здійснювати розкладання газу, який містить кремній, при температурі, яка не перевищує температуру плавлення кремнію, який утворюється. Коли використовують 5ЗіНі., кращою є температура від 5007"С до 1400"С. Кращою для розкладання є температура від 600"С до 1000"С, а найкращою - від 620"7С до 700"С. Коли використовують
ЗІНае, відповідний діапазон значень температури знаходиться в межах від 8507С до 1250"С, а у випадку галосиланів - від 52007С до 140070.
У кращому варіанті втілення даного винаходу, тверді частинки, далі - частинки, осаджуються в реакційній камері реактора з псевдозрідженим шаром. Частинки можна вводити ззовні безперервно або з перервами. Однак як частинки можна використовувати і частинки, які виробляються безпосередньо в реакторі. Частинки утворюють твердий шар, через який прокачують газ, який вводять в реактор. Швидкість газу, який нагнітають, регулюють таким чином, щоб твердий шар піддавався псевдозрідженню і утворював псевдозріджений шар. Цей процес як такий відомий фахівцям в даній галузі техніки. Швидкість газу, який нагнітають, повинна бути принаймні рівною швидкості розпушування. Термін «швидкість розпушування» означає швидкість з якою газ протікає крізь шар частинок, нижче якої твердий шар зберігається, тобто нижче якої частинки в шарі залишаються нерухомими. Вище цієї швидкості починається псевдозрідження шару, тобто частинки починають рухатись і починають утворюватись бульбашки. У переважному варіанті втілення швидкість газу, який нагнітають, перевищує в 1-10 разів, краще в 1/2 - 7 разів швидкість розпушування.
Краще, коли частинки мають діаметр від 50 до 5000мкм.
Частинки, які використовують, являють собою частинки кремнію. Перевага полягає в тому, що ці частинки кремнію мають чистоту, бажану для гранульованого кремнію високої чистоти, який одержують.
Однак, можна використовувати частинки кремнію, які мають деякий вміст присадки, коли потрібен матеріал з присадкою. Придатними є також частинки, які не містять кремній, як довго вони залишаються стабільними в умовах реакції.
Якщо потрібен матеріал з присадкою, можна, наприклад, в процесі виробництва додавати придатні сполуки. Придатними сполуками є, наприклад, фосфор, бор, або алюміній.
Кремній, одержаний способом згідно з винаходом, може бути використаний в деяких галузях техніки, наприклад, в галузі фотогальваники як вихідний матеріал для виробництва сонячних елементів або в технології напівпровідників, наприклад, у виробництві електронних компонентів.
Приклади, які наводяться далі, ілюструють спосіб згідно з винаходом, але даний винахід не обмежується цими прикладами.
Приклади
Приклад і: Розрахунковий приклад
На основі розрахункової моделі на прикладі силану були розраховані потреба в енергії та температура стінки реактора з псевдозрідженим технічним шаром для термічного розкладання кремнієвих сполук.
З урахуванням рівня техніки розрахунки базувались на нижченаведених допущеннях: діаметр реактора: 1,5м; висота реактора: 4м; діаметр частинки: 800мкм; швидкість газу на вхідному порту реактора: 1,35м:с.
Розрахунки базувались на парціальному тиску силану р(Зінаи)-200мбар. Коефіцієнт переносу теплоти розраховували придержуючись кореляції атласу теплоти МОЇ.
Таблиця
Порівняння здійснення способу термічного розкладання силану в умовах нормального та зниженого тиску
Струмньня! /-/-/://////777777777 |1192| -
ВтомеК"
Енергія, що споживається, кВт. | 558 98
З Таблиці видно, що при роботі в умовах зниженого тиску питома потреба в енергії становить лише 1/5 від питомої потреби в енергії при реалізації способу в умовах нормального тиску, використовуючи водень як газ-псевдозріджувач. Крім того температура стінки реактора на 207С нижче за температуру стінки в умовах нормального тиску. Таким чином, при роботі в умовах зниженого тиску очікується менше відкладень на стінці реактора. Ці дві величини показують переваги роботи в умовах зниженого тиску.
Приклад 2 а) розкладання 5інаВ умовах нормального тиску (порівняння) 600г частинок кремнію діаметром від 250 до З55мкм розмістили реакторі з псевдозрідженим шаром (діаметр - 52,4мм, висота з розширеною верхньою частиною - 1600мм). Експеримент проводили при невеликому надлишку тиску (приблизно 150мбар) для компенсації втрат тиску за рахунок розподілювачів газу, псевдозріджених частинок, та патрубків. Після запуску і нагріву псевдозрідженого шару до температури 650"С в порт реактора вводили силан (5іНа), концентрація якого становила 109506. відносно газу-псевдозріджувача (водень). Відразу після введення силану частинки кремнію у шарі почали утворювати агломерати, що призводило до незворотньої дефлюідизації (злипання матеріалу). В умовах нормального тиску стабільні умови роботи були одержані протягом більш тривалих проміжків часу шляхом відновлення лише при концентрації силану «109506. відносно газу-псевдозріджувача (водень). б) розкладання 5іНа в умовах зниженого тиску та низької концентрації силану (порівняння)
Тепер вищеописаний спосіб провели в реакторі в умовах зниженого тиску (р-800мбар абс.) Знижений тиск підтримували за допомогою вакуумного насосу. Знову в реактор вводили бО0г частинок кремнію діаметром від 250 до 355мкм. Після встановлення концентрації силану на рівні 109606. відносно газу- псевдозріджувача (водень), без будь-яких проблем протягом більш ніж 30 хвилин проводили термічний розклад частинок. Конверсія силану досягала майже 10095 і загалом було виділено 81,08г 5і. Після завершення реакції аналіз продуктів реакції показав, що 98,795 розкладеного силану було осаджено на частинках шару, тоді як 1,395 було зібрано у вигляді пилу в циклоні, що знаходився внизу проходження струменя та на фільтрі. Тест 26 показав, що робота в умовах зниженого тиску запобігає дефлюідизації.
Приклад З
Експеримент в умовах зниженого тиску (500мбар абс.) проводили у випробовувальному реакторі, описаному в прикладі 2, при цьому концентрацію силану підтримували на рівні 1009606. Експерименти проводили в реакторі, описаному в прикладі 2. Після нагрівання шару (800г 5і, діаметр частинок: 250- 3З55мкм) до температури 650-6707"С, концентрацію силану встановлювали на рівні 1009506.
Псевдозріджений шар залишався стабільним протягом більш ніж 40 хвилин. У цьому випадку на частинках шару було осаджено 293,0г кремнію, тоді як 39,9г було зібрано у вигляді дисперсного пилу в циклоні, що знаходився внизу проходження струменя та на фільтрі вказаного реактора.
Приклад показує, що при тиску в реакторі 500мбар абс. Концентрацію силану можна підвищити до 10095 і, незважаючи на це, одержати стабільний псевдозріджений шар і працювати тривалий час, протягом якого і після якого не спостерігається дефлюідизація і агломерерація.
Кремній, одержаний в прикладах 26 і 3, аналізували методом поверхневого аналізу (ХР) та об'ємного аналізу (ІСР). Вміст забруднювачів був нижче від межи ідентифікації цими обома методами.
Claims (10)
1. Спосіб одержання високочистого гранульованого кремнію розкладанням газу, що містить сполуки кремнію, який відрізняється тим, що вказане розкладання виконують при тиску 100-900 мбар, розкладання виконують в присутності частинок, через які газ, що містить сполуки кремнію, проходить таким чином, що частинки піддаються псевдозрідженню і утворюють псевдозріджений шар, причому співвідношення між швидкістю потоку газу, що містить сполуки кремнію, коли потік газу вводять в шар, і швидкістю розпушування шару знаходиться в діапазоні від 1 до 10.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тиск становить 200-800 мбар.
3. Спосіб за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що в газ, який містить сполуки кремнію, додають до 5095 об. газу, що не містить сполук кремнію, відносно загальної кількості газу, який вводять.
4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що як газ, який не містить сполук кремнію, застосовують водень та/або азот.
5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що як частинки застосовують частинки кремнію.
6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що діаметр частинок знаходиться в діапазоні від 50 до 5000 мкм.
7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що додавання частинок виконують безперервно або з перервами.
8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що як газ, що містить сполуки кремнію, застосовують силан, переважно 5ІіНа.
9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що як газ, що містить сполуки кремнію, застосовують 5ІНеа, причому робочу температуру встановлюють в діапазоні від 500 до 140020.
10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що в процесі одержання кремнію додають придатні сполуки для одержання кремнію з присадками.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19948932 | 1999-10-11 | ||
| PCT/EP2000/009479 WO2001027029A1 (de) | 1999-10-11 | 2000-09-28 | Verfahren zur herstellung von hochreinem, granularem silizium bei niedrigem druck |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA72279C2 true UA72279C2 (uk) | 2005-02-15 |
Family
ID=7925231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2002053827A UA72279C2 (uk) | 1999-10-11 | 2000-09-28 | Спосіб одержання високочистого гранульованого кремнію |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1220816B1 (uk) |
| JP (1) | JP2003511338A (uk) |
| AT (1) | ATE256638T1 (uk) |
| AU (1) | AU7659900A (uk) |
| DE (1) | DE50004819D1 (uk) |
| UA (1) | UA72279C2 (uk) |
| WO (1) | WO2001027029A1 (uk) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10062419A1 (de) | 2000-12-14 | 2002-08-01 | Solarworld Ag | Verfahren zur Herstellung von hochreinem, granularem Silizium |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3012861A (en) * | 1960-01-15 | 1961-12-12 | Du Pont | Production of silicon |
| US4154870A (en) * | 1974-11-01 | 1979-05-15 | Texas Instruments Incorporated | Silicon production and processing employing a fluidized bed |
| DE2620739A1 (de) * | 1976-05-11 | 1977-12-01 | Wacker Chemitronic | Verfahren zur herstellung von hochreinem silicium |
| JPS6437410A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-08 | Mitsubishi Metal Corp | Production of doped high-purity granular silicon |
-
2000
- 2000-09-28 AU AU76599/00A patent/AU7659900A/en not_active Abandoned
- 2000-09-28 WO PCT/EP2000/009479 patent/WO2001027029A1/de active IP Right Grant
- 2000-09-28 JP JP2001530054A patent/JP2003511338A/ja active Pending
- 2000-09-28 DE DE50004819T patent/DE50004819D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-28 UA UA2002053827A patent/UA72279C2/uk unknown
- 2000-09-28 EP EP00966081A patent/EP1220816B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-28 AT AT00966081T patent/ATE256638T1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003511338A (ja) | 2003-03-25 |
| EP1220816B1 (de) | 2003-12-17 |
| ATE256638T1 (de) | 2004-01-15 |
| DE50004819D1 (de) | 2004-01-29 |
| WO2001027029A1 (de) | 2001-04-19 |
| AU7659900A (en) | 2001-04-23 |
| EP1220816A1 (de) | 2002-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368568C2 (ru) | Способ получения кремния | |
| US6887448B2 (en) | Method for production of high purity silicon | |
| US20020086530A1 (en) | Method and apparatus for preparing polysilicon granules | |
| JP6246905B2 (ja) | 多結晶シリコンを製造する反応器、およびそのような反応器の構成部品上のシリコン含有層を除去する方法 | |
| WO2003040036A1 (fr) | Procede de production de silicium | |
| US8580205B2 (en) | Method and apparatus for improving the efficiency of purification and deposition of polycrystalline silicon | |
| JP4038110B2 (ja) | シリコンの製造方法 | |
| KR20110037967A (ko) | 실리콘 미분의 재순환에 의한 다결정 실리콘 반응로 생산성 향상 방법 | |
| JP2711305B2 (ja) | 流動床反応器及び方法 | |
| US20060086310A1 (en) | Production of high grade silicon, reactor, particle recapture tower and use of the aforementioned | |
| US20040091630A1 (en) | Deposition of a solid by thermal decomposition of a gaseous substance in a cup reactor | |
| KR20140071397A (ko) | 유동층 반응기에서의 실란의 열 분해에 의한 다결정 규소의 제조 | |
| US20160145109A1 (en) | Process for operating a fluidized bed reactor | |
| US20040258613A1 (en) | Process for the production and purification of sodium hydride | |
| CN112441604B (zh) | 一种制备高纯氟化物的方法 | |
| CN219424369U (zh) | 一种流化床 | |
| UA72279C2 (uk) | Спосіб одержання високочистого гранульованого кремнію | |
| JPH06127924A (ja) | 多結晶シリコンの製造方法 | |
| RU85155U1 (ru) | Устройство для конверсии тетрахлорида кремния и напыления поликристалилического кремния | |
| JP5586005B2 (ja) | シリコンの製造方法 | |
| JPH06127921A (ja) | 粒状多結晶シリコンの製造方法 | |
| JPS63225512A (ja) | 高純度粒状珪素の製造方法 | |
| JPS62292607A (ja) | Ｃｖｄ法による微粉末の製造方法およびその装置 | |
| WO2008042445A2 (en) | Systems and methods for production of semiconductor and photovoltaic grade silicon | |
| KR20150127425A (ko) | 입자상 폴리실리콘의 제조 방법 및 그에 이용되는 유동층 반응기 |