[發明專利]用于提純低級硅材料的方法和裝置

有效

• 申請號: 200780033182.0
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101511731A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 多米尼克·勒布朗;勒內·布瓦韋爾
• 申請（專利權）人: 希利貝坎庫公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;C01B33/02;C01B33/12;C30B29/06;F27B7/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王 旭

發明領域

本發明總體上涉及硅的生產。更具體地，本發明涉及一種用于提純低級硅材料以獲得用于光電或電子應用的較高級硅的方法和裝置。?

發明背景?

硅(Si)有許多不同的應用，每一種應用有其自身的具體技術規格。?

冶金級硅的世界產量的大部分被轉到鋼鐵和汽車工業，其中它被用作一種至關重要的合金組分。冶金級硅是低純度硅。典型地，在被稱為碳熱還原的方法中，通過在約1700℃的溫度下在碳(煤，焦炭，石油焦(pet?coke))和二氧化硅(SiO₂)之間的反應生產冶金級硅，即純度為約98％的硅。?

少部分冶金級Si被轉移到半導體工業中用于生產Si晶片等。然而，半導體工業需要超高純度硅，例如，純度為約99.9999999％(9N)的電子級硅(EG-Si)。必須將冶金級硅提純以生產這種電子級硅。然而，提純方法是精巧的，從而導致電子級硅的較高的成本。?

光電(PV)工業需要較高純度的硅以生產光電池，即太陽能電池。對于在太陽能電池應用中的最佳性能，對硅的純度要求是：?

硼(B)＜3ppm，?

磷(P)＜10ppm，?

總的金屬雜質＜300ppm并且優選＜150ppm。?

盡管光電工業所要求的硅純度低于半導體工業的硅純度，但是具有必需的低硼和低磷含量的中間等級的硅，即太陽能級硅(SoG-Si)并不容易商購。目前的一種選擇是使用昂貴的超高純度的電子級硅；這導致了效率接近理論極限，但是價格昂貴的太陽能電池。另一種選擇是使用來自半導體工業的電子級硅的較廉價“廢料(scrap)”或不合格的供給源。然而，硅芯片生產率的提高已經導致了PV工業可得到的電子級硅的“廢料”供給源的減少。此外，半導體和光電工業的平行增長也促使電子級硅的總體供給短缺。?

幾種提純低級硅，即粗硅或冶金級硅的方法在本領域中是已知的。?

美國專利申請2005/0074388描述了一種被用作用于生產電子品質或光電品質的硅的原料的中等純度硅，以及用于生產這種材料的方法。該方法包括在埋弧電弧爐中通過二氧化硅的碳熱還原生產具有低的硼含量的硅。將這樣生產的液體硅倒入桶中，通過使用石磨棒注入氧或氯進行精制，置于鐘型罩下，并且在注入中性氣體的情況下減壓處理，然后倒入置于爐中的模中，從而以受控的方式凝固，并且引起雜質在殘余液體中的偏析。通過氧注入的液體硅的精制不能在電弧爐中安全地進行。由此，通過氧注入的液體硅的精制程序需要將液體硅從爐子轉移到桶中，從而在工藝中增加了額外的實施步驟，因此增加了復雜性。?

美國專利3,871,872和4,534,791描述了使用爐渣處理硅以除去鈣(Ca)和鋁(Al)雜質。具體地，美國專利3,871,872描述了將包含SiO₂(二氧化硅)，CaO(石灰)，MgO(氧化鎂)和Al₂O₃(氧化鋁)的爐渣加入到熔融硅金屬中，并且美國專利4,534,791描述了使用熔融爐渣對硅進行處理，所述熔融爐渣包含SiO₂(二氧化硅)，CaO(石灰)，MgO(氧化鎂)和Al₂O₃(氧化鋁)，Na₂O，CaF₂，NaF，SrO，BaO，MgF₂和K₂O。?