RU2173738C1 - Способ получения мульти- и монокристаллического кремния - Google Patents
Способ получения мульти- и монокристаллического кремнияInfo
- Publication number
- RU2173738C1 RU2173738C1 RU99127636A RU99127636A RU2173738C1 RU 2173738 C1 RU2173738 C1 RU 2173738C1 RU 99127636 A RU99127636 A RU 99127636A RU 99127636 A RU99127636 A RU 99127636A RU 2173738 C1 RU2173738 C1 RU 2173738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- monoxide
- stage
- carbon
- reactor
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 60
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 3
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N Silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 claims description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 2
- 229910003617 SiB Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003237 carborane-containing polymer Polymers 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 2
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N Chlorosilane Chemical class Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010042602 Supraventricular extrasystoles Diseases 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N Trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000007038 hydrochlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical group 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к химической технологии. Сущность изобретения: процесс ведут в три стадии. На первой стадии в закрытом реакторе кварц, содержащий порядка 1•10-4% примесей, восстанавливается до газообразного монооксида химически очищенным техническим кремнием и собственными отходами - обрезки слитков кремния с содержанием примесей не более 1•10-4%. Из реактора первой стадии выходит чистый газообразный монооксид, все примеси остаются в конденсированном состоянии в тигле. Газообразный монооксид направляется во второй закрытый реактор, где происходит его восстановление до элементарного кремния мелкодисперсным углеродом (сажей), подаваемым в потоке монооксида углерода. Газы, покидающие реактор второй стадии, проходят пылеулавливание и очистку от диоксида углерода. Часть газа, состоящего из монооксида углерода, направляется в аппарат каталитического разложения, где получают сажу. Образующийся углекислый газ направляется на плазмохимическую переработку, где также получают сажу и кислород, уходящий в атмосферу. Вторая часть монооксида углерода направляется в качестве газа, транспортирующего сажу, в реактор восстановления. Таким образом реализуется замкнутый цикл по углероду. Полученный жидкий кремний перекачивается непосредственно в печные агрегаты для производства моно- и мультикристаллических слитков. Чистота кремния в обработанных слитках >99,9995%. Отходы от обрезки слитков направляются в реактор первой стадии, где используются в качестве восстановителя. Пыль из системы газоочистки также направляется в реактор первой стадии, где используется как исходное сырье. Таким образом реализуется замкнутый цикл по материалам, содержащим кремний. Технический результат - получение высокочистого кремния непрерывным экологически безопасным способом с низкими потерями металла. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области химической технологии. Разработан способ получения мульти- и монокристаллического кремния высокой чистоты для использования в производстве солнечных батарей.
Для производства поликристаллического кремния (ПКК) электронного качества в мировой практике применяется хлоридный метод, при этом порошок технического кремния подвергается гидрохлорированию с образованием газообразных хлорсодержащих соединений кремния (хлорсиланы). После очистки и разделения газов, покидающих реактор, где происходит гидрохлорирование кремния, выделяют особо чистый трихлорсилан, который подвергается водородному восстановлению, в результате получают ПКК с содержанием суммы примесей меньше, чем 10-4 вес. %. Полученный поликристаллический кремний (ПКК) идет на изготовление моно- и мультикристаллических слитков для использования их в полупроводниковом производстве. Способ описан в книге "Технология полупроводникового кремния" под редакцией Э.С. Фалькевича. М.: Металлургия, 1992 г. Реализация хлоридного способа связана со сложной и дорогостоящей аппаратурой, технология сложна и многозвенна. Использование хлора требует соблюдения особых условий для обеспечения безопасности окружающей среды.
Наиболее близким по своей сущности к данному изобретению является техническое решение, изложенное в статье А.А. Бахтина, Л.В. Черняховского, Л.П. Кищенко, П. С. Меньшикова "Влияние качества сырьевых материалов на производство кремния высокой чистоты", ж. Цветные металлы, N 1, 1992 г., стр. 29-32.
Для получения кремния, пригодного в технологии изготовления солнечных батарей, использовался метод карботермического восстановления высокочистого кварца с содержанием В и Ti менее 1•10-4 мас.% и общим содержанием примесей на уровне 1•10-3%. В качестве восстановителя применялся графит марок ШГ-СОЧ, ГМЗ-ОСЧ с общим содержанием примесей, а также В и Ti на вышеуказанных уровнях.
Шихта брикетировалась, размер брикетов 2-6 мм, исходные компоненты имели размеры частиц до 10 мкм и влажность 10-15%. Брикеты загружались в электродуговую печь мощностью 100 кВА температура в зоне реакции превышала 1900oC; соотношение углерода и кварца в брикетах составляло 0,6 кг C/кг SiO2. Длительность процесса составляла 2 часа. Максимальное извлечение кремния достигало 67-71%, а чистота получаемого кремния была не ниже 99,98%. Такой кремний, по мнению авторов, пригоден для изготовления солнечных батарей.
Однако этому способу присущи следующие недостатки:
- большие потери кремния в технологическом процессе (до 30%) в виде пыли и монооксида кремния;
- жесткие требования к качеству электродов самой печи;
- качество получаемого кремния (по содержанию примесей) для изготовления солнечных батарей недостаточно высокое;
- жидкий кремний из электродуговой печи разливается на чушки, которые затем повторно расплавляются для производства мульти- и монокристаллических слитков кремния;
- сохраняются экологические проблемы, обусловленные необходимостью очистки высокотемпературных газов на выходе из электродуговой печи от пыли и газов.
- большие потери кремния в технологическом процессе (до 30%) в виде пыли и монооксида кремния;
- жесткие требования к качеству электродов самой печи;
- качество получаемого кремния (по содержанию примесей) для изготовления солнечных батарей недостаточно высокое;
- жидкий кремний из электродуговой печи разливается на чушки, которые затем повторно расплавляются для производства мульти- и монокристаллических слитков кремния;
- сохраняются экологические проблемы, обусловленные необходимостью очистки высокотемпературных газов на выходе из электродуговой печи от пыли и газов.
Технической задачей настоящего изобретения является получение высокочистого кремния непрерывным экологически безопасным способом с низкими потерями металла.
Поставленная задача решается тем, что мульти- и монокристаллический кремний высокой чистоты получают восстановлением кварца до элементарного кремния с последующей его кристаллизацией. Процесс ведут в три стадии, при этом на первой стадии кварц восстанавливают химически очищенным техническим кремнием до монооксида; на второй стадии газообразный монооксид восстанавливают мелкодисперсным углеродом до элементарного кремния высокой чистоты, а на третьей стадии полученный в реакторе второй стадии жидкий кремний подвергают направленной кристаллизации с получением мульти- или монокристаллических слитков.
В качестве восстановителя монооксида кремния на второй стадии используют мелкодисперсный углерод (сажа), вводимой в процесс в потоке монооксида углерода, отходящие газы после 2-ой стадии разделяют на два потока, один из которых используют для получения сажи, подаваемой на восстановление SiOг второй поток газов после очистки используют в качестве плазмообразующего и транспортирующего газа в реакторе 2-ой стадии.
Отходы кремния после третьей стадии возвращаются на первую стадию в качестве восстановителя. Пыль, уловленная из отходящих газов 2-ой стадии, возвращается на первую стадию в качестве исходного сырья.
Технологическая схема производства мульти- и монокристаллического кремния из высокочистого кварца представлена на чертеже.
Каждая из технологических стадий осуществляется в отдельном агрегате.
На первой стадии в закрытом реакторе высокочистый кварц с общим содержанием примесей порядка 1•10-4% восстанавливается кремнием повышенной чистоты до монооксида по реакции (1)
Siж + SiO2ж ---> 2SiOг. (1)
В качестве восстановителя применяют химически очищенный технический кремний и отходы производства мульти- и монокристаллического кремния, в том числе собственные отходы, полученные при обрезке мульти- и монокристаллических слитков. Содержание примесей в восстановителе не более 1•10-3%.
Siж + SiO2ж ---> 2SiOг. (1)
В качестве восстановителя применяют химически очищенный технический кремний и отходы производства мульти- и монокристаллического кремния, в том числе собственные отходы, полученные при обрезке мульти- и монокристаллических слитков. Содержание примесей в восстановителе не более 1•10-3%.
Кремний, являющийся восстановителем, загружают в особо чистый тигель из силицированного графита, который устанавливают в закрытом реакторе, обогревом электрическим током. При температуре 1850-1900oC в расплат на поверхность подается измельченный кварц. На первой стадии для получения монооксида кремния по реакции (1) возможно применение брикетированной шихты, состоящей из кремниевого порошка и порошка высокочистого кварца. Образующийся по реакции (1) газообразный монооксид за счет разности давлений или транспортирующим газом непрерывно удаляется из реактора в восстановительный агрегат (вторая стадия), где образуется жидкий элементарный кремний.
Очистка кремния происходит за счет того, что улетает кремний в виде газообразного SiO2, все примеси в конденсированном состоянии остаются в тигле реактора первой стадии. Часть примесей при этом находится в виде оксидов и их соединений, в основном это малолетучие силикаты Ba, Ca, Mg, Al, Zr.
Бор присутствует в кварце в виде Na2B4O7 или реже AlBO3. Эти соединения взаимодействуют с кремнием, образуя малолетучие силициды SiB2 и SiB6. Соединения фосфора образуют устойчивый комплекс с кремнеземом SiO2P2O5. Железо связывается в силициды. При периодической замене тигля, содержащиеся в нем примеси, выводятся из процесса и утилизируются в производстве ферросплавов.
Вторая стадия - восстановление монооксида кремния и получение элементарного кремния.
Газообразный монооксид из реактора первой стадии по нагреваемому каналу поступает во второй закрытый реактор, где происходит его восстановление до элементарного кремния. В поток монооксида кремния вводится мелкодисперсный углерод (сажа), транспортируемый потоком монооксида углерода, и процесс восстановления протекает во взвешенном состоянии. При температуре 1900-2000oC осуществляется практически полное восстановление кремния. Суммарная балансовая реакция представляется равенством:
SiOг + Cгв = Siж + COг. (2)
Источником тепловой энергии, необходимой для протекания реакции, служит плазма или электрический нагрев. Кремний выводится из зоны реакции в виде капель и за счет конденсаций его на поверхности расплава в кварцевом тигле. При этом температура жидкого кремния в тигле поддерживается на уровне 1500oC.
SiOг + Cгв = Siж + COг. (2)
Источником тепловой энергии, необходимой для протекания реакции, служит плазма или электрический нагрев. Кремний выводится из зоны реакции в виде капель и за счет конденсаций его на поверхности расплава в кварцевом тигле. При этом температура жидкого кремния в тигле поддерживается на уровне 1500oC.
Газы, покидающие реактор, состоят в основном из монооксида углерода. В них присутствует некоторое количество углекислого газа и мелкодисперсная пыль, состоящая из продуктов распада и закалки недовосстановленного монооксида кремния, в основном это диоксид кремния.
Отходящие газы очищают от твердых частиц в системе пылеулавливания, после чего поток разделяется на две составляющие. Одна проходит через слой графита, нагретого до температуры 1250-1300oC, где происходит превращение углекислого газа в окись углерода. Далее газ поступает в холодильник, затем компремируется и подается в реактор второй стадии.
Другая часть газового потока направляется на установку каталитического разложения CO, где образуется углекислый газ и сажистый углерод, используемый в качестве восстановителя. Углекислый газ, в свою очередь, перерабатывают по плазмохимической технологии с получением сажистого углерода и кислорода. Полученный сажистый углерод транспортируется потоком монооксида углерода в реактор, где происходит восстановление SiOг. Таким образом осуществляется замкнутый цикл по углероду.
Третья стадия технологической цепочки заключается в направленной кристаллизации полученного кремния высокой чистоты. С этой целью устанавливают несколько параллельных печных агрегатов для производства моно- или мультикристаллических слитков кремния. Из ванны реактора второй стадии жидкий кремний перекачивают в эти агрегаты электромагнитным насосом. Наличие нескольких печных установок позволяет организовать непрерывный процесс получения слитков кремния, чередуя кристаллизацию и разгрузку. Чистота полученного кремния в обработанных слитках будет не ниже 99,9995%.
Отходы кремния, полученные при обрезке мульти- и монокристаллических слитков, дробятся и возвращаются в реактор первой стадии в качестве восстановителя кварца.
Пример выполнения способа
Технология получения кремния высокой чистоты проверялась на опытной установке, состоявшей из трех основных аппаратов и установки синтеза и очистки CO. Как уже отмечалось выше, первый реактор предназначен для синтеза монооксида кремния (реакция 1) при температуре 1850-1900oC; во втором реакторе осуществлялось восстановление газообразного SiO до элементарного кремния сажистым углеродом в потоке CO при температуре порядка 2000oC.
Технология получения кремния высокой чистоты проверялась на опытной установке, состоявшей из трех основных аппаратов и установки синтеза и очистки CO. Как уже отмечалось выше, первый реактор предназначен для синтеза монооксида кремния (реакция 1) при температуре 1850-1900oC; во втором реакторе осуществлялось восстановление газообразного SiO до элементарного кремния сажистым углеродом в потоке CO при температуре порядка 2000oC.
Третий агрегат предназначался для кристаллизации жидкого кремния, перекачиваемого из реактора 2 при температуре 1500oC. Установка имела в своем составе вспомогательные системы: подача и откачка инертного газа (аргон), вакуумные насосы, холодильники, фильтры, системы КИПиА и т.д.
Дробленые отходы ПКК чистотой 99,999% были загружены в тигель 1-го реактора в количестве 10 кг. Все аппараты установки были промыты аргоном и вакуумированы до остаточного давления 10-3 - 10-4 мм рт.ст. В питатель 1-го реактора загружен кварц чистотой 99,995%, состав примесей был определен методом ЛЕСА. Масса загрузки составила 10,71 1 кг, крупность зерен материала 70-80 мкм. Все аппараты были разогреты до рабочих температур, расплав перемешивался электромагнитным способом.
В результате проведенного эксперимента был получен кремний чистотой 99,998 вес.% с извлечением кремния 94,7%.
Сопоставление технологии, являющейся предметом данного изобретения, с прототипом показывает следующие преимущества:
- разработанный способ позволяет получить чистоту кремния в обработанных слитках на уровне 99,9995%, более высокую по сравнению с прототипом и увеличить выход кремния с 67 - 71% до 95%;
- получение кремния высокой чистоты достигается в основном за счет образования промежуточного газообразного соединения - особо чистого монооксида кремния, а не только за счет повышения чистоты исходных материалов;
- исходный кварц восстанавливается кремнием до газообразного монооксида при температурах более низких, чем в электродуговой печи, поэтому примеси не переходят в газовую фазу;
- резко снижены потери кремния за счет ликвидации уноса монооксида и возврата пыли и отходов кремния со второй и третьей стадий;
- в технологии для восстановления монооксида кремния используется высокочистый мелкодисперсный углерод (сажа), что обеспечивает получение элементарного кремния высокой чистоты;
- в едином технологическом цикле из исходного сырья (кварца) получают готовые к использованию в производстве солнечных батарей слитки мульти- и монокристаллического кремния;
- отсутствуют выбросы токсичных и пожаровзрывоопасных газов; процесс ведется в герметичной аппаратуре с замкнутым оборотом газообразных и твердых продуктов, что гарантирует экологическую безопасность способа.
- разработанный способ позволяет получить чистоту кремния в обработанных слитках на уровне 99,9995%, более высокую по сравнению с прототипом и увеличить выход кремния с 67 - 71% до 95%;
- получение кремния высокой чистоты достигается в основном за счет образования промежуточного газообразного соединения - особо чистого монооксида кремния, а не только за счет повышения чистоты исходных материалов;
- исходный кварц восстанавливается кремнием до газообразного монооксида при температурах более низких, чем в электродуговой печи, поэтому примеси не переходят в газовую фазу;
- резко снижены потери кремния за счет ликвидации уноса монооксида и возврата пыли и отходов кремния со второй и третьей стадий;
- в технологии для восстановления монооксида кремния используется высокочистый мелкодисперсный углерод (сажа), что обеспечивает получение элементарного кремния высокой чистоты;
- в едином технологическом цикле из исходного сырья (кварца) получают готовые к использованию в производстве солнечных батарей слитки мульти- и монокристаллического кремния;
- отсутствуют выбросы токсичных и пожаровзрывоопасных газов; процесс ведется в герметичной аппаратуре с замкнутым оборотом газообразных и твердых продуктов, что гарантирует экологическую безопасность способа.
Claims (11)
1. Способ получения мульти- и монокристаллического кремния из исходного сырья - кварца, отличающийся тем, что процесс ведут в три стадии, при этом в реакторе первой стадии кварц восстанавливают кремнием до газообразного монооксида кремния, в реакторе второй стадии газообразный монооксид кремния восстанавливают мелкодисперсным углеродом до элементарного кремния и на третьей стадии полученный жидкий кремний в печных установках подвергают направленной кристаллизации с получением мульти- и монокристаллических слитков.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразный монооксид получают в результате взаимодействия расплавленного кремния с подаваемым на его поверхность кварцем.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразный монооксид кремния получают нагревом брикетов, состоящих из смеси шихтовых материалов - мелкодисперсных кремния и кварца.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что примеси, содержащиеся в кварце и кремнии, в процессе получения газообразного монооксида остаются в тигле реактора первой стадии и по мере их накопления выводятся из процесса с последующей их утилизацией.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования монооксида кремния в реакторе первой стадии используют химически очищенный технический кремний и собственные отходы обработки мульти- и монокристаллических слитков кремния или покупные отходы поликристаллического кремния.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения полного восстановления монооксида кремния в реакторе второй стадии мелкодисперсный углерод вводится в потоке монооксида углерода и процесс восстановления протекает во взвешенном состоянии.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе восстановления осуществляется замкнутый цикл по углероду.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы реактора второй стадии после очистки от пыли и углекислого газа разделяются на два потока, один из которых используется для получения мелкодисперсного углерода, а второй - служит для его транспорта.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный элементарный кремний со второй стадии в расплавленном состоянии подается непосредственно в печные установки третьей стадии, где осуществляется получение мульти- и монокристаллических слитков, пригодных для использования в производстве солнечных батарей.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что пыль, уловленная из отходящих газов реактора второй стадии, возвращается на первую стадию в качестве исходного сырья.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы кремния после третьей стадии возвращаются на первую стадию в качестве восстановителя.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99127636A RU99127636A (ru) | 2001-08-20 |
| RU2173738C1 true RU2173738C1 (ru) | 2001-09-20 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497753C1 (ru) * | 2012-06-28 | 2013-11-10 | Борис Георгиевич Грибов | Способ получения кремния высокой чистоты |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАХТИН А.А. и др. Влияние качества сырьевых материалов на производство кремния высокой чистоты. - Цветные металлы, № 1, 1992, с.29-32. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497753C1 (ru) * | 2012-06-28 | 2013-11-10 | Борис Георгиевич Грибов | Способ получения кремния высокой чистоты |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108821292B (zh) | 一种生产氧化亚硅的方法及装置 | |
| US8337795B2 (en) | Production of high purity silicon from amorphous silica | |
| Ceccaroli et al. | Solar grade silicon feedstock | |
| JP4856738B2 (ja) | 高純度シリコン材料の製造方法 | |
| WO2010029894A1 (ja) | 高純度結晶シリコン、高純度四塩化珪素およびそれらの製造方法 | |
| EP2074060A1 (en) | Process and apparatus for purifying low-grade silicon material | |
| NO171778B (no) | Fremgangsmaate for raffinering av silisium | |
| US20220274837A1 (en) | Refining Process for Producing Solar Silicon, Silicon Carbide, High-Purity Graphite, and Hollow Silica Microspheres | |
| CN102448882A (zh) | 硅的制造方法、硅以及太阳能电池面板 | |
| EP3554998B1 (en) | Process for the production of commercial grade silicon | |
| JP2011219286A (ja) | シリコン及び炭化珪素の製造方法及び製造装置 | |
| Okutani | Utilization of silica in rice hulls as raw materials for silicon semiconductors | |
| EP3565782A1 (en) | Refining process for producing solar silicon, silicon carbide, high-purity graphite and hollow silica microspheres | |
| JP2004284935A (ja) | シリコンの製造装置及び製造方法 | |
| CN112028023B (zh) | 一种金属氯化物的纯化制粉方法及其装置 | |
| RU2173738C1 (ru) | Способ получения мульти- и монокристаллического кремния | |
| KR102631060B1 (ko) | 트리클로로실란 제조용 규소 과립 및 관련 제조 방법 | |
| RU2327639C2 (ru) | Способ получения кремния высокой чистоты | |
| AU2019444019B2 (en) | Method for refining crude silicon melts using a particulate mediator | |
| RU2385291C1 (ru) | Способ получения кристаллического кремния высокой чистоты (варианты) | |
| RU2237616C2 (ru) | Способ получения кремния солнечного качества | |
| WO2009065444A1 (en) | A method of producing polycrystalline and single crystal silicon | |
| Ma et al. | Upgrade Metallurgical Grade Silicon | |
| Mubaiwa et al. | Silicon Kerf recycling via single-acid leaching and flux melting | |
| JP4672264B2 (ja) | ＳｉＯの精製方法及び得られたＳｉＯを用いる高純度シリコンの製造方法 |