INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’enceinte 2 étanche comprend un (ou plusieurs) orifice(s) traversant(s), éventuellement pour le passage : d’un (ou de plusieurs) canal (canaux) d’injection de gaz dans l’enceinte 2, chaque canal pouvant être connecté à une source d’alimentation en gaz (tel que de l’argon), d’un (ou de plusieurs) canal (canaux) d’aspiration de gaz contenus dans l’enceinte 2, chaque canal pouvant être connecté à une pompe d’aspiration pour permettre la génération d’une dépression à l’intérieur de l’enceinte 2, des électrodes 12, d’un (ou de plusieurs) conduit(s) d’alimentation du four à arc 1 en réactifs R (quartz, réducteurs, etc.). de moyens de connexion électrique (tel qu’un câble électriquement conducteur, par exemple pour le raccordement électrique d’un capteur contenu dans l’enceinte, etc.), du canal (ou des canaux) de coulée 111, etc.
Le couvercle 3 est configuré pour coiffer l’ouverture supérieure de la cuve 11.
Le couvercle 3 permet de contenir les gaz, et notamment le composé gazeux d’oxyde de silicium (SiO) – formé lors de la réaction de carboréduction du quartz à l’intérieur de la cuve 11 du four à arc 1. Ceci permet de limiter les risques d’encrassement de l’enceinte 2, notamment au niveau de ses cloisons et du canal (ou des canaux) d’aspiration. Par ailleurs, le couvercle 3 permet de maintenir le four à arc 1 à une température (et plus précisément à un gradient de températures) favorisant la consommation des réactifs. On augmente ainsi le taux de réaction du dispositif, notamment vis-à-vis du dispositif de production de silicium décrit dans US 11 267 714.
Le couvercle 3 peut présenter une forme tronconique, une forme de dôme, ou une forme de disque. Le couvercle 3 peut être réalisé dans tout type de matériau d’isolation thermique réfractaire connu de l’homme du métier tel que du graphite.
Avantageusement, le couvercle 3 est mobile. Plus précisément, le couvercle 3 peut être déplacé entre : une position fermée dans laquelle le couvercle 3 recouvre totalement l’ouverture supérieure de la cuve 11 (les bords du couvercle 3 étant en contact avec les bords de l’ouverture supérieure dans la position fermée), et une position ouverte dans laquelle le couvercle 3 ne recouvre pas (ou recouvre partiellement) l’ouverture supérieure de la cuve 11.
Une autre solution commune est d’utiliser des circuits d’isolations électriques adaptés pour permettre une telle activation du premier commutateur C10. Par exemple, des circuits de type « push-pull » ou « flyback ». Ces dispositifs sont communs.
Ainsi, la génération du signal de commande pour le premier commutateur C10 engendre de nombreux inconvénients. En effet, il peut être complexe de générer une tension négative au niveau du premier commutateur C10, tension négative qui peut être obligatoire en fonction des technologies du premier commutateur C10.
Il peut être aussi nécessaire d’utiliser un nombre important de composants ou de circuits électroniques pour arriver à commander et/ou générer ladite tension négative engendrant une augmentation du coût de fabrication du circuit.
Il existe donc un réel besoin de pouvoir générer une tension négative de commande du premier commutateur C10 de façon simple et peu coûteuse.
L’invention concerne un circuit électronique comportant : un premier commutateur comportant une première broche, une deuxième broche et une troisième broche, et un deuxième commutateur comportant une première broche, une deuxième broche et une troisième broche, la première broche étant couplée à une source de tension positive, la deuxième broche étant couplée à un premier point de connexion, la troisième broche étant couplée à un deuxième point de connexion, la première broche étant couplée au deuxième point de connexion, la deuxième broche étant adaptée pour recevoir un signal de commande, la troisième broche étant couplée à un référentiel électrique, une charge couplée au deuxième point de connexion, le premier point de connexion étant également couplé à une première résistance elle-même couplée à une borne d’un circuit, une deuxième résistance couplée d’une part au premier point de connexion et d’autre part au deuxième point de connexion, le circuit comportant une deuxième borne couplée à un troisième point de connexion, une troisième borne couplée à un premier condensateur, ledit premier condensateur comportant une première borne de condensateur couplée au deuxième point de connexion et une seconde borne de condensateur couplée à la troisième borne dudit circuit, une première diode couplée au premier condensateur dans une position passante, une anode de ladite première diode étant couplée à une première tension. Ledit circuit électronique comporte : une deuxième diode présentant une première borne de diode et une seconde borne de diode, la première borne de diode étant couplée à la source de tension positive, la seconde borne de diode étant couplée au troisième point de connexion, une deuxième capacité présentant une première borne de capacité et une seconde borne de capacité, la première borne de capacité étant couplée au troisième point de connexion et la seconde borne de capacité étant couplée au second point de connexion .
Grâce à l’invention, il est possible de générer une tension négative.
En variante, le premier commutateur est un transistor de technologie SiC.
En variante, le premier commutateur est un transistor de technologie SiC/GaN.
La est une représentation symbolique d’un circuit de commande de l’art antérieur,
La présente une courbe représentative de la tension « forward » d’une diode de corps d’un transistor de type SiC,
La est une représentation symbolique d’un circuit de commande selon l’invention.
L’invention propose astucieusement d’utiliser les caractéristiques intrinsèques d’un transistor de type SiC ou SiC/GaN pour permettre avec une logique de commande associée la commutation d’un transistor high side.
La présente un exemple de courbe représentative de la tension inverse d’une diode de corps d’un transistor SiC.
Comme représenté à la , le circuit électronique 1000 selon l’invention comporte un premier commutateur C1000, un deuxième commutateur C2000. Chaque commutateur est un transistor de type SiC. En variante, ils sont en SiC / GaN.
Le premier commutateur C1000 comporte une première broche C1000B1, une deuxième broche C1000B2 et une troisième broche C1000B3. Les broches correspondent soit à une grille, soit à une source, soit à un drain dudit transistor. Le second commutateur C2000 comporte une première broche C2000B1, une deuxième broche C2000B2 et une troisième broche C2000B3.
La production de silicium métallique est généralement basée sur la réduction carbothermique de quartz à haute température et à pression atmosphérique. Cette réduction carbothermique de quartz peut être réalisée en réduisant chimiquement le quartz en présence de réducteurs à base de carbone dans un four à arc électrique où un arc à haute température chauffe les réactifs (quartz et réducteurs).
Ceci permet de produire un silicium dit « de grade métallurgique » (ou « MG-Si » sigle de l’expression anglo-saxonne “Metallurgical Grade Silicon” ) ayant une pureté de 99% (ou « 2N » pour le nombre total de « 9 » ).
Le silicium de grade métallurgique peut être utilisé : en tant qu'élément d’alliage – par exemple dans l'industrie de l'aluminium et de l'acier – ou en tant que précurseur – par exemple dans l’industrie photovoltaïque (panneaux solaires), pour les silicones et pour le stockage d’énergie.
Les évolutions technologiques dans les domaines du photovoltaïque et du stockage d’énergie ont conduit le silicium de grade métallurgique à devenir un matériau stratégique. Par conséquent, l'approvisionnement en silicium de grade métallurgique de grande pureté à un coût raisonnable est devenu une nécessité.
Par ailleurs, de plus en plus de technologies ont besoin de disposer d’un silicium de pureté 99.9% (3N) et 99.99% (4N), voire 99.999% (5N).
Or, l’un des inconvénients des dispositifs et procédés de production de silicium métallurgique conventionnels la teneur élevée en impuretés contenues dans le silicium métallurgique produit.
2. Solutions de purification existantes pour les procédés de production conventionnels
Pour limiter la teneur élevée en impuretés contenues dans le silicium produit à partir des dispositif et procédé conventionnels, il existe différentes solutions.
Une première solution consiste à utiliser une matière première (quartz) présentant une pureté élevée. Toutefois, cette solution augmente le coût de production du silicium.
Une deuxième solution consiste à mettre en œuvre des traitements acides postérieurement à la production de silicium de pureté 2N, afin d’obtenir du silicium de pureté 3N ou supérieure. De tels traitements acides permettent en effet de dissoudre les impuretés présentes aux joints de grain du silicium de pureté 2N obtenu à partir des dispositifs et procédés de production de silicium métallurgique conventionnels. Toutefois, des inconvénients d’une telle solution concernent son coût élevé, ainsi que son empreinte environnement défavorable, du fait de l’utilisation d’acide(s) toxique(s). En effet, la mise en œuvre d’un post-traitement à base d’acides nécessite des installations adaptées spécifiques. Par ailleurs, le traitement des gaz et effluents produits – lors de la soumission du silicium de pureté 2N à une attaque acide – est couteux en raison des règles environnementales.
Une troisième solution consiste à réaliser, postérieurement à la production de silicium de pureté 2N : une étape de solidification directionnelle pour obtenir un lingot de silicium, et une étape d’éboutage consistant à retirer la partie supérieure du lingot et ne conserver que la partie inférieure de plus grande pureté.
L’étape de solidification directionnelle permet, par ségrégation, de concentrer les impuretés dans la partie supérieure du lingot de silicium issu de la solidification directionnelle. L’étape d’éboutage permet de retirer cette partie supérieure pour ne conserver que la partie inférieure de pureté 3N ou supérieure. Toutefois, un inconvénient d’une telle solution est que l’étape de solidification directionnelle est très lente.
3. Procédé selon US 11 267 714 et but de la présente invention
Le document US 11 267 714 propose une autre solution consistant à mettre en œuvre la réduction carbothermique du quartz à haute température sous vide.
En référence à la , l’appareil selon US 11 267 714 comprend un four à arc FA électrique et une enceinte E fermée étanche contenant le four à arc FA. Cet agencement (enceinte E étanche contenant le four à arc FA) permet de contrôler la pression à laquelle la réduction carbothermique du quartz est mise en œuvre
Alternativement ou cumulativement, la notification indiquant que la création du contrat intelligent SC1 s’est correctement déroulée est envoyée à destination de R. Dans le cas où cette notification est émise par le procédé uniquement à destination de R, le receveur R transmet, après réception de la notification, l’adresse du contrat intelligent @SC1 à l’émetteur S via une requête dédiée (non représenté).
Alternativement, le contrat intelligent (SC1) est créé préalablement à l’exécution du procédé de paiement confidentiel et son adresse est obtenue par le terminal S lors de l’étape E10. Dans ce cas, le terminal de l’émetteur S émet, lors de l’étape E11, une requête de provisionnement du contrat intelligent SC1 avec l’adresse @R et/ou le paramètre N.
Lors des étapes E13, E14 et E15 l’émetteur S émet à destination des 3 banques B1, B2 et B3, via les adresses électroniques obtenues lors de l’étape E10, une requête de création de jetons avec en paramètre l’adresse du contrat intelligent @SC1, le nombre T de jetons à créer et le paramètre X i attribué à chaque banque.
Par exemple, pour la banque B1 le paramètre X 1 = 0.6, pour la banque B2 le paramètre X 2 = 0.5 et pour la banque B3 le paramètre X 3 est égale à 0.9 (0.6 + 05 + 0= V= 2).
Les requêtes de création de jetons sont reçues par les banques respectivement aux étapes E33, E44 et E55.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, un accusé de réception de la requête de création de jetons est émis à destination de l’émetteur S par chaque banque impliquée (B1, B2 et B3) dans la transaction (non représenté).
Alternativement ou cumulativement, les accusés de réception des requêtes de création de jetons sont émis à destination du receveur R par les banques impliquées (B1, B2 et B3) dans la transaction (non représenté).
Lors des étapes E36, E47 et E58 chaque banque génère et/ou transfère T jetons pour une valeur égale à T x X i . Concrètement, la banque B1 génère et/ou transfère 500 jetons pour une valeur de 300€ (500 x 0.6), la banque B2 génère et/ou transfère 500 jetons pour une valeur de 250€ (500 x 0.5) et la banque B3 génère et/ou transfère 500 jetons pour une valeur de 450€ (500 x 0.9).
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, une notification de génération et / ou de transfert de jetons est émise à destination de l’émetteur S par chaque banque impliquée (B1, B2 et B3) dans la transaction (non représenté).
Alternativement ou cumulativement, les notifications de génération et / ou de transfert de jetons sont émises à destination du receveur R par les banques impliquées (B1, B2 et B3) dans la transaction (non représenté).
Les jetons sont inscrits (ajoutés) au contrat intelligent SC1 respectivement lors des étapes E66, E67 et E68.
Lorsque S souhaite déclencher le paiement, par exemple à l’issue de la transaction, S émet une requête de paiement (E19) à destination du contrat intelligent SC1. Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, la requête de paiement peut également comprendre l’adresse (@R) du contrat intelligent SCR de R.
Une fois la requête de paiement reçue par SC1 (E691) le contrat intelligent SC1 transfert les jetons (E692) à destination du contrat intelligent SCR de R. Cette requête comprend au moins le nombre de jetons T généré par chaque banque (c’est-à-dire 500), les adresses des 3 établissements financiers (banques) émetteurs des jetons (B1, B2 et B3), et l’adresse du contrat intelligent SC1 (@SC1).
Alternativement, le déclenchement du paiement peut être réalisé directement par le contrat intelligent SC1 lorsque celui-ci détermine que l’ensemble des banques (établissements financiers) impliqués dans le paiement ont généré et/ou transféré les jetons au niveau du contrat intelligent SC1. Concrètement, contrat intelligent vérifie qu’il a bien reçu N requêtes contenant des jetons à ajouter. Le contrat intelligent SC1 transfert alors les jetons (E692) à destination du contrat intelligent SCR de R. Cette requête comprend au moins le nombre de jetons T généré par chaque banque (c’est-à-dire 500), les adresses des 3 établissements financiers (banques) émetteurs des jetons (B1, B2 et B3), et l’adresse du contrat intelligent SC1 (@SC1).
Lorsque R souhaite convertir ses jetons (non représenté) dans une monnaie non électronique (par exemple en Euro), il émet une requête à destination de chaque banque avec en paramètre l’adresse du contrat intelligent @SC1 et le nombre de jetons T. Chaque banque peut alors, grâce à l’adresse @SC1 retrouver le X i à appliquer à T pour obtenir la somme à créditer par exemple sur un compte bancaire libellé en € appartenant à R. Alternativement, chaque banque peut garder en mémoire la valeur des T jetons générés / transférés et recréditer cette somme sur un compte bancaire libellé en € appartenant à R.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, les requêtes /données échangées entre le receveur, l’émetteur et les banques peuvent être chiffrées partiellement ou totalement. Le chiffrement peut nécessiter l’utilisation d’une ou plusieurs clefs de chiffrement symétriques, asymétriques ou bien n’importe quel procédé de chiffrement selon les technologies de chiffrement de l’état de l’art.
Le fait de réaliser la réduction carbothermique du quartz sous vide permet de favoriser l’évaporation des impuretés présentes dans les réactifs (quartz et réducteurs) ainsi que dans le silicium de grade métallurgique liquide nouvellement produit.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé de purification du silicium produit selon la technique décrite dans US 11 267 714.
Notamment, un but de la présente invention est de proposer une (ou plusieurs) amélioration(s) à l’appareil selon US 11 267 714 pour faciliter son utilisation à l’échelle industrielle dans le cadre de la production de silicium de pureté 3N ou supérieure.
A cet effet, l’invention propose un appareil pour la production du silicium de pureté 3N ou supérieure, l’appareil comprenant un dispositif de production de silicium de pureté 2N incluant : une enceinte étanche raccordée à au moins une pompe d’aspiration pour générer une dépression à l’intérieur de l’enceinte lorsque la pompe d’aspiration est activée, un four à arc électrique logé à l’intérieur de l’enceinte étanche, le four à arc incluant une cuve pour contenir un mélange de matières premières, et un ensemble d’électrodes configurées pour chauffer ledit mélange afin de produire le silicium de pureté 2N, remarquable en ce que l’appareil comprend en outre un dispositif de purification pour l’obtention de silicium de pureté 3N, ledit dispositif de purification comportant une poche de coulée et un brasseur électromagnétique en aval de la poche de coulée : la poche de coulée incluant : un réservoir adapté pour contenir un bain de silicium à l’état liquide, ledit bain étant composé du silicium de pureté 2N issu du dispositif de production, une buse d’injection pour injecter un gaz dans le bain de silicium à l’état liquide, l’injection du gaz permettant d’obtenir un silicium liquide affiné ayant une pureté supérieure au silicium de pureté 2N issu du dispositif de production, un filtre disposé en amont du brasseur électromagnétique pour filtrer le silicium liquide affiné, le filtrage permettant d’obtenir un silicium liquide filtré ayant une pureté supérieure au silicium liquide affiné, et le brasseur électromagnétique étant configuré pour recevoir le silicium filtré liquide et pour le solidifier à une vitesse de solidification supérieure ou égale à 5 cm/h, préférentiellement supérieure ou égale à 10 cm/h, la solidification permettant d’obtenir une cloche de silicium solide purifié formant le silicium de pureté 3N ou supérieure.
Des aspects préférés mais non limitatifs de l’appareil selon l’invention sont les suivants : le brasseur électromagnétique peut comprendre un agitateur mécanique et/ou un brasseur inductif pour induire un déplacement du silicium filtré liquide à une vitesse supérieure ou égale à 1 m.s ; le filtre peut comprendre des pores dont les dimensions sont comprises entre 75 micromètres et 3 millimètres, préférentiellement entre 100 micromètres et 2.5 millimètres, et encore plus préférentiellement entre 500 micromètres et 2 millimètres ; la poche de coulée peut inclure en outre un système de chauffage configuré pour maintenir le bain de silicium à l’état liquide contenu dans le réservoir à une température supérieure ou égale à 1600°C, préférentiellement supérieure ou égale à 1700°C ; la buse peut être alimentée en gaz par une source d’alimentation configurée pour injecter ledit gaz à un débit compris entre 2 et 10m3/h ; le brasseur électromagnétique peut être dépourvu d’isolant thermique pour induire le refroidissement du bloc de silicium solide purifié à une vitesse comprise entre 150°C/h et 500°C/h, préférentiellement comprise entre 200°C/h et 300°C/h ; le dispositif de production de silicium de pureté 2N peut également comprendre une unité de contrôle configurée pour : lors d’une étape de prétraitement : diminuer la pression à l’intérieur de l’espace clos à une valeur inférieure à la pression atmosphérique, mettre en œuvre un chauffage résistif du mélange de matières premières, lors d’une étape de carboréduction : augmenter la pression à l’intérieur de l’espace clos à une valeur sensiblement égale à la pression atmosphérique, mettre en œuvre un chauffage par arc électrique du mélange de matières premières, puis lorsque la température du mélange est supérieure à 2000°C : maintenir la pression à l’intérieur de l’espace clos à la valeur sensiblement égale à la pression atmosphérique, maintenir le chauffage par arc électrique du mélange de matières premières, lors d’une étape de posttraitement : diminuer la pression à l’intérieur de l’espace clos à une valeur inférieure à la pression atmosphérique.
L’invention concerne également un procédé pour la production de silicium de pureté 3N ou supérieure, le procédé comprenant : une phase de production de silicium de pureté 2N à partir d’un dispositif de production incluant une enceinte étanche raccordée à une pompe d’aspiration, et un four à arc électrique logé à l’intérieur de l’enceinte étanche, la phase de production comportant les étapes suivantes : charger une cuve du four à arc électrique avec un mélange de matières premières, générer une dépression à l’intérieur de l’enceinte en activant la pompe d’aspiration, chauffer le mélange en utilisant un ensemble d’électrodes du four à arc de sorte à produire le silicium de pureté 2N, remarquable en ce que le procédé comprend en outre et une phase de purification pour l’obtention du silicium de pureté 3N à partir d’un dispositif de purification incluant une poche de coulée et un brasseur électromagnétique en aval de la poche de coulée, ladite phase de purification comportant les étapes suivantes : d’injection, en utilisant une buse d’injection de la poche de coulée, d’un gaz dans un bain de silicium à l’état liquide composé du silicium de pureté 2N issu du dispositif de production, ledit bain étant contenu dans un réservoir de la poche de coulée, l’injection du gaz permettant d’obtenir un silicium liquide affiné ayant une pureté supérieure au silicium de pureté 2N issu du dispositif de production, de filtrage, en utilisant un filtre disposé en amont du brasseur électromagnétique, du silicium liquide affiné pour obtenir un silicium liquide filtré ayant une pureté supérieure au silicium liquide affiné, et de solidification, en utilisant le brasseur électromagnétique, du silicium filtré liquide à une vitesse de solidification supérieure ou égale à 5 cm/h, préférentiellement supérieure ou égale à 10 cm/h.
Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l’invention sont les suivants : l’étape de solidification peut comprendre une sous-étape consistant à brasser le silicium filtré liquide à une vitesse supérieure ou égale à 1 m.s ; l’étape de filtrage peut consister à faire circuler le silicium liquide affiné au travers d’un filtre ayant des pores dont les dimensions sont comprises entre 75 micromètres et 3 millimètres, préférentiellement entre 100 micromètres et 2.5 millimètres, et encore plus préférentiellement entre 500 micromètres et 2 millimètres ; durant l’étape d’injection, le gaz peut être injecté dans le bain de silicium liquide à un débit comprise entre 2 et 10m 3 /h ; la phase de production de silicium de pureté 2N peut comprendre les étapes suivantes : une étape de prétraitement incluant les sous-étapes consistant à : diminuer la pression à l’intérieur de l’enceinte à une valeur inférieure à la pression atmosphérique, mettre en œuvre un chauffage résistif du mélange de matières premières, une étape de carboréduction incluant les sous-étape consistant à : augmenter la pression à l’intérieur de l’espace clos à une valeur sensiblement égale à la pression atmosphérique, mettre en œuvre un chauffage par arc électrique du mélange de matières premières, puis lorsque la température du mélange est supérieure à 1500°C : maintenir la pression à l’intérieur de l’espace clos à la valeur sensiblement égale à la pression atmosphérique, maintenir le chauffage par arc électrique du mélange de matières premières, une étape de posttraitement incluant une sous-étape consistant à diminuer la pression à l’intérieur de l’espace clos.