ОЧИЩЕННЫЙ КРЕМНИЙ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ ДЛЯ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА

1. Устройство для очистки кремния, содержащее:
емкость, имеющую верхний конец, противоположный нижний конец и боковую стенку, проходящую между противоположными концами и определяющую камеру;
отверстие для ввода кремния в верхней части емкости для ввода расплавленного кремния в камеру;
структуру нагнетания газа в нижней части емкости, имеющую множество отверстий для ввода в камеру содержащего кислород газа в форме пузырьков, где введение газовых пузырьков в расплавленный кремний окисляет кремний снаружи пузырьков и образует на месте в камере множество наполненных газом шариков со стенкой из кремнезема;
противоточную обменную секцию, расположенную между отверстием для ввода кремния и структурой нагнетания газа, содержащую:
(1) некоторый объем, и этот объем содержит слой насадки из шариков и находящийся между ними расплавленный кремний;
(2) управляемый нисходящий поток расплавленного кремния;
(3) управляемый восходящий поток шариков;
в котором противоток между расплавленным кремнием и наполненными газом шариками со стенкой из кремнезема обеспечивает большую площадь тесного контакта между текущим вниз расплавленным кремнием и движущимися вверх шариками, которая позволяет примесям, присутствующим в расплавленном кремнии, переходить в движущиеся вверх наполненные газом шарики со стенкой из кремнезема так, чтобы текущий вниз расплавленный кремний очищался.
2. Устройство по п. 1, в котором перенос примесей к наполненным газом шарикам со стенкой из кремнезема преобразует относительно чистые кремнеземные стенки шарика, первоначально сформированные при барботировании, в менее чистые кремнеземные стенки шарика, так что множество движущихся вверх наполненных газом шариков уносит примеси вверх по мере того, как расплавленный кремний течет вниз.
3. Устройство по любому из пп. 1-2, в котором противоточная обменная секция является непрерывно действующей системой с установившимися потоками
4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором противоточная обменная секция содержит от 20 об.% до 35 об.% расплавленного кремния и от 80 об.% до 65 об.% кислородных шариков со стенкой из кремнезема.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором кремнеземные стенки шариков имеют толщину от 0,1 мкм до 1,0 мкм.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором отверстие для ввода кремния содержит множество отдельных трубок подачи кремния.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором структура нагнетания газа содержит втулку и множество спиц, проходящих радиально от втулки, каждая из которых имеет множество отверстий для газа.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором загрязняющие элементы в очищенном кремнии на выходе будут содержаться в такой низкой концентрации, что они будут необнаруживаемыми, или в концентрации меньше чем одна часть на триллион.
9. Устройство по любому из пп. 1-8, в котором емкость содержит разделительную секцию, расположенную выше отверстия для ввода кремния и противоточной обменной секции, и движущиеся вверх шарики в разделительной секции образуют пену.
10. Устройство по п. 9, содержащее экстракционный элемент, соединенный с разделительной секцией, который удаляет пену из камеры.
11. Устройство по любому из пп. 1-10, содержащее отстойник для сбора очищенного расплавленного кремния, расположенный ниже отверстия для входа газа.
12. Устройство по п. 11, содержащее колонну раскисления, находящуюся в связи по текучей среде с отстойником.
13. Устройство для очистки кремния, содержащее:
емкость, имеющую верхний конец, противоположный нижний конец и множество концентрических колонн, сообщающихся по текучей среде друг с другом;
центральную колонну, имеющую отверстие в верхней части первой колонны для ввода расплавленного кремния в слой из множества частиц кремнезема для формирования густой суспензии;
первый канал, сообщающийся по текучей среде с нижней частью центральной колонны, выполненный с возможностью получать стекловидные частицы, которые являются менее плотными, чем расплавленный кремний, за счет флотации, отделяя тем самым загруженные примесью стекловидные частицы от густой суспензии, оставляя расплавленный кремний, причем загруженные примесью стекловидные частицы движутся вверх в первом канале;
второй канал, сообщающийся по текучей среде с первым каналом для того, чтобы получать расплавленный кремний, отделенный от густой суспензии, текущий вниз во втором канале.
14. Устройство для очистки кремния, содержащее:
емкость, имеющую верхний конец, противоположный нижний конец и боковую стенку, проходящую между противоположными концами и определяющую камеру;
отверстие для ввода кремния в верхней части емкости для введения в камеру частиц кремния, имеющих температуру выше чем 1350°C до 1400°С;
структуру впрыска в нижней части емкости, имеющую по меньшей мере одно отверстие для введения в камеру композиции расплава солей, имеющей температуру выше чем 1350°C и содержащей окислитель, растворенный в расплаве солей,
противоточную обменную секцию, расположенная между отверстием для ввода кремния и структурой впрыска, содержащую:
(1) некоторый объем, и этот объем содержит слой насадки из шариков и находящийся между ними расплавленный кремний;
(2) управляемый нисходящий поток частиц кремния;
(3) управляемый восходящий поток композиции расплава солей;
в котором противоток между движущимися вниз частицами кремния и текущей вверх композицией расплава солей удаляет примеси на поверхности движущихся вниз частиц кремния и переносит их в расплав солей, очищая частицы кремния.
15. Устройство по п. 14, в котором противоточный обмен заставляет примеси в частицах кремния диффундировать к поверхности частиц кремния, окислитель в расплаве солей окисляет поверхностные примеси, и окисленные примеси растворяются в расплаве солей.
16. Устройство по п. 15, в котором расплав солей, содержащий растворенные окисленные примеси, движется вверх мимо частиц очищенного кремния.
17. Устройство по любому из пп. 15-16, в котором частицы очищенного кремния движутся вниз через композицию расплава солей ко дну емкости.
18. Устройство по любому из пп. 14-17, в котором управляемый нисходящий поток имеет скорость от 0,1 мм/с до 5,0 мм/с.
19. Устройство по любому из пп. 14-18, в котором управляемый восходящий поток имеет скорость от 0,1 мм/с до 20,0 мм/с.
2
3
2
2
20. Устройство по любому из пп. 14-19, в котором композиция расплава солей содержит расплав солей, выбираемый из группы, состоящей из расплавленного NaCl, расплавленного KCl, расплавленных AlS, NaS, KS, а также их комбинаций.
21. Устройство по любому из пп. 14-20, в котором окислитель является композицией на основе серы, выбираемой из группы, состоящей из серы, сульфата, сульфида, а также их комбинаций.
22. Устройство по любому из пп. 14-21, содержащее насос, соединенный с емкостью для перемещения композиции расплава солей вверх через емкость.
23. Устройство по любому из пп. 14-22, содержащее плавильное устройство, сообщающееся по текучей среде с нижним концом емкости.
24. Устройство по п. 23, в котором плавильное устройство получает частицы очищенного кремния из емкости и плавит частицы очищенного кремния для формирования очищенного расплавленного кремния.
25. Устройство по любому из пп. 14-24, в котором емкость состоит из графита.
26. Устройство для очистки кремния прямоточным потоком кремний-кремнезем, содержащее:
емкость, имеющую верхний конец, противоположный нижний конец и боковую стенку между упомянутыми верхним концом и нижним концом, образующую камеру;
центральную колонну, проходящую вниз от верхнего конца, но не проходящую полностью до противоположного нижнего конца, так, чтобы конец центральной колонны находился выше упомянутого нижнего конца емкости, имеющую входное отверстие в ее верхней части для ввода расплавленного кремния и частиц кремнезема в форме густой суспензии в плотную или рыхлую насадку из частиц кремнезема, где расплавленный кремний и частицы кремнезема движутся вниз через центральную колонну прямотоком, со множеством высот контакта между кремнием и частицами кремнезема, эквивалентных теоретическим тарелкам (HETP), причем частицы кремнезема сорбируют примеси из кремния, становясь стекловидными, и частицы кремнезема остаются менее плотными, чем расплавленный кремний;
первый канал, сообщающийся по текучей среде с нижней частью центральной колонны, и второй канал, сообщающийся по текучей среде с нижней частью центральной колонны и с объемом выше нижней части центральной колонны, где загруженные примесью менее плотные частицы кремнезема могут быть собраны для удаления, где загруженные примесью менее плотные частицы кремнезема отделяются от более плотного расплавленного кремния и текут во второй канал, где загруженные примесью менее плотные частицы кремнезема поднимаются и собираются для удаления, и где более плотный расплавленный кремний вытекает из центральной колонны в первый канал для выхода в качестве очищенного продукта.
27. Устройство по п. 26, в котором массовое отношение расплавленного кремния к кремнезему в густой суспензии, вводимой сверху в центральную колонну, составляет больше чем 9:1.
28. Устройство по любому из пп. 26-27, в котором частицы кремнезема являются скругленными для минимизации образования комков и максимизации расплавленного потока между ними, типа песка гидроразрыва.
2
2
29. Устройство по любому из пп. 26-28, в котором частицы кремнезема смешиваются с добавочными химикатами для уменьшения вязкости кремнезема, такими как NaO или HO.
4
30. Устройство по любому из пп. 26-29, в котором частицы кремнезема смешиваются с добавочными химикатами, которые содержат сульфаты, такие как CaSO.