СПОСОБ ОЧИСТКИ КРЕМНИЯ

1. Способ очистки кремния, включающий:
(а) получение первого жидкого расплава из кремния и растворителя-металла, выбранного из группы: медь, олово, цинк, сурьма, серебро, висмут, алюминий, кадмий, галлий, индий, магний, свинец, их сплавов, а также их комбинаций;
(б) контактирование первого жидкого расплава с первым газом с получением дросса и второго жидкого расплава;
(в) разделение дросса и второго жидкого расплава;
(г) охлаждение второго жидкого расплава с образованием первичных кристаллов кремния и первого маточного раствора и
(д) разделение первичных кристаллов кремния и первого маточного раствора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (а) первый жидкий расплав образуется при нагревании выше температуры ликвидуса.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (а) первый жидкий расплав образуется при нагревании при температуре, равной, по меньшей мере, 900°С.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (а) применяют кремний металлургической марки.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (а) применяют кремний в количестве от примерно 20 вес.% до примерно 50 вес.%.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (а) в качестве растворителя-металла применяют алюминий или его сплав в количестве от примерно 50 вес.% до примерно 80 вес.%.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) первый газ образуется путем контактирования первого расплава с жидкостью, твердым веществом или их комбинацией для эффективного выделения первого газа.
2
2
2
2
6
2
4
2
2
2
4
4
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) первый газ содержит, по меньшей мере, один компонент из хлора (Сl), кислорода (O), азота (N), гелия (Не), аргона (Аr), водорода (Н), гексафторида серы (SF), фосгена (СОСl), четыреххлористого углерода (ССl), водяного пара (НО), кислорода (О), двуокиси углерода (СО), моноокиси углерода (СО), тетрахлорсилана (SiCl) и тетрафторсилана (SiF).
2
2
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (б) проводят дважды: с хлором (Сl) и инертным газом и с кислородом (О) и инертным газом соответственно.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (б) проводят при перемешивании первого расплава.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) получают газообразный дросс или черный порошок, который удаляют.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (б) проводят с применением роторного дегазатора.
2
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) первый газ содержит хлор (Сl) и инертный газ в весовом отношении до примерно 1:20.
2
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) первый газ содержит хлор (Сl) и аргон (Аr) в весовом отношении до примерно 1:20.
2
2
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) первый газ содержит хлор (Сl) и азот (N) в весовом отношении до примерно 1:20.
16. Способ по п.12, отличающийся тем, что на стадии (б) роторный дегазатор создает завихрение, которое приводит к перемешиванию дросса в первом жидком расплаве.
2
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) создается завихрение первого жидкого расплава и это завихрение контактирует с кислородом (О) с образованием дополнительного количества дросса.
2
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) создается завихрение первого жидкого расплава и это завихрение контактирует с кислородом (О) из атмосферы с образованием дополнительного количества дросса.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) дросс образуется на поверхности второго жидкого расплава.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии (а) и перед стадией (б) первый жидкий расплав охлаждается при температуре ниже температуры ликвидуса.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии (а) и перед стадией (б) первый жидкий расплав охлаждается при температуре ниже примерно 825°С.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что после стадии (а) и перед стадией (б) первый жидкий расплав охлаждается при температуре от примерно 730°С до примерно 815°С.
23. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии (а) и перед стадией (б) первый жидкий расплав охлаждается до температуры, которая примерно на 10°С ниже температуры ликвидуса.
24. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии (а) и перед стадией (б) нагревают второй жидкий расплав.
25. Способ по п.24, отличающийся тем, второй жидкий расплав нагревают выше температуры ликвидуса.
26. Способ по п.24, отличающийся тем, что второй жидкий расплав нагревают до температуры, которая примерно на 20°С выше температуры ликвидуса.
27. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (в) проводят с применением скребка.
28. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (в) удаляют дросс с поверхности второго жидкого расплава.
29. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (г) охлаждают второй жидкий расплав до температуры, которая ниже температуры, равной примерно 700°С.
30. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (г) охлаждают второй жидкий расплав до температуры, которая примерно на 10°С выше температуры солидуса.
31. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (г) охлаждают второй жидкий расплав до температуры, которая равна от примерно 650°С до примерно 700°С.
32. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (г) охлаждают второй жидкий расплав до температуры, которая выше температуры солидуса и ниже температуры ликвидуса.
33. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (г) охлаждают второй жидкий расплав со скоростью менее примерно 75°С/ч.
34. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (г) охлаждают второй жидкий расплав в течение, по меньшей мере, примерно 2 ч.
35. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (г) осуществляют при перемешивании второго жидкого расплава.
36. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (д) проводят при сливании первого маточного раствора с первичных кристаллов кремния.
37. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию (д) проводят с применением центрифугирования.
38. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадии (а) - (д) проводят многократно.
39. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждую из стадий (а) - (д) проводят многократно.
40. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждую из стадий (а) - (д) проводят многократно, и первый маточный раствор, полученный на стадии (д), применяют в качестве металла-растворителя на последующей стадии (а).
41. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния содержат кремний в количестве от примерно 65 вес.% до примерно 95 вес.%
42. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает после стадии (д) стадию (е), состоящую в нагревании первичных кристаллов кремния с образованием первой бани-расплава.
43. Способ по п.42, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния нагревают до температуры, равной от примерно 1100°С до примерно 1500°С.
44. Способ по п.42, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния нагревают в присутствии инертного газа, под вакуумом или в присутствии инертного газа и под вакуумом.
2
45. Способ по п.42, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния нагревают в присутствии азота (N), аргона (Аr) или их комбинации.
46. Способ по п.42, отличающийся тем, что после стадии (е) он дополнительно включает стадию (ж), состоящую в непосредственном отверждении первой бани-расплава с образованием вторичных кристаллов кремния и вторичного маточного раствора.
47. Способ по п.46, отличающийся тем, что стадия (ж) включает нагревание верхней части первой бани-расплава, охлаждение нижней части первой бани-расплава или их комбинацию.
48. Способ по п.46, отличающийся тем, что стадия (ж) включает охлаждение первой бани-расплава с образованием вторичных кристаллов кремния и второго маточного раствора.
49. Способ по п.46, отличающийся тем, что непосредственное отверждение включает охлаждение первой бани-расплава ниже точки плавления с образованием при этом вторичных кристаллов кремния и разделение верхней и нижней частей, при этом верхняя часть содержит второй маточный раствор и нижняя часть содержит вторичные кристаллы кремния.
50. Способ по любому из пп.42-49, дополнительно включающий после стадии (ж) стадии:
(з) нагревание вторичных кристаллов кремния с получением второй бани-расплава;
(и) контактирование второй бани-расплава со вторым газом с получением шлака, который образуется на поверхности третьей бани-расплава; и
(к) разделение шлака и третьей бани-расплава.
51. Способ по п.50, отличающийся тем, что на стадии (з) нагревают вторичные кристаллы кремния до температуры выше температуры ликвидуса.
52. Способ по п.50, отличающийся тем, что на стадии (з) нагревают вторичные кристаллы кремния до температуры, равной, по меньшей мере, примерно 1300°С.
53. Способ по п.50, отличающийся тем, что на стадии (и) второй газ образуется при контактировании второй бани-расплава с жидкостью, твердым веществом или их комбинацией для эффективного выделения второго газа.
2
2
2
2
6
2
4
2
2
2
4
4
54. Способ по п.50, отличающийся тем, что на стадии (и) второй газ содержит, по меньшей мере, один компонент из хлора (Сl), кислорода (О), азота (N), гелия (Не), аргона (Аr), водорода (Н), гексафторида серы (SF), фосгена (СОСl), четыреххлористого углерода (ССl), водяного пара (НО), кислорода (О), двуокиси углерода (СО), моноокиси углерода (СО), тетрахлорсилана (SiCl) и тетрафторсилана (SiF).
55. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадии (и) и (к) проводят, по меньшей мере, два раза.
2
2
2
56. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадии (и) и (к) проводят дважды, первый раз с водяным паром (НО), водородом (Н) или их комбинацией и кислородом (О) и инертным газом на стадии (и); второй раз - с инертным газом на стадии (и).
2
2
57. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадии (и) и (к) проводят дважды, первый раз с водяным паром (НО), кислородом (О) и инертным газом на стадии (и); второй раз - с инертным газом на стадии (и).
2
2
58. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадии (и) и (к) проводят дважды, первый раз с водородом (Н), кислородом (О) и инертным газом на стадии (и); второй раз - с инертным газом на стадии (и).
59. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадию (и) проводят при перемешивании второй бани-расплава.
60. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадию (и) проводят с применением роторного дегазатора.
61. Способ по п.50, отличающийся тем, что стадию (к) проводят с применением скребка.
62. Способ по п.50, отличающийся тем, что после стадии (к) он дополнительно включает стадию
(л) охлаждения третьей бани-расплава с образованием штабиков кремния.
63. Способ по п.50, отличающийся тем, что после стадии (к) он дополнительно включает стадию
(м) превращения третьей бани-расплава в гранулированный кремний.
64. Способ по п.50, отличающийся тем, что после стадии (к) он дополнительно включает стадию
(н) введения третьей бани-расплава в форму и охлаждения с получением вторичного кремния.
65. Способ по п.50, отличающийся тем, что после стадии (к) он дополнительно включает стадию
(о) непосредственного отверждения третьей бани-расплава при температуре ниже точки плавления с образованием при этом третичных кристаллов кремния и разделения верхней части и нижней части, при этом верхняя часть содержит третий маточный раствор и нижняя часть содержит третичный кремний.
66. Способ по п.65, отличающийся тем, что стадия (о) включает нагревание верхней части третьей бани-расплава, охлаждение нижней части третьей бани-расплава или их комбинацию.
67. Способ по п.65, отличающийся тем, что стадия (о) включает охлаждение третьей бани-расплава.
68. Способ очистки кремния, включающий:
(а) получение первого жидкого расплава из кремния и растворителя-металла, выбранного из группы: медь, олово, цинк, сурьма, серебро, висмут, алюминий, кадмий, галлий, индий, магний, свинец, их сплава, а также их комбинаций;
(б) контактирование первого жидкого расплава с первым газом с получением дросса и второго жидкого расплава;
(в) нагревание второго жидкого расплава;
(г) разделение дросса и второго жидкого расплава;
(д) охлаждение второго жидкого расплава с образованием первичных кристаллов кремния и первого маточного раствора;
(е) разделение первичных кристаллов кремния и первого маточного раствора;
(ж) нагревание первичных кристаллов кремния с получением первой бани-расплава;
(з) направленное отверждение первой бани-расплава с получением первичных кристаллов кремния и второй бани-расплава;
(и) нагревание вторичных кристаллов кремния с получением второй бани-расплава;
(к) контактирование второй бани-расплава со вторым газом с образованием шлака, который образуется на поверхности третьей бани-расплава;
(л) разделение шлака и третьей бани-расплава; и, по меньшей мере, одну из стадий (м) - (п):
(м) охлаждение второй бани-расплава с образованием штабиков кремния;
(н) превращение второй бани-расплава в гранулированный кремний;
(о) введение третьей бани-расплава в форму и охлаждение этой третьей бани-расплава с получением вторичного кремния; и
(п) направленное отверждение третьей бани-расплава при температуре ниже точки плавления с образованием при этом третичных кристаллов кремния и разделение верхней части и нижней части, при этом верхняя часть представляет собой третий маточный раствор и нижняя часть представляет собой третичный кремний.
69. Способ по п.1 или 68, отличающийся тем, что получают поликристаллический кремний.
70. Способ по п.1 или 68, отличающийся тем, что получают монокристаллический кремний.
71. Способ по п.1 или 68, отличающийся тем, что очищенный кремний применяют для выращивания мультикристаллических или монокристаллических штабика или були.
72. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает резание первичных кристаллов кремния, вторичных кристаллов кремния, гранулированного кремния, штабиков кремния, вторичного кремния, третичных кристаллов кремния или третичного кремния на пластины.
73. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремний очищается от, по меньшей мере, одного элемента из лития (Li), бора (В), натрия (Na), титана (Ti), железа (Fe), магния (Mg), ванадия (V), цинка (Zn), фосфора (Р), серы (S), калия (К), кальция (Са), стронция (Sr), хлора (Сl), хрома (Сr), марганца (Мn), алюминия (Аl), мышьяка (As), сурьмы (Sb), галлия (Ga), индия (In), никеля (Ni) и меди (Сu).
74. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния, вторичные кристаллы кремния, гранулированный кремний, штабики кремния, вторичный кремний, третичные кристаллы кремния или третичный кремний содержат любой один или более элементов, выбранных из следующих элементов, каждый в количестве менее примерно 10 м.д.: лития (Li), бора (В), натрия (Na), титана (Ti), железа (Fe), магния (Mg), ванадия (V), цинка (Zn), фосфора (Р), серы (S), калия (К), кальция (Са), стронция (Sr), хлора (О), хрома (Сr), марганца (Мn), алюминия (Аl), мышьяка (As), сурьмы (Sb), галлия (Ga), индия (In), никеля (Ni) и меди (Сu).
75. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния, вторичные кристаллы кремния, гранулированный кремний, штабики кремния, вторичный кремний, третичные кристаллы кремния или третичный кремний содержат любой один или более элементов, выбранных из следующих элементов, каждый в количестве менее примерно 10 м.д.: железа (Fe) и алюминия (Аl).
76. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния, вторичные кристаллы кремния, гранулированный кремний, штабики кремния, вторичный кремний, третичные кристаллы кремния или третичный кремний содержат любой один или более элементов, выбранных из следующих элементов, каждый в количестве менее примерно 1 м.д.: литий (Li), бор (В), натрий (Na), титан (Ti), магний (Mg), ванадий (V), цинк (Zn), фосфор (Р), сера (S), калий (К), кальций (Са), стронций (Sr), хлор (О), хром (Сr), марганец (Мn), мышьяк (As), сурьма (Sb), галлий (Ga), индий (In), никель (Ni) и медь (Сu).
77. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния, вторичные кристаллы кремния, гранулированный кремний, штабики кремния, вторичный кремний, третичные кристаллы кремния или третичный кремний применяют при изготовлении солнечного коллектора.
78. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичные кристаллы кремния, вторичные кристаллы кремния, гранулированный кремний, штабики кремния, вторичный кремний, третичные кристаллы кремния или третичный кремний применяют при изготовлении интегральной схемы.
79. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают, по меньшей мере, около 45 кг первичных кристаллов кремния, вторичных кристаллов кремния, гранулированного кремния, штабиков кремния, вторичного кремния, третичных кристаллов кремния или третичного кремния.
80. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают, по меньшей мере, около 200 т/год первичных кристаллов кремния, вторичных кристаллов кремния, гранулированного кремния, штабиков кремния, вторичного кремния, третичных кристаллов кремния или третичного кремния.
81. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают, по меньшей мере, около 1000 т/год первичных кристаллов кремния, вторичных кристаллов кремния, гранулированного кремния, штабиков кремния, вторичного кремния, третичных кристаллов кремния или третичного кремния.
82. Очищенный кремний, полученный способом по любому из пп.1-81.
83. Кристаллы кремния, полученные способом по любому из пп.1-41, 46-49 и 68.
84. Гранулированный кремний, полученный способом по любому из пп.63 и 68.
85. Штабики кремния, полученные способом по любому из пп.62 и 68.
86. Кремний, полученный способом по любому из пп.64-68.