Спосіб переробки відходів виробництва кремнію

Спосіб переробки відходів виробництва кремнію, що включає плавлення відходів виробництва кремнію в кварцовому тиглі, витримку розплаву, витягування зливка із розплаву на затравку, який відрізняється тим, що процес здійснюють з відкритим екрануванням кварцового тигля з розплавом в атмосфері аргону під тиском не більше 200 Па та при величині його потоку не менше 1500 л/год., витримку розплаву здійснюють протягом 68 годин, витягування зливка із розплаву на затравку здійснюють зі швидкістю 0,7-0,8 мм/хв., а співвідношення внутрішнього діаметра кварцового тигля і діаметра зливка, що витягують із розплаву на затравку, підтримують в межах 2,6-3,0. (19) (21) a200807851 (22) 10.06.2008 (24) 10.09.2010 (46) 10.09.2010, Бюл.№ 17, 2010 р. (72) ГРИНЬ ГРИГОРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, УШАНКІН ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "ПРОЛОГ СЕМІКОР" (56) SU 1824958, A1, 10.10.1995 US 2006/0016289, A1, 26.01.2006 US 2007/0077191, A1, 05.04.2007 Шашков Ю.М. Выращивание монокристаллов методом вытягивания. - М.: Металлургия, 1982. - С. 143-151, 164-167. 3 91885 4 вытягивания. Шашков Ю.М., «Металлургия», ровування. При цьому найбільш інтенсивно з роз1982,000 с.]. плаву буде випаровуватись сурма, оскільки швидЦей спосіб простий, дешевий, не вимагає спекість її випаровування з розплаву при інших рівних ціального обладнання, може бути реалізований в умовах згідно з даними [Выращивание монокриспромислових умовах і має високу продуктивність. таллов методом вытягивания. Шашков Ю.М., «МеАле суттєвим недоліком цього способу, який обталлургия», 1982, 381с.] близько у 600 разів перемежує його використання для виробництва моноквищує швидкість випаровування фосфору і ристалів кремнію, є недостатня ступінь переробки миш'яку та у 1,2 104 разів аналогічний параметр відходів від домішок, особливо легуючих елемендля бора. тів. Використання відкритої екраніровки кварцовоЗадачею винаходу є створення такого способу го тигля з розплавом, при якій поверхня розплаву переробки відходів виробництва кремнію, який не є відкритою (незакритою зверху екраном), забезпотребує розробки і виготовлення складного і допечує високу швидкість випаровування домішок і рогого обладнання, може бути реалізований в відповідно потрібну ступінь очищення відходів. промислових умовах в стандартних печах для виПри використанні закритої екраніровки кваррощування монокристалів, має високу продуктивцового тигля, коли поверхня розплаву закриваєтьність, забезпечує потрібний ступінь очищення від ся зверху екраном, швидкість випаровування додомішок та дозволяє отримувати відходи кремнію, мішок зменшується і відповідно не забезпечується придатні для використання в якості сировини для потрібна ступінь очищення відходів. виробництва монокристалів кремнію. При тиску аргону більше 200 Па із-за високого Поставлена задача вирішується запропоновапарціального тиску останнього над поверхнею ним способом переробки відходів виробництва розплаву зменшує швидкість випаровування докремнію, що включає плавлення відходів кремнію мішок і відповідно ступінь очищення відходів. в кварцовому тиглі, витримку розплаву, витягуванПри величині потоку аргону менше 1500л/год. ня зливка із розплаву на затравку, який відрізнядомішки, що випаровуються із розплаву, не видається тим, що процес ведуть з відкритою екраніроляються потоком аргону, над поверхнею розплаву вкою кварцового тигля з розплавом в атмосфері підвищується концентрація домішок, починається аргону під тиском не більше 200Па та при величині зворотній процес переходу домішок у розплав і його потоку не менше 1500л/год., витримку розпчерез деякий час встановлюється динамічна рівлаву проводять протягом 6-8 годин, витягування новага, якій відповідає мала швидкість випаровузливка із розплаву на затравку здійснюють зі швивання домішок. В цьому випадку не забезпечуєтьдкістю 0,7-0,8мм/хв., а співвідношення внутрішньося потрібна ступінь переробки відходів. Крім того, го діаметра кварцового тигля і діаметра зливка, при величині потоку аргону менше 1500 л/год. дощо витягується із розплаву на затравку, підтримумішки, що випаровуються із розплаву, починають ють в межах 2,6 - 3,0. осідати на внутрішній поверхні робочої камери Спосіб здійснюється таким чином. печі, а потім із-за відшарування знову попадають у Відходи кремнію після дроблення загружають розплав [Технология полупроводникового кремния в кварцовий тигель, встановлюють його в робочу /Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. и камеру печі і включають відкачку вакуумним агредр. - M: Металлургия, 1992. - 408 с.]. гатом. Процес ведуть з відкритою екраніровкою Витримка розплаву менше 6 годин недостатня кварцового тигля з розплавом в атмосфері аргону для забезпечення потрібної ступіні очищення відпід тиском не більше 200Па та при величині його ходів від домішок за рахунок їх випаровування із потоку не менше 1500л/год. Обороти розплавлярозплаву. ють, розплав витримують 6-8 годин, після чого Витримка розплаву більше 8 годин помітно не починають витягувати зливок із розплаву на запідвищує ступінь очищення відходів від домішок за травку зі швидкістю 0,7 - 0,8 мм/хв. При цьому підрахунок їх випаровування із розплаву, але при тримують співвідношення внутрішнього діаметра цьому із-за довготривалості процесу знижується кварцового тигля і діаметра зливка, що витягуєтьйого продуктивність та додатково витрачаються ся із розплаву на затравку, в межах 2,6 - 3,0. Після робочий час, аргон, електроенергія. завершення витягування зливка із розплаву на При швидкості витягування зливка із розплаву затравку піч охолоджують, зливок відокремлюють на затравку більше 0,8 мм/хв. скорочується загавід затравки і вивантажують з печі. Отриманий льний час процесу і відповідно час випаровування таким чином зливок використовують у подальшодомішок з розплаву, внаслідок чого не забезпечуму в якості сировини для вирощування монокрисється потрібна ступінь переробки відходів від доталів кремнію методом Чохральского. мішок. Під час плавлення відходів, витримки розплаПри швидкості витягування зливка із розплаву ву та витягування зливка із розплаву на затравку на затравку менше 0,7 мм/хв. ступінь очищення відбувається очищення відходів від домішок легувідходів від домішок за рахунок їх випаровування ючих елементів за рахунок їх випаровування з із розплаву помітно не підвищується, але при цьорозплаву. Домішки, що випаровуються із розплаву, му із-за довготривалості процесу знижується його у подальшому видаляються потоком аргону та продуктивність та додатково витрачаються робовідкачуються з робочої камери печі вакуумним чий час, аргон, електроенергія. агрегатом. При співвідношенні внутрішнього діаметра Ступінь очищення відходів від домішок легуюкварцового тигля і діаметра зливка, що витягуєтьчих елементів за рахунок їх випаровування з розпся із розплаву на затравку, менше 2,6 із-за малої лаву прямо пропорційна швидкості та часу випаплощі поверхні розплаву зменшується швидкість 5 91885 6 випаровування домішок із розплаву і відповідно не 0,75мм/хв. Під час витягування зливка із розплаву забезпечується потрібна ступінь очищення відхона затравку підтримували співвідношення внутрідів від домішок. шнього діаметра кварцового тигля і діаметра зливПри співвідношенні внутрішнього діаметра ка, що витягується із розплаву на затравку, в мекварцового тигля і діаметра зливка, що витягуєтьжах 2,68 - 2,76. Після завершення витягування ся із розплаву на затравку, більше 3,0 ступінь зливка із розплаву виключили нагрів, охолодили очищення відходів від домішок за рахунок їх випапіч, отриманий зливок циліндричної форми діамеровування із розплаву помітно не підвищується, тром 125 ± 3 мм відокремили від затравки і виванале при цьому із-за довготривалості процесу знитажили з печі. жується його продуктивність та додатково витраВимірювання електрофізичних параметрів чаються робочий час, аргон, електроенергія. отриманого зливка кремнію показали, що питомий Під час витягування зливка із розплаву на заелектричний опір на верхньому кінці зливка дорітравку одночасно з випаровуванням домішок з внює 0,44 Ом см, на нижньому кінці - 0,12 Ом розплаву відбувається очищення відходів від досм, а середнє значення питомого електричного мішок, які мають коефіцієнт сегрегації к менший за опору по довжині зливка - 0,28 Ом см, що відпоодиницю, як-то: сурма (к = 0,023), бор (к = 0,8), відає залишковій концентрації сурми 2,03 1016 фосфор (к = 0,35), миш'як (к = 0,3), вуглець (к = (6см-3. При цьому була забезпечена чистота кремнію 7) • 10-2), метали (к < 0,01) [Технология полупро99,99996 %, що перевищує аналогічний показник водниковых материалов. Нашельский А.Я.: Учебдля відомого способу [ 2 ]. ное пособие для повышения квалификации ИТР. Зливок подрібнили і використали у якості сиМ.: Металлургия, 1987. 336 с ]. ровини для вирощування зливків монокристалічноПриклад 1. го кремнію для сонячних батарей марки КДБ 0,5 В кварцовий тигель диаметром 356 мм загру3,0 154 мм з питомим електричним опором в зили 40 кг відходів кремнію, легованих сурмою до межах 0,5 - 3,0 Ом см та часом життя нерівнова18 -3 концентрації 4,5 • 10 см . Тигель встановили в жних носіїв заряду не менше 5 мкс. робочу камеру печі з відкритою екраніровкою кваУ таблиці представлені результати семи прорцового тигля з розплавом, включили відкачку цесів вирощування монокристалів кремнію. вакуумним агрегатом. Виставили величину потоку Як можна побачити з експериментальних дааргону 1700 л/год. і тиск аргону 195 Па, після чого них, запропонований спосіб очищення відходів включили нагрів. Повністю розплавили відходи, кремнію дозволяє отримувати відходи, які можна витримали розплав протягом 6,5 годин. В розплав використовувати у якості сировини для вирощуопустили затравку монокристалічного кремнію вання монокристалів кремнію для сонячних батаорієнтації (100), після чого почали витягування рей. зливка із розплаву на затравку з швидкістю Таблиця Загальна маса Маса очищених Номер сировини у тиглі, відходів у тиглі, процесу кг кг 1 45,0 7,7 2 45,0 16,2 3 45,0 9,9 4 45,0 8,1 5 45,0 4,8 6 45,0 11,0 7 45,0 11,2 Комп’ютерна верстка В. Мацело на верхньому кінці зливка, Ом см 0,78 1,18 2,05 2,20 2,44 2,60 1,50 на нижньому кінці зливка, Ом • см 0,59 0,90 1,39 1,60 1,58 1,44 1,09 Підписне на нижньому Довжина цикінці зливка, ліндра зливка, мм мкс 8 547 6 560 7 564 7 575 9 553 8 515 7 535 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601