Спосіб очищення відходів кремнію

Спосіб очищення відходів кремнію, що включає плавлення відходів кремнію в кварцовому тиглі, витримку та кристалізацію розплаву, який відрізняється тим, що процес ведуть в атмосфері аргону під тиском не менше 6000 Па та швидкості обертання тигля 0,4-2,0 об/хв., перед кристалізацією в розплав опускають затравку з вуглецевого матеріалу, збирають на неї чужорідні включення і витягують її з розплаву, а кристалізацію розплаву здійснюють зі швидкістю 0,2-0,6 мм/хв. (19) (21) a200913167 (22) 17.12.2009 (24) 27.12.2010 (46) 27.12.2010, Бюл.№ 24, 2010 р. (72) ГРИНЬ ГРИГОРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, УШАНКІН ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ОНИЩЕНКО ОЛЕКСАНДР ВЕНІАМІНОВИЧ (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "ПРОЛОГ СЕМІКОР" (56) SU 1824958 А1 10.10.1995 CN 101293653 A 19.10.2008 СN 101519204 A 02.09.2009 3 92990 4 Очищення відходів в цьому способі відбуваРазом з цим, під час плавлення та витримки ється не тільки за рахунок сегрегації, але й більш розплаву частки чужорідних матеріалів, які мають ефективного порівняно з попереднім способом питому вагу більш ніж у кремнію та розміри більше випаровування розчинених у кремнії домішок, зок0,1 мм, осідають на дно тигля, а ті, що мають пирема таких як сурма. тому вагу менше ніж у кремнію та розміри більше Крім того, даний спосіб не потребує спеціаль0,1 мм, концентруються у при поверхневому шарі ного обладнання і може бути реалізований на розплаву. промисловому обладнанні для вирощування моВключення розміром менше 0,1 мм постійно нокристалів кремнію методом Чохральского. перебувають у розплаві у зваженому стані. Але недоліком цього способу є також неефекОчищення розплаву від чужорідних включень, тивне очищення відходів від часток нерозчинених що знаходяться в його при поверхневому шарі, в кремнії чужорідних включень розміром більше здійснюється за рахунок їх збирання на затравку, 0,1 мм. яку опускають у розплав. Затравку виготовляють з Задачею винаходу є створення такого способу вуглецевого матеріалу, який має більш високу теочищення відходів кремнію, який може бути реалімпературу плавлення ніж кремній, що виключає зований на промисловому обладнанні для вирооплавлення затравки в розплаві і дає можливість її щування монокристалів кремнію методом Чохрабагаторазового використання. Крім того, затравка льского і забезпечує ефективне очищення відходів має пористу структуру, яка забезпечує хорошу як від розчинених домішок, так і нерозчинених чаадгезію чужорідних включень до затравки. сток чужорідних матеріалів. Включення, що осіли на дно тигля, залишаПоставлена задача вирішується запропоноваються в нижній частині закристалізованого розпним способом очищення відходів кремнію, що лаву, яку потім відрізають. включає плавлення відходів кремнію в кварцовому При тиску аргону менше 6000 Па має місце інтиглі, витримку розплаву, кристалізацію розплаву, тенсивне газовиділення, бурхливе кипіння, надміякий відрізняється тим, що процес ведуть в атморне перемішування розплаву та його розбризгусфері аргону під тиском не менше 6000 Па та вання. За таких умов чужорідні включення, які швидкості обертання тигля 0,4-2,0 об/хв, перед мають питому вагу більше ніж у кремнія і мали б кристалізацією в розплав опускають затравку з осісти на дно тигля, залишаються в розплаві у вуглецевого матеріалу, збирають на неї чужорідні зваженому стані і відповідно не можуть бути в повключення і витягують її з розплаву, а кристалізавному обсязі видалені з об'єму кремнія під час цію розплаву здійснюють зі швидкістю 0,2-0,6 його наступної кристалізації. Крім того, бризки ромм/хв. зплавленого кремнію попадають на деталі теплоСпосіб здійснюється таким чином. вого вузла печі і швидко виводять його з ладу. Відходи кремнію завантажують в кварцовий При швидкості обертання тигля більше 2,0 тигель, встановлюють його в робочу камеру печі і об/хв розплав теж надмірно перемішується і частвключають відкачку вакуумним агрегатом. Процес ки чужорідних включень, які мали б осісти на дно ведуть в атмосфері аргону під тиском не менше тигля, залишаються у розплаві у зваженому стані і 6000 Па та при величині його потоку не менше відповідно не видаляються з об'єму кремнію під 1200 л/год. Включають обертання тигля зі швидкічас його кристалізації. стю 0,4-2,0 об/хв, розплавляють відходи і витриПри швидкості обертання тигля менше 0,4 мують розплав декілька годин. Після чого в розпоб/хв не вдається витягнути з розплаву на затравлав опускають затравку з вуглецевого матеріалу, ку максимальну кількість включень, внаслідок чого збирають на неї чужорідні включення і потім витяефективність очищення відходів зменшується. гують її зрозплаву. Далі включають механізм верПід час поступової кристалізації розплаву відтикального переміщення тигля і починають його бувається очищення відходів за рахунок сегрегації опускати вниз і здійснюють кристалізацію розплаву розчинених домішок легуючих елементів, вуглецю зі швидкістю 0,2-0,6 мм/хв. Після завершення повта металів, а також часток чужорідних матеріалів ної кристалізації розплаву виключають механізм розміром менше 0,1 мм. переміщення тигля, поступово зменшують потужПри швидкості кристалізації розплаву більше ність нагрівача до нуля і охолоджують піч. Тигель з 0,6 мм/хв чужорідні включення розміром менше закристалізованим розплавом вивантажують з 0,1 мм не встигають за рахунок сегрегації відтісняпечі, кремній відділяють від кварцового тигля і відтися від фронту кристалізації вбік рідкого розпларізають від нього нижню та верхню частини, які ву, і тому залишаються в об'ємі закристалізованомістять чужорідні включення. Для видалення пого розплаву. верхневих забруднень кремній піддають піскоПри швидкості кристалізації розплаву менше струйній обробці. 0,2 мм/хв процес очищення відходів йде занадто Отриманий такий чином кремній використовуповільно, що в умовах промислового виробництва ють у подальшому в якості сировини для вирощує економічно необгрунтованим. вання монокристалів кремнію методом ЧохральсьПриклад 1. кого. В кварцовий тигель діаметром 330 мм заванПід час плавлення і витримки розплаву відбутажили 21 кг відходів кремнію. Тигель встановили вається очищення відходів від домішок легуючих в робочу камеру печі для вирощування зливків елементів за рахунок їх випаровування з розплаву кремнію і включили відкачку вакуумним агрегатом. і подальшого видалення з робочої камери печі Виставили тиск аргону в камері 6100 Па при велипотоком аргону та вакуумною відкачкою. чині потоку аргону 1250 л/год., швидкість обертання тигля 0,6 об/хв, після чого включили нагрів печі. 5 92990 6 Повністю розплавили відходи, витримали розплав подрібнили і використали в якості сировини для протягом однієї години. Опустили в розплав завирощування зливка монокристалічного кремнію травку з вуглецевого матеріалу, зібрали на неї з для сонячних батарей. при поверхневого шару розплаву чужорідні вклюАналіз 32 процесів очищення відходів показав, чення і витягнули її з розплаву. Потім включили що не менше 75% (по вазі) очищеного таким чимеханізм переміщення тигля вниз, виставили ном кремнію придатні для використання у якості швидкість переміщення (швидкість кристалізації) сировини для вирощування монокристалів крем0,4 мм/хв і почали кристалізацію розплаву. По донію для сонячних батарей. сягненню рівня розплаву в тиглі положення, яке на Результати шести процесів вирощування мо40 мм вище нижнього краю нагрівача, поступово нокристалів кремнію методом Чохральського марпротягом одного часу зменшили потужність нагріки КДБ 0,5-3,0 діаметром 154 мм з питомим електвача в два рази, потім повністю виключили нагрів ричним опором 0,5-3,0 Ом·см та часом життя печі. Після охолодження протягом 3 годин виванносіїв заряду не менше 10 мкс представлені в тажили тигель з закристалізованим розплавом таблиці. кремнію з печі, відділили кремній від кварцового Як можна побачити з експериментальних датигля і відрізали від нього нижню і верхню частини, них, запропонований спосіб очищення відходів які містять чужорідні включення. Бокову поверхню дозволяє отримувати монокристали кремнію з некремнію піддали піскоструйній обробці для видаобхідними електрофізичними параметрами. лення поверхневих забруднень. Потім кремній Таблиця Загальна Маса очище- Питомий електричний Питомий електричний Номер маса сирови- них відходів у опір на верхньому кінці опір на нижньому кінці процесу ни у тиглі, кг тиглі, кг зливка, Ом·см зливка, Ом·см 1 45 14,7 2,25 1,98 2 45 11,8 1,32 1,22 3 60 9,7 1,57 0,98 4 60 17,2 1,56 1,36 5 60 14,1 2,36 2,05 6 60 9,1 1,41 1,36 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Час життя носіїв заряду на нижньому кінці зливка, мкс 19 21 16 25 18 21 Довжина циліндра зливка, мм 503 689 915 635 598 954 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