Спосіб одержання порошку полікристалічного кремнію

Реферат: Спосіб одержання порошку полікристалічного кремнію, при якому використовують як вихідну речовину діоксид кремнію, при цьому технологічний процес містить чотири послідовні стадії, де на 1 стадії в першому реакторі діоксид кремнію обробляють елементним фтором (фторують) з надлишковою його кількістю відносно необхідної стехіометричної кількості; на 2 стадії у другому реакторі здійснюють фторування надлишкової кількості діоксиду кремнію відносно стехіометричної його кількості, необхідної при взаємодії з надлишком фтору, що не прореагував в першому реакторі; на 3 стадії здійснюють сепарацію одержаного тетрафториду кремнію від кисню; на 4 стадії здійснюють розклад тетрафториду кремнію на порошок полікристалічного кремнію та елементного фтору. Взаємодію діоксиду кремнію зі фтором на 1 стадії здійснюють при температурі 1200-13500 С, при цьому надлишкова кількість фтору має складати 50-60 %, на 2 стадії здійснюють фторування діоксиду кремнію з його 80-90 % масовою надлишковою кількістю, при цьому використовують надлишок елементного фтору, який залишився після першої стадії. UA 111178 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПОРОШКУ ПОЛІКРИСТАЛІЧНОГО КРЕМНІЮ UA 111178 U UA 111178 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до технологій одержання напівпровідникових матеріалів, зокрема до одержання електролітично чистого порошкового полікристалічного кремнію, який використовується у фотоелектричних перетворювачах. Зазвичай технологічний кремній у промисловості одержують відновленням кварцового піску вуглецем з наступним хлоруванням тонко подрібненого порошку кремнію хлороводнем. Далі йде очищення утворених хлорсполук методом ректифікації до необхідної чистоти (Фалькевич Э.С. та інш. Технология полупроводникового кремния. - М. Металургія., 1992 г.). В деяких випадках напівпровідниковий кремній одержують сплавленням технічного кремнію з магнієм, шляхом розкладанням силіциду магнію з наступним низькотемпературним ректифікаційним очищенням моносилану, потім з подальшим термічним розкладанням (Белов И.П. и др. Моносилан в технологии полупроводниковых материалов. НИИТЭХим. 1989 г.). Наведені способи багатостадійні та мають низький вихід напівпровідникового кремнію, у зв'язку з чим його собівартість є дуже високою. При тому значні викиди в атмосферу хімічних сполук наносять шкоду навколишньому середовищу. Відома технологія одержання напівпровідникового кремнію, який використовується при розробці та впроваджені виробництва сонячних елементів (патент № 2035397, RU), яка вміщує серію газотранспортних реакцій з використанням тетрофториду силіцію. У результаті його взаємодії з деіонізованою водою можна одержати кремнійфтористоводневу кислоту. Самий кремній вже одержують, відновлюючи його з цієї кислоти атомарним воднем. При тому одержують його доволі чистим. Але недоліком цієї технології є значна собівартість, а також низький відсоток виходу готового кремнію. Існує технічне рішення, яким є спосіб одержання високо чистого порошкового кремнію з одночасним отриманням елементного фтору (патент № 2156220, RU). Таке рішення складається з того, що кремній відокремлюють з металічного кремнію наступним чином. Діоксид кремнію (SiO2) з'єднують з трифторхлором (СIF3), внаслідок чого одержують кремнійвмісні сполуки тетрафториду кремнію (SiF4) та тетрахлориду кремнію (SiCl4). Ці сполуки розкладають електролітичним методом електролізу з рідким катодом, внаслідок чого на аноді одержують суміш фтору та хлору, а катод (яким є розплав цинку) при цьому поглинає кремній, що виділився. Низька розчинність кремнію у цинку, при якій є необхідність багаторазового насичення і наступної вакуумно-термічної перегонки має свої недоліки. Цей спосіб дозволяє отримувати дуже чистий кремній, але широкого промислового значення він не знайшов у зв'язку з високою вартістю методу. Найбільш близьким за суттю до технічного рішення, що заявляється, є патент за № 2272785 RU, згідно з яким діоксид кремнію (кварцовий пісок) подають у реактор при температурі 11001200 °С, де він взаємодіє з елементним фтором у факельному полум'ї. При цьому фтор подається у надмірній кількості відносно необхідної кількості для обробки відповідного об'єму діоксиду кремнію. Цей лишок має складати до 30 %. Наступним етапом є етап розкладання одержаного тетрафториду кремнію на порошковий полікристалічний кремній та елементний фтор. Процес одержання такого порошку є досить дешевий, при тому його чистота достатня для виробництва напівпровідникових приладів. Але недолікомє недостатня продуктивність технологічного процесу. В основу способу поставлена задача створення способу одержання порошку полікристалічного кремнію, в якому завдяки використанню найбільш оптимальних технологічних режимів забезпечується найбільш повне перетворення основних взаємодіючих речовин і за рахунок цього збільшується продуктивність технологічного процесу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання порошку полікристалічного кремнію, який включає використання вихідної речовини діоксиду кремнію, при цьому технологічний процес містить в собі чотири послідовні стадії, де на 1 стадії, в першому реакторі обробляють діоксид кремнію (тобто фторують) елементним фтором з надлишковою його кількістю відносно необхідної стехіометричної кількості; на 2 стадії у другому реакторі проводять взаємодію фтору з надлишковою масовою кількістю діоксиду кремнію відносно залишку фтору, який не прореагував в першому реакторі; на 3 стадії відбувається сепарація одержаного тетрафториду кремнію від кисню; заключною 4 стадією є розкладання тетрафториду кремнію на порошок полікристалічного кремнію та елементного фтору, згідно винаходу взаємодію діоксиду кремнію зі фтором на 1 стадії проводять при температурі 1200-1350 °C, при цьому надлишкова кількість фтору має складати 50-60 %; на 2 стадії здійснюють взаємодію фтору з діоксидом кремнію, при його надлишку до необхідної стехіометричної маси 80-90 %, при цьому використовують фтор, що залишився після реакції на 1 стадії з повним його дальшим поглинанням на 2 стадії процесу. 1 UA 111178 U 5 10 15 В окремих випадках надлишковий діоксид кремнію, що залишився на 2 стадії повертають у 1 реактор, де проходить черговий цикл фторування у суміші з наново добавленим вихідним діоксидом кремнію. Крім того, згідно винаходу сепарацію тетрафториду кремнію від кисню можна проводити за допомогою молекулярного сита. У приведеному технічному рішенні вибрані найбільш оптимальні температурні режими та відсоткові сполучення вихідних надлишкових речовин. Таким чином, якщо подається надлишковий фтор у кількості до 30 % лишку в перший реактор, отримують додаток SiF4 з другого реактора 30 % відносно першого (згідно з прототипом). В той же час при збільшенні подачі надлишкового фтору в перший реактор до 50-60 % можна збільшити об'єм продукту, який створюється SiF4 в одному циклі до 20 %, що значно збільшує продуктивність технологічного процесу, не погіршуючи якість продукту. Збільшувати надлишок фтору не можна у зв'язку з тим, що у другому реакторі він залишиться непрореагованим. Крім того, щоб вирішити задачу повного перетворення похідних матеріалів (SiO 2, Fe2, О3, Аl2О3, СаО) у фторидні з'єднання, температура реактора повинна бути декілька вищою ніж та, що була заявлена у прототипі, а саме 1200-1350 °C, інакше в противному випадку частина оксидів не перетворюється у фторидні з'єднання і залишається у шлаку. Крім того, підвищення температури сприяє більш повному та швидкому переходу SiO 2 у SiF4. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Спосіб одержання порошку полікристалічного кремнію, при якому використовують як вихідну речовину діоксид кремнію, при цьому технологічний процес містить чотири послідовні стадії, де на 1 стадії в першому реакторі діоксид кремнію обробляють елементним фтором (фторують) з надлишковою його кількістю відносно необхідної стехіометричної кількості; на 2 стадії у другому реакторі здійснюють фторування надлишкової кількості діоксиду кремнію відносно стехіометричної його кількості, необхідної при взаємодії з надлишком фтору, що не прореагував в першому реакторі; на 3 стадії здійснюють сепарацію одержаного тетрафториду кремнію від кисню; на 4 стадії здійснюють розклад тетрафториду кремнію на порошок полікристалічного кремнію та елементного фтору, який відрізняється тим, що взаємодію діоксиду кремнію зі фтором на 1 стадії здійснюють при температурі 1200-13500 С, при цьому надлишкова кількість фтору має складати 50-60 %, на 2 стадії здійснюють фторування діоксиду кремнію з його 8090 % масовою надлишковою кількістю, при цьому використовують надлишок елементного фтору, який залишився після першої стадії. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що надлишковий дікосид кремнію, який не прореагував на 2 стадії, повертають в 1 реактор, де здійснюють черговий цикл фторування його у суміші з наново добавленим вихідним діоксидом кремнію. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сепарацію тетрафториду кремнію від кисню здійснюють за допомогою молекулярного сита. 40 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2