Спосіб одержання кремнію

1. Спосіб одержання кремнію високої чистоти шляхом термічного розщеплення суміші, що містить силани та галогеносилани у газовій фазі та осадження суцільного кремнію, який відрізняється тим, що як суміш, що містить силани та галогеносилани, використовують газову суміш, яка містить моносилан, монохлорсилан і додаткові силани, а термічне розщеплення та осадження здійснюють при температурі в інтервалі 6001250°С та при тиску від 1мбар до 100бар. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що використовувана газова суміш містить 10-60мас.% моносилану, 10-60мас.% монохлорсилану та до 15мас.% додаткових силанів, де силани, які присутні в газовій суміші, додають до досягнення 100мас.%. 3. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що використовувана газова суміш містить моносилан C2 2 UA 1 3 ній технології, відомі способи теплового розщеплення газоподібних кремнієвих сполук. Такі теплові розщеплення для одержання елементарного кремнію можуть, наприклад, проводитися з використаннням тонкого нагрітого кремнієвого дроту або стрижня, що також відоме як спосіб Сіменса, або "ковпаковий реактор", або в реакторах з псевдозрідженим шаром матеріалу (WO 02/40400), які використовують частинки, що вводяться або формуються на місці. Подальшою можливістю є теплове розщеплення на внутрішній частині або зовнішній частині труби. Ця труба може виготовлятися з кремнію (WO 01/61070 А1) або з іншого матеріалу, наприклад карбіду кремнію, що мінімізує забруднення осадженого кремнію. Аспект, загальний для усіх способів, полягає у тому, що летку кремнійвмісну сполуку осаджують на затравний матеріал шляхом теплового розщеплення. Затравний матеріал є переважно кремнієм з якістю, яку необхідно одержати. Зусилля прикладаються для досягання фактично повного перетворення при осадженні і увесь осаджений кремній по можливості повинен одержуватися на затравному матеріалі або на поверхні, передбаченій для цього. По можливості осадження кремнію на стінках реактора або в трубах слід уникати. Енергія, необхідна для теплового розщеплення, може підводитися різними способами. У відомих способах, Гі, наприклад, підводять за допомогою прямого нагрівання завдяки електричному опору (спосіб Сіменса) або за допомогою опромінення (спосіб з псевдозрідженим шаром матеріалу). Поверхні пристрою, які зазвичай охолоджуються для уникнення небажаного тут осадження, призводять до значної втрати енергії, яка повинна мінімізуватися з екологічних та економічних причин. При осадженні елементарного полікристалічного кремнію, моносилан (MS), дихлорсилан (DCS) або трихлорсилан (TCS) головним чином використовується як кремнійвмісний хімічно активний газ (US 4 676 967, WO 01/61070, WO 02/40400). Відповідні реакції відбуваються згідно з наступними рівняннями: MS: SiH4Si+2H2 (1) DCS: SiH2CI2Si+2HCI (2) TCS: SiHCI3+H2Si+3HCI (3) Окрім того використання силанвмісних сумішей у способах CVD розкривається у ще неопублікованій німецькій заявці під номером 102 43 022 5. Окрім реальних силанвмісних газів, під час осадження додатково можуть бути присутніми інертні гази, наприклад благородні гази, або реагенти, наприклад водень (порівняй рівняння (3) реакції). Температури, необхідні для осадження, знаходяться в інтервалі від приблизно 600 до 900°С - у випадку моносилану- та від приблизно 1000 до 1250°С - у випадку DCS та TCS. Верхня межа для температури встановлюється температурою плавлення кремнію (1410°С). Кремнійвмісні хімічно активні гази після їх одержання зазвичай піддають складному тонкому очищенню. При цьому, концентрації, зокрема, легуючих речовин, наприклад елементів основних 91973 4 груп III та V Періодичної Таблиці Менделєєва, знижуються. Недолік використання галогенвмісних кремнієвих сполук, наприклад DCS, TCS, полягає у тому, що хлорид водню одержується в реакції і змушує використовувати необхідні корозійностійкі матеріали, і є причиною багатьох вторинних реакцій. Однак перевага присутності хлориду водню полягає у тому, що він може реагувати з домішками в осадженому кремнію і, таким чином захищає його від забруднення. При використанні трихлорсилану особливий недолік для економічного одержання кремнію полягає у тому, що максимальний вихід становить, в залежності від температури реакції, 20-25% кремнію, присутнього в кремнійвмісному хімічно активному газі. Причина полягає в тому, що відбувається принаймні деяке розкладання осадженого кремнію на противагу до реакції (3) осадження (Si+3НСІTCS+Н2). Низький вихід, поєднаний з підвищеним споживанням електроенергії, робить цей спосіб осадження неекономним для одержання кремнію для фотогальванічних застосувань. Цього недоліку можна уникнути шляхом використання моносилану як кремнійвмісного хімічно активного газу, проте це призводить до іншого недоліку з його використанням. При достатній температурі та витримці, моносилан повністю розкладається відповідно до рівняння (1), тобто, максимальний вихід кремнію у цьому випадку фактично становить 100%. Однак, значна частина не осаджується у бажаній суцільній формі на наданому затравному матеріалі. Скоріше, велика частина одержується у вигляді тонкодисперсного пилу, який значно зменшує ефективний вихід корисного кремнію. Більше того, цей пил, внаслідок великої площі поверхні, яку він займає, є дуже чутливим до окислення на поверхні та до забруднення сторонніми речовинами, які адсорбуються, і, тому, повинен видалятися. Тому, прикладаються значні зусилля в дослідженні та розробці для зменшення кількості цього тонкодисперсного пилу або повного його видалення (посилання робиться, наприклад, на працю Tejero-Ezpeleta: "Untersuchungen der Pyrolyse von Silan zur Herstellung von polykristallinem Silizium in einem Wirbelbettreaktor", thesis, University of Bochum 2002). Додатковий недолік полягає втому, що моносилан є понадкритичним газом при кімнатній температурі і високих значеннях тиску, і потрібні низькі температури для його очищення шляхом дистиляції. На даний момент моносилан одержують головним чином шляхом дисмутації трихлорсилану (наприклад, DE-A 100 17 168 А1, US 3 968 199). При дисмутації трихлорсилан поетапно перетворюється на дихлорсилан, монохлорсилан та, нарешті, на моносилан. У цьому способі одержання зазвичай одержаний моносилан повинен виділятися дистиляцією з використанням більш висококиплячих галогенованих силанів, які повторно використовуються для дисмутації. Дякуючи фізичним властивостям силанів, що випадають в осад (дивіться Таблицю 1), виділення дистиляцією вимагає 5 91973 низьких температур та високих значень тиску. Низькі температури роблять необхідним використання дорогих охолоджувальних агентів, таких як низькотемпературний концентрований соляний розчин або рідкий азот, які мають критичний вплив на економічність процесу. Таблиця Фізичні дані для моносилану, монохлорсилану, дихлорсилану та трихлорсилану Матеріал Моно- Монохлор- Дихлор- Трихлорсилан силан силан силан Критична температура [°С] -3,5 Температура кипіння при атмосферному тиску [°С] -112 Температура кипіння при 5 барах [°С] -78 Температура кипіння при 25 барах [°С] -28 123 176 206 -30 8,3 31,8 15 60 87 85 137 170 Використання підвищеного тиску, наприклад величиною 25 бар, робить можливим конденсувати моносилан при -28°С, тобто, все ще при економних умовах. Однак, це вимагає додаткового стискання силанвмісної пари. Причиною для цього є термостабільність амінів, використовуваних як каталізатор в дисмутації, які роблять температуру кипіння переважно трихлорсиланвмісної суміші < необхідних 100°С. Однак, стискання супроводжується високими ризиками безпеки, оскільки моносилан вступає в інтенсивну реакцію з атмосферним киснем та водою з одержанням діоксиду кремнію, води та водню, що може призводити до вибухів. Тому, слід уникати найменших протікань, що є важковтілюваним і дорогим у випадку пристроїв з рухомими частинами. Більше того, необхідне дуже обережне покривання інерним газом для запобігання проникнення повітря або води у місцях потенційних протікань в компресійному пристрої. Задачею винаходу є надання способу одержання кремнію, який принаймні частково уникає вищезгаданих недоліків. Цю задачу можна вирішити нижчеописаним способом. На подив було виявлено, що газоподібна суміш моносилану як основного компонента у тому вигляді, у якому вона одержується, в переважній кількості