Спосіб очистки порошків кремнію

Реферат: Спосіб очистки порошків кремнію включає очистку воднем. Порошок кремнію, що утворюється при порізці кремнієвих злитків піддають водневотермічній обробці при температурі 750-850 °C, тиску водню 0,05-0,3 МПа протягом 1-2 годин. UA 93530 U (12) UA 93530 U UA 93530 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до способу очистки порошку кремнію, який може бути застосований як матеріал напівпровідникової промисловості, в електротехніці та електроніці (діоди, транзистори, високовольтні тиристори) та в фотоперетворювачах енергії сонця в електричну. Найбільш перспективним видом перетворення сонячної енергії в електричну являються фотоелектричні станції на основі кремнію високого рівня чистоти. Але існуючі методи очистки кремнію від домішкових елементів досить складні і дорогі. На етапі підготовки кремнію до використання як сонячні батареї утворюється порошок кремнію, забруднений домішковими елементами. Такий порошок вже не відповідає стандартам якості в переплавленому стані. Відбувається нагромадження цінного, але не придатного до використання матеріалу. Відомо, що водень, як найефективніший відновник, використовують в технологічних процесах для очистки порошків (Патент США № US6809015 від 26.10.2004, МПК H01L21/322; H01L21/24). Відмінністю даного способу є використання водню в технологічному процесі після розплавлення кремнію, який відбувається в середовищі інертного газу. Недоліком аналога - способу є ускладнення процесу та його здорожчання. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб використання водню протягом всього процесу вирощування кристалу кремнію (Патент Японії, № JP2006283377 від 19.10.2006, МПК Е04Н9/02; F16F15/04; Е04Н9/02; F16F15/04). Недоліком найближчого аналога є неможливість використання способу для очистки порошку з великою поверхнею. В основу корисної моделі поставлена задача очистки порошку кремнію від домішкових елементів, що утворились в результаті розпилу плавлених злитків високочистого кремнію. Поставлена задача вирішується наступним технологічним рішенням: порошок кремнію після порізки злитків кремнію піддають водневотермічній обробці при температурі 750-850 °C і тиску водню 0,05-0,3 МПа протягом 1-2 годин. В запропонованій нами технології очистки кремнію воднем суттєвими ознаками являються температура 750-850 °C, тиск водню 0,05-0,3 МПа і час витримки матеріалу 1-2 год. В таблиці приведено оптимальний взаємозв'язок цих технологічних параметрів, що забезпечує повну очистку кремнію. Таблиця Вплив технологічних параметрів на очистку порошку кремнію Температура, С Тиск Н2, МПа 700 -//-//750 -//-//850 -//-//900 -//-// 0,02 0,05 0,3 0,02 0,05 0,3 0,02 0,05 0,3 0,02 0,05 0,3 60 + + + + + Час витримки, хв. 120 + + + + + + + + (-) очистка не відбувається (+) повна очистка 35 З таблиці видно, що оптимальними умовами очистки кремнію від домішок, є температура 750-850 °C, тиск водню 0,05-0,3 МПа, час витримки 1-2 години. Технологічні параметри 900 °C і час витримки 2 години знаходяться за межами оптимальних температур очистки порошку кремнію, а температура 700 °C не відповідає умові взаємодії водню з домішковими елементами та виведенню їх за межі основного компоненту порошку кремнію. Приводимо приклади виконання способу, що заявляється 1 UA 93530 U 5 10 15 20 25 30 Приклад 1. 50 г порошку кремнію після розпилу кремнієвих злитків поміщають в металевий реактор, вакуумують, запускають водень до тиску 0,3 МПа, нагрівають до температури 700 °C і витримують дві години. Склад порошку кремнію не змінюється. Приклад 2. Температуру піднімають до 750 °C, тиск водню знижують до 0,05 МПа і витримують 2 години. Спостерігається повна очистка кремнію. Приклад 3. При температурі 850 °C, тиску водню 0,3 МПа і часу витримки 1 година відбувається повна очистка порошку кремнію. Приклад 4. При температурі 900 °C, тиску водню 0,05 МПа і часу витримки 1 година відбувається повна очистка порошку кремнію. Аналіз прикладів показує, що оптимальними умовами очистки порошку кремнію являються температури 750-850 °C, тиск водню 0,05-0,3 МПа і час витримки 1-2 години. Температури 700 та 900 °C знаходяться поза межами оптимальних умов очистки порошку кремнію. Вплив технологічних параметрів (тиск водню, температура, та час витримки) контролювали додатково методом рентгенаналізу, за допомогою якого виявлялась наявність або відсутність фаз домішкових елементів у порошку кремнію. Технологічні параметри 900 °C і час витримки 2 години знаходяться за межами оптимальних температур очистки порошку кремнію, а температура 700 °C не відповідає умові взаємодії водню з домішковими елементами та виведенню їх за межі основного компонента порошку кремнію. В порівнянні з існуючими методами очистки запропонований спосіб має наступні переваги: - вперше запропоновано спосіб очистки порошку кремнію після порізки плавлених злитків воднево-термічною обробкою безпосередньо воднем, що значно спрощує і здешевлює технологію очистки від домішкових елементів; - відбувається повна очистка порошку кремнію після порізки плавлених стержнів кремнію від домішкових елементів і повернення забрудненого порошку, що був у вигляді відходів, в сировину 100 % якості. Найважливішими галузями застосування є: електроніка і електротехніка (діоди, транзистори, високовольтні тиристори, фотоперетворювачі сонячної енергії в електричну). Завдяки використанню способу можливо повернення цінного порошку кремнію в технологічний процес, де він буде використовуватись, зокрема, і для фотоперетворення енергії сонця в електричну енергію. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб очистки порошків кремнію за участю водню, який відрізняється тим, що порошок кремнію, що утворюється при порізці кремнієвих злитків піддають водневотермічній обробці при температурі 750-850 °C, тиску водню 0,05-0,3 МПа протягом 1-2 годин. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2