تصفیه سیلیکون فلزی

تولید سیلیکون با خلوص بالا (به عنوان مثال ، درجه خورشیدی یا کلاس الکترونیکی) نیاز به پالایش سیلیکون درجه متالورژی (MG-SI ، خلوص 98-99 ~) از طریق فرآیندهای تصفیه پیشرفته دارد. روشهای کلیدی عبارتند از:

1. تصفیه هیدرومتالورژیکی (شستشوی اسید)

فرآیند:

Mg-Si خرد شده با مخلوطی از اسیدها (به عنوان مثال ، HCl ، HF یا H₂SO₄) درمان می شود تا ناخالصی ها (آهن ، آل ، کالیفرنیا و غیره) حل شود.

از راکتورهای مقاوم به اسید برای جلوگیری از آلودگی استفاده می شود.

واکنش ها:

fe +2 hcl → fecl 2+ h2 ↑ fe +2 hcl → fecl2+h2 ↑

نتیجه:90 ٪ پوند از ناخالصی های فلزی را حذف می کند و خلوص را به 99.9 ٪ پوند افزایش می دهد.

2. جامد سازی جهت دار

اصل:ناخالصی ها در فاز مذاب در طی خنک کننده کنترل متمرکز می شوند.

فرآیند:

سیلیکون مذاب به آرامی از یک طرف خنک می شود و ناخالصی ها را مجبور به مهاجرت به بالا یا لبه ها می کند.

بخش مرکزی خالص برش داده شده و مورد استفاده مجدد قرار می گیرد.

کارآیی:ناخالصی های بور (B) و فسفر (P) را به سطح قطعات در هر میلیون (PPM) کاهش می دهد.

3. تصفیه خلاء

فرآیند:

سیلیکون مذاب در زیر خلاء گرم می شود تا ناخالصی های فرار را تبخیر کند (به عنوان مثال ، آل ، کالیفرنیا ، میلی گرم).

اکسیدهای فرار (به عنوان مثال ، SIO) نیز ممکن است تشکیل و فرار کنند.

برنامه ها:برای از بین بردن فلزات سبک و گازها مؤثر است.

4. پالایش منطقه (روش منطقه شناور)

اصل:یک منطقه مذاب موضعی از طریق میله سیلیکون حرکت می کند و ناخالصی را با آن حمل می کند.

فرآیند:

یک میله سیلیکون پلی کریستالی با خلوص بالا با استفاده از کویل های رادیویی فرکانس (RF) گرم می شود.

پاس های مکرر سیلیکون مونوکریستالی فوق العاده کور را ایجاد می کنند.

خلوص: Achieves >99.9999 ٪ (خلوص 6n تا 11n برای نیمه هادی ها).

5. فرآیند زیمنس (رسوب بخار شیمیایی ، CVD)

هدف:برای سلولهای خورشیدی و الکترونیک Polysilicon تولید می کند.

مراحل:

کلرینگ:Mg-Si با HCl واکنش نشان می دهد تا Trichlorosilane (SIHCL₃) تشکیل شود:

Si +3 Hcl → Sihcl 3+ H2Si +3 Hcl → SIHCL3+H2

تقطیر:SIHCL₃ از طریق تقطیر کسری خالص می شود.

تجزیه:SIHCL₃ با خلوص بالا بر روی میله های سیلیکون گرم شده (1،100 درجه) تجزیه شده است:

2Sihcl3 → 2Si +2 Hcl+Cl22Sihcl3 → 2Si +2 Hcl+Cl2

خروجی:Polysilicon Ultra-Pure (99.9999999 ٪ ، 9n).

6. برق دهی

فرآیند:

سیلیکون نجس به عنوان آند در یک الکترولیت نمک مذاب (به عنوان مثال ، CACL₂) استفاده می شود.

رسوبات سیلیکون خالص بر روی کاتد از طریق الکترولیز.

مزیت:برای از بین بردن بور و فسفر موثر است.

7. روشنایی

فرآیند:سیلیکون مذاب با یک سرباره (به عنوان مثال Cao-Sio₂) مخلوط می شود تا ناخالصی ها را جذب کند.

مکانیسم:ناخالصی ها (به عنوان مثال ، B ، P) به دلیل میل شیمیایی به مرحله سرباره تقسیم می شوند.

چالش های کلیدی در تصفیه سیلیکون:

حذف بور و فسفر:این عناصر از نظر الکتریکی فعال و عملکرد نیمه هادی هستند.

شدت انرژی:فرآیندهای مانند روش زیمنس به انرژی قابل توجهی و زیرساخت های گران قیمت نیاز دارند.

هزینه در مقابل تجارت خلوص:خلوص بالاتر (به عنوان مثال ، درجه الکترونیکی) از نظر نمایی منابع بیشتری می طلبد.

برنامه های کاربردی بر اساس سطح خلوص:

ملاحظات زیست محیطی:

شستشوی اسید زباله های خطرناک (به عنوان مثال ، HF) تولید می کند و نیاز به خنثی سازی و دفع ایمن دارد.

فرآیند زیمنس محصولات جانبی کلر را تولید می کند و به سیستم های بازیافت حلقه بسته نیاز دارد.

نوآوری ها:

راکتورهای تختخواب سیال (FBR):یک جایگزین کم هزینه برای فرآیند زیمنس برای سیلیکون درجه خورشیدی.

سیلیکون متالورژی به روز شده (UMG-SI):ترکیب شستشوی ، سرباره و جامد سازی جهت برای برنامه های خورشیدی با کاهش هزینه ها.