La. présente invention concerne la fabrication de
<EMI ID=1.1>
La plupart des procédés proposés jusqu'à maintenant
pour fabriquer le silicium de haute pureté, utilisé notamment en électrotechnique , consistent à réduire par le zinc en phase va-
peur le tétrachlorure de silicium , à liante température, ou à décomposer un silane,par la chaleur Ces procédés présentent
<EMI ID=2.1>
silicium s'accroît très rapidement avec la température , de sorte
que ces procèdes comportent toujours un certain risque de conta-* rainât ion du silicium forme par les matériaux constituant les
parois de l'appareillage .
La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient , et permet d'obtenir des métaux , et notamment du silicium, extra purs sans aucun risque de contamination du métal formé
par la matière constitutive de l'appareillage .
Le procédé de l'invention consiste à décomposer un silane
(ou un hydrure du métal considéré) par l'action de décharges électriques .
Pour la mise en oeuvre de ce procédé , on utilise notamment un appareillage comprenant une chambre à réaction dans laquelle
on fait passer le silane sous pression réduite et que l'on soumet , sans l'emploi d'électrodes , à l'action d'un champ électrique, altère natif induisant dans le silane des décharges électriques ,
Le principal avantage du procédé de l'invention réside
dans le fait que l'enceinte de réaction peut être maintenue aisément à là température ambiante , ou même être refroidie au-dessous de cette température , de sorte que le contact de la poudre, de silieium formée avec les parois de l'appareillage n'entraîne aucune contamination du métal à haute pureté obtenu
La décharge électrique utilisée pour décomposer le. silane peut être provoquée par un courant de basse fréquence de haute fréquence , de très haute fréquence ou d'hyper fréquence On peut produire une décharge continue en onde entretenue ou une décharge par impulsions
On donne ci-après , en référence aux dessins annexés .,divers exemples d'appareillage que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre du procédé .
air ces dessins : <EMI ID=3.1> l'invention au moyen d'une décharge de haute fréquence en onde entretenue ;
la fig. 2 représente une installation suivant le principe <EMI ID=4.1>
permettant de réaliser l'invention au moyen de déchargea par impulsions avec des longueurs d'ondes allant du mètre au kilomètre
<EMI ID=5.1>
schématisée en 1 et reliée au moyen d'un tube 2 à un récipient? autour duquel est placé un enroulement 4 parcouru par une oscilla-
<EMI ID=6.1>
ballon 5 de grande dimension , placé entre deux robinets 6-7
et destiné à, amortir les variations éventuelles du débit du silam
<EMI ID=7.1>
comporte en 9 un orifice de très petite dimension qui permet,
en coopération avec la pompe à vide 10 , de maintenir une pression
<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1>
s'accumule le silicium produit . Elle est placée dans une enceinte
11 qui peut être éventuellement refroidie
La réaction est arrêtée périodiquement pour l'élimination
<EMI ID=10.1>
La décharge haute fréquence appliquée entre les points
<EMI ID=11.1>
Dl de la fig. 3 qui représente le schéma de montage d'un générateur de décharge par impulsions . Ce générateur comprend un oscillateur 21 fournissant par exemple une onde de fréquence 1000
cycles par seconde qui , après transformations successives dans les divers étages d'un générateur d'impulsions 22 , est envoyée .
à un modulateur 23 sous la forme d'impulsions de tension négative suffisante pour en assurer le déblocage .
Ce modulateur peut être constitué par deux étages amplificateurs placés en série débitant dans un circuit comprenant un condensateur 24 et une self 24a dont la décharge produit les impulsions alimentant la plaque de l'oscillateur 26
Cet oscillateur comprend une lampe 25 comportant un
<EMI ID=12.1>
dans le circuit de . grille .
Grâce à une self de couplage 30 on recueille les
<EMI ID=13.1>
Ce montage convient pour des décharges par impulsions correspondant à des longueurs d'ondes allant du mètre au kilomètre,
<EMI ID=14.1>
est décrit ci-après on référence aux figures 4 et 5 .
<EMI ID=15.1>
fournit une tension alternative , par exemple de 500 périodes par seconde" à un transformateur haute tension 33 0 La tension
<EMI ID=16.1>
La tension ondulée ainsi obtenue sert à charger une ligne artificielle 35 composée de selfs et de capacités en parallèle. Cette ligne artificielle se décharge à travers un transformateur d'impulsions 36 , par un éclateur 37 formé par des barreau
<EMI ID=17.1>
ficielle , il se produit une étincelle fermant le circuit de décharge de la ligne .
Une impulsion de tension très élevée est ainsi envoyée
<EMI ID=18.1>
résonnante (fig.4) de la façon suivante -. l'onde haute fréquence est rayonne depuis l'extrémité 38a du magnétron , cette extrémité étant constituée par une petite ,boule placée dans le guide d'onde rémission 39 . -L'accord de la transmission magnétron-.guide est réalisé par un piston de réglage 40.
Afin d'assurer la transmission de la puissance d'une façon continue, d'une part vers la cavité 45 , et d'autre part vers une charge fixe absorbante 44 , et ceci dans des proportions�
<EMI ID=19.1>
41 comportant deux pistons d'accord 42-43 dont le réglage provoque la division de la puissance dans les proportions voulues, d'une part en direction de la charge absorbante 44, et d'autre part ,
<EMI ID=20.1> est assuré par deux pistons , l'un 46 placé dans le prolongement du. guide d'ondes, en aval de la cavité , et l'autre 47 placé
en amont de la cavité dans un plan horizontal perpendiculairement au guide d'ondes .
<EMI ID=21.1>
fait circuler sous pression réduite le silane à décomposer .
On donne ci-après quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention .
Exemple 1.'
On utilise un appareil tel que celui qui est montré sur la fig. 2 , dont l'enroulement 4 est composé de dix spires d'un diamètre de 10 cm dans lesquelles on envoie un courant haute
<EMI ID=22.1>
une fréquence de 3 mégacycles par seconde . Ces spires produisentdes décharges en anneaux dans la chambre à réaction dont le volume est de 200 cm3 et qui est traversée par le silane sous une pression de 5 cm de mercure Le débit (assuré par une pompe à piston) est de 500 litres par heure de gaz ramené à la pression atmosphérique . :La quantité de silicium, recueillie au bout. d'une heure
<EMI ID=23.1>
ment de 24 % par rapport au silane décomposé.
Exemple 2
On utilise l'appareil décrit dans les figures 4-5.
Le silane passe dans le tube de 5 cm de diamètre qui traverse le guide d'ondes . 0 Le guide d' ondes reçoit des impulsions d'une durée de 1 micro-seconde avec une fréquence de répétition de 500 impulsions par seconde la puissance de crête atteignant 1 mégawatt et la fréquence -porteuse étant de 3000 mégacyoles
<EMI ID=24.1>
Le débit de silane envoyé à travers l'appareil est de <EMI ID=25.1>
La quantité de silicium recueillie au bout de 2 heures de fonction-
<EMI ID=26.1>
d'autres métaux susceptibles de former des hydrures gazeux stables en particulier à celle du germanium par décomposition
du germano-méthane GeH4... On donne ci-après un exemple concluant l'application du procédé de l'invention à la fabrication du germanium .
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
dans lequel un générateur de 1 kw envoie un courant de haute fréquence en ondes entretenues avec une fréquence de 500
<EMI ID=29.1>
haute pureté de métaux tels que le silicium , susceptibles de former des hydrures gazeux stables qui consiste à décomposer l'hydrure , tel que le silane , par l'action de décharges électriques .
The present invention relates to the manufacture of
<EMI ID = 1.1>
Most of the processes proposed so far
to manufacture high purity silicon, used in particular in electrical engineering, consist in reducing with zinc in the va- phase
for silicon tetrachloride, at a temperature binder, or for decomposing a silane, by heat These processes present
<EMI ID = 2.1>
silicon increases very quickly with temperature, so
that these processes always involve a certain risk of contamination of the silicon formed by the materials constituting the
walls of the switchgear.
The object of the present invention is to avoid this drawback, and makes it possible to obtain metals, and in particular silicon, extra pure without any risk of contamination of the metal formed.
by the constituent material of the apparatus.
The process of the invention consists in decomposing a silane
(or a hydride of the metal considered) by the action of electric discharges.
For the implementation of this method, use is made in particular of an apparatus comprising a reaction chamber in which
the silane is passed under reduced pressure and subjected, without the use of electrodes, to the action of an electric field, native deterioration inducing electrical discharges in the silane,
The main advantage of the process of the invention lies
in the fact that the reaction chamber can be easily maintained at the ambient temperature, or even be cooled below this temperature, so that the contact of the silium powder formed with the walls of the apparatus does not results in no contamination of the high purity metal obtained
The electric shock used to break down the. silane can be caused by low frequency, high frequency, very high frequency or hyper frequency current Continuous CW discharge or pulse discharge can be produced
Various examples of equipment which can be used for carrying out the process are given below with reference to the accompanying drawings.
air these drawings: <EMI ID = 3.1> the invention by means of a continuous wave high frequency discharge;
fig. 2 represents an installation following the <EMI ID = 4.1> principle
enabling the invention to be carried out by means of pulsed discharge with wavelengths ranging from meter to kilometer
<EMI ID = 5.1>
shown diagrammatically in 1 and connected by means of a tube 2 to a receptacle? around which is placed a winding 4 traversed by an oscillating
<EMI ID = 6.1>
large tank 5, placed between two taps 6-7
and intended to damp any variations in the flow rate of the silam
<EMI ID = 7.1>
has at 9 a very small orifice which allows,
in cooperation with the vacuum pump 10, to maintain a pressure
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
the produced silicon accumulates. She is placed in an enclosure
11 which can be possibly cooled
The reaction is periodically stopped for elimination
<EMI ID = 10.1>
The high frequency discharge applied between the points
<EMI ID = 11.1>
Dl of fig. 3 which shows the circuit diagram of a pulse discharge generator. This generator comprises an oscillator 21 providing for example a wave of frequency 1000
cycles per second which, after successive transformations in the various stages of a pulse generator 22, is sent.
to a modulator 23 in the form of pulses of negative voltage sufficient to ensure its unblocking.
This modulator can be constituted by two amplifier stages placed in series outputting in a circuit comprising a capacitor 24 and an inductor 24a, the discharge of which produces the pulses supplying the plate of the oscillator 26
This oscillator comprises a lamp 25 comprising a
<EMI ID = 12.1>
in the circuit of. wire rack .
Thanks to a coupling coil 30, the
<EMI ID = 13.1>
This assembly is suitable for discharges by pulses corresponding to wavelengths ranging from the meter to the kilometer,
<EMI ID = 14.1>
is described below with reference to Figures 4 and 5.
<EMI ID = 15.1>
supplies an alternating voltage, for example of 500 periods per second "to a high voltage transformer 33 0
<EMI ID = 16.1>
The rippled voltage thus obtained is used to charge an artificial line 35 composed of inductors and capacitors in parallel. This artificial line is discharged through a pulse transformer 36, by a spark gap 37 formed by bars
<EMI ID = 17.1>
fuse, a spark is produced, closing the line discharge circuit.
A very high voltage pulse is thus sent
<EMI ID = 18.1>
resonant (fig. 4) as follows -. the high frequency wave is radiated from the end 38a of the magnetron, this end being constituted by a small, ball placed in the remission waveguide 39. -The tuning of the magnetron-.guide transmission is achieved by an adjustment piston 40.
In order to ensure the transmission of power in a continuous manner, on the one hand to the cavity 45, and on the other hand to a fixed absorbent load 44, and this in proportions �
<EMI ID = 19.1>
41 comprising two tuning pistons 42-43 the adjustment of which causes the division of the power in the desired proportions, on the one hand in the direction of the absorbent load 44, and on the other hand,
<EMI ID = 20.1> is provided by two pistons, one 46 placed in the extension of the. waveguide, downstream of the cavity, and the other 47 placed
upstream of the cavity in a horizontal plane perpendicular to the waveguide.
<EMI ID = 21.1>
circulates the silane to be decomposed under reduced pressure.
Some examples of implementation of the invention are given below.
Example 1. '
An apparatus such as that shown in FIG. 2, whose winding 4 is composed of ten turns with a diameter of 10 cm in which a high current is sent
<EMI ID = 22.1>
a frequency of 3 megacycles per second. These turns produce ring discharges in the reaction chamber, the volume of which is 200 cm3 and which is crossed by the silane under a pressure of 5 cm of mercury The flow rate (provided by a piston pump) is 500 liters per hour of gas brought to atmospheric pressure. : The amount of silicon, collected at the end. of one hour
<EMI ID = 23.1>
ment of 24% relative to the decomposed silane.
Example 2
The apparatus described in Figures 4-5 is used.
The silane passes through the 5 cm diameter tube which passes through the waveguide. 0 The waveguide receives pulses with a duration of 1 micro-second with a repetition frequency of 500 pulses per second the peak power reaching 1 megawatt and the carrier frequency being 3000 megacyoles
<EMI ID = 24.1>
The silane flow rate sent through the device is <EMI ID = 25.1>
The amount of silicon collected after 2 hours of operation
<EMI ID = 26.1>
other metals capable of forming stable gas hydrides, in particular that of germanium by decomposition
germano-methane GeH4 ... An example is given below which concludes the application of the process of the invention to the manufacture of germanium.
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
in which a 1 kw generator sends a high frequency CW current with a frequency of 500
<EMI ID = 29.1>
high purity of metals such as silicon, capable of forming stable gaseous hydrides which consists in decomposing the hydride, such as silane, by the action of electric discharges.