DE3726171C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von rohem
Silicium durch Aufschmelzen des Siliciums in einem Tiegel, das sich des
Prinzips der Segregationserstarrung zur Reinigung von metallischem Silicium
für industrielle Zwecke bedient, so daß Silicium mit einer hohen Reinheit von
mindestens 99,9% aus rohem Silicium mit einer Reinheit von etwa 98 bis etwa
99% hergestellt werden kann. Die angegebenen Prozentangaben beziehen sich auf
Gewichtsprozentangaben.
Es ist unerläßlich, Silicium mit einer hohen Reinheit von mindestens 99,9% als
polykristallines Silicium für Solarzellen und ebenfalls als polykristallines Silicium
zur Herstellung von Siliciumeinkristallen für Halbleiter zu verwenden.
Hochreines Silicium wird in der Weise hergestellt, daß man für industrielle
Zwecke im Handel erhältliches rohes Silicium mit einer Reinheit von 98 bis 99%
reinigt. Zur Reinigung des rohen Siliciums wurden bisher chemische oder metallurgische
Verfahren angewendet. Die chemischen Verfahren werden gewöhnlich
in der Weise durchgeführt, daß man rohes Silicium unter Bildung von Trichlorsilan
mit Chlorwasserstoff umsetzt, das Trichlorsilan reinigt, das gereinigte Silan
mit Wasserstoff reduziert und unter Abscheidung auf einem rotglühenden Stab
hochreines Silicium erhält. Die herkömmlichen chemischen Reinigungsverfahren
enthalten viele Stufen und bergen weiterhin den Nachteil, daß sie schwierig in
der Durchführung und außerdem kostspielig sind. Das Prinzip der Abscheidungserstarrung
bei der metallurgischen Reinigung wird in der Weise durchgeführt, daß
man hochreines Silicium aus einer Schmelze aus rohem Silicium in einer geschmolzenen
Sn-Pb-Legierung, einer Al-Legierung oder Aluminium auskristallisieren
läßt. Die herkömmlichen metallurgischen Reinigungsverfahren erfordern
jedoch einen sehr großen Zeitaufwand, damit die Erstarrung im Gleichgewicht
erfolgen kann. Sie weisen außerdem nur eine geringe Produktivität auf
und sind bisher noch nicht in industriellem Maßstab angewendet worden.
Aus der DE-OS 34 03 131 ist ein Verfahren zum Reinigen von im Lichtbogenofen
erzeugtem Silicium von nichtreduziertem Quarz und nichtreagierter Kohle bekannt,
welches darin besteht, das mit dem nichtreduzierten Quarz und der nichtreagierten
Kohle verunreinigte Silicium in einem hochverdichteten Graphittiegel
oder einem Quarztiegel aufzuschmelzen und das Silicium anschließend abzugießen.
Dabei wird ein Tiegel aus Graphit oder Quarz eingesetzt, der durch eine in
einem feuerfesten Stoff eingebettete Heizwendel oder durch Hochfrequenz beheizt
wird. Auch dieses Verfahren vermag im Hinblick auf die erzielte Reinheit des Siliciums
nicht zu befriedigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein einfach durchzuführendes
Verfahren anzugeben, mit dem es ohne weiteres gelingt, durch Segregationserstarrung
ein gereinigtes Silicium mit einer Reinheit von mindestens
99,9% herzustellen.
Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens
gemäß dem Hauptanspruch. Die Patentansprüche 2 und 3 betreffen
eine für die Durchführung dieses Verfahrens
geeignete Vorrichtung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hält man das geschmolzene Silicium in
einer Inertgasatmosphäre auf einer Temperatur oberhalb seiner Erstarrungstemperatur
und läßt ein in das geschmolzene Silicium getauchte Hohlraumrotationskühleinheit
mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 500 bis 6000 mm/s,
vorzugsweise 500 bis 1500 mm/s, rotieren, während eine Kühlflüssigkeit in die
Kühleinheit eingeleitet wird, um die Kristallisation von hochreinem Silicium
auf der äußeren Oberfläche der Kühleinheit zu ermöglichen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird rohes Silicium in einfacherer
Weise als beim herkömmlichen chemischen Reinigungsverfahren und innerhalb
eines kürzeren Zeitraums als beim herkömmlichen metallurgischen Verfahren
auf eine hohe Reinheit gereinigt. Wenn man rohes Silicium, das
Unreinheiten enthält, die mit dem Silicium eine eutektische Mischung bilden,
schmilzt und dann einer Gleichgewichtserstarrung unterwirft, so scheiden
sich zunächst primäre Siliciumkristalle von hoher Reinheit ab. Das Verhältnis
der Konzentration der Verunreinigung der festen Phase zu der Konzentration der
Verunreinigung der flüssigen Phase, CS/CL, wird durch den Gleichgewichtssegregationskoeffizienten
Ko ausgedrückt. Die Gleichgewichtssegregationskoeffizienten
verschiedener Unreinheiten im Silicium sind bisher empirisch bestimmt
worden. ln der Nachbarschaft der Fest-Flüssig-Grenzfläche des oben beschriebenen
Systems
bildet sich durch die freigewordenen Verunreinigungen eine
konzentrierte Schicht aus Verunreinigungen mit einer höhe
ren Verunreinigungskonzentration als in den anderen Berei
chen. Wenn man dann die Erstarrung sehr langsam über einen
längeren Zeitraum durchführen läßt, während dem die Ver
unreinigungen in der konzentrierten Schicht durch die ge
samte flüssige Phase diffundieren, so wird der Fortgang der
Erstarrung ebenfalls durch den Gleichgewichtssegregations
koeffizienten bestimmt, d. h. also, daß die Erstarrung im
Gleichgewicht verläuft. Dieses zeitaufwendige Verfahren ist
jedoch im Hinblick auf die Produktivität in industriellem
Maßstab undurchführbar. Die Erstarrung muß daher innerhalb
eines kürzeren Zeitraums durchgeführt werden. Bei einer Be
schleunigung wird die Erstarrung der flüssigen Phase durch
den effektiven Segregationskoeffizienten bestimmt, der
einen größeren Wert als der Gleichgewichtssegregations
koeffizient hat, was schließlich dazu führt, daß die gebil
dete feste Phase eine höhere Verunreinigungskonzentration
als diejenige, die man nach dem oben genannten durch den
Gleichgewichtssegregationskoeffizienten bestimmten Erstar
rungsverfahren erhält, aufweist. Im Falle, daß man das Si
licium erfindungsgemäß auf der äußeren Periphere der Rota
tionskühleinheit während der Rotation auskristallisieren
läßt, können die in der Nachbarschaft der fest-flüssigen
Grenzfläche freigesetzten Verunreinigungen durch die ge
samte flüssige Phase diffundieren und mit dieser vermischt
werden, wodurch die Dicke der konzentrierten Verunreini
gungsschicht in der flüssigen Phase, welche sich in der
Nähe der Grenzfläche während des Vorgangs der Erstarrung
des Siliciums befindet, schnell vermindert wird. Auf diese
Weise wird der bei der Erstarrung beteiligte Segregations
koeffizient auf einen Wert herabgesetzt, der nahe an den
Gleichgewichtssegregationskoeffizienten herankommt, was
schließlich dazu führt, daß gereinigtes Silicium innerhalb
eines kurzen Zeitraums mit einer wesentlich höheren Rein
heit als das rohe Silicium hergestellt werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Oxidation des geschmolzenen
Siliciums verhindert werden. Geschmolzenes Silicium bildet, wenn es oxidiert
ist, auf der Oberfläche der Schmelze einen Oxidfilm, der den Reinigungsprozeß erheblich
behindert, was schließlich dazu führt, daß das zu reinigende Silicium
verworfen werden muß.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt
einen Schmelzofen 1 mit einem Ofenhauptkörper 3, der ein offenes oberes Ende
und eine Schließeinrichtung 4 zum Verschließen des offenen oberen Endes des
Hauptkörpers aufweist, wobei der Ofen in seinem Innenraum mit einer Heizeinrichtung
5 ausgestattet ist,
einen in dem Schmelzofen angebrachten Tiegel 2 mit einem offenen oberen Ende,
eine Einrichtung 4, 8 zum Halten des in dem Tiegel befindlichen geschmolzenen Siliciums in einer Inertgastmosphäre,
ein an der Schließeinrichtung angebrachtes und sich durch dieses erstreckendes Gaseinleitungsrohr 8 zum Einleiten eines Inertgases in den Schmelzofen,
eine sich durch die Schließeinrichtung erstreckende und in dem Tiegel angeordnete rotierbare Hohlraumkühleinheit 12 und
ein in der Hohlraumkühleinheit befindliches Einleitungsrohr 13 zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit in den Innenraum der Kühleinheit.
einen in dem Schmelzofen angebrachten Tiegel 2 mit einem offenen oberen Ende,
eine Einrichtung 4, 8 zum Halten des in dem Tiegel befindlichen geschmolzenen Siliciums in einer Inertgastmosphäre,
ein an der Schließeinrichtung angebrachtes und sich durch dieses erstreckendes Gaseinleitungsrohr 8 zum Einleiten eines Inertgases in den Schmelzofen,
eine sich durch die Schließeinrichtung erstreckende und in dem Tiegel angeordnete rotierbare Hohlraumkühleinheit 12 und
ein in der Hohlraumkühleinheit befindliches Einleitungsrohr 13 zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit in den Innenraum der Kühleinheit.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Ansicht eines senkrechten Schnitts durch eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine Ansicht eines senkrechten Schnittes durch eine zweite Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
Fig. 3 eine Ansicht eines senkrechten Schnittes durch eine dritte Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung, die erfindungsgemäß
zur Reinigung des Siliciums eingesetzt werden kann. Aus dieser Zeichnung geht
hervor, daß die Siliconreinigungsvorrichtung einen Schmelzofen 1 und einen
in dem Schmelzofen 1 angebrachten Tiegel 2 aufweist. Der Schmelzofen 1 umfaßt
einen Hauptkörper 3 mit einem offenen oberen Ende und eine Schließeinrichtung
4, die durch Verrücken das obere offene Ende des Ofenhauptkörpers 3 verschließt.
Eine Heizeinrichtung 5 befindet sich entlang der inneren Oberfläche der peripheren
Wand des Hauptkörpers 3. Die Heizeinrichtung 5 besteht hauptsächlich
aus Graphit, Siliciumcarbid oder ähnlichen Keramikmaterialien, die für
Hochtemperaturanwendungen
geeignet sind. Die Schließeinrichtung 4 ist in der Mitte
mit einer Bohrung 6 versehen. Eine darüber befindliche röhrenförmige Einheit 7
ist um die Bohrung 6 auf der oberen Seite der damit eingebauten Schließeinrichtung
4 angebracht. Durch die Schließeinrichtung 4 erstreckt sich eine Röhre 8,
mit der in den Innenraum des Ofens 1 ein Inertgas, das vorzugsweise Argongas ist,
eingeleitet wird. Die Schließeinrichtung 4 und das Gaseinleitungsrohr 8 dienen
dazu, das geschmolzene Silicium in dem Tiegel 2 in einer Inertgasatmosphäre zu
halten. Dabei wird als Inertgas vorzugsweise Argon verwendet.
Es ist wünschenswert, daß der Tiegel 2 aus einem Material, wie Graphit oder Aluminiumoxid,
hergestellt ist, damit keine Reaktion mit dem Silicium oder dem
verunreinigten geschmolzenen Silicium erfolgen kann. Der Tiegel 2 wird vorzugsweise
zusammen mit einem darin eingefügten Quarzglastiegel 11 aus Siliciumdioxid
verwendet. Der Tiegel 11 bildet eine Siliciumdioxidschicht. Der Tiegel 2
befindet sich auf einem Block aus feuerfestem Normalstein 9 am unteren
Ende des
Ofens 1. Das rohe, zu reinigende Silicium wird in den Tiegel 2 eingebracht und bis
zur Entstehung von geschmolzenem Silicium 10 mit der Heizvorrichtung 5 erhitzt.
Eine Hohlraumrotationskühleinheit 12 in Gestalt einer vertikalen Röhre mit
einem geschlossenen unteren Ende geht abwärts durch die röhrenförmige Einheit
7 und die Bohrung 6 in den Schmelzofen 1 und taucht somit in das im Tiegel 2
befindliche geschmolzene Silicium 10. Die Kühleinheit 12
kann sich sowohl nach oben als auch nach unten bewegen. Die
Kühleinheit 12 verjüngt sich an der Stelle, wo sie in das
geschmolzene Silicium 10 eintaucht. Die Hohlraumrotations
kühleinheit 12 ist in ihrem Inneren mit einer Röhre 13 aus
gestattet, die eine Kühlflüssigkeit in den Innenraum der
Kühlvorrichtung 12 leitet. Eine Vielzahl von Löchern 14 zum
Entweichen der Kühlflüssigkeit sind in der peripheren Wand
des Rohres 13 an der Stelle eingelassen, wo sich die Kühl
einheit 12 unterhalb der Flüssigkeitsgrenze des geschmolze
nen Siliciums 10 befindet. Die Kühleinheit 12 besteht vor
zugsweise aus einem Material, wie Siliciumnitrid oder Gra
phit, damit keine Reaktionen mit dem verunreinigten ge
schmolzenen Silicium stattfinden können. Außerdem weist ein
solches Material eine hohe Hitzeleitfähigkeit auf.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung bringt man das rohe zu rei
nigende Silicium zunächst in den Tiegel 2 ein und leitet
ein Inertgas in den Schmelzofen 1 über das Gaseinleitungs
rohr 8 ein, um somit eine Inertgasatmosphäre im Innenraum
des Ofens zu schaffen. Man setzt die Heizvorrichtung 5 in
Betrieb, um somit das rohe Silicium in das geschmolzene Si
licium 10 unter Hitze zu verwandeln, das während des Er
hitzens oberhalb seiner Erstarrungstemperatur gehalten
wird. Das rohe Silicium kann andererseits auch, bevor es
in den Tiegel 2 eingebracht wird, geschmolzen werden. Man
hält das geschmolzene Silicium 10 in der lnertgasatmosphä
re. Man dreht dann die Kühleinheit 12, während dem eine
Kühlflüssigkeit über das Rohr 13, welches zur Einleitung
der Flüssigkeit dient, in den Innenraum der Einheit 12 einge
leitet wird. Es ist bevorzugt, die Kühleinheit 12 bei einer Um
fangsgeschwindigkeit von 500 bis 6000 mm/s, insbesondere
500 bis 1500 mm/s, rotieren zu lassen. Die in die flüssige
Phase an der Fest-Flüssig-Grenzfläche abgegebenen Verunrei
nigungen können von der Grenzfläche aus durch die Rotation
während des Fortschreitens der Erstarrung des geschmolzenen
Siliciums in die gesamte flüssige Phase diffundiert werden.
Der Erstarrungsprozeß wird daher durch einen Segregations
koeffizienten bestimmt, der nahe an den Wert für den
Gleichgewichtsegregationskoeffizienten kommt, was dazu
führt, daß hochreines Silicium 15 an der äußeren peripheren
Oberfläche der Kühleinheit 12 innerhalb eines kurzen Zeit
raums kristallisiert. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit un
terhalb der unteren Grenze liegt, so kann diese Wirkung
nicht in vollem Ausmaß erreicht werden, wenn jedoch die
Geschwindigkeit oberhalb der oberen Grenze liegt, so wird
sich das Silicium wahrscheinlich nur schwer auf der äußeren
peripheren Oberfläche der Kühleinheit 12 während der Er
starrung abscheiden.
Man kann das hochreine, an der äußeren peripheren Oberflä
che der Kühleinheit 12 abgeschiedene Silicium 15 sammeln,
indem man das Silicium 15 abschabt oder dieses nach dem Em
porheben der Kühleinheit 12 entlang der Schließeinrichtung
4 wieder schmilzt.
Die Fig. 2 zeigt als zweite erfindungsgemäße Ausführungs
form eine Vorrichtung, bei der zwei Ablenkplatten 20 zur
Verminderung der Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Si
liciums an der unteren Seite der Schließeinrichtung 4 je
weils hängend mit einer Halteeinrichtung 21 in Gestalt ei
nes runden Stabes angebracht sind. Diese zweite Ausfüh
rungsform unterscheidet sich nur hinsichtlich dieses Merk
mals von der ersten Ausführungsform. Die Ablenkplatten 20
weisen jeweils ein unterhalb des unteren Endes der Rota
tionskühleinheit 12 anbringbares unteres Ende und ein un
terhalb der Flüssigkeitsoberfläche anbringbares oberes Ende
auf. Die Anzahl der Ablenkplatten 20 ist keinesfalls nur
auf zwei beschränkt, jedoch sollte zumindest eine vorhan
den sein. Zwei bis acht Ablenkplatten sind bevorzugt. Die
Ablenkplatten 20 sind in einem bestimmten Umfangsabstand um
die Rotationskühleinheit 12 angebracht.
Die Ablenkplatten 20 vermindern die Geschwindigkeit des
Flusses des geschmolzenen Siliciums 10, die durch die Rota
tion der Rotationskühleinheit 12 entsteht, wobei die Ge
schwindigkeit der Rotationskühleinheit 12 gegenüber der
flüssigen Phase erhöht wird, was den Unterschied zwischen
der Umfangsgeschwindigkeit der Kühleinheit 12 und der
Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Siliciums 10 aus
macht. Wenn dieser Unterschied ansteigt, vermischt sich ei
ne konzentrierte Schicht aus Verunreinigungen, die sich in
der Nachbarschaft der Fest-Flüssig-Grenzfläche bildet, mit
der verbleibenden flüssigen Phase in stärkerem Maße als
ohne den Einbau der Ablenkplatten, so daß die Verunreini
gungen in Gegenwart der Ablenkplatten 20 in der konzen
trierten Schicht durch die gesamte flüssige Phase diffun
diert werden, wobei die Dicke der konzentrierten Schicht
vermindert wird und ein größerer Temperaturgradient in die
sem Bereich entsteht. Die Ablenkplatten 20 erzeugen außer
dem Wirbelströmungen in dem geschmolzenen Silicium 10, wo
durch die Dicke der konzentrierten Schicht ebenfalls ver
mindert wird. Der Erstarrungsvorgang in diesem Zustand er
möglicht auf der äußeren Oberfläche der Kühleinheit 12 das
Abscheiden einer Masse aus gereinigtem Silicium 15 mit ei
nem wesentlich höheren Reinheitswert als das rohe Silicium.
Wenn man die Ablenkplatten 20 weiter nach oben oberhalb der
Flüssigkeitsgrenze anbringt, so werden Wirbelströmungen des
geschmolzenen Siliciums in der Nähe der Oberfläche der
Schmelze entstehen, so daß die Schmelze eine wellenförmige
Oberfläche bekommt, was schließlich dazu führt, daß ge
schmolzenes Silicium herausspritzt. Um diese Nachteile zu
überwinden, ist das obere Ende der Ablenkplatten 20
stets unterhalb der Flüssigkeitsgrenze angebracht.
Sollten die oberen Enden der Ablenkplatten 20 oberhalb der
Flüssigkeitsgrenze angebracht sein, so erstarrt aufgrund
von Wirbelströmungen oder Wellenbildung herausgespritztes
geschmolzenes Silicium oberhalb der oberen inneren Oberflä
che des Tiegels 11 oder auf den Bereichen der Ablenkplatten
20, die aus der Flüssigkeit herausragen. Auf diese Weise
kommt es dann zu einer verminderten Reinigungseffektivität
und auch zu einer verminderten Produktivität.
Fig. 3 zeigt als dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
eine Vorrichtung, bei der zwei Ablenkplatten 20 zur Ver
minderung der Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Sili
ciums auf der inneren Oberfläche des Tiegels 11 angebracht
sind und sich in einem bestimmten Umfangsabstand von
einander befinden. Diese dritte Ausführungsform unterschei
det sich von der zweiten nur in dieser Hinsicht.
Man führt die Reinigung unter Verwendung der in Fig. 1 ge
zeigten Vorrichtung durch.
Man gibt in den Tiegel 2 4 kg festes rohes Silicium, das
0,50% Eisen und 0,45% Aluminium enthält und leitet über
das Gaseinleitungsrohr 8 Argongas in den Schmelzofen 1, um
somit die Luft in dem Schmelzofen 1 durch eine Argongasat
mosphäre zu ersetzen. Man schmilzt das rohe Silicium mit
der Heizeinrichtung 5 und hält das geschmolzene Silicium 10
auf einer Temperatur von 1500°C. Man läßt die Rotations
kühleinheit 12 bei 400 min-1, d. h. bei einer Umfangsge
schwindigkeit von 628 mm/s, rotieren, währenddem man eine
Kühlflüssigkeit durch die Flüssigkeitseinleitungsröhre 13
in die Einheit 12 einleitet. Nachdem die Vorrichtung wäh
rend 10 Minuten in Betrieb genommen wurde, hält man die
Kühleinheit 12 an und erhält 200 g einer Siliciummasse 15,
die sich um die Kühleinheit 12 angesammelt haben. Die von
der Kühleinheit 12 entfernte Siliciummasse 15 enthält 40
ppm Eisen und 30 ppm Aluminium als Verunreinigungen.
Man reinigt rohes Silicium mit der gleichen oben angegebe
nen Zusammensetzung unter den gleichen Bedingungen wie in
Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß man die in Fig. 2
gezeigte Vorrichtung verwendet. 210 g einer Siliciummasse
15 kristallisieren dann auf der Außenfläche der Rotations
kühleinheit 12. Die von der Kühleinheit 12 entfernte Sili
ciummasse 15 enthält 20 ppm Eisen und 10 ppm Aluminium als
Verunreinigungen.
Man reinigt rohes Silicium mit der gleichen oben angegebe
nen Zusammensetzung unter den gleichen Bedingungen wie in
Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß man die in Fig. 3
gezeigte Vorrichtung verwendet. Es kristallisieren dann 210
g einer Siliciummasse 15 auf der Außenfläche der Rotations
kühleinheit 12. Die von der Kühleinheit 12 entfernte Sili
ciummasse 15 enthält 20 ppm Eisen und 10 ppm Aluminium als
Verunreinigungen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Reinigung von rohem Silicium durch Aufschmelzen des Siliciums
in einem Tiegel,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das geschmolzene Silicium oberhalb seiner Erstarrungstemperatur in
einer Inertgasatmosphäre hält und eine in das geschmolzene Silicium getauchte
Hohlraumrotationskühleinheit mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 500 bis
6000 mm/s rotieren läßt, während zur Kristallisation von hochreinem Silicium
auf der äußeren Oberfläche der Kühleinheit eine Kühlflüssigkeit in die Kühleinheit
eingeleitet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem
oben offenen heizbaren Tiegel,
gekennzeichnet durch
einen Schmelzofen (1) mit einem Ofenhauptkörper (3), der ein offenes oberes Ende und eine Schließeinrichtung (4) zum Verschließen des offenen oberen Endes des Hauptkörpers aufweist, wobei der Ofen in seinem Innenraum mit einer Heizeinrichtung (5) ausgestattet ist,
einen in dem Schmelzofen angebrachten Tiegel (2) mit einem offenen oberen Ende,
eine Einrichtung (4, 8) zum Halten des in dem Tiegel befindlichen geschmolzenen Siliciums in einer Inertgasatmosphäre,
ein an der Schließeinrichtung angebrachtes und sich durch dieses erstreckendes Gaseinleitungsrohr (8) zum Einleiten eines Inertgases in den Schmelzofen,
eine sich durch die Schließeinrichtung erstreckende und in dem Tiegel angeordnete rotierbare Hohlraumkühleinheit (12) und
ein in der Hohlraumkühleinheit befindliches Einleitungsrohr (13) zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit in den Innenraum der Kühleinheit.
einen Schmelzofen (1) mit einem Ofenhauptkörper (3), der ein offenes oberes Ende und eine Schließeinrichtung (4) zum Verschließen des offenen oberen Endes des Hauptkörpers aufweist, wobei der Ofen in seinem Innenraum mit einer Heizeinrichtung (5) ausgestattet ist,
einen in dem Schmelzofen angebrachten Tiegel (2) mit einem offenen oberen Ende,
eine Einrichtung (4, 8) zum Halten des in dem Tiegel befindlichen geschmolzenen Siliciums in einer Inertgasatmosphäre,
ein an der Schließeinrichtung angebrachtes und sich durch dieses erstreckendes Gaseinleitungsrohr (8) zum Einleiten eines Inertgases in den Schmelzofen,
eine sich durch die Schließeinrichtung erstreckende und in dem Tiegel angeordnete rotierbare Hohlraumkühleinheit (12) und
ein in der Hohlraumkühleinheit befindliches Einleitungsrohr (13) zum Einleiten einer Kühlflüssigkeit in den Innenraum der Kühleinheit.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
mindestens eine Ablenkplatte (20) zur Verminderung der Fließgeschwindigkeit
des geschmolzenen Siliciums, wobei die Ablenkplatte ein unterhalb der Oberfläche
des im Tiegel befindlichen geschmolzenen Siliciums anbringbares oberes Ende
und ein unterhalb des unteren Endes der Kühleinheit angebrachtes unteres Ende
aufweist, und entweder a) an der inneren Oberfläche des Tiegels (2) oder b) hängend
mittels einer Halteeinrichtung (21) an der Schließeinrichtung (4) angeordnet
ist.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10358452A1 (de) * | 2003-12-13 | 2005-07-21 | Fiolitakis, Emmanuel, Dr. | Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silicium über die Calciumsilicid-Route |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997003922A1 (en) * | 1994-01-10 | 1997-02-06 | Showa Aluminum Corporation | Process for producing high-purity silicon |
CN1083396C (zh) * | 1995-07-14 | 2002-04-24 | 昭和电工株式会社 | 高纯度硅的制造方法 |
EP0757013B1 (de) * | 1995-08-04 | 2001-11-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Vorrichtung zum Reinigen von Metallen |
US6368403B1 (en) | 1997-08-28 | 2002-04-09 | Crystal Systems, Inc. | Method and apparatus for purifying silicon |
US5972107A (en) * | 1997-08-28 | 1999-10-26 | Crystal Systems, Inc. | Method for purifying silicon |
FR2827592B1 (fr) * | 2001-07-23 | 2003-08-22 | Invensil | Silicium metallurgique de haute purete et procede d'elaboration |
US20050139148A1 (en) * | 2002-02-04 | 2005-06-30 | Hiroyasu Fujiwara | Silicon purifying method, slag for purifying silicon and purified silicon |
JP2005281085A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Nippon Steel Corp | 黒鉛製るつぼ |
JP4115432B2 (ja) | 2004-07-14 | 2008-07-09 | シャープ株式会社 | 金属の精製方法 |
JP4713892B2 (ja) * | 2005-01-25 | 2011-06-29 | 新日鉄マテリアルズ株式会社 | シリコンのスラグ精錬用ルツボ |
NO326797B1 (no) * | 2005-06-10 | 2009-02-16 | Elkem As | Fremgangsmate og apparat for raffinering av smeltet materiale |
US20080134964A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | Evergreen Solar, Inc. | System and Method of Forming a Crystal |
ES2530720T3 (es) * | 2007-09-13 | 2015-03-04 | Silicio Ferrosolar S L U | Proceso para la producción de silicio de pureza media y elevada a partir de silicio de calidad metalúrgica |
JP5187819B2 (ja) * | 2007-11-01 | 2013-04-24 | シャープ株式会社 | シリコン精製装置およびシリコン精製方法 |
CN101477949A (zh) * | 2008-01-04 | 2009-07-08 | 陈科 | 硅片和其制造方法及装置 |
CN102712480B (zh) * | 2009-10-19 | 2016-06-01 | 吉坤日矿日石金属株式会社 | 硅或硅合金熔炼炉 |
CN103094376A (zh) * | 2011-11-01 | 2013-05-08 | 智盛全球股份有限公司 | 复合式太阳能电池的多晶硅基板及其太阳能电池 |
KR101407403B1 (ko) * | 2012-02-02 | 2014-06-17 | 한국과학기술연구원 | 막 증류용 분리막 모듈 장치 |
JP5179674B1 (ja) * | 2012-02-14 | 2013-04-10 | シャープ株式会社 | シリコン精製装置およびシリコン精製方法 |
CN102745695A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-24 | 兰州理工大学 | 用于从高硅铝合金提取硅的装置及其提取方法 |
CN102992327B (zh) * | 2012-12-17 | 2014-07-09 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 一种凝固坩埚旋转式电子束熔炼提纯多晶硅的方法及设备 |
CN103833038A (zh) * | 2014-03-08 | 2014-06-04 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种从硅合金熔体中半连续结晶提纯硅的方法 |
CN112108086B (zh) * | 2020-09-24 | 2022-06-21 | 上海理工大学 | 一种胶体粒子体系的定向凝固偏析装置及方法 |
EP4082966A1 (de) | 2021-04-26 | 2022-11-02 | Ferroglobe Innovation, S.L. | Verfahren zur gewinnung von gereinigtem siliziummetall |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3543531A (en) * | 1967-05-08 | 1970-12-01 | Clyde C Adams | Freeze refining apparatus |
DE2925679A1 (de) * | 1979-06-26 | 1981-01-22 | Heliotronic Gmbh | Verfahren zur herstellung von siliciumstaeben |
US4417911A (en) * | 1981-02-27 | 1983-11-29 | Associated Electrical Industries Limited | Manufacture of optical fibre preforms |
US4469512A (en) * | 1982-07-29 | 1984-09-04 | Showa Aluminum Corporation | Process for producing high-purity aluminum |
DE3403131A1 (de) * | 1984-01-30 | 1985-08-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum reinigen von im lichtbogenofen erzeugtem silicium |
-
1986
- 1986-08-07 JP JP61186646A patent/JPH0753569B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-07-27 US US07/077,921 patent/US4747906A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-07-31 FR FR8710926A patent/FR2602503B1/fr not_active Expired - Lifetime
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- 1987-08-06 NO NO873299A patent/NO174844C/no not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10358452A1 (de) * | 2003-12-13 | 2005-07-21 | Fiolitakis, Emmanuel, Dr. | Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silicium über die Calciumsilicid-Route |
DE10358452B4 (de) * | 2003-12-13 | 2005-09-15 | Fiolitakis, Emmanuel, Dr. | Verfahren zur Herstellung von hochreinem Silicium über die Calciumsilicid-Route |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3726171A1 (de) | 1988-02-11 |
FR2602503B1 (fr) | 1991-01-04 |
US4747906A (en) | 1988-05-31 |
NO873299L (no) | 1988-02-08 |
JPH0753569B2 (ja) | 1995-06-07 |
FR2602503A1 (fr) | 1988-02-12 |
NO873299D0 (no) | 1987-08-06 |
NO174844C (no) | 1994-07-20 |
NO174844B (no) | 1994-04-11 |
JPS6345112A (ja) | 1988-02-26 |
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