טיהור סיליקון מתכתי

ייצור סיליקון טוהר גבוה (למשל, בדרגה סולארית או בדרגה אלקטרונית) דורש זיקוק סיליקון בדרגה מתכתי (MG-SI, ~ 98-99% טוהר) באמצעות תהליכי טיהור מתקדמים. שיטות המפתח כוללות:

1. טיהור הידרומטלורגי (שטיפת חומצה)

תַהֲלִיך:

Mg-Si כתוש מטופל בתערובת של חומצות (למשל, HCl, HF או H₂So₄) כדי להמיס זיהומים (Fe, Al, Ca וכו ').

כורים עמידים בפני חומצה משמשים כדי למנוע זיהום.

תגובות:

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

תוֹצָאָה:מסיר ~ 90% מהזיהומים המתכתיים, ומעלה את הטוהר ל ~ 99.9%.

2. התמצקות כיוונית

עִקָרוֹן:יזומים מתרכזים בשלב המותך במהלך קירור מבוקר.

תַהֲלִיך:

סיליקון מותך מקורר לאט מקצה אחד, ומאלץ זיהומים לנדוד לראש או לקצוות.

החלק המרכזי המטוהר נחתך ונעשה שימוש חוזר.

יְעִילוּת:מפחית את זיהומים בורון (ב) וזרחן (P) לרמות חלקים למיליון (PPM).

3. זיקוק ואקום

תַהֲלִיך:

סיליקון מותך מחומם תחת ואקום כדי להתאדות זיהומים נדיפים (למשל, AL, CA, MG).

תחמוצות נדיפות (למשל, SiO) עשויות גם להיווצר ולברוח.

יישומים:יעיל להסרת מתכות וגזים קלים.

4. זיקוק אזור (שיטת Zone Zone)

עִקָרוֹן:אזור מותך מקומי עובר דרך מוט סיליקון, הנושא איתו זיהומים.

תַהֲלִיך:

מוט סיליקון פולי-קריסטלי טוהר גבוה מחומם באמצעות סלילי Radiofrequecire (RF).

מעברים חוזרים ונשנים יוצרים סיליקון מונוקריסטלי-טהור במיוחד.

טוֹהַר: Achieves >99.9999% (טוהר 6N עד 11N למוליכים למחצה).

5. תהליך סימנס (תצהיר אדי כימי, CVD)

מַטָרָה:מייצר פוליסיליקון לתאים סולאריים ואלקטרוניקה.

צעדים:

כלור:Mg-Si מגיב עם HCl ליצירת Trichlorosilane (Sihcl₃):

Si +3 hcl → sihcl 3+ h2si +3 hcl → sihcl3+h2

זִקוּק:SIHCL₃ מטוהר באמצעות זיקוק שבר.

הִתפָּרְקוּת:Sihcl₃ טוהר מתפרק על מוטות סיליקון מחוממים (~ 1,100 מעלות):

2sihcl3 → 2si +2 hcl+cl22sihcl3 → 2si +2 hcl+cl2

תְפוּקָה:Polysilicon אולטרה-טהור (99.9999999%, 9n).

6. הגנת אלקטרור

תַהֲלִיך:

סיליקון טמא משמש כאנודה באלקטרוליט מלח מותך (למשל, cacl₂).

מרבצי סיליקון טהורים על הקתודה באמצעות אלקטרוליזה.

יִתרוֹן:יעיל להסרת בורון וזרחן.

7. טיפול סיגים

תַהֲלִיך:סיליקון מותך מעורבב עם סיגים (למשל, CAO-SiO₂) לקלוט זיהומים.

מַנגָנוֹן:זיהומים (למשל, B, P) מחלקת לשלב הסיגים עקב זיקה כימית.

אתגרי מפתח בטיהור הסיליקון:

הסרת בורון וזרחן:אלמנטים אלה פעילים באופן חשמלי ומשפילים את ביצועי המוליכים למחצה.

עוצמת אנרגיה:תהליכים כמו שיטת סימנס דורשים אנרגיה משמעותית ותשתיות יקרות.

עלות לעומת סחר טוהר:טוהר גבוה יותר (למשל, בדרגה אלקטרונית) דורש משאבים אקספוננציאליים יותר.

יישומים המבוססים על רמות טוהר:

שיקולים סביבתיים:

שטיפת חומצה מייצרת פסולת מסוכנת (למשל, HF), הדורשת נטרול וסילוק בטוח.

תהליך סימנס מייצר תוצרי לוואי כלור, המחייבים מערכות מיחזור לולאה סגורה.

חידושים:

כורי מיטה נוזלים (FBR):אלטרנטיבה בעלות נמוכה יותר לתהליך סימנס לסיליקון בדרגה סולארית.

סיליקון מטלורגי משודרג (UMG-SI):משלב מיצוק שטיפה, סיבוב ומיצוי כיווני ליישומים סולאריים בעלויות מופחתות.