[发明专利]硅熔体的粗脱碳方法

说明书

本发明涉及一种硅熔体粗脱碳的新方法，及其用于制备硅，优选太阳能硅或者半导体硅的用途。

有多种已知方法分多步降低硅熔体的碳含量。一个实例是Solsilc法(www.ecn.nl)，其中脱碳分多步进行。这首先涉及在受控条件下冷却排出的硅，在该过程中SiC颗粒从熔体中分离出。然后要在陶瓷过滤器中将它们从硅中除去。接着，用氩气-水蒸汽混合物对硅脱氧。最后，将该预纯化的、粗脱碳的硅供应到定向固化中。然而，由于在受控冷却的过程中分离出的SiC颗粒粘附到坩锅壁上，因此所述方法成本高并且不方便。而且，陶瓷过滤器经常被SiC颗粒堵塞。过滤结束之后，坩锅和过滤器还必须费力清洗，例如通过用氢氟酸进行酸清洗。

在其它方法中，例如，DE 3883518和JP2856839提出了将SiO₂吹入硅熔体中。SiO₂与溶解在硅熔体中的碳反应形成CO。它接着从硅熔体中溢出。

该方法的缺陷是存在于硅熔体中的SiC未与SiO₂充分反应。因此开发出针对该方法的各种改进方案并描述在JP02267110、JP6345416、JP4231316、DE3403131和JP2009120460中。已知的这些方法的缺陷包括结块并堵塞装置部件。

因此仍然迫切需要一种有效、简单且价廉的硅熔体的脱碳方法，它通过碳热还原SiO₂实现。

因此本发明的目的是提供一种硅熔体脱碳的新方法，如果有缺陷的话，本发明方法的缺陷也已经将现有技术方法的缺陷减小了。在一个具体目的中，本发明的方法可用于制备太阳能硅(solar silicon)和/或半导体硅。另一具体目的是提供一种方法，它能够在还原炉排出材料之前，将硅熔体的总碳含量降低至这样的程度：如果存在SiC的话，在将排出的材料冷却至低于1500℃的过程中，基本上没有SiC沉积。未具体说明的其它目的由下面的说明书、实施例和权利要求书的整个上下文而变得显而易见。

这些目的是通过下面说明书、实施例和权利要求书详细描述的方法实现的。

本发明人已出人意料地发现，当将载氧体添加到硅熔体中，但该添加通过保持时间而被中断一次或多次时，可以简单、价廉且有效的方式实现硅熔体的粗脱碳。

由于没有现有技术工艺的问题，例如过滤器堵塞或过滤器的复杂纯化，并且可以降低成本和不便性，因此该方法特别有益。此外，装置复杂性降低。

源自光弧(light arc)还原炉的硅熔体的碳含量为约1000ppm。在1800℃的出炉温度下，大多数碳溶解在该熔体中。然而，如果将熔体冷却至例如1600℃，结果大部分碳从过饱和熔体中以SiC沉淀出。根据Yanaba等，Solubility of Carbon in liquid Silicon,Materials Transactions.JIM,Vol.38,No.11(1997),第990-994页，描述了碳在硅中的溶解度作为温度的函数：

log C=3.63-9660/T

其中碳含量C以质量百分数计，温度T以开尔文度计。下表1显示了1000ppm的熔体的关系：

表1：