[发明专利]一种采用含铁化合物去除工业硅中硼磷杂质的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术及冶金领域，具体涉及一种采用含铁化合物去除工业硅中硼磷杂质的方法。

背景技术

当今社会，能源危机及传统能源对环境污染程度日趋严重，开发清洁环保能源成为人类面临的重大问题，新能源因此也成为21世纪科学研究的重要领域之一。人类利用太阳能这一取之不尽的清洁能源的想法由来已久，最早是将它直接转换为热能利用，后来光生伏特效应的发现使太阳能利用领域更加灵活、广阔。硅是地球上极为丰富的一种元素，可说是取之不尽。最早问世的太阳能电池是单晶硅太阳能电池，用硅来制造太阳能电池，原料可谓不缺。但是提炼硅却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时，又研究了多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。冶金法提纯多晶硅技术是降低太阳能级多晶硅成本的重要途径之一。该技术省去了昂贵的单晶拉制过程，能用较低纯度的硅作投炉料，在能耗和可操作性方面都有巨大的优势。

1996年在日本新能源和产业技术开发组织的支持下，日本川崎制铁公司(Kaw asaki steel)开发出了由冶金级硅生产太阳能级多晶硅的方法。主要流程为：选择纯度较好的工业硅在等离子体融解炉中除去硼杂质，水平区熔单向凝固成硅锭，除去硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗；再在电子束融解炉中除去磷和碳杂质，进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，之后除去第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，直接生成出太阳能级多晶硅。

利用造渣法可以较好的除去硅中的硼磷杂质。C.P.Khattak(Chandra PKhattak，David B Joyce，Frederick Schmid.A simple process to remove boronfrom metallurgical grade silicon[J].Solar  Energy Mater SolarCells，2002，74：77)在其论文中指出通入硅液中的反应气体主要含O、H、CI等成分，B可与这些气体反应生成挥发性气体，通过载气或抽真空从体系中排出，其中，载气可选用中性气体，如Ar，并起到促进硅液搅拌、加速反应的作用。Kondo Jiro等(Kondo Jiro，Okazawa Kensuke.Method for removing boron fromsilicon：US，20070180949[P].2007-09-08)则研究了从硅液底部吹入由Ar、H₂、H₂O和O₂等组成的反应气体，氧化除B的方法，B可以从25×10^-6降至5×10^-6。根据Tanahashi等(Tanahashi，et al.Distribution behavior of boronbetween SiO₂-saturated NaO_0.5-CaO-SiO₂flux-molten silicon[J].J.MiningMater，2002，118：497)的计算，以Na₂O-CaO-SiO₂为反应渣系，B在渣系中的分配系数最高可达到3.5，同时考虑到在高碱性渣中通入H₂O，可有效增加熔体中的OH^-与游离氧的浓度，为形成BOH挥发和形成B₂O₃进入渣相提供了更为有利的条件。

厦门大学专利201010109835.2(罗学涛，龚惟扬等，一种采用稀土氧化物去除工业硅中硼磷杂质的方法)在造渣剂成分中引入了稀土氧化物，具体成分为R_XO_Y(Y₂O₃、La₂O₃、CeO₂、Sm₂O₃)-SiO₂-BaO-CaF₂用中频感应在真空下造渣40min，渣硅重量比为1∶1，可以将多晶硅中的B含量从8ppmw降低到0.15ppmw，P含量从15ppmw降低到1.5ppmw。