[发明专利]基于微波的硅的制造方法和微波还原炉

说明书

技术领域

本发明涉及由二氧化硅矿石而制造硅的方法和其实施所采用的微波还原炉，本发明特别是涉及通过微波将二氧化硅（二氧化硅矿石）和碳化硅的混合物作为原料的基于微波的硅的制造方法和微波还原炉。

背景技术

在半导体衬底和太阳能电池中采用高纯度的硅。作为该高纯度的硅的制造方法，通过电弧炉将二氧化硅溶解，获得杂质多的粗硅，然后对该粗硅进行氢化处理，形成硅烷（SiHCl₃）气体，通过氢将其还原，获得高纯度硅。该现有方法具有工序复杂，无法快速地制造高纯度硅的问题。另外，还具有由于通过电弧炉将二氧化硅溶解，故必须通过电弧将原料加热到3000℃，用于加热的投入能量大，制造成本高的问题。

另一方面，像在专利文献1中记载的那样，提出了下述的方法，在该方法中，采用碳源，借助酸化剂将通过溶解于水相中的氧化硅相对水溶液的氧沉淀而精制的氧化硅还原，获得太阳能等级（grade）硅（专利文献1的权利要求1）。在专利文献1中公开了下述的技术，即，来自该精制的氧化硅的硅的还原通过电弧炉、热反应器、感应炉、回转窑和/或微波加热炉而进行（专利文献1的权利要求7）。

另外，在专利文献2中公开了下述的方法，在该方法中，在微波炉内，通过热还原，以二氧化硅来制造硅。该已有技术涉及下述的方法，其中，将二氧化硅作为初始原料，将已获得的硅在微波炉内，附加地施加于区域熔融法中。

专利文献1：日本特表2012—504100号公报

专利文献2：日本特表2011—500495号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在上述专利文献1和2中的现有技术中，具有来自二氧化硅的硅的还原反应的效率低，还原反应所需要的时间长，难以快速地制造高纯度硅的问题。特别是，在采用电炉对原料进行加热的场合，由于通过辐射热对原料进行加热，故具有加热效率低，必要的投入能量高，制造成本高的难点。另外，在电炉中，由于无法密封，中间生成物的SiO气体散逸，硅的回收率降低。另外，在上述专利文献1和2中还记载了进行基于微波的加热，但是，所公开的仅仅是这些，没有公开基于微波的具体的硅的还原方法。

本发明是针对上述问题而提出的，本发明的目的在于提供可将二氧化硅快速地还原、可快速地制造硅的基于微波的硅的制造方法和微波还原炉。

用于解决问题的技术方案

本发明的基于微波的硅的制造方法，其特征在于，该方法包括下述工序：

供给工序，在由二氧化硅或碳化硅构成的耐火物制容器内部，供给由二氧化硅粉末和石墨粉末的混合物或由二氧化硅粉末、碳化硅粉末和石墨粉末的混合物构成的原料；

照射工序：对上述容器内的上述原料照射微波；

排出工序：将熔融硅从上述容器内部排出；

在上述微波照射工序中，

通过上述基于微波的照射，上述石墨粉末吸收微波能量而温度上升，在升温后，通过上述二氧化硅和碳化硅和/或上述石墨的还原反应，生成上述熔融硅。

在该基于微波的硅的制造方法中，上述还原为硅的反应可在比如，氩气、氮气或氦气中进行。

本发明涉及的微波还原炉，其特征在于，该微波还原炉包括：

反应炉，该反应炉包括用于贮存原料且由二氧化硅或碳化硅构成的耐火物制容器；

供给部，该供给部将上述原料供给到上述容器内部；

排出部，该排出部将还原后的熔融硅从上述容器内部排出；

微波振荡器，该微波振荡器朝向该反应炉内的上述耐火物制容器，具有基于螺旋天线或导波管的指向性，照射微波；

在上述耐火物制容器的内部供给二氧化硅粉末和石墨粉末的混合物，或二氧化硅粉末、碳化硅粉末和石墨粉末的混合物作为原料；

本发明涉及的另外微波还原炉，其特征在于，该微波还原炉包括：

反应炉，该反应炉包括用于贮存原料且由二氧化硅或碳化硅构成的耐火物制容器；

供给部，该供给部将上述原料供给到上述容器内部；

排出部，该排出部将还原后的熔融硅从上述容器内部排出；

微波组件，该微波组件设置于包围该耐火物制容器的圆周面的内面上，朝向耐火物制容器内的指定点辐射微波束；

主反射镜，该主反射镜设置于该耐火物制容器的上方，将以上述指定点为焦点的抛物面作为微波的反射面；

在上述耐火物制容器的内部，供给二氧化硅粉末和石墨粉末的混合物，或二氧化硅粉末、碳化硅粉末和石墨粉末混合物作为原料。

发明的效果