纯化硅的方法
【专利说明】纯化硅的方法
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2012年6月25日提交的美国临时申请61/663, 865号的优先权，其通 过引用全部并入本文。
【发明内容】
[0003] 本发明提供包括以下步骤的方法：(a)由溶剂金属和碳酸钠形成第一熔融液体； (b)使第一熔融液体与硅接触以形成第二熔融液体；（c)冷却第二熔融液体以提供硅晶体 和母液；以及（d)使硅晶体与母液分离。
[0004] 本发明还提供用于纯化具有高达约60ppmw的磷水平和高达约15ppmw的硼水平 的冶金级硅的方法。该方法包括：(a)由溶剂金属和碳酸钠形成第一熔融液体，其中溶剂金 属包含铝；(b)使第一熔融液体与硅接触以形成第二熔融液体；（c)冷却第二熔融液体以提 供硅晶体和母液；以及（d)使硅晶体与母液分离。与母液分离的硅晶体包含小于约4ppmw 的磷。与母液分离的硅晶体包含小于约3000ppmw的铝。与硅晶体分离的母液包含至少约 IOOOppmw 的错。
[0005] 本发明还提供包括以下步骤的方法：(a)由溶剂金属和氧化钠形成第一熔融液 体；(b)使第一熔融液体与硅接触以形成第二熔融液体；（c)冷却第二熔融液体以提供硅晶 体和母液；以及（d)使硅晶体与母液分离。
[0006] 本发明还提供包括以下步骤的方法：(a)由溶剂金属和钠形成第一熔融液体；(b) 使第一熔融液体与硅接触以形成第二熔融液体；（c)冷却第二熔融液体以提供硅晶体和母 液；以及（d)使硅晶体与母液分离。
[0007] 在具体的实施方案中，本发明的方法为用于纯化硅的方法。在另外的具体实施方 案中，本发明的方法为在所得硅晶体与铝之间提供适当分离的方法。
[0008] 在从分级凝固模具中的硅晶体中去除液体低共熔物的过程期间，大部分的低共熔 物总是以冷凝状态和液体状态仍被硅晶体捕获。低共熔物的遗留造成两个主要问题。首 先，当携带的液体低共熔物凝固时，其可以与硅晶体形成大的材料块，该材料块不能被移动 到下个过程，而是回收利用。其次，被携带到下个过程的全部低共熔物一般被丢弃，或者转 变成比低共熔物本身的价值低得多的副产物。
[0009] 为了减少被携带到下个过程的低共熔物的量，将碳酸钠（Na2CO3)熔剂的附加 物添加到铝熔体。熔体的高温造成二氧化碳（CO 2)的释放，很可能留下氧化钠（Na2O)。 当熔剂已经完全混合到铝熔体中时，在熔化期间添加硅晶体，使其达到倾倒温度（pour temperature)。此时，来自恪剂的少量元素钠被并入到错娃恪体中。添加的钠降低液相线 温度和低共熔温度。低共熔温度可以降低多达约6°C。该凝固温度的降低可以产生流动性 更好的液体，同时还使从模具中排出低共熔物的时间更多。
[0010] 在另外的具体实施方案中，通过添加钠源（例如碳酸钠），更大量的低共熔物从硅 片中倾倒出，并且随后的酸液管道产生较不剧烈的反应。在具体实施方案中，本发明的方法 改善由每一次结晶产生的硅晶体的纯度。在另外的具体实施方案中，本发明的方法降低酸 液管道中的试剂消耗，并使得酸-铝反应更易于控制。由于每一特定批次的硅晶体都相对 较纯，由该批次重结晶的每一批次也应该更纯，因此由级联方法产生的硅由于通过本发明 实现的更有效的分离而应该更纯。另外，更大部分的铝低共熔物最终处于铝合金中，所述铝 合金最后作为最终产物来出售。
[0011] 在具体实施方案中，本发明的方法降低硅中包含的磷的量（或水平）。在另外的具 体的实施方案中，本发明的方法采用含钠的物质来纯化硅。在另外的具体实施方案中，本发 明的方法采用含钠的物质来降低硅中包含的磷的量（或水平）。
[0012] 在具体实施方案中，本发明的方法采用含钠的物质来提高通过溶剂金属提取而获 得的母液的量。在另外的具体实施方案中，本发明的方法采用含钠的物质来降低位于通过 溶剂金属提取而获得的纯化的硅内的溶剂金属的量。
[0013] 在具体实施方案中，本发明的方法降低硅和溶剂金属的混合物的固相线温度。在 另外的具体实施方案中，本发明的方法采用含钠的物质，所述含钠的物质降低硅和溶剂金 属的混合物的固相线温度。
[0014] 在具体实施方案中，对于硅和溶剂金属的混合物，本发明的方法使液相线和低共 熔化学朝更大的硅浓度偏移。在具体实施方案中，本发明的方法采用含钠的物质，对于硅和 溶剂金属的混合物，所述含钠物质使液相线和低共熔化学朝更大的硅浓度偏移。
【附图说明】
[0015] 图1示出了用于由溶剂金属和碳酸钠形成熔融液体并使用该熔融液体来接触硅 的方法的方框流程图。
[0016] 图2示出了用于由溶剂金属和碳酸氢钠形成熔融液体并使用该熔融液体来接触 硅的方法的方框流程图。
[0017] 图3示出了用于由溶剂金属和氧化钠形成熔融液体并使用该熔融液体来接触硅 的方法的方框流程图。
[0018] 图4示出了用于由溶剂金属和钠形成熔融液体并使用该熔融液体来接触硅的方 法的方框流程图。
【具体实施方式】
[0019] 以下具体说明包括对附图的参考，其构成详细说明的一部分。附图以举例方式示 出其中可以实施本发明的具体实施方案。对在本文中也被称为"实例"的这些实施方案进行 充分详细地描述，使得本领域技术人员能够实施本发明。实施方案可以组合，可以采用其他 实施方案，或者可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构和逻辑的改变。因此，以下详 细说明不应被认为是限制意义的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。
[0020] 在本文件中，术语的单数形式用于包括一个或多于一个，而术语"或"用于指无排 他性的"或"，除非另外指明。另外，应理解，本文中采用且没有另外定义的措辞或术语仅用 于说明的目的，而不是用于限制的目的。此外，本文件中引用的全部公开、专利和专利文件 都通过引用全部并入，如同通过引用单独地并入。在本文件和通过引用并入的那些文件中 的用法不一致的情况下，在并入的参考文件中的用法应当被认为是本文件中用法的补充， 对于不能调解的不一致，以本文件中的用法为准。
[0021] 在本文所述的制造方法中，在不脱离本发明的原则的情况下，可以以任意顺序来 进行步骤，除非明确地记载了时间顺序或操作顺序。权利要求中意指首先进行一个步骤、然 后多个其他步骤随后进行的记载应被认为是表示在任何其他步骤之前进行第一步骤，但是 可以以任意合适的顺序进行其他步骤，除非在其他步骤内进一步记载了顺序。例如，记载 "步骤A、步骤B、步骤C、步骤D和步骤E"的权利要求要素应解释为表示首先进行步骤A、最 后进行步骤E，可以在步骤A和步骤E之间以任意顺序进行步骤B、C和D，该顺序仍落入要 求保护的过程的字面范围内。也可以重复给定的步骤或步骤的子集。
[0022] 此外，可以同时进行指定步骤，除非明确的权利要求语言记载了它们分别进行。例 如，可以在单个操作内同时执行要求保护的进行X的步骤和要求保护的进行Y的步骤，并且 所得的过程会落入要求保护的过程的字面范围内。
[0023]
[0024] 如本文使用的，"纯化"是指关注物质与一种或多种外来物质或污染物质的物理分 离。与此相比，"杂质"是指不期望的一种或多种外来物质或污染物质。