Il-produzzjoni ta 'silikon ta' purità għolja (eż., Grad solari jew grad elettroniku) teħtieġ raffinar ta 'silikon ta' grad metallurġiku (MG-SI, ~ 98-99% purità) permezz ta 'proċessi ta' purifikazzjoni avvanzati. Il-metodi ewlenin jinkludu:
1. Purifikazzjoni idrometallurġika (lissija tal-aċidu)
Proċess:
Mg-Si mgħaffeġ huwa ttrattat b'taħlita ta 'aċidi (eż., HCl, HF, jew H₂So₄) biex jinħall l-impuritajiet (Fe, Al, Ca, eċċ.).
Ir-reatturi reżistenti għall-aċidu jintużaw biex tiġi evitata l-kontaminazzjoni.
Reazzjonijiet:
Fe +2 hcl → fecl 2+ h2 ↑ fe +2 hcl → fecl2 + h2 ↑
Riżultat:Tneħħi ~ 90% tal-impuritajiet metalliċi, li jgħolli l-purità għal ~ 99.9%.
2. Solidifikazzjoni direzzjonali
Prinċipju:L-impuritajiet jikkonċentraw fil-fażi mdewweb waqt it-tkessiħ ikkontrollat.
Proċess:
Is-silikon imdewweb huwa mkessaħ bil-mod minn tarf wieħed, u jisforza l-impuritajiet biex jemigraw lejn il-parti ta 'fuq jew tat-truf.
Is-sezzjoni ċentrali ppurifikata tinqata 'u tintuża mill-ġdid.
Effiċjenza:Inaqqas il-boron (b) u l-impuritajiet tal-fosfru (P) għal-livelli ta 'partijiet għal kull miljun (ppm).
3. Irfinar bil-vakwu
Proċess:
Is-silikon imdewweb huwa msaħħan taħt vakwu biex jevapora impuritajiet volatili (eż., AL, CA, MG).
Ossidi volatili (eż., SiO) jistgħu wkoll jiffurmaw u jaħarbu.
Applikazzjonijiet:Effettiva għat-tneħħija ta 'metalli u gassijiet ħfief.
4. Irfinar taż-żona (metodu taż-żona float)
Prinċipju:Żona mdewweb lokalizzata tiċċaqlaq minn virga tas-silikon, li ġġorr impuritajiet magħha.
Proċess:
Virga tas-silikon polikristallina ta 'purità għolja tissaħħan bl-użu ta' kolji tar-radju-frekwenza (RF).
Passi ripetuti joħolqu silikon monokristallin ultra-pur.
Purità: Achieves >99.9999% (purità 6n sa 11n għal semikondutturi).
5. Proċess ta 'Siemens (deposizzjoni ta' fwar kimiku, CVD)
Skop:Jipproduċi polysilicon għaċ-ċelloli solari u l-elettronika.
Passi:
Klorinazzjoni:Mg-Si jirreaġixxi ma 'HCl biex tifforma triklorosilan (sihcl₃):
Si +3 Hcl → Sihcl 3+ H2Si +3 HCl → SiHCl3 + H2
Distillazzjoni:SihCl₃ huwa ppurifikat permezz ta ’distillazzjoni frazzjonali.
Dekompożizzjoni:SIHCL₃ ta 'purità għolja huwa dekompost fuq vireg tas-silikon imsaħħna (~ 1,100 grad):
2SiHCl3 → 2SI +2 HCl + CL22SiHCl3 → 2SI +2 HCl + CL2
Output:Polysilicon ultra-pur (99.9999999%, 9n).
6. Elettrorefining
Proċess:
Silikon impur jintuża bħala l-anodu f'elettrolit tal-melħ imdewweb (eż. CACL₂).
Depożiti pur tas-silikon fuq il-katodu permezz ta 'elettroliżi.
Vantaġġ:Effettiv għat-tneħħija tal-boron u l-fosfru.
7. Trattament tal-gagazza
Proċess:Is-silikon imdewweb huwa mħallat ma 'gagazza (eż. CAO-SiO₂) biex jassorbi l-impuritajiet.
Mekkaniżmu:Impuritajiet (eż., B, P) jaqsmu fil-fażi tal-gagazza minħabba affinità kimika.
Sfidi ewlenin fil-purifikazzjoni tas-silikon:
Tneħħija tal-Boron u tal-Fosfru:Dawn l-elementi huma attivi elettrikament u jiddegradaw il-prestazzjoni tas-semikondutturi.
Intensità tal-Enerġija:Proċessi bħall-metodu Siemens jeħtieġu enerġija sinifikanti u infrastruttura għalja.
Spiża vs kompromess ta 'purità:Purità ogħla (eż., Grad elettroniku) titlob riżorsi esponenzjali aktar.
Applikazzjonijiet ibbażati fuq livelli ta 'purità:
| Grad | Purità | Applikazzjonijiet |
|---|---|---|
| Metallurġiku (MG-SI) | 98–99% | Ligi tal-aluminju, silikoni, kimiċi |
| Grad solari (SOG-SI) | 99.9999% (6N) | Ċelloli solari fotovoltajċi |
| Grad elettroniku (eż.-Si) | 99.9999999% (9N) | Semikondutturi, Microchips |
Konsiderazzjonijiet Ambjentali:
Il-lissija tal-aċidu tipproduċi skart perikoluż (eż., HF), li jeħtieġ newtralizzazzjoni u rimi sikur.
Il-proċess Siemens jiġġenera prodotti sekondarji tal-klorin, li jeħtieġu sistemi ta 'riċiklaġġ b'ċirkwit magħluq.
Innovazzjonijiet:
Reactors tas-sodda fluwidizzati (FBR):Alternattiva bi prezz baxx għall-proċess ta 'Siemens għal silikon ta' grad solari.
Silikon metallurġiku aġġornat (UMG-SI):Tgħaqqad lissija, slagging, u solidifikazzjoni direzzjonali għal applikazzjonijiet solari bi spejjeż imnaqqsa.
