АНАЛИЗ ПЛАМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ “СОЛНЕЧНОГО” КАЧЕСТВА
Ц.В. Ранжуров
Лаборатория физики низкотемпературной плазмы Отдела физических проблем Бурятского научного центра
В традиционной технологии очистки кремния используется хлор-силановое производство. Побочными продуктами этой технологии являются вещества, содержащие хлор, что не безопасно с экологической точки зрения. Альтернативой этой технологии могут быть следующие плазменные технологии:
- очистки кремния через моноокись кремния;
- прямое восстановление кварцитов с малым содержанием примесей.
Схема технологии очистки кремния через моноокись кремния приведена на рис. 1.
|
Получение
Моноокиси
Кремния
|
Фильтрование
примесей |
Восстановление
Моноокиси
кремния |
|
Рис. 1. Схема технологии очистки кремния через моноокись кремния. |
На первом этапе этой технологии предлагается ввести дисперсный порошок из технического кремния и кварцита в стехиометрическом соотношении в струю аргоновой плазмы, где происходит их нагрев, плавление, испарение и химическое взаимодействие по реакции:
Si + SiO2 = 2SiO
По результатам термодинамических расчетов оптимальными температурами проведения этой реакции являются температуры выше 2200 К [1].
Полученная моноокись кремния в защитной атмосфере при охлаждении остается в газовой фазе до температур 800-900оС [2], что значительно ниже температур конденсации всех содержащихся примесей. Это позволяет произвести фильтрацию примесей, что является вторым этапом этой технологии. При резком охлаждении (закалке) можно получить очищенную моноокись кремния в твердой фазе.
Далее очищенная моноокись кремния поступает на восстановление.
К достоинствам этой технологии можно отнести:
- непрерывность производства;
- возможность получения очищенной моноокиси кремния.
Недостатком данной технологии относится сложность восстановления моноокиси кремния.
Бурятия располагает уникальными месторождениями кварцитов с низким содержанием примесей (Черемшанское, Евгеньевское, Гуаджекитское, Алтарханское и другие). Это позволяет провести прямое плазменное восстановление высокочистых кварцитов до кремния.
Достоинством этой технологии является получение кремния за один этап.
Следует отметить общие достоинства плазменных технологий:
- Повышение скорости протекания химических реакций из-за высокой температуры протекания процессов. Это позволяет использовать процессы, которые не могут использоваться в других технологиях вследствие низкой скорости протекания этих процессов.
- Миниатюризация оборудования. Отпадает необходимость в больших производственных площадях и помещениях, что приводит к сокращению расходов на их содержание.
- возможность создания экологически безопасных технологий.
Таким образом, плазменные технологии являются перспективными для создания технологии получения кремния “солнечного” качества.
Литература:
- Ранжуров Ц.В., Базаржапов Б.С., Дандарон Г.-Н.Б., Шагдаров В.Б. Численное моделирование физико-химических процессов при восстановлении кремния. Тезисы докладов I конференции по фундаментальным и прикладным проблемам физики. Улан-Удэ, 1999, с. 60-61.
Кожевников Г.Н. Низшие окислы кремния и алюминия в электрометаллургии. М.: Наука, 1977.
