[发明专利]一种炉外精炼去除工业硅熔体中磷、硼杂质的方法

说明书

本发明公开了一种炉外精炼去除工业硅熔体中磷、硼杂质的方法，属于高纯硅生产领域。本发明采用无机氯化锌作为除杂媒介，在高温下迅速分解为锌离子和氯离子，在与硅熔体接触的过程中杂质磷、硼会与锌离子和氯离子发生反应生成低熔点和高熔点的化合物，低熔点的化合物在硅炉外精炼的高温下挥发逸出工业硅熔体，而高熔点的化合物随着硅凝固后偏析与晶界处，破碎后采用酸洗除去，或者下沉到硅熔体最底部，当硅熔体凝固后，通过切除硅锭底部位置的沉积层除去。本发明方法操作简单，能耗低，只需加入氯化锌一种物质一次性即可除去硅中的磷、硼，且不引入新的杂质，加入的除杂媒介氯化锌来源广泛，成本低，除磷、硼后的硅符合太阳级硅对杂质含量的要求。

技术领域

本发明属于高纯硅生产领域，具体涉及一种炉外精炼去除工业硅熔体中磷、硼杂质的方法。

背景技术

高纯硅石电子信息产业和太阳能光伏发电产业最基础的原材料，主要应用于集成电路、分立器件和太阳能电池片等。高纯硅通常由工业硅提纯得来，工业硅的硅含量一般达97-99%，这种级别的工业硅纯度低，应用范围有限，其内部含有较多的金属以及硼、磷等难以除去的杂质。

冶金法提纯硅石一种新型的硅提纯技术，具有投资少，占地面积小，建厂快，能耗低，污染小，成本低的优点。冶金法提纯硅过程中，硅不参与化学反应，而是利用杂质的物理化学性质实现杂质的除去。金属元素在硅中的分凝系数比较小，可以利用定向凝固工艺去除。但磷和硼在硅中的分凝系数比较大（分别为0.8和0.35），不能利用传统的定向凝固工艺过程。针对此难题，公开号为CN110228810A的中国专利公开了一种高效去除硅中硼和磷的方法，具体步骤如下：将冶金级硅、高纯铝和元素I混合熔炼得熔体I；将熔体I冷却后得到凝固的合金I；将凝固的合金I经盐酸浸泡得初晶硅片I，将初晶硅片I粉碎成颗粒后用盐酸浸泡，然后用水清洗颗粒并烘干，得到去除杂质硼的硅；将去除杂质硼的硅与高纯铝、元素II混合熔炼得熔体II；将熔体II冷却后得到凝固的合金II；然后经盐酸浸泡得到初晶硅片II，最后将初晶硅片II粉碎后用盐酸浸泡，随后用水清洗颗粒并烘干，得到去除杂质磷的硅。虽然该方法工艺简单，熔炼温度低，能耗低，处理后的磷含量低于0.23ppmw，硼含量低于0.45ppmw，具有较高的工业价值，但是需要先加入高纯铝和高纯铪先除去杂质硼，再加入高纯铝、高纯钙和高纯镁中的一种或两种除去杂质磷，由于分别进行除杂工艺繁琐，且加入了至少两种金属元素除杂，并且金属铪价格昂贵，显著增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种工艺简单、成本低、不引入新杂质的一种炉外精炼去除工业硅熔体中磷、硼杂质的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种炉外精炼去除工业硅熔体中磷、硼杂质的方法，抬包中通入载气，将氯化锌气化后通过载气的方式加入硅熔体中，控制硅熔体的温度≥1700℃，通气后静置反应30 min～60min，氯化锌分解产生的氯离子和锌离子与硅熔体中的杂质磷和硼反应生成的低熔点化合物挥发逸出；高熔点化合物待硅熔体冷却凝固后采用破碎酸洗的方法去除或切除硅锭底部的沉积层去除。

进一步地，加入氯化锌的质量为工业硅质量的1%～5%。

进一步地，所述载气为压缩氩气。

进一步地，所述载气的通气压力为0.2MPa～0.3MPa，气体流量为800 L/h～1200L/h，通气时间为20min～60min。

进一步地，所述氯化锌气化后缓慢均匀的随载气加入硅熔体中。

进一步地，控制硅熔体的温度为1700℃。

进一步地，所述冷却是以1～5K/min的速率将硅熔体降至常温。