Pengeluaran silikon kemelut tinggi (contohnya, gred solar atau gred elektronik) memerlukan silikon gred metalurgi penapisan (Mg-Si, ~ 98-99% kemurnian) melalui proses pembersihan lanjutan. Kaedah utama termasuk:
1. Pembersihan hidrometalurgi (larut asid)
Proses:
Dihancurkan Mg-Si dirawat dengan campuran asid (misalnya, HCl, HF, atau H₂SO₄) untuk membubarkan kekotoran (Fe, Al, Ca, dll.).
Reaktor tahan asid digunakan untuk mengelakkan pencemaran.
Reaksi:
Fe +2 HCl → Fecl 2+ H2 ↑ Fe +2 HCl → FECL2+H2 ↑
Hasilnya:Mengeluarkan ~ 90% kekotoran logam, meningkatkan kesucian kepada ~ 99.9%.
2. Pengukuhan arah
Prinsip:Kekotoran menumpukan pada fasa cair semasa penyejukan terkawal.
Proses:
Silikon cair perlahan -lahan disejukkan dari satu hujung, memaksa kekotoran untuk berhijrah ke bahagian atas atau tepi.
Bahagian pusat yang disucikan dipotong dan digunakan semula.
Kecekapan:Mengurangkan boron (B) dan fosforus (p) kekotoran ke tahap bahagian-per juta (ppm).
3. Penapisan vakum
Proses:
Silikon cair dipanaskan di bawah vakum untuk menguap kekotoran yang tidak menentu (contohnya, Al, Ca, Mg).
Oksida yang tidak menentu (contohnya, SIO) juga boleh membentuk dan melarikan diri.
Aplikasi:Berkesan untuk mengeluarkan logam dan gas ringan.
4. Penapisan zon (kaedah zon terapung)
Prinsip:Zon cair setempat bergerak melalui batang silikon, membawa kekotoran dengannya.
Proses:
Rod silikon polikristalin yang tinggi dipanaskan menggunakan gegelung radiofrequency (RF).
Pas berulang membuat silikon monocrystalline ultra-tujuan.
Kesucian: Achieves >99.9999% (6N hingga 11N kesucian untuk semikonduktor).
5. Proses Siemens (pemendapan wap kimia, CVD)
Tujuan:Menghasilkan polysilicon untuk sel solar dan elektronik.
Langkah:
Klorinasi:Mg-Si bertindak balas dengan HCl untuk membentuk trichlorosilane (sihcl₃):
Si +3 HCl → SIHCl 3+ H2Si +3 HCl → SIHCL3+H2
Penyulingan:SIHCL₃ disucikan melalui penyulingan pecahan.
Penguraian:SIHCL₃ KESELAMATAN TINGGI DIPERLUKAN KEPADA ROD SILICON YANG DIPERLUKAN (~ 1,100 darjah):
2SIHCL3 → 2Si +2 HCl+Cl22SIHCL3 → 2Si +2 HCl+Cl2
Output:Polysilicon ultra-tujuan (99.9999999%, 9N).
6. Penapisan elektrik
Proses:
Silikon yang tidak suci digunakan sebagai anod dalam elektrolit garam cair (contohnya, CaCl₂).
Deposit silikon tulen pada katod melalui elektrolisis.
Kelebihan:Berkesan untuk mengeluarkan boron dan fosforus.
7. Rawatan Slag
Proses:Silicon cair bercampur dengan sanga (contohnya, cao-sio₂) untuk menyerap kekotoran.
Mekanisme:Kekotoran (contohnya, b, p) partition ke fasa sanga disebabkan oleh pertalian kimia.
Cabaran utama dalam penyucian silikon:
Pembuangan boron dan fosforus:Unsur -unsur ini aktif dan merendahkan prestasi semikonduktor elektrik.
Intensiti tenaga:Proses seperti kaedah Siemens memerlukan tenaga yang signifikan dan infrastruktur yang mahal.
Kos vs kesucian perdagangan:Kesucian yang lebih tinggi (contohnya, gred elektronik) menuntut lebih banyak sumber.
Aplikasi berdasarkan tahap kesucian:
| Gred | Kesucian | Aplikasi |
|---|---|---|
| Metalurgi (mg-si) | 98–99% | Aloi aluminium, silikon, bahan kimia |
| Gred solar (sog-si) | 99.9999% (6N) | Sel solar fotovoltaik |
| Gred elektronik (misalnya-si) | 99.9999999% (9N) | Semikonduktor, microchips |
Pertimbangan Alam Sekitar:
Pelepasan asid menghasilkan sisa berbahaya (misalnya, HF), yang memerlukan peneutralan dan pelupusan yang selamat.
Proses Siemens menghasilkan produk sampingan klorin, memerlukan sistem kitar semula gelung tertutup.
Inovasi:
Reaktor Bed Fluidized (FBR):Alternatif kos rendah untuk proses Siemens untuk silikon gred solar.
Silicon Metalurgi yang dinaik taraf (UMG-SI):Menggabungkan pencucian, slagging, dan pemejalan arah untuk aplikasi solar pada kos yang dikurangkan.
