專利名稱：硅石還原法生產硅的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硅的工業(yè)生產方法，可用于包括普通硅、金屬硅、硅合金、化學用硅和一些 雜質元素含量可控的硅的工業(yè)生產方法。
背景技術：
工業(yè)上生產硅或硅合金(如硅鐵)，目前通常采用碳熱還原冶煉法，即將硅石(二氧化硅) 和含碳材料如石油焦、木炭、焦炭等混合在礦熱爐中冶煉，高溫下發(fā)生還原反應，生成硅(單 質)和一氧化碳。
為取得適當?shù)姆磻獎恿W環(huán)境，目前普遍采用的碳熱還原法，是在電弧加熱的硅冶煉電 弧爐內，使用碳和硅石作原料生產硅。硅冶煉爐中，硅石和含碳材料中的碳，在電弧形成的 熔池腔內發(fā)生復雜反應，表現(xiàn)為碳還原硅石，最終生成硅單質熔液沉積在熔池腔底部，碳被 硅石氧化成一氧化碳揮發(fā)燃燒。
中國專利申請98113401.7和02135332.8給出了碳熱還原法冶煉硅的具體描述。
由于該方法中，通常采用的含碳原料不只一種，每種含碳原料如木炭，煤，石油焦等也 含有比較多的和不確定的雜質，而硅石原料雖然其來源可以比較單一，但也含有一定的雜質， 在還原過程中，各種原料中的雜質，如鐵、鋁、鈣等也進入生產的硅中，使得產品硅中的雜 質無法控制。獲得的硅通常純度只有98~99%。
為降低硅中的雜質含量，曾嘗試過使用提純后的碳原料來還原硅石。然而，采用各種方 法提純后的碳原料往往都石墨化和微粉化，用作還原劑，不僅其反應活性極低，而且無法構 成適當?shù)姆磻獎恿W環(huán)境，使得用這種方法生產硅十分困難。文獻記載，即使采用特殊的等 離子豎式爐，利用高溫純化后的碳原料還原硅石，硅的產量也只有理論產量的1/10~1/5。
而目前工業(yè)中應用的生產特殊雜質含量的硅、特別是單一或者多種雜質元素含量控制在 一定限度內的純度較高的硅，主要還是采用化學方法或物理方法將普通碳熱還原法冶煉的硅 作進一步提純來實現(xiàn)。眾所周知，由于普通碳熱還原法的硅中較高的雜質含量，采用這些方 法處理普通碳熱還原法獲得的硅存在著成本高，污染大，工藝復雜，生產處理周期長、能耗 高等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種新的硅的還原法生產方法，用于包括普通金屬硅、硅合金、化學用硅 和一些雜質元素含量可控的(滿足一定限度要求的)硅的工業(yè)生產，具體方法是，采用含碳 (并含硅)元素(碳質素)的碳硅化合物碳化硅作還原劑，在高溫下還原硅石，生成硅或者
娃合金o
口該法可以在普通的電弧爐/r熱爐中進行，根據(jù)化學反應式，按適當比例將碳化硅和硅石 混合，在埋弧下電弧加熱，經過適當?shù)臅r間，碳化硅將硅石還原，生成硅和碳氧化合物，生 成的硅以熔液形態(tài)積累在爐內電弧熔池底部，將其導出，即可得到硅。工業(yè)硅的生產就是用 相同的電弧爐以同樣的埋弧加熱方式，利用碳來還原硅石的。也可以在其他加熱方式的爐(容 器)中進行，按適當比例將碳化硅和硅石混合，將混合料置于容器內，加熱到適當?shù)臏囟龋?br> 如1450~2300"€,即可生成硅。
試驗表明，混合物料加熱到110(TC，即開始生成硅；140(TC以上開始較快地生成硅。在 220(TC以內，溫度越高，硅的生成速度越快。采用電弧爐埋弧的方式加熱，可以通過形成熔 池反應腔，較快地生成大量的硅，并且生成的硅不易氧化揮發(fā)，適合工業(yè)上大量生產硅。
在反應料中加入適當?shù)钠渌饘倩蛘呓饘傺趸锘蚝饘僭氐牡V石，可以獲得相應的 硅合金，如，加入適當?shù)姆垆撔?，或鐵礦石，可以獲得硅鐵；加入錳礦石，可以獲得硅錳合 金。由于碳化硅在2000X:以上大量氣化升華，硅石的沸點在2230'C,而硅的沸點在3500'C 以上，因此，利用碳化硅還原硅石，可以采用氣相法，在2000 270(TC左右，使氣態(tài)的碳化 硅和硅石發(fā)生反應，先生成氣態(tài)氧化硅(SiO),再還原成硅。氣態(tài)氧化硅也可以發(fā)生歧化反 應，生成硅和二氧化硅。這樣，生成的硅呈液滴狀從反應氣相中分離出來，使得反應可以高 效率進行下去。
也可以在真空爐中或負壓爐內加熱反應原料，使碳化硅與硅石反應，可以降低生成硅的 反應的最佳溫度，提高反應效率，并可收集和回收利用反應產生的氣體。
本發(fā)明方法使用的碳化硅，最好是使用碳熱還原法獲得的其外觀呈疏松多孔狀的、密度 較低的碳化硅顆?；蛐K，能比較高效率地還原硅石。
通常在碳熱還原法生產硅的方法中，微觀下，碳元素要呈氣態(tài)才能和硅石發(fā)生還原反應。 而碳發(fā)生大量快速氣化的蒸發(fā)點(沸點)非常高，超過3500'C,因此，反應要在高溫下進行。
本發(fā)明的方法，由于碳化硅在1300t:左右就開始氣化(升華)，能較使用單純的碳質還 原劑，降低反應溫度，提髙反應活性，從而提高反應效率和生產效率。
微觀下，碳化硅也是傳統(tǒng)碳熱還原法生產硅的中間產物，本發(fā)明直接采用碳化硅作還原 劑，能降低單位硅的直接還原能耗，有利于能源的有效利用(例如，在低成本能源供應地獲 得碳化硅，轉移到高成本能源地生產硅)。
通常的硅石的碳還原法生產碳化硅，可以比較高效率地利用能源，原料損失也較少，因 此，采用碳化硅還原法生產硅，可以達到較高的能源或原料利用率。
本發(fā)明的方法，作為還原劑的碳化硅，其表觀比重比碳質原料大，顆粒度好，可以呈現(xiàn) 多孔塊狀，透氣性好，可以提供反應混合物料以良好的反應動力學環(huán)境，有利于高效率地生 產硅，特別是生產特殊雜質含量要求的硅。
采用本發(fā)明的碳化硅還原硅石的方法生產硅，參與反應的物質種類少，反應過程相對簡 單，主要包含如下幾個反應-<formula>formula see original document page 5</formula>本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，采用碳化硅做還原劑還原硅石生產硅，可突破硅石碳熱還原法需在電弧加 熱的約*。通過一般加熱方式加熱碳化硅和硅石的混合物料，控制一定的溫度條件，可以使 生成硅的主反應加強，并使操作過程的控制較工業(yè)硅的碳熱還原法簡單容易，可自動化控制，
勞動強度大大下降。具體做法舉例如下
將碳化硅和硅石按還原反應的摩爾比配料混合，置于立式容器中，在下部或底部區(qū)域加 熱使容器下部或靠近底部的混合物料升溫，持續(xù)一定時間，原料發(fā)生反應生成硅，硅呈液態(tài) 積存在容器底部，將硅液導出，容器上部的混合物料落入高溫加熱區(qū)繼續(xù)反應生成硅，從而 使反應持續(xù)進行下去。當然，整體加熱容器內的混合物料，也能原料發(fā)生反應生成硅。
觀察發(fā)現(xiàn)，混合物料加熱至1400 2700X:都可以生成硅，但是，不同的溫度段，反應表 現(xiàn)不同。在1850'C以內，生成硅的速度比1850'C以上慢；在硅石的熔點(1710"左右)以 上，比硅石熔點以下反應快；在硅石的熔點以下，生成的硅呈液體而從固體的混合物料中自 然分離開來；在2100 240(TC，含硅氣體(SiO、 Si02)揮發(fā)損失加重，并且碳化硅易于轉 變成不具有反應活性的阿爾法碳化硅。夢合考慮，可以選擇1400 1670/1710。C作為低溫優(yōu) 選反應溫度區(qū)間，1800~2100*C作為高瀘反應優(yōu)選溫度控制區(qū)間。
采用該方法生產硅時，可以采用石墨、石英、氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、碳化硅等耐髙 溫材質的容器。加熱可以采用易于控制溫度的直接或間接感應加熱的方式，也可采用其他加熱方式。
采用本發(fā)明的方法，可以通過控制碳化硅中的雜質含量，和選用用來還原的相應雜質含 量控制在一定限度范圍內的硅石，來實現(xiàn)控制硅產品的雜質含量的目的，從而高效率地獲得 碳熱還原法難以得到的符合特殊雜質含量要求的硅。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法的另 一個特殊優(yōu)點是，采用硅石適當過量的配比，可使硅石原料中的雜質濃縮于剩余的未反應的 過量硅石中，這樣，獲得的硅其雜質將相對于原料中的雜質降低，有除雜純化作用?？刂品?應溫度在硅石熔點附近，可以增強除雜純化作用。因此，本發(fā)明的方法除了生產普通的硅， 例如，金屬硅，化學用硅，還可以用來生產純化的硅或/和特殊雜質含量要求的硅。
純化的硅或特殊雜質含量要求的硅，包括(但不限于)限制硅中雜質含量不超過一定數(shù) 量的硅，這也是純度較高的硅，其含雜質的總和和單一雜質元素含量分別低于一定的數(shù)量， 例如，含較低的鐵、鋁、鈣雜質含量的化學用硅，和多種雜質元素含量均較低的、可用作半 導體/光-電轉換元件原料的硅。
例如，通過選用特定鐵、鋁或者鈣的含量的碳化硅作還原劑，還原相應雜質含量符合一 定要求的硅石，可以生產鐵、鋁或者鈣的含量符合規(guī)定要求的硅，如化學用硅。類似的，硅 中的雜質元素鉻、鉍、錳、鈦、鉛、銅、第五號元素、第十五號元素等的含量也可以得到控
審!l。
而采用硅石過量20~50%的物料配比，并在1670 1710'C溫度下使物料反應生成硅，獲 得的硅其雜質含量較非過量配比低20~50%。理論上，硅石過量沒有限度，但考慮到生產成 本和操作的可靠性，硅石過量可控制在10~200%，以20~50%左右為宜。
特定雜質含量的碳化硅，可以采用普通碳化硅經過提純除雜獲得，也可用雜質元素控制 在特定范圍內的含碳原料還原含二氧化硅的原料直接制取。
利用碳還原二氧化硅(硅石)制取碳化硅，是目前工業(yè)上廣泛采用的碳化硅生產的成熟 方法。中國專利申請02122377.7給出了其中一個例子。
在工業(yè)制備碳化硅的"硅石的碳還原法"中，反應過程相對簡單，和反應動力學環(huán)境要 求不高，反應條件單一，容易控制，這使得其對碳質原料的要求大大降低了，適合提純后的 無定型碳或碳質粉末作還原劑。因此，可以采用高純的碳質原料，或提純后的碳質粉末或顆 粒，和符合一定雜質含量要求的石英粉(或碎塊)作原料制備雜質元素含量可控的，或者純 度較高的碳化硅。這使得特定雜質含量的碳化硅的大量工業(yè)生產能夠比較容易地實現(xiàn)。
實際上，利用如加熱的簡單方法，可以除去碳中的特定雜質元素，如第十五號元素。例 如，將碳質原料加熱到1000-2000X:,就可以除去大部分第十五號元素雜質。
去除碳中的第五號元素，可以采用氯化提純，將碳質原料加熱，通以氯氣，或氯化氫，
碳中的第五號元素和氯反應生成氣體排出。也可以用m;、溴，或者鹵化物除去第五號元素。
以下反應式可以用來說明第五號元素的去除反應 2 B + 6 HCI === 2 BCI + 3 H20 B203 + 3 CI2 + 3 C ===== 2 BCI3 + 3 CO
試驗表明，采用在高溫下氯氣純化碳質原料，第五號元素可以降低到0.01ppm以下，甚 至0.001ppm以下，能滿足半導體級材料控制要求。
高溫下氯氣純化碳質原料，同樣可以除去第十五號元素、鋁、鈣、鐵、鈦和其他絕大多 數(shù)雜質元素。
也可以采用工業(yè)合成的碳，利用長鏈含碳化合物的分解，獲得純度較高的碳原料。 雜質含量符合一定要求或在一定限度的硅石，可以采用純度較高的硅石。工業(yè)上提純硅 石已經有比較成熟的方法，并有滿足各種雜質含量限度要求的商品硅石出售。作為說明的例 子，可以在高溫下用氯化氫或氯處理硅石，可除去多種雜質；也可以采用SiCI4水解獲得純 度較高的硅石。更簡單的，將硅石或石英砂在常壓或真空中高溫鍛燒，也能除去部分雜質。 在使用硅石還原法制備碳化硅過程中，原料中加少量氯化物或氟化物，如食鹽等，可以進一步除去AI, Fe和其他過渡金屬、重金屬、非金屬等多種雜質。或者，在反應過程中，向 反應料內通入氯、氯化氫氣體，也可以降低各種雜質元素含量，從而獲得雜質元素可控的碳 化硅。
碳化硅的提純除雜方法，中國專利申請200610115158.9提供了一個例子。 本發(fā)明方法中，硅石和碳化硅原料的比例，按照二氧化硅碳化硅摩爾比-1: 2配料。 具體應用時，應適當考慮具體冶煉加熱方式，容器/爐型選擇等導致的物料損失量。通常，冶 煉中的二氧化硅在高溫下容易以氧化硅的形式少量揮發(fā)。
本發(fā)明中在采用電弧爐冶煉還原的方式中，由于爐口相對處于開放的氣體環(huán)境中，用于 產生電弧的石墨電極會出現(xiàn)氧化，同時電弧端的石墨電極也會作為還原劑參與到硅石的還原 反應中，石墨電極中的非碳雜質成份因而可能會加入到硅產品中，從而影響到硅的雜質含量。 通常，依據(jù)石墨電極材料的密度、顆粒度大小、氣孔率等因素的不同，和爐況、物料反應活 性、操作方式等的不同，每噸硅消耗5~20%不等的石墨電極。雖然石墨電極中的部分或大部 分雜質元素可能揮發(fā)，但因此混入到硅產品中的雜質，在生產純度要求較髙的硅時，仍然是 不能忽視的。因此，對生產特定雜質含量要求的硅，所用石墨電極的雜質含量也需要加以控 審廿。
控制石墨電極的雜質含量， 一個簡單有效的方法是降低石墨的總灰份?？梢圆捎霉I(yè)上 普遍采用的氯氣高溫純化石墨的方法，對普通石墨電極或高功率石墨電極進行純化，這樣能 獲得總灰份低于30ppm、 5ppm甚至1ppm的石墨電極。以灰份1ppm的石墨電極計，其中， 除了硅以外的單一雜質元素，大多數(shù)可低于0.1ppm。若以10%的電極消耗計算，產品硅中 最多混入0,01ppm的單一雜質元素。
此外，本發(fā)明方法中，如果在電弧爐內還原硅石，爐體需要由耐高溫、反應活性低的材 料制成，通?？墒褂檬釄遄鳡t體。但使用石墨坩堝時，由于開始的時候，和操作不當時， 坩堝可能發(fā)生少量氧化，使坩堝中的雜質進入產品。因此，需要使用純化后雜質含量低的石 墨坩堝作爐體?？梢杂迷诟邷叵侣葰饧兓姆椒?，純化普通石墨坩堝，獲得本發(fā)明需要的低 雜質含量石墨坩堝。
作為本發(fā)明的典型例子，采用含有特定的第五號元素含量范圍的碳化硅作為還原劑，可 以獲得第五號元素含量受到控制的硅。例如，采用含第五號元素低于10ppm的碳化硅作為還 原劑，還原含第五號元素低于1ppm甚至低于0.1ppm的硅石/砂，可得到含第五號元素低于 10ppm的硅。依據(jù)本發(fā)明方法的三個實際的例子中，獲得的硅，其第五號元素含量分別低于 1ppm、 0.1ppm和0.01ppm。
類似的，作為本發(fā)明的另一個典型例子，采用含有特定第十五號元素含量范圍的碳化硅 作為還原劑，可以獲得第十五號元素含量控制在特定范圍內的硅。例如，采用含第十五號元 素低于50ppm碳化硅作為還原劑，還原含第十五號元素低于1ppm甚至低于0.1ppm的硅石 敞，可得到含第十五號元素低于50ppm的硅。實際上，由于生產過程中第十五號元素的進 一步揮發(fā)，這個例子中，硅中第十五號元素雜質可以降低到10ppm甚至更低。
類似的，依據(jù)本發(fā)明方法的另三個實際的例子中，獲得的硅，其第十五號元素含量分別 低于1ppm、 0.1ppm和0.01 ppm。
類似的，作為本發(fā)明的另一個典型例子，采用含有特定鋁含量范圍的碳化硅作為還原劑， 可以獲得鋁含量受到控制的硅。例如，采用含鋁低于50ppm碳化硅作為還原劑，還原含鋁低 于50ppm甚至低于10ppm的硅石緲，可得到含鋁低于100ppm的硅。實際上，由于生產過 程中鋁的進一步揮發(fā)，這個例子中，硅中鋁雜質可能降低到50ppm甚至更低。
類似的，采用鋁、鐵、鈣控制在特定含量范圍內的碳化硅作為還原劑，可以獲得鋁、鐵、 鈣含量受到控制的硅。例如，采用含鋁、鐵、鈣均低于100ppm碳化硅作為還原劑，還原含 鋁、鐵、鈣低于100ppm的硅石敏，可得到含鋁、鐵、鈣均低于170ppm的硅，可以用作高 品質的化學用硅。依據(jù)本發(fā)明方法的再一個應用典型是，采用含有第十五號元素低于0.05ppm、第五號元 素低于0.05ppm的碳化硅，用來還原第十五號元素和第五號元素含量分別低于0.05ppm的 石英，獲得了含第十五號元素低于0.1ppm，含第五號元素低于0.1ppm的硅。兩個實際的例 子中，獲得的硅， 一個含第十五號元素低于0.01ppm，含第五號元素低于0.01ppm;另一個 含第十五號元素低于0.1ppm,含第五號元素低于0.1ppm。類似的另一個實際例子，原料碳 化硅和硅石中第五號元素、第十五號元素含量分別低于0.5ppm，獲得的硅含第五號元素和第 十五號元素分別低于1.0ppm。
為進一步降低產品中的鋁、過渡金屬、重金屬和一些非金屬(包括第五號元素)雜質元 素，可以在所述的還原反應的原料中，添加少量氯化物或氟化物，如氯化鈉、氟化鈣等，能 促進上述雜質的進一步揮發(fā)。其中，氯化物中，除氯化鈉外，其他的一些例子，包括使用如 下氯化物中的一種或數(shù)種組合CeCI3、 AgCI、 CoCI2、 KCI、 BaCI2、 LiCI、 CuCI2、 RbCI、 Y Cl3。使用數(shù)種組合的一個優(yōu)選的例子，按總需要的氯的摩爾數(shù)，由AgCI、 NaCI、 KCI、 LiCI依此分別提供20W、 35%、 20%、 25%。不同的氯化物組合使用，由于其熔、沸點差異， 有助于在溫度不均勻分布的物料中更好地排除雜質，同時， 一旦有氯化物中的陽離子殘留于 硅產品中形成新的雜質，則每一種雜質數(shù)量較低，容易以其他方法除去，例如鋰，可以把硅 放在真空中加熱到1400~1600°0而除去。
這樣，可以用含鋁、過渡金屬、重金屬和一些非金屬(包括第五號元素)雜質略高的硅 石，獲得這些雜質元素含量較低的硅。
依據(jù)本發(fā)明方法的一個實際的例子中，原料碳化硅和硅石中含鋁分別為50ppm，獲得的 硅，其鋁含量低于10ppm。而更低雜質含量的一個實際例子中，鋁含量達到了0.3ppm。
添加鐵等過渡金屬，有助于本發(fā)明方法的還原反應更好地進行，如，添加少量的鐵，鐵 的氧化物，或鐵的氯化物，都能促進硅石的碳化硅還原反應。
在硅中，鋁，第五號元素、第十五號元素等具有特殊的電學特性，特別是在硅晶體中， 位于晶格中的鋁、第五號元素、第十五號元素可以作為載流子使得硅具有半導體特性。因此， 本方法可以用來生產特定雜質含量的，具有半導體特性的硅，如，可用來生產含第五號元素、 或者第十五號元素、鋁元素含量低的、用作半導體領域的硅，包括，具有光-電轉換效應的硅。
本發(fā)明方法中，以電弧爐埋弧加熱物料的方式中，雖然碳化硅作為主還原劑主導還原反 應，但是，如前所述，電極石墨也會作為還原劑參與反應。顯而易見，如果原料中加入其他 的碳質材料，這些碳質材料也可以作為還原劑參與到反應中。因此，如果加入少部分雜質元 素含量受到控制的碳質材料，作為補充還原劑，并不會嚴重影響到還原反應的順利進行。例 如，可以加入部分總灰份低于約定數(shù)量(如100ppm/10ppm/1ppm)的碳顆粒或碳質碎塊， 或者，或加入經過特定提純方法除去鋁、第五號元素或第十五號元素和/或過渡金屬元素的石 油焦、煤焦或其他碳質材料作補充還原劑。
例如，將碳質原料加熱到1000t:左右，通入氯氣進行純化，可除去碳質原料中的鋁雜質。 同時，碳質原料中的鈦、鐵、銅、錳、錫等金屬和過渡金屬雜質，第五號元素、第十五號元 素等也可以被除去。除去堿金屬和堿土金屬，需要加熱到1400M600'C?？傮w來講，溫度越 高，氯氣純化法去除雜質的能力越強。
通常在硅的碳熱還原法生產工藝中，采用的含碳物質，主要來源于生物體或者生物體衍 生物，都含有大量的第十五號元素和第五號元素(第十五號元素和第五號元素分別是生物體 中的常量元素和必需元素)，其第十五號元素含量在30~500ppm,第五號元素含量在 5~100ppm，這樣，即使采用的硅石不含第十五號元素或者第五號元素，用這些含碳物質還 原生產的硅，也含有10~500ppm的第十五號元素，和5"00ppm第五號元素，甚至更高。
含量超過5~10ppm的第十五號元素和第五號元素，使得硅材料的光-電學特性惡化，例 如嚴重的光致衰減，載流子遷移率減小，其光-電效應中短路電流下降等，是無法用于半導體 /光-電轉換領域的。硅中含量較高的第十五號元素和第五號元素是極難去除的，特別是第五號元素，目前的 多種方法，除化學法提純之外，都難以去除。這使得從碳熱還原法生產的硅中獲得能用于半 導體/光-電轉換領域的硅原料幾乎成為工業(yè)上不可能。
而化學法提純硅，存在技術復雜，成本高，設備投資大，污染大，生產工藝存在高危高 毒高爆等不安全因素。
本發(fā)明提出的方法，由于可以使用碳化硅作還原劑還原硅石，而含第五號元素、第十五 號元素量較低的碳化硅易于生產，這樣可以利用含第五號元素、第十五號元素量較低的碳化 硅直接生產具有低的第十五號元素和第五號元素含量的硅，開創(chuàng)了生產半導體或光-電轉換用 硅原料的新方法。
此外，本發(fā)明方法由于可以采用電阻加熱、感應加熱等非電弧加熱下使物料反應獲得硅， 可以避免電弧法使原料中的大部分雜質留存在電弧腔內而污染產品，并且易于使原料中的雜 質在反應過程中揮發(fā)掉，具有自然的除雜優(yōu)點。
即使獲得的硅其第十五號元素含量降低不足以直接用作半導體/光-電轉換效應用硅,也可 以通過進一步除去硅中第十五號元素的辦法，使其適合于用作半導體/光-電轉換領域用硅。這
樣，從較低的第十五號元素含量水平(例如，10ppm)，進一步除去第十五號元素所需要的代 價遠較從比較高的第十五號元素含量水平(例如，100甚至300ppm)低得多。
從以上方法獲得的硅中進一步除去第十五號元素，除了定方向凝固方法、通氣精煉方法 外，還可以采用真空法除去第十五號元素。例如，將通過上述方法獲得的適量的含第十五號 元素10ppm的硅，在真空爐中熔化，維持真空度〈Z-0.01Pa卜3小時，可使第十五號元素含 量降低到0.1ppm。進一步地，也可將這些方法結合起來使用。這使得利用本發(fā)明方法可以比 較容易地生產諸如半導體/光-電轉換(將光能轉換為電能)用硅原料。
因此，本發(fā)明實現(xiàn)了較簡單和低成本的生產上述半導體/或者光-電轉換用硅原料的工業(yè)新 方法。
具體方法是，使用含第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于 10ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的碳化硅，與適量第十五號元素、第五號元素含量分 別低于0.1ppm、鋁含量低于30ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的硅石(石英)砂混合， 加入適量氯化鈉(也可以不加)，于礦熱爐中以埋弧方式加熱，獲得的熔融態(tài)的硅，再經過氣 體精煉、沿一定方向緩慢凝固形成硅錠，切除雜質含量高的后凝固部分，再經1600r左右真 空加熱處理、沿一定方向緩慢凝固，切去雜質含量髙的后凝固部分，重復以上氣體精煉或真 空處理或凝固過程一次或數(shù)次(一~七次)，其中，氣體精煉分別采用含氯氣體、氧氣、氮氣 (空氣)和氬氣、水蒸汽中的一種或多種進行精煉，最終可以獲得含第五號元素低于0.1ppm、 第十五號元素低于0.02ppm、鋁低于0.02ppm，總金屬低于0.1ppm,單一重金屬元素低于 10ppb，氧碳含量符合者光-電轉換用硅原料要求，其他非金屬雜質含量低于0.1ppm的硅。 依據(jù)原料中雜質含量的不同，和生成硅的還原反應具體操作條件的差異，獲得硅，可以只需 要經過"氣體精煉"，"真空加熱"，"沿一定方向緩慢凝固"三種處理的一種或多種處理，就 可以達到光-電轉換用硅原料的標準。
在本發(fā)明的硅石還原生產硅的方法中，除了主還原劑外，其他碳質還原劑的加入，會隨 著比例的增加而增加產品硅的雜質含量控制難度，同時，高度純化的碳作為還原劑，導致反 應的活性降低，還原反應的動力學環(huán)境(化學反應發(fā)生的微觀動力學環(huán)境)惡化，不利于硅 還原反應的順利進行。但是，少量加入碳質還原劑，并不會嚴重影響到產品純度的控制或反 應的順利進行。實際的例子中，分別加入占所需要的還原劑總量(摩爾數(shù))的10%、 20%、 30%、 40%、 50%、甚至60%的碳質原料，均可以獲得硅產品。
本發(fā)明也開拓了碳化硅的工業(yè)應用領域。
實施方式實施例1、電弧爐加熱方式生產金屬硅
采用粉末、顆?；蚨嗫姿閴K狀的普通碳化硅作還原劑，和普通硅石(石英)按摩爾比2: 1混合，置于電弧爐中以埋弧的方式加熱，可以獲得金屬硅，不考慮反應中的損失，每2摩
爾碳化硅，可獲得的硅為3摩爾。 實施例2、硅鐵(合金)
采用粉末、顆?；蚨嗫姿閴K狀的普通碳化硅作還原劑，和適量硅石、鐵屑混合，置于電 弧爐加熱，可以獲得硅鐵。用鐵礦石代替鐵屑，也可以獲得硅鐵。原料中加入含錳礦石，可 以獲得硅錳合金。
實施例3、硅單質
將碳化硅細顆粒和硅石碎塊按摩爾比2: 1混合，置于底端封閉的豎立石墨管中，從底部
加熱石墨管中的混合物料，使其溫度升到1450X:以上，在石墨管的底部獲得硅單質。 實施例4、含鋁限定的硅
選擇鋁含量低于10ppm的碳化硅，與適量鋁含量低于30ppm硅石混合，在礦熱電弧爐 中加熱起還原反應，生成鋁含量低于31ppm的硅。 實施例5、含第五號元素限定的硅
選擇第五號元素含量低于10ppm的碳化硅，與適量第五號元素含量低于5ppm硅石(石 英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第五號元素含量低于13ppm的硅。 實施例6、含第五號元素限定的硅
選擇第五號元素含量低于0.2ppm的碳化硅，與適量第五號元素含量低于0.1ppm硅石 (石英)混合，在礦熱電弧爐中加熱起還原反應，生成第五號元素含量低于0.3ppm的硅。 實施例7、含第五號元素限定的硅
選擇第五號元素含量低于0.1ppm的碳化硅，與適量第五號元素含量低于0.1ppm硅石 (石英)混合，在礦熱電弧爐中加熱起還原反應，生成第五號元素含量低于0.2ppm(0.17ppm)的硅。
實施例8、含第五號元素限定的硅
選擇第五號元素含量O0.05ppm的碳化硅，與適量第五號元素含量O0.05ppm硅石(石 英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第五號元素含量O0.08ppm的硅。 實施例9、含第十五號元素限定的硅
選擇第十五號元素含量低于50ppm的碳化硅,與適量第十五號元素含量低于1ppm硅石 (石英)混合，在礦熱電弧爐中加熱起還原反應，生成第十五號元素含量低于50ppm(48ppm)的硅。
實施例10、含第十五號元素限定的硅
選擇第十五號元素含量低于100ppm的碳化硅，與適量第十五號元素含量低于10ppm硅 石(石英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第十五號元素含量低于102ppm的硅。 實施例11、含第十五號元素限定的硅
選擇第十五號元素含量低于0.1ppm的碳化硅,與適量第十五號元素含量低于0.1ppm硅 石(石英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第十五號元素含量低于0.17ppm的硅。 實施例12、含第十五號元素、第五號元素限定的硅
選擇第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm的碳化硅，與適量第十五號元素、 第五號元素含量分別低于0.1ppm硅石(石英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第 十五號元素、第五號元素含量分別低于0.17ppm的硅。
實施例13、含第十五號元素、第五號元素限定的硅
選擇第十五號元素、第五號元素含量分別O0.01ppm的碳化硅，與適量第十五號元素、 第五號元素含量分別O0.01ppm硅石(石英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第十 五號元素、第五號元素含量分別低于0.017ppm的硅。實施例14、含第十五號元素、第五號元素限定的硅
選擇第十五號元素含量々-1ppm、第五號元素含量々-0.1ppm的碳化硅，與適量第十五 號元素、第五號元素含量分別O0.1ppm硅石(石英)混合，在礦熱爐中加熱起還原反應， 生成第十五號元素含量〈/-1.0ppm、第五號元素含量O0.17ppm的硅。
實施例15、含第十五號元素、第五號元素、鋁限定的硅
選擇第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于10ppm的碳化硅， 與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于50ppm的硅石(石英) 混合，在礦熱爐中加熱起還原反應，生成第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.08ppm、 鋁含量低于45ppm的硅。
實施例16、含第十五號元素、第五號元素、鋁限定的硅
將第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于5ppm的碳粉，和第十 五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于30ppm的硅石(石英)細顆粒， 按摩爾數(shù)碳石英=3: 1混合，置于電阻爐加熱到1400 220(TC保溫適當時間，可獲得第十 五號元素、第五號元素含量分別低于0.24ppm、鋁含量低于49.5ppm的碳化硅；將該碳化硅 與適量的第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于30ppm的硅石(石 英)混合,在礦熱爐中加熱起還原反應,生成第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.3ppm 、 鋁含量低于69ppm的硅。
實施例17、含第十五號元素、第五號元素、鋁限定的硅
將第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.02ppm、鋁含量低于3ppm的碳粉，和第 十五號元素、第五號元素含量分別低于0.02ppm、鋁含量低于15ppm的硅石(石英)細顆 粒，按摩爾數(shù)碳石英-3: 1混合，置于采用高純石墨或碳粉作發(fā)熱電阻芯的電阻爐加熱到 1400 220CTC并保溫適當時間(2~100小時，視原料量而定)，可獲得第十五號元素、第五號 元素含量分別低于0.05ppm、鋁含量低于25ppm的碳化硅；將該碳化硅與適量的第十五號 元素、第五號元素含量分別低于0.02ppm、鋁含量低于15ppm的硅石(石英)混合，在礦 熱爐中加熱起還原反應，生成第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.06ppm、鋁含量低 于35ppm (由于處理過程中多環(huán)節(jié)的損失，鋁通?？梢赃_到0.1 5ppm)的硅。
實施例3~17中獲得的硅材料，可以直接用于半導體或光-電轉換領域，或者再經適當提 純后，用于半導體或光-電轉換領域。
實施例18、含第十五號元素、第五號元素、鋁限定的硅
選擇第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于10ppm的碳化硅， 與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于50ppm的硅石(石英) 混合，在礦熱爐中采用電弧加熱使混合料起還原反應，生成第十五號元素、第五號元素含量 分別低于0.08ppm、鋁含量低于45ppm的硅。將獲得硅進一步精煉，例如，通入氧氣或/和 氯氣精煉，或者氬氣精煉，可進一步降低鋁含量到1H0ppm。而由于鋁的較低的固液界面濃 度比例，進一步用向一定方向緩慢凝固的方法，可以使硅中的鋁沿凝固方向濃集成較高濃度， 切除高鋁濃度的后凝固一端，可獲得鋁含量在0.01~0.05ppm的硅。在通氣精煉和向一定方 向緩慢凝固中，第十五號元素也得到進一步降低。這樣，最終可獲得第五號元素低于0.1ppm、 第十五號元素低于0.07ppm、鋁</-0.05的硅，它具有P型載流子導電的半導體硅材料的特 征，可用于制造半導體或者光-電轉換硅元件。
采用與以上實施例類似的方式，可以生產特定雜質含量在一定范圍內幾乎任意可控的硅。 例如，生產第五號元素含量在5 0.001ppm之間，或者0.2~0.005ppm的硅;或者生產第十五 號元素含量在1 0.001ppm之間，或者0.2~0.005ppm的硅，或者第十五號元素、第五號元 素含量均可控制在0.2~0.005& 01范圍內的硅，或者其他雜質元素含量可控的硅，等等，不 復贅述。
除采用礦熱爐外，上述各實施例中，均可以采用電阻爐加熱原料使硅石得到還原，或者采用感應加熱爐加熱原料使反應。也可以采用在密閉容器中加熱形成氣相反應條件，使硅石
還原成硅。而采用如實施例3的豎式容器區(qū)域(底部)加熱的方法，比較使用礦熱電弧爐的 方法，可以減少電極和操作過程(如搗爐、出爐)帶來的污染，特別適合于雜質要求低的硅 的生產。
實施例19、使用密閉爐或真空爐生產第十五號元素、第五號元素、鋁含量限定的硅 選擇第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于10ppm的碳化硅料， 與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于50ppm的硅石(石英) 砂混合，在真空爐中采用感應加熱方式使混合料起還原反應，可生成第十五號元素、第五號 元素含量分別低于0.08ppm、鋁含量低于40ppm的硅。反應物料置于密閉爐內，或真空爐 內，先用真空泵系統(tǒng)抽真空，排除爐內部分或大部分氧氣，然后或充以氮氣，氬氣等非活性 氣體，或保持一定的負壓真空度，加熱物料進行還原反應。在還原反應的過程中，維持真空 泵的工作，使爐內維持一定的壓力(0.1Pa 1個大氣壓之間)，反應中生成的一氧化碳被真空 泵排出爐外。采用負壓或真空爐生產硅，可以提高物料的反應活性，降低生成的硅的雜質元 素含量，例如，可降低堿金屬、堿土金屬、鋁和其他易揮發(fā)元素的含量。同時，反應的產物 之一一氧化碳可以被收集起來加以利用。
實施例20、使用添加劑生產進一步降低的雜質元素含量的硅
在硅的碳化硅還原法工藝的配料中，添加少量氯化物、氟化物等添加劑，如氯化鈉、氟 化鈣，能夠進一步除去硅石中含有的鋁，鐵，鈦，鉻，銅，鈷，鎳，錳等雜質元素。添加的 氯化鈉的量，以超過雜質元素總摩爾含量為宜，通?？筛鶕?jù)雜質元素預期反應生成物消耗的 氯的量確定，如，1摩爾鋁需要消耗3摩爾氯，因此需要最少添加3摩爾氯化鈉來除去鋁。 通常，考慮到反應中揮發(fā)的部分和硅消耗的部分，需要添加的氯化物的量要多一些。
一個具體的例子中，選擇第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于 10ppm的碳化硅料，與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于 30ppm的硅石(石英)砂混合，加入適量氯化鈉，于礦熱爐中以，埋弧方式加熱，獲得的硅， 其第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.08ppm、鋁含量低于0.5ppm。
實施例21、使用添加劑促進硅石的還原反應
研究發(fā)現(xiàn)，在硅的碳化硅還原法工藝的配料中，添加少量鐵，或鐵的氧化物，氯化物， 或其他形態(tài)的鐵元素，或其他過渡金屬元素化合物，如含鐵化合物、含鈷化合物、鎳化合物， 和一些堿金屬、堿土金屬化合物，如鉀化合物、鈣化合物、鈉化合物可促進雜質元素含量較 少的碳化硅還原硅石的反應，使反應活性增加。
一個具體的例子中，選擇第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于 10ppm的碳化硅料，與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于 10ppm的硅石(石英)砂混合，加入鐵屑，使原料含鐵1000ppm，于礦熱爐中以埋弧方式 加熱，獲得的硅，其第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.08ppm、鋁含量低于20ppm。 在上述配料中，如果再加入適量氯化鈉、氯化銀、氯化鋰或者氯化鉀，獲得的硅，含鋁、鐵 均低于1ppm。
實施例22、使用含第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于10ppm、 其他單一雜質元素低于30ppm的碳化硅，與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于 0.1ppm、鋁含量低于30ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的硅石(石英)砂混合，加入 適量氯化鈉(也可以不加)，于礦熱爐中以埋弧方式加熱，獲得的硅，在熔融狀態(tài)下，依此通 入含氯氣體、氧氣、氮氣、含水蒸汽的氮氣或氬氣、氬氣處理各2~10小時，然后使熔融的 硅沿從底部向上部(或者相反)的方向緩慢凝固，切除后凝固部分和含渣的一端部分，將獲 得的硅在真空中加熱熔化，1450 1650t:保溫處理2~50小時，再使熔融的硅沿從底部向上 部(或者相反)的方向緩慢凝固，切去后凝固部分，和含氧高的先凝固部分，即可獲得第十 五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于0.05ppm，其他雜質含量低于0.1ppm的、滿足光-電轉換要求的原料用硅。氣體精煉環(huán)節(jié)中，氧氣可以代替氯氣、水蒸汽，
氮氣和氬氣可以彼此替代。
實施例23、獲得半導體材料用硅原料
使用含第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于10ppm、其他單 一雜質元素低于30ppm的碳，和適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁 含量低于30ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的硅石(石英)砂混合，加入適量氯化鈉， 加熱使硅石還原為碳化硅，獲得的碳化硅，再與適量第十五號元素、第五號元素含量分別低 于0.1ppm、鋁含量低于30ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的硅石(石英)砂混合，加 入適量氯化鈉，于礦熱爐中以埋弧方式加熱，獲得的硅，在熔融狀態(tài)下，依次通入含氯氣體、 氧氣、氮氣、含水蒸汽的氬氣、氬氣處理各1HO小時，然后使熔融的硅沿從底部向上部(或 者相反)的方向緩慢凝固，切去后凝固部分和含渣的一端部分，將獲得的硅在真空中加熱熔 化，1450H650'C保溫處理1~50小時，再使熔融的硅沿從底部向上部(或者相反)的方向 緩慢凝固，切去后凝固部分，和含氧高的先凝固部分，再經過1到數(shù)次(例如3 7次)的重 熔后沿一定方向的緩慢凝固處理，每次切除最后凝固部分和含氧量高的最先凝固部分，最終 即可獲得第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.02ppm、鋁含量低于0.01ppm，碳含量 低于1 ppm,其他非氧氮雜質含量低于0.01ppm的、滿足光-電轉換和半導體材料要求的原 料用硅。
將獲得的硅制成條棒狀，從一端開始加熱硅條棒，形成小段熔化區(qū)域，并將加熱區(qū)向另 一端推移，使熔化區(qū)域向另一端緩慢移動直到端頭，如此反復處理兩次或兩次以上，稱區(qū)域 法熔煉，也可以起到同硅熔體沿一定方向緩慢凝固類似的除雜效果，但非氧雜質可以更多地 集中到后凝固的部分中，氧雜質更多地集中到最開始熔化和凝固的一端中，除雜效率更高。
上述氣體精煉、真空熔煉處理的時間越長，可以除去的雜質越多；而將熔融硅沿一定方 向緩慢凝固處理和區(qū)域法熔煉處理，凝固或熔煉的次數(shù)越多，可以除去的雜質越多，獲得的 硅的純度越高?？梢砸罁?jù)硅中含有的雜質的多少，或要求達到的純度高低，來確定氣體精煉、 真空熔煉處理時間的長短，和沿一定方向的凝固或區(qū)域法熔煉的次數(shù)。
實施例24、獲得半導體材料用硅原料
使用含第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.1ppm、鋁含量低于10ppm、其他單 一雜質元素低于30ppm的碳，和適量第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.10ppm、 鋁含量低于30ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的硅石(石英)砂混合，并加入適量氯 化鈉，加熱使硅石還原為碳化硅，獲得的碳化硅，再與適量第十五號元素、第五號元素含量 分別低于0.15ppm、鋁含量低于35ppm、其他單一雜質元素低于30ppm的、過量30%的硅 石(石英)砂混合，加入適量氯化鈉，置于中頻爐內的高純石墨坩堝中，加熱，獲得的硅， 在熔融狀態(tài)下，依此通入含氯氣體、氧氣、氮氣、含水蒸汽的氬氣、氬氣處理各1~10小時， 然后使熔融的硅沿從底部向上部(或者相反)的方向緩慢凝固，切去后凝固部分和含渣的一 端部分，將獲得的硅在真空中加熱熔化，145(M650"C保溫處理1~50小時，再使熔融的硅 沿從底部向上部(或者相反)的方向緩慢凝固，切去后凝固部分，和含氧高的先凝固部分， 再經過1~9次的重熔后沿一定方向的緩慢凝固處理，每次切除最后凝固部分和含氧量高的最 先凝固部分，最終即可獲得第十五號元素、第五號元素含量分別低于0.02ppm、鋁含量低于 0.01ppm,碳含量低于1ppm，其他非氧氮雜質含量低于0.01ppm的、滿足光-電轉換和半導 體材料要求的原料用硅。
權利要求
1、一種硅或硅合金的生產方法，其特征是，采用碳化硅作還原劑，在高溫下還原硅石(二氧化硅)，或硅石和含合金元素的礦石混合料，生成硅或硅合金。
2、 根據(jù)權利要求1所述的硅的生產方法，其特征是，采用雜質元素含量限定在一定范圍內的 碳化硅和硅石原料，生產雜質元素含量限制在一定范圍內的硅。
3、 根據(jù)權利要求2所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，雜質元素含量限定的碳化硅， 由雜質含量限定的碳和石英砂在高溫下反應的方法制取。
4、 根據(jù)權利要求3所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，雜質元素含量限定的碳化硅， 由雜質含量限定的碳和石英砂，和少量取自下列的一種或數(shù)種鹵化物CeC13、 AgCl、 CoC12、 KC1、 BaC12、 LiCl、 CuC12、 NaCl、 RbCl、 YC13、 NaF、 CaF2，在髙溫下反應的方法制取。
5、 根據(jù)權利要求2所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，雜質元素含量限定的碳化硅， 由碳化硅經化學提純的方法制取。
6、 根據(jù)權利要求2所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，碳化硅和硅石原料含第五號 元素在0.01~0.5ppm,生產含第五號元素含量在0.02ppm lppm的硅。
7、 根據(jù)權利要求2所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，碳化硅和硅石原料含第十五 號元素在O.Olppm ~0.5ppm,生產含第十五號元素在0.02ppm l卯m的硅。
8、 根據(jù)權利要求2所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，碳化硅和硅石原料含第十五 號元素低于lppm，含第五號元素低于lppm，含鋁低于20ppm,生產含第十五號元素、第五 號元素均低于2ppm、鋁低于30ppm的硅。
9、 根據(jù)權利要求8所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，原料中添加任取自以下元素 單質或其化合物中的一種或數(shù)種鐵、鈷、鎳、含鐵化合物、含鈷化合物、鎳化合物、鉀化 合物、鈣化合物、鈉化合物，用作硅生成反應促進劑。
10、 根據(jù)權利要求8所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其中，碳化硅和硅石原料含第十 五號元素低于lppm，含第五號元素低于lppm，含鋁低于30ppm，并添加適量氯化物或氟化 物，生產含第十五號元素、第五號元素均低于0.2ppm、鋁低于5ppm的硅。
11、 根據(jù)權利要求10所述的雜質含量限定的硅的生產方法，其特征是，所述的氯化物取自以 下氯化物中的一種或數(shù)種CeC13、 AgCl、 CoC12、 KC1、 BaC12、 LiCl、 CuC12、 RbCl、 YC13, 優(yōu)選AgCl、 NaCl、 KC1、 LiCl中的一種或數(shù)種。
12、 根據(jù)權利要求l-ll所述的硅或硅合金的生產方法，其特征是，將碳化硅和硅石或硅石和 含合金元素的礦石混合后的物料，置于礦熱爐內，采用電弧埋弧加熱的方式，使混合物料反 應生成硅。
13、 根據(jù)權利要求1~11所述的硅或硅合金的生產方法，其特征是，將碳化硅和硅石或硅石和 含合金元素的礦石混合后的物料，置于豎式爐內，加熱混合物料使反應生成硅。
14、 根據(jù)權利要求1~11所述的硅或硅合金的生產方法，其特征是，將碳化硅和硅石或硅石和 含合金元素的礦石混合后的物料，置于真空或負壓環(huán)境內加熱混合物料使反應生成硅。
15、 根據(jù)權利要求1~11所述的制造硅的方法，其特征是，將物料加熱到1400~2700t:,優(yōu)選 140(K171(TC和1800 2100'C兩個溫度區(qū)間。
16、 生產光-電轉換用或半導體用硅原料的方法，其特征是包含以下處理步驟和過程1. 采用碳化硅還原硅石的方法，獲得第五號元素、第十五號元素含量均低于lppm或 0.2ppm或0.02ppm,鋁含量低于50ppm或5ppm或0.3ppm，其他單一非氧碳雜質元素含量低 于1000ppm的硅；2. 將步驟l獲得的硅，經過任意取自以下四種處理中的一種或數(shù)種處理，分別處理一到數(shù)次氣體精煉、真空熔融處理、將熔融的硅按一定方向緩慢凝固后切除后凝固的部分、區(qū)域法熔煉后切除兩端雜質含量髙的部分；這樣，可以獲得第五號元素、第十五號元素含量分別低于lppm或0.2ppm或0.02ppm,氧 碳和其他雜質含量滿足半導體或光-電轉換領域用硅原料要求的硅。
17、根據(jù)權利要求1 11、 16所述的生產硅或硅合金的方法，其特征是，采用碳化硅還原硅石 獲得硅的步驟中，硅石過量10~200%。
全文摘要
本發(fā)明涉及將硅石還原獲得硅的工業(yè)生產方法。利用雜質含量受到控制的含碳質素的還原劑在高溫下還原雜質含量受到控制的硅石，可以生產出雜質如鐵、鋁、鈣、錳等符合一定要求的不同用途的硅原料，包括硅鐵，金屬硅，化學用硅等。
文檔編號C01B33/023GK101555011SQ20081009144
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月12日 優(yōu)先權日2008年4月12日
發(fā)明者(請求不公開姓名) 申請人:于旭宏