CN100423828C - 硅粉表面刻蚀装置 - Google Patents

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Abstract

硅粉表面刻蚀装置，属于等离子体应用，目的在于缩短反应时间，减化结构，提高砖粉纯化效率。本发明反应室上连接投料罐、出料罐和刻蚀气体输送***，反应室内平行装有板式阳极和阴极，阴极与水冷装置连接，水冷装置通过密封波纹管与反应室底部活动连接，水冷装置底端通过振动转换杆连接振动源；振动源位于底架上，底架与反应室底部固定连接并安装于倾角调整支架上。本发明倾斜式的振动阴极使粉粒总处于阴极表面附近缓慢下滑，振动使粉粒均布于阴极，打散硅粉团块，该处离子能量最高刻蚀速率也高，下滑时间高达5至10分钟，因此可一次处理满足刻蚀要求；由于只采用氩气进行物理刻蚀，非常有利于环保和操作人员健康。

Description

硅粉表面刻蚀装置
技术领域
本发明属于等离子体应用，特别涉及一种硅粉表面刻蚀装置，适用于硅粉粒的纯化以用于太阳能电池和各种粉粒表面的改性。
背景技术
半导体器件和集成电路所应用的半导体硅纯度为9个9至11个9，纯度极高，成本极贵，它的提纯和拉制方法不适合于用来制造太阳级硅(其纯度为99.99％至99.99999)。上世纪七零年代以来，美、欧因石油危机而大力开展了太阳级硅的纯化方法研究。开发出了数十种不同的技术，如湿法冶金、电淀积法等纯化技术，至今为止，还在不停开发，但所有这些方法不是费用昂贵就是提纯不理想。近5年来，由于石油大涨价且对环境保护的要求越来越高，太阳级硅的研究形成了新的高潮，不断有新的方法推出，这些方法仍不能满足太阳级硅的成本要求。另一方面微粉的应用日趋广泛，对微粉表面形貌、清洁度等要求不断提出，通过表面刻蚀改性是微粉应用的重要要求，其中对硅粉体的纯化效应一直是关注的热点。公开号CN1669630、名称为“粉粒在冷等离子体中的纯化”的发明专利申请公开了一种等离子体纯化装置，包括立式放电反应室、装料罐、振动投料筛、反应气体输送***、抽气机组、粉料收集箱、粉料回送***及供电电源等部分，其中电极表面竖直放置，粉粒沉降方向与电极平行，因而反应时间短，需设有粉料回送***，实现多次反复纯化。
发明内容
本发明提供一种硅粉表面刻蚀装置，目的在于缩短粉粒反应时间，减化装置结构，提高硅粉纯化效率，以满足粉体表面改性的要求。
本发明的一种硅粉表面刻蚀装置，反应室上连接投料罐、出料罐和刻蚀气体输送***，反应室内平行装有板式阳极和阴极，板式阳极和阴极与放电电源电气连接；其特征在于：(1)所述阴极与水冷装置连接，水冷装置穿过反应室底部并通过密封波纹管与反应室底部活动连接，水冷装置底端通过振动转换杆连接振动源；(2)所述振动源位于底架上，底架与反应室底部固定连接；(3)所述底架安装于倾角调整支架上。
所述的硅粉表面刻蚀装置，其特征在于：所述刻蚀气体输送***为反应室上设有的氩气输入口和氩气排出口。
所述的硅粉表面刻蚀装置，其特征在于：所述投料罐与反应室连通管道部位装有投料速度控制阀和加料密封阀；所述出料罐与反应室连通管道部位装有出料密封阀。
工作时，将粉体通过投料罐置于阴极表面，该处离子能量最大，因此刻蚀速率最高。阴极振动使粉体弹跳后在阴极表面做抛物线运动，每次跳过一个小距离后又重新弹跳，每次弹跳后迎碰离子的面作随机改变而使表面刻蚀均匀；同时，阴极的振动可使粉料团离散，粉粒均匀分布于阴极面上。刻蚀气Ar顺阴极由下而上吹拂可减小粉粒每次弹跳的距离延长粉粒一次下滑的时间，改变气体流量及抽速可改变每次处理的时间；采用惰性气体作物理刻蚀有利于环境保护且处理后的粉粒不需要再作清洗等处理。改变阴极倾斜角度、振动源的频率及振幅和上述刻蚀气体的吹拂速率可满足粉粒在反应室内只经一次下滑即满足刻蚀要求。
本发明采用倾斜式的振动阴极，使粉粒总处于阴极表面附近缓慢下滑，振动可使粉粒均布于阴极，打散硅粉团块；该处离子能量最高刻蚀速率也高；由于下滑时间可高达5至10分钟，因此可一次处理满足刻蚀要求；由于只采用氩气进行物理刻蚀，非常有利于环保和操作人员健康。粉体一次经过反应室可刻蚀掉近1μm厚的表面，硅粉纯度可由99％提高到99.99％。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为粉粒运动原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：投料罐1，投料速度控制阀2，加料密封阀3，阳极4，水冷阴极5，氩气输入口6，出料密封阀7，出料罐8，密封波纹管9，振动转换杆10，振动源11，倾角调整支架12，氩气排出口(至抽气机)13。
图2为粉粒运动原理图，图中，X为水平座标，Y为垂直座标，α为电极倾角，Vg为氩气流速，Vo为粉粒弹出速度，波浪线为粉粒的运动轨迹。
刻蚀装置的阴极长60cm，宽为12cm，阳极长为56cm，宽为11cm，电极间距为1.5cm。用此设备对工业硅(纯度为99％)进行小规模刻蚀提纯。有关工艺参数如下：硅粉晶粒尺寸为100μm，投粉速度为5g/min；真空度为2Pa，氩气流量20sccm/min，放电电压源电压为2500V，功率为2KW，电极倾角为30°，振动源的频率为100Hz。通过倾角调整支架12调整电极倾角、氩气流量及真空抽速，使粉粒在电极长度60cm范围内的下滑时间长达4～5min，通进电极冷却水，启动放电电源使放电电压及电流满足要求后开始投料。该工艺每小时约可将300g硅粉的纯度由99％提高到99.99％。
如果将上述所得产品重新熔化、固化使其晶粒尺寸为100μm左右再粉碎成100μm左右的硅粉重新纯化，则其纯度可达99.999％。此时硅粉的投放速度可提高10倍，下滑时间则只需0.5分钟就足够。

Claims (3)

1. 一种硅粉表面刻蚀装置，反应室上连接投料罐、出料罐和刻蚀气体输送***，反应室内平行装有板式阳极和阴极，板式阳极和阴极与放电电源电气连接；其特征在于：(1)所述阴极与水冷装置连接，水冷装置穿过反应室底部并通过密封波纹管与反应室底部活动连接，水冷装置底端通过振动转换杆连接振动源；(2)所述振动源位于底架上，底架与反应室底部固定连接；(3)所述底架安装于倾角调整支架上。
2. 如权利要求1所述的硅粉表面刻蚀装置，其特征在于：所述刻蚀气体输送***为反应室上设有的氩气输入口和氩气排出口。
3. 如权利要求1或2所述的硅粉表面刻蚀装置，其特征在于：所述投料罐与反应室连通管道部位装有投料速度控制阀和加料密封阀；所述出料罐与反应室连通管道部位装有出料密封阀。
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