DE102011112662A1 - Process for treating metallurgical silicon - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Partikeln aus metallurgischem Silizium mit folgenden Schritten: Schmelzen von metallurgischem Silizium oder Silizium mit gezielten Beimengungen, wie beispielsweise mit einem Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 2 Gew.-%; Einleiten des geschmolzenen Siliziums in eine Prozesskammer, wobei das geschmolzene Silizium beim Einleiten in die Prozesskammer über eine Gasströmung zerstäubt wird, und anschließend zum Boden der Prozesskammer oder eines daran befestigten Auffangbehälters fällt, wobei die Prozessbedingungen in der Prozesskammer, insbesondere die Gasströmung zum Zerstäuben des Siliziums oder der Legierung, so eingestellt werden, dass sich das zerstäubte Silizium während des freien Falls wenigstens teilweise verfestigt und im Wesentlichen sphärische Siliziumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm entstehen.Method for producing particles from metallurgical silicon with the following steps: melting metallurgical silicon or silicon with specific additions, for example with a copper content between 0.01 and 2% by weight; Introducing the molten silicon into a process chamber, the molten silicon being atomized by a gas flow when it is introduced into the process chamber, and then falling to the bottom of the process chamber or a collecting container attached to it, the process conditions in the process chamber, in particular the gas flow for atomizing the silicon or the alloy, can be set such that the atomized silicon at least partially solidifies during free fall and essentially spherical silicon particles with an average particle size of 20 μm to 425 μm are formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von metallurgischem Silizium.The present invention relates to a method of treating metallurgical silicon.

Silizium ist ein weit verbreiteter Werkstoff in unterschiedlichen Technologien, wie beispielsweise der Halbleitertechnik oder der Photovoltaik. Während in der Halbleitertechnik hochreine Siliziumeinkristalle zum Einsatz kommen, wird in der Photovoltaik überwiegend hochreines polykristallines Silizium eingesetzt.Silicon is a widely used material in various technologies, such as semiconductor technology or photovoltaics. While high-purity silicon monocrystals are used in semiconductor technology, in photovoltaics predominantly high-purity polycrystalline silicon is used.

Silizium, sowohl für die Halbleitertechnik als auch die Photovoltaik, wird in der Regel über das sogenannte Siemensverfahren auf einen Reinheitsgrad von ungefähr 99,9999% (6N) oder höher gebracht. Jedoch muss das Silizium schon für die Verwendung im Siemensverfahren aufbereitet sein, um hier eingesetzt werden zu können.Silicon, both for semiconductor technology and for photovoltaics, is usually brought to a purity level of about 99.9999% (6N) or higher via the so-called Siemens process. However, the silicon must already be prepared for use in the Siemens process in order to be used here.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbereiten von metallurgischem Silizium vorzusehen, sowie spezielle Siliziumpartikel, die für eine Weiterbehandlung, insbesondere für eine Trichlorsilansynthese geeignet sind. Dabei beschreibt der Begriff metallurgisches Silizium ein Material mit einem Siliziumanteil von wenigstens ungefähr 98% bis ungefähr 99%.The present invention is therefore based on the object to provide a method for processing of metallurgical silicon, as well as special silicon particles, which are suitable for further treatment, in particular for a Trichlorsilansynthese. The term metallurgical silicon describes a material having a silicon content of at least about 98% to about 99%.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, sowie Partikel aus metallurgischem Silizium nach Anspruch 24 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method according to claim 1 or 2, and particles of metallurgical silicon according to claim 24. Further embodiments of the invention will become apparent from the respective dependent claims.

Ein erstes Verfahren zum Behandeln von metallurgischem Silizium weist insbesondere die folgenden Schritte auf: Schmelzen des metallurgischen Siliziums oder Silizium mit gezielten Beimengungen, wie beispielsweise mit einem Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 2 Gew.-%, einer metallurgischen Silizium-Kupferlegierung mit einem Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 2 Gew.-%; Einleiten des geschmolzenen Siliziums in eine Prozesskammer, wobei das geschmolzene Silizium beim Einleiten in die Prozesskammer über eine Gasströmung zerstäubt wird, und anschließend zum Boden der Prozesskammer oder eines daran befestigten Auffangbehälters fällt, wobei die Prozessbedingungen in der Prozesskammer, insbesondere die Gasströmung zum Zerstäuben des Siliziums, so eingestellt werden, dass sich das zerstäubte Silizium während des freien Falls wenigstens teilweise verfestigt und im Wesentlichen sphärische Siliziumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm entstehen.In particular, a first method of treating metallurgical silicon comprises the steps of: melting the metallurgical silicon or silicon with targeted admixtures, such as with a copper content between 0.01 to 2 wt.%, Of a metallurgical silicon-copper alloy with a copper content between From 0.01% to 2% by weight; Introducing the molten silicon into a process chamber, wherein the molten silicon is atomized as it flows into the process chamber via a gas flow, and then to the bottom of the process chamber or a collecting container attached thereto, the process conditions in the process chamber, in particular the gas flow for atomizing the silicon be set so that the atomized silicon at least partially solidified during the free fall and substantially spherical silicon particles having an average particle size of 20 microns to 425 microns arise.

Ein zweites Verfahren zum Erzeugen von Partikeln aus metallurgischem Silizium weist insbesondere die folgenden Schritte auf: Schmelzen von metallurgischem Silizium oder Silizium mit gezielten Beimengungen, wie beispielsweise mit einem Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 5 Gew.-%, Einleiten des geschmolzenen Siliziums in eine Prozesskammer, wobei das geschmolzene Silizium beim Einleiten in die Prozesskammer über eine Gasströmung zerstäubt wird, und anschließend in einen Auffangbehälter transportiert wird, wobei die Prozessbedingungen in der Prozesskammer, insbesondere die Gasströmung zum Zerstäuben des Siliziums und/oder zum Transport des geschmolzenen Siliziums, so eingestellt werden, dass sich das zerstäubte Silizium nach der Zerstäubung auf dem Weg zum Auffangbehälter wenigstens teilweise verfestigt und im Wesentlichen sphärische Siliziumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm entstehen. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem obigen, insbesondere hinsichtlich der möglichen Zusammensetzung und dahingehend dass eine Verfestigung nicht nur während des Fallens in der Prozesskammer gesteuert werden kann sondern auch während einer Förderung zu einem entfernt oder zum Beispiel seitlich angebrachten Auffangbehälter. Eine entsprechende Gasströmung zum Transport des Siliziums in einen Auffangbehälter kann wenigstens teilweise die Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Siliziums sein, sie kann aber auch eine vollständig andere sein.In particular, a second method for producing particles of metallurgical silicon comprises the steps of: melting metallurgical silicon or silicon with targeted admixtures, such as with a copper content between 0.01 to 5 wt.%, Introducing the molten silicon into a process chamber wherein the molten silicon is atomized on introduction into the process chamber via a gas flow, and then transported into a collecting container, wherein the process conditions in the process chamber, in particular the gas flow for atomizing the silicon and / or for transporting the molten silicon, so adjusted in that the sputtered silicon at least partially solidifies on the way to the collecting container after sputtering and substantially spherical silicon particles having an average particle size of 20 μm to 425 μm are formed. This method differs from the above, in particular with regard to the possible composition, and in that solidification can be controlled not only during the fall in the process chamber but also during conveyance to a remotely mounted or, for example, side-mounted receptacle. A corresponding gas flow for transporting the silicon into a catch tank may be at least partially the gas flow for atomizing the molten silicon, but it may also be a completely different one.

Das obige Verfahren ermöglicht die Herstellung feiner Siliziumpartikel mit einer gleichmäßigen Oberflächenstruktur, die als Ausgangsmaterial für nachfolgende Prozesse vorteilhaft sein können. insbesondere können die Partikel eine hoch aktivierte Oberfläche für nachfolgende Prozesse besitzen, insbesondere für eine Trichlorsilan (TCS) Synthese bei einer Hydrochlorierung von Silizium oder einer einem direkten Chlorierungsprozess. Darüber hinaus besitzen die Partikel gute Fließ- bzw. Schütteigenschaften und lassen sich somit nachfolgenden Prozessen gleichmäßig und kontrolliert bei geringer Staubbildung zuführen. Bei Verwendung von metallurgischem Silizium mit -Kupfer oder allgemein Silizium mit Kupfer als gezielter Beimischung kann das Kupfer als Katalysator dienen. Vorzugsweise sollte der Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 2 Gew.-% bei metallurgischem Silizium liegen und kann als gezielte Beimischung bis zu 5% betragen. Vorzugsweise sollte der Kupfergehalt aber bei ungefähr 0.05 bis 2 Gew.-% liegen. Statt des Kupfers kann das metallurgische Silizium auch einen anderen Stoff enthalten, der als Katalysator für zum Beispiel eine TCS Synthese dienen kann. Ein solcher anderer Katalysator würde wiederum in einer Größenordnung von zwischen 0,01 bis 2 Gew.-% und insbesondere zwischen 0.05 bis 1 Gew.-% liegen. Ein Katalysator ist insbesondere vom Vorteil wenn die TCS-Synthese über eine Hydrochlorierung erfolgt. Bei einer direkten Chlorierung kann ein Katalysator aber auch Vorteile bringen. Der Begriff Silizium mit gezielter Beimischung soll insbesondere auch eine Legierung aus Silizium mit der Beimischungskomponente umfasst sein. Der Begriff Legierung wird nachfolgend auch so gebraucht, dass er Silizium mit gezielten Beimischungen umfasst.The above method enables the production of fine silicon particles having a uniform surface structure, which may be advantageous as a starting material for subsequent processes. In particular, the particles may have a highly activated surface for subsequent processes, in particular for a trichlorosilane (TCS) synthesis in a hydrochlorination of silicon or a direct chlorination process. In addition, the particles have good flow or pouring properties and can thus be supplied to subsequent processes evenly and in a controlled way with little dust formation. When using metallurgical silicon with copper or generally silicon with copper as a targeted admixture, the copper can serve as a catalyst. Preferably, the copper content should be between 0.01 to 2 wt .-% for metallurgical silicon and may be up to 5% as a targeted admixture. Preferably, however, the copper content should be about 0.05 to 2 wt .-%. Instead of the copper, the metallurgical silicon may also contain another substance that can serve as a catalyst for, for example, a TCS synthesis. Such another catalyst would in turn be on the order of between 0.01 to 2% by weight, and more preferably between 0.05 to 1% by weight. A catalyst is particularly advantageous when TCS synthesis is via hydrochlorination. In a direct chlorination, however, a catalyst can also bring benefits. The term silicon with targeted admixture should In particular, an alloy of silicon with the admixture component may be included. The term alloy is also used below to include silicon with specific admixtures.

Vorzugsweise wird während des Einleitens des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung innerhalb der Prozesskammer eine im Wesentlichen inerte Gasatmosphäre aufrechterhalten, und die Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung wird aus einem inerten Gas erzeugt. Hierdurch kann beispielsweise eine Oxidation der Oberfläche der gebildeten Partikel innerhalb der Prozesskammer verringert werden. Insbesondere können die so gebildeten Partikel eine geringere SiO2 Oberflächenschicht gegenüber herkömmlichen Partikeln, insbesondere gebrochenen Partikeln aufweisen, sodass eine TCS Synthese rascher erfolgen kann. Dies kann den Durchsatz der TCS Synthese erhöhen und Betriebskosten einer entsprechenden Anlage reduzieren. Insbesondere kann die Zerstäubung über eine Argon- und/oder Stickstoffgasströmung erzeugt werden.Preferably, during the introduction of the molten silicon or alloy within the process chamber, a substantially inert gas atmosphere is maintained, and the gas flow for atomizing the molten silicon or alloy is generated from an inert gas. As a result, for example, an oxidation of the surface of the particles formed within the process chamber can be reduced. In particular, the particles thus formed may have a lower SiO 2 surface layer compared to conventional particles, in particular broken particles, so that TCS synthesis can take place more rapidly. This can increase the throughput of the TCS synthesis and reduce operating costs of a corresponding plant. In particular, the atomization can be generated via an argon and / or nitrogen gas flow.

Es ist aber auch möglich innerhalb der Prozesskammer eine reaktive Gasatmosphäre aufrecht zu erhalten, welche mit Verunreinigungen im geschmolzenen Silizium oder der Legierung reagiert, um diese aus dem geschmolzenen Silizium oder der Legierung zu entfernen, wobei insbesondere auch die Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Silizium aus einem reaktiven Prozessgas bestehen kann. Hierdurch kann während der Partikelbildung gleichzeitig eine Reinigung desselben erfolgen. Für eine Reinigung von metallurgischem Silizium werden beispielsweise SiCl4, Chlor, HCl, Silane, Halogenide und/oder Mischungen derselben in Betracht gezogen.However, it is also possible to maintain within the process chamber a reactive gas atmosphere which reacts with impurities in the molten silicon or alloy to remove them from the molten silicon or alloy, in particular also the gas flow for atomizing the molten silicon from a can consist of reactive process gas. This can be done during the same particle cleaning during the same time. For purification of metallurgical silicon, for example SiCl 4 , chlorine, HCl, silanes, halides and / or mixtures thereof are contemplated.

Vorteilhafterweise wird das geschmolzene Silizium oder die Legierung vor dem Einleiten in die Prozesskammer wenigstens einem der folgenden Aufbereitungsschritte unterworfen: Halten des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung in einer Sauerstoff, Luft und/oder N2 Gasatmosphäre oder Leiten eines solchen Gases durch das geschmolzene Silizium, insbesondere um Kohlenstoff aus dem geschmolzenen Silizium oder der Legierung zu entfernen; Einbringen von Silikat als Schlackebildner oder eines anderen schlackebildenden Materials in das geschmolzene Silizium oder die Legierung; Halten des geschmolzenen Silizium oder der Legierung im Vakuum, um insbesondere Phosphor aus dem geschmolzenen Silizium oder der Legierung zu entfernen; Leiten eines reaktiven Gases durch das geschmolzene Silizium oder die Legierung, welches mit Verunreinigungen in dem geschmolzenem Silizium oder der Legierung reagiert, um sie hieraus zu entfernen; Leiten eines reaktiven Gases durch das geschmolzene Silizium oder die Legierung, um eine gute Durchmischung hiervon zu erreichen; Einbringen von Legierungskomponenten, insbesondere Kupfer in das geschmolzene Silizium, um eine Legierung zu erhalten.Advantageously, prior to introduction into the process chamber, the molten silicon or alloy is subjected to at least one of the following treatment steps: maintaining the molten silicon or alloy in an oxygen, air and / or N 2 gas atmosphere or passing such gas through the molten silicon, in particular to remove carbon from the molten silicon or alloy; Introducing silicate as a slag former or other slag-forming material into the molten silicon or alloy; Holding the molten silicon or alloy in vacuum, in particular to remove phosphorus from the molten silicon or alloy; Passing a reactive gas through the molten silicon or alloy which reacts with impurities in the molten silicon or alloy to remove them therefrom; Passing a reactive gas through the molten silicon or alloy to achieve a thorough intermixing thereof; Introducing alloy components, especially copper, into the molten silicon to obtain an alloy.

Hierdurch lässt sich die Zusammensetzung der Partikel verbessern. Insbesondere können durch die Verfahren unerwünschte Verunreinigungen wenigstens teilweise entfernt werden und/oder eine gewünschte Legierung in situ erzeugen.This can improve the composition of the particles. In particular, the processes can at least partially remove unwanted impurities and / or produce a desired alloy in situ.

Bei einer Ausführungsform wird innerhalb der Prozesskammer eine wenigstens teilweise nach oben gerichtete, eine kreisförmiger und/oder eine spiralförmige Gasströmung erzeugt. Hierdurch kann die freie Fallzeit in der Prozesskammer verlängert werden, was unter anderem den Einsatz einer Prozesskammer mit geringerer Höhe ermöglicht. Über die Fallzeit kann aber auch gegebenenfalls die Struktur der Partikel Kristalin/Amorph beeinflusst werden.In one embodiment, an at least partially upwardly directed, circular and / or helical gas flow is created within the process chamber. As a result, the free fall time can be extended in the process chamber, which among other things allows the use of a process chamber with a lower height. However, the structure of the particles crystallin / amorphous may also be influenced over the fall time.

Vorzugsweise ist die Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung eine Überschallgasströmung, um eine ausreichend feine Zerstäubung erreichen zu können. Die Zerstäubung kann dadurch unterstützt werden, dass das geschmolzene Silizium oder die Legierung vor dem Zerstäuben mit Ultra- oder Megaschall beaufschlagt wird.Preferably, the gas flow for atomizing the molten silicon or alloy is a supersonic gas flow to achieve sufficiently fine atomization. The sputtering can be assisted by applying ultrasound or megasonic to the molten silicon or alloy prior to sputtering.

Um Ressourcen zu schonen kann Gas aus der Prozesskammer abgesaugt, gereinigt und wenigstens teilweise für die Zerstäubung des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung in die Prozesskammer rezirkuliert werden. Dabei kann die Reinigung eine Destillation und/oder chemische Absorption aufweisen, um im Gas befindliche Verunreinigungen zu entfernen. Dies gilt insbesondere beim Einsatz eines reaktiven Gases. Eine Absaugung von Gas kann auch zum Einstellen des Drucks in der Kammer eingesetzt werden. Bei der Absaugung werden in der Regel auch kleine Siliziumpartikel mit dem Gasstrom abgesaugt, die über einen Feinstaubabscheider aus dem Gasstrom getrennt werden können. Diese Partikel besitzen in der Regel einen kleineren mittleren Durchmesser als die, die sich am Boden der Prozesskammer sammeln. Diese Partikel könnten dem geschmolzenen Silizium zugeführt werden, um sie zu recyceln. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Partikel aber auch bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise zwischen 900 und 1350°C mit SiCl4 reagiert werden, um SiCl2 zu erzeugen. Bei dieser Reaktion würde sich eine Schicht aus amorphem Silizium auf der Oberfläche des Siliziums abscheiden, was für eine nachfolgende TCS-Synthese von Vorteil wäre. Diese SiCl2 Partikel könnten dann den am Boden der Prozesskammer gesammelten sphärischen Siliziumpartikeln zugeführt und mit ihnen vermischt werden.To conserve resources, gas may be extracted from the process chamber, cleaned, and at least partially recirculated into the process chamber for atomization of the molten silicon or alloy. In this case, the purification may have a distillation and / or chemical absorption in order to remove impurities present in the gas. This is especially true when using a reactive gas. Extraction of gas can also be used to adjust the pressure in the chamber. In the extraction, small silicon particles are usually sucked with the gas stream, which can be separated from the gas stream via a Feinstaubabscheider. These particles are typically smaller in average diameter than those collected at the bottom of the process chamber. These particles could be added to the molten silicon to recycle. However, in one embodiment of the invention, the particles may also be reacted with SiCl 4 at an elevated temperature of, for example, between 900 and 1350 ° C to produce SiCl 2 . In this reaction, a layer of amorphous silicon would deposit on the surface of the silicon, which would be beneficial for subsequent TCS synthesis. These SiCl 2 particles could then be fed to and mixed with the spherical silicon particles collected at the bottom of the process chamber.

Vorzugsweise werden die Prozessbedingungen so eingestellt, dass wenigstens ein überwiegender Teil der Partikel im Zentrum eine kristalline Struktur mit einer amorphen Oberflächenschicht erhält, wobei die amorphe Oberflächenschicht vorzugsweise auf eine Tiefe von 10 μm begrenzt ist. Preferably, the process conditions are adjusted so that at least a majority of the particles in the center receive a crystalline structure with an amorphous surface layer, wherein the amorphous surface layer is preferably limited to a depth of 10 μm.

Um die Zerstäubung zu Steuern kann das geschmolzene Silizium oder die Legierung beispielsweise über eine Düse mit einer Induktionsspule eingeleitet werden, die eine Strömung des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung über die Induktionsspule räumlich begrenzt. Hierdurch kann insbesondere die Dicke der Strömung eingestellt werden, was einen Einfluss auf die Zerstäubung und somit die Partikelgröße besitzt.For example, to control atomization, the molten silicon or alloy may be introduced via a nozzle having an induction coil that confines a flow of the molten silicon or alloy across the induction coil. In this way, in particular, the thickness of the flow can be adjusted, which has an influence on the atomization and thus the particle size.

Die Partikel können nach dem Verfestigen einem Unterdruck und/oder einem reaktiven Gas, das mit Verunreinigungen in dem geschmolzenen Silizium reagiert, um diese aus dem geschmolzenen Silizium zu entfernen, ausgesetzt werden. Hierdurch können die Partikel weiter gereinigt werden. Insbesondere könnte über den Unterdruck Phosphor aus den Partikeln gezogen werden, wobei die kleine Größe der Partikel hierbei hilfreich ist. Die kleinen sphärischen Partikel bieten einem reaktiven Gas eine große Angriffsfläche. Insbesondere können die Partikel einem Unterdruck von < 10–3 mbar, insbesondere < 10–4 mbar ausgesetzt werden, um Phosphor herauszuziehen.The particles, after solidification, may be exposed to a vacuum and / or a reactive gas that reacts with impurities in the molten silicon to remove them from the molten silicon. This allows the particles to be further purified. In particular, phosphorus could be drawn out of the particles via the negative pressure, the small size of the particles being helpful in this case. The small spherical particles provide a reactive gas with a large attack surface. In particular, the particles can be exposed to a reduced pressure of <10 -3 mbar, in particular <10 -4 mbar, in order to extract phosphorus.

Eine erhöhte Temperatur ist hierbei hilfreich um die Ausdiffusion zu fördern. Vorteilhaft könnten die Partikel abwechselnd dem Unterdruck und einem reaktiven Gas mit einem höheren Druck als dem Unterdruck ausgesetzt werden. Bei einer Ausführungsform werden die Partikel Außerhalb der Prozesskammer oder in einem Haltebereich der Prozesskammer, der zuvor gegenüber dem Rest der Prozesskammer isoliert wurde, dem Unterdruck und/oder der reaktiven Gasatmosphäre ausgesetzt.An elevated temperature is helpful here to promote the outdiffusion. Advantageously, the particles could be exposed alternately to the negative pressure and a reactive gas having a higher pressure than the negative pressure. In one embodiment, the particles are exposed outside the process chamber or in a holding region of the process chamber that has been previously isolated from the rest of the process chamber, the negative pressure and / or the reactive gas atmosphere.

Die Erfindung betrifft auch Partikel aus metallurgischem Silizium, die mittels Gaszerstäubung hergestellt sind und eine im Wesentlichen sphärische Form mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm besitzen. Solche Partikel besitzen die schon oben genannten Vorteile. Vorzugsweise besitzen die Partikel einen Kupferanteil zwischen 0,01 bis 2 Gew.-%, wobei Kupfer insbesondere als Katalysator für eine TCS Synthese dienen kann.The invention also relates to particles of metallurgical silicon, which are produced by gas atomization and have a substantially spherical shape with an average particle size of 20 microns to 425 microns. Such particles have the advantages already mentioned above. Preferably, the particles have a copper content between 0.01 to 2 wt .-%, wherein copper can serve in particular as a catalyst for a TCS synthesis.

Bei einer Ausführungsform besitzen die Partikel im Zentrum eine kristalline Struktur mit einer amorphen Oberflächenschicht, wobei die amorphe Oberflächenschicht vorzugsweise auf eine Tiefe von 10 μm begrenzt ist. Insbesondere die amorphe Siliziumstruktur besitzt eine hohe Anzahl nicht abgesättigter Bindungsstellen oder auch dangling bonds, die mit Kupfer Atomen in Verbindung stehen können um Ansatzpunkte für katalytische Reaktionen insbesondere bei der TCS Synthese zu bilden. Dadurch, dass die amorphe Oberflächenschicht hinsichtlich der Dicke reduziert ist, kann sich der vorgenannte Effekt insbesondere an der Oberfläche ausbilden. Die nicht abgesättigten Bindungsstellen oder auch dangling bonds können aber auch frei sein und allein dadurch eine hoch aktivierte Oberfläche für einen weiteren Prozess insbesondere eine TCS Synthese vorsehen. Die Partikel können aber auch eine im Wesentlichen reine kristalline oder amorphe Struktur besitzen.In one embodiment, the particles in the center have a crystalline structure with an amorphous surface layer, the amorphous surface layer being preferably limited to a depth of 10 μm. In particular, the amorphous silicon structure has a high number of non-saturated binding sites or dangling bonds, which can be associated with copper atoms in order to form starting points for catalytic reactions, especially in TCS synthesis. Due to the fact that the amorphous surface layer is reduced in thickness, the aforementioned effect can be formed especially on the surface. However, the non-saturated binding sites or even dangling bonds can also be free and alone provide a highly activated surface for a further process, in particular a TCS synthesis. However, the particles may also have a substantially pure crystalline or amorphous structure.

Für eine nachfolgende TCS Synthese weisen die Partikel vorzugsweise die folgende Zusammensetzung auf: wenigstens 98 Gew.-% Silizium, 0,01 bis 2 Gew.-% Kupfer, nicht mehr als 1,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 0,3 Gew.-% Aluminium, nicht mehr als. 0,02 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,005 Gew.-% Kalzium, andere metallische Verunreinigungen von weniger als 0,5 Gew.-%, Kohlenstoff in einer Konzentration von < 400 ppm., vorzugsweise < 50 ppm., Bohr in einer Konzentration von max. 15 ppm., und Phosphor in einer Konzentration von max. 15 ppm. vorzugsweise < 5 ppm.For a subsequent TCS synthesis, the particles preferably have the following composition: at least 98% by weight of silicon, 0.01 to 2% by weight of copper, not more than 1.0% by weight, preferably not more than 0, 3% by weight of aluminum, not more than. 0.02% by weight, preferably less than 0.005% by weight of calcium, other metallic impurities of less than 0.5% by weight, carbon in a concentration of <400 ppm, preferably <50 ppm., Bohr in a concentration of max. 15 ppm., And phosphorus in a concentration of max. 15 ppm. preferably <5 ppm.

Die geringen Mengen an Phosphor und Bor verringern den Abgasstrom bei Polysiliziumprozessen. Der geringe Kohlenstoffanteil verhindert die Bildung von schädlichem CCl4 bei nachfolgenden Prozessen, insbesondere einer TCS Synthese.The small amounts of phosphorus and boron reduce the exhaust gas flow in polysilicon processes. The low carbon content prevents the formation of harmful CCl 4 in subsequent processes, in particular a TCS synthesis.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert, die eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus metallurgischem Silizium zeigt.The invention will be described below with reference to FIGS 1 which shows a schematic sectional view through a device for removing contaminants from metallurgical silicon.

Die in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten relativen Begriffe, wie zum Beispiel links, rechts, über und unter beziehen sich auf die Zeichnungen und sollen die Anmeldung in keiner Weise einschränken, auch wenn sie sich auf bevorzugte Anordnungen beziehen können.The relative terms used in the following description, such as left, right, over and under, refer to the drawings and are not intended to limit the application in any way, even though they may refer to preferred arrangements.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von sphärischen Partikeln aus metallurgischem Silizium. Die Vorrichtung 1 weist eine Schmelzeinheit 3, eine Prozesskammereinheit 5 und eine Gas-Zirkulationseinheit 7 auf. 1 shows a schematic sectional view through a device 1 for producing spherical particles of metallurgical silicon. The device 1 has a melting unit 3 , a process chamber unit 5 and a gas circulation unit 7 on.

Die Schmelzeinheit 3 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 8, einer Schmelztiegeleinheit 9 und einer Heizeinheit 10.The melting unit 3 consists essentially of a housing 8th , a crucible unit 9 and a heating unit 10 ,

Das Gehäuse 8 ist aus einem geeigneten Material, das bei den erforderlichen Prozesstemperaturen zum Schmelzen von Siliziummaterial beständig ist, und das keine Verunreinigung für geschmolzenes Silizium vorsieht. Das Gehäuse 8 weist eine entsprechende Isolierung auf und kann darüber hinaus als Unterdruckgehäuse ausgebildet sein, das heißt, dass es im Wesentlichen gasdicht ist. Das Gehäuse 8 kann mit einer nicht dargestellten Unterdruckpumpe in Verbindung stehen, um einen Innenraum des Gehäuses 8, in dem die Schmelztiegeleinheit 9 und die Heizeinheit 10 aufgenommen sind, auf einen Unterdruck abzupumpen. Das Gehäuse 8 besitzt eine nicht näher dargestellte Be-/Entladeöffnung zum Laden von metallurgischem Silizium in die Schmelztiegeleinheit 9.The housing 8th is made of a suitable material which is resistant to the melting of silicon material at the required process temperatures and which does not impart fouling Silicon provides. The housing 8th has a corresponding insulation and can also be designed as a vacuum housing, that is, that it is substantially gas-tight. The housing 8th may be in communication with a vacuum pump, not shown, to an interior of the housing 8th in which the crucible unit 9 and the heating unit 10 are absorbed, pump down to a vacuum. The housing 8th has a loading / unloading not shown for loading metallurgical silicon in the crucible unit 9 ,

Die Schmelztiegeleinheit 9 besteht im Wesentlichen aus einem Schmelztiegel 12 mit einem daran angeschlossenen Leitungselement 13. Der Schmelztiegel 12 besteht aus einem geeigneten Material, das den für das Aufschmelzen von metallurgischem Silizium erforderlichen Temperaturen standhält und darüber hinaus keine Verunreinigungen für das Silizium vorsieht. Beispielsweise könnte ein Schmelztiegel aus Graphit oder Siliziumnitrid (Si3N4) vorgesehen sein. Natürlich können für den Schmelztiegel 12 auch andere Materialien eingesetzt werden.The crucible unit 9 consists essentially of a crucible 12 with a line element connected thereto 13 , The melting pot 12 It is made of a suitable material that withstands the temperatures required for the melting of metallurgical silicon and, moreover, does not impose any contamination on the silicon. For example, a crucible of graphite or silicon nitride (Si 3 N 4 ) could be provided. Of course, for the crucible 12 also other materials are used.

Der Schmelztiegel 12 besitzt eine umlaufende Seitenwand sowie eine sich konisch nach unten verjüngende Bodenwand. in der Bodenwand ist am tiefsten Punkt eine Öffnung vorgesehen, die mit dem Leitungselement 13 in Verbindung steht. Wie der Fachmann erkennen kann, kann somit innerhalb des Schmelztiegels 12 geschmolzenes Silizium über das Leitungselement 13 aus dem Schmelztiegel 12 abfließen.The melting pot 12 has a circumferential side wall and a conically tapered bottom wall. in the bottom wall, an opening is provided at the lowest point, with the conduit element 13 communicates. As the person skilled in the art can see, can thus be within the crucible 12 molten silicon over the conduit element 13 from the crucible 12 flow away.

Das Leitungselement 13 ist wiederum aus einem Material, das den erforderlichen Temperaturen beim Schmelzen von metallurgischem Silizium beständig ist, und keine störenden Verunreinigungen in das geschmolzene Silizium einträgt. Das Leitungselement 13 erstreckt sich von dem Boden des Schmelztiegels 12 zu einem oberen Bereich der Prozesskammereinheit 5 und öffnet sich in diese hinein, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.The pipe element 13 is in turn made of a material which is resistant to the temperatures required to melt metallurgical silicon and does not introduce any interfering impurities into the molten silicon. The pipe element 13 extends from the bottom of the crucible 12 to an upper area of the process chamber unit 5 and opens into it, as will be explained in more detail below.

Die Heizeinheit 10 besteht aus einem oder mehreren Heizelementen 15, welche seitlich bezüglich des Schmelztiegels 12 angeordnet sind. In der Figur sind zwei getrennte Heizelemente gezeigt, die irgendeines beliebigen Typs sein können, der in der Lage ist, innerhalb des Schmelztiegels 12 befindliches metallurgisches Silizium auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts aufzuheizen. Insbesondere kann das Heizelement 15 auch als eine Induktionsspule ausgebildet sein, welche das metallurgische Silizium mittels Induktion aufheizt. Alternativ kann das Heizelement 15 jedoch auch ein Widerstandsheizelement sein, um den Schmelztiegel 15 und darin aufgenommenes metallurgisches Silizium beispielsweise mittels Wärmestrahlung aufzuheizen. Obwohl das Heizelement 15 beabstandet zum Schmelztiegel 12 dargestellt ist, kann es diesen gegebenenfalls direkt kontaktieren.The heating unit 10 consists of one or more heating elements 15 which laterally with respect to the crucible 12 are arranged. In the figure, two separate heating elements are shown, which may be of any type capable of being inside the crucible 12 heating metallurgical silicon to a temperature above its melting point. In particular, the heating element 15 Also be designed as an induction coil which heats the metallurgical silicon by means of induction. Alternatively, the heating element 15 however, it may also be a resistance heating element around the crucible 15 and metallurgical silicon received therein, for example, by means of heat radiation to heat. Although the heating element 15 spaced from the crucible 12 is shown, it may contact them directly if necessary.

Im Bereich des Schmelztiegels kann optional eine nicht dargestellte Einheit zum Einleiten von Legierungskomponenten, insbesondere Kupfer vorgesehen sein. Ferner kann eine nicht dargestellte Gaszuleitung vorgesehen sein, die das Einleiten eines Gases in den Schmelztiegel zulässt, um beispielsweise eine gute Durchmischung des Inhalts des Schmelztiegels insbesondere von Legierungskomponenten vorzusehen. Darüber hinaus kann das eingeleitete Gas auch ein reaktives Gas sein, um hierüber Verunreinigungen aus der Siliziumschmelze zu entfernen.In the region of the crucible may optionally be provided a unit, not shown, for introducing alloy components, in particular copper. Furthermore, a gas supply, not shown, may be provided, which allows the introduction of a gas into the crucible, for example, to provide a good mixing of the contents of the crucible, in particular alloy components. In addition, the introduced gas may also be a reactive gas to remove impurities from the silicon melt.

Die Prozesskammereinheit 5 weist im Wesentlichen ein Gehäuse 17 auf, das im Inneren eine Prozesskammer 18 bildet, sowie einen Auffangbehälter 19 auf. Das Gehäuse 17 besitzt eine ebene obere Wand 21 sowie eine umlaufende Seitenwand 22. Die obere Wand 21 besitzt eine Durchführöffnung für das Leitungselement 13, das in abgedichteter Weise durch die obere Wand 21 hindurchgeführt ist. Die obere Wand 21 ist in abgedichteter Weise mit der umlaufenden Seitenwand 22 ausgebildet. Die Seitenwand 22 besitzt bevorzugt einen runden Querschnitt, kann aber auch eine andere Konfiguration haben.The process chamber unit 5 essentially has a housing 17 on, inside a process chamber 18 forms, as well as a collection container 19 on. The housing 17 has a flat upper wall 21 as well as a circumferential sidewall 22 , The upper wall 21 has a passage opening for the conduit element 13 in a sealed way through the top wall 21 passed through. The upper wall 21 is in a sealed manner with the circumferential side wall 22 educated. The side wall 22 preferably has a round cross section, but may also have a different configuration.

Die Seitenwand 22 besitzt einen oberen, sich verjüngenden Bereich 22a, einen mittleren sich vertikal erstreckenden Bereich 22b, sowie einen unteren sich verjüngenden Bereich 22c. Der obere Bereich 22a der Seitenwand 22 sieht ausgehend von dem mittleren Bereich 22b eine sich zur oberen Wand 21 erstreckende Verjüngung vor. Der untere Bereich 22c der Seitenwand 22 sieht wiederum ausgehend vom mittleren Bereich 22b eine Verjüngung nach unten hin vor, die in einen sich vertikal erstreckenden Bereich 22d übergeht. Durch diese Konfiguration der Seitenwand 22 besitzt die Prozesskammer 18 daher von oben nach unten zunächst einen sich erweiternden Bereich, gefolgt von einem Bereich mit gleichbleibendem Durchmesser, an den sich ein verjüngender trichterförmiger Bereich anschließt, der wiederum in einen Ausgangsbereich mit gleichbleibendem Durchmesser übergeht.The side wall 22 has an upper, tapered area 22a , a middle vertically extending area 22b , as well as a lower tapered area 22c , The upper area 22a the side wall 22 looks starting from the middle area 22b one to the upper wall 21 extending rejuvenation. The lower area 22c the side wall 22 looks again from the middle area 22b a taper down in front, which extends into a vertically extending area 22d passes. By this configuration of the side wall 22 owns the process chamber 18 Therefore, from top to bottom first a widening area, followed by a region of constant diameter, which is followed by a tapered funnel-shaped area, which in turn merges into an exit area with a constant diameter.

In der Seitenwand 22 ist im mittleren Bereich 22b eine Auslassöffnung 23 vorgesehen, die nachfolgend, wie noch näher erläutert wird, mit der Gaszirkulationseinheit 7 in Verbindung steht. Die Auslassöffnung 23 befindet sich vorzugsweise oberhalb einer Mitte der Prozesskammer 18 (in Höhenrichtung). In der Seitenwand 22 ist ferner eine Vielzahl von Gaseinlassöffnungen 24 vorgesehen. Diese stehen wie nachfolgend noch näher erläutert wird, ebenfalls mit der Gas-Zirkulationseinheit 7 in Verbindung. Die Gaseinlassöffnungen 24 befinden sich vorzugsweise unterhalb einer Mitte der Prozesskammer 18 (in Höhenrichtung). Die Prozesskammer besitzt bevorzugt eine Höhe von 8 bis 20 Meter.In the sidewall 22 is in the middle range 22b an outlet opening 23 provided, which, as will be explained in more detail below, with the gas circulation unit 7 communicates. The outlet opening 23 is preferably located above a center of the process chamber 18 (in the height direction). In the sidewall 22 is also a plurality of gas inlet openings 24 intended. These are as will be explained in more detail below, also with the gas circulation unit 7 in connection. The gas inlet openings 24 are preferably located below a center of the process chamber 18 (in Height direction). The process chamber preferably has a height of 8 to 20 meters.

Am unteren Ende der umlaufenden Seitenwand 22 ist ein Befestigungsflansch 25 vorgesehen. Dieser kann mit einem Befestigungsflansch 26 des Auffangbehälters 19 zusammenwirken, um den Auffangbehälter 19 gasdicht an dem Gehäuse 17 zu befestigen. Der Auffangbehälter 19 weist den zuvor genannten Befestigungsflansch 26 und ein sich von dort nach unten erstreckendes wannenförmiges Gehäuse 28 zur Bildung einer nach oben offenen Auffangkammer 29 auf. Über die Befestigungsflansche 25, 26 ist der Auffangbehälter 19 in gasdichter Weise lösbar an dem Gehäuse 17 befestigbar, so dass die Prozesskammer 18 und der Auffangraum 29 einen gasdicht abgeschlossenen Raum bilden.At the bottom of the revolving side wall 22 is a mounting flange 25 intended. This can with a mounting flange 26 of the collection container 19 interact to collect the container 19 gas-tight on the housing 17 to fix. The collection container 19 has the aforementioned mounting flange 26 and a trough-shaped housing extending downwardly therefrom 28 to form an upwardly open collecting chamber 29 on. About the mounting flanges 25 . 26 is the collection container 19 in a gas-tight manner detachable on the housing 17 attachable, so that the process chamber 18 and the collection room 29 form a gas-tight closed space.

Der Auffangbehälter 19 kann optional über nicht näher dargestellt Mittel gegenüber der Prozesskammer 18 isoliert werden und gegebenenfalls mit einem Unterdruck und/oder einem reaktiven/inerten Gas beaufschlagt werden. Dadurch, dass der Auffangbehälter 19 ein wesentlich geringeres Volumen aufweist als die Prozesskammer 18 kann hier einfacher ein hohes Vakuum eingestellt werden, als in der Prozesskammer 18. Insbesondere könnten Mittel vorgesehen sein, die im Auffangbehälter eine Druck von < 10–3 mbar, insbesondere < 10–4 erzeugen können. Der Auffangbehälter 19 kann auch optional von der Prozesskammer 18 abgenommen werden, vorzugsweise derart, dass der Auffangraum gegenüber der Umgebung isoliert ist, um darin gesammelte Siliziumpartikel aus der Prozesskammer 18 zu entnehmen und um gegebenenfalls als Transport und Prozessbehälter zu dienen. So kann einem Gehäuse 17 zum Beispiel eine Vielzahl von Auffangbehältern 19 zugeordnet sein, die solange sie nicht am Gehäuse 17 befestigt sind als Transport-, Aufbewahrungs- und/oder Prozessbehälter dienen können. Zu diesem Zweck könnten sie auch mit einem Inerten Gas befüllt werden, um eine Oxidation der Siliziumpartikel, während sie sich im Auffangbehälter 19 befinden, zu unterbinden.The collection container 19 Optionally via means not shown in detail opposite the process chamber 18 be isolated and optionally applied with a negative pressure and / or a reactive / inert gas. Because of the collection container 19 has a much smaller volume than the process chamber 18 It is easier to set a high vacuum here than in the process chamber 18 , In particular, means could be provided which can produce a pressure of <10 -3 mbar, in particular <10 -4 , in the collecting container. The collection container 19 can also be optional from the process chamber 18 are removed, preferably in such a way that the collecting space is isolated from the environment, around it collected silicon particles from the process chamber 18 and optionally to serve as a transport and process container. So can a housing 17 For example, a variety of collection containers 19 be assigned, as long as they are not on the case 17 attached are as transport, storage and / or process container can serve. For this purpose, they could also be filled with an inert gas to prevent oxidation of the silicon particles while they are in the catch tank 19 to stop.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann wenigstens eine Heiz-/Kühleinheit vorgesehen sein, um die Prozesskammer auf eine vorgegebene Temperatur zu temperieren.Although not shown, at least one heating / cooling unit may be provided to temper the process chamber to a predetermined temperature.

Die Gas-Zirkulationseinheit 7 besteht im Wesentlichen aus einem Feinstaubabscheider 31, einer erste Pumpe 33, einer Gasaufbereitungseinheit 35, einer zweiten Pumpe 37, einer ersten Einlasseinheit 38, einer dritten Pumpe 41 und einer zweiten Einlasseinheit 42.The gas circulation unit 7 consists essentially of a fine dust separator 31 , a first pump 33 , a gas processing unit 35 , a second pump 37 , a first inlet unit 38 , a third pump 41 and a second intake unit 42 ,

Der Feinstaubabscheider 31 kann irgendeines geeigneten Typs sein, der für die hohen Temperaturen innerhalb der Prozesskammer 18 geeignet ist. Der Feinstaubabscheider 31 steht über eine Leitung 44 mit der Auslassöffnung in der Seitenwand 22 des Gehäuses 17 in Verbindung. Über eine Leitung 45 steht der Feinstaubabscheider 31 mit der ersten Pumpe 33 in Verbindung, die als Vakuumpumpe ausgebildet sein kann. Wie der Fachmann erkennen kann, könnte daher über den Feinstaubabscheider 31 die Prozesskammer 18 mittels der ersten Pumpe 33 entlüftet werden, um sie auf einen Unterdruck abzupumpen. Dabei sind die Pumpe 33 und die Prozesskammer 18 vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass ein Unterdruck von kleiner 50 mbar und besonders vorzugsweise ein Unterdruck von kleiner 15 mbar in der Prozesskammer 18 eingestellt werden kann. Allerdings ist es auch möglich einen Anderen Pumpentyp zu wählen, wenn in der Prozesskammer atmosphärische Drücke für den Prozess geeignet sind. Am Boden des Feinstaubabscheiders befindet sich ein Sammelraum für abgeschiedene Si-Partikel, die während des Betriebs über die Pumpe 33 aus der Prozesskammer 18 abgesaugt wurden. Diese Partikel besitzen in der Regel einen kleineren mittleren Durchmesser als die, die sich am Boden der Prozesskammer 18 sammeln. Der Sammelraum kann optional über eine geeignete Leitung mit einer nicht dargestellten separaten Kammer in Verbindung stehen. Dort können die Partikel bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise zwischen 900 und 1350°C mit SiCl4 reagiert werden, um SiCl2 zu erzeugen. Bei dieser Reaktion würde sich eine Schicht aus amorphem Silizium auf der Oberfläche des Siliziums abscheiden, was für eine nachfolgende TCS-Synthese von Vorteil wäre. Diese SiCl2 Partikel könnten dann den am Boden der Prozesskammer 18 gesammelten Siliziumpartikeln zugeführt und mit ihnen vermischt werden. Die Zuführung könnte direkt über eine entsprechende Leitung aus der separten Kammer zu den Siliziumpartikeln am Boden der Prozesskammer 18 erfolgen. Alternativ kann der Reaktionsprozess mit SiCl4 und die Zuführung zu den sphärischen Siliziumpartikeln aber auch offline erfolgen. Alternativ könnten die Partikel aus dem Sammelraum des Feinstaubabscheiders auch dem oben beschriebenen Schmelztiegel zugeführt werden, um sie zu recyceln.The fine dust separator 31 may be of any suitable type for the high temperatures within the process chamber 18 suitable is. The fine dust separator 31 is over a line 44 with the outlet opening in the side wall 22 of the housing 17 in connection. About a line 45 is the Feinstaubabscheider 31 with the first pump 33 in conjunction, which may be formed as a vacuum pump. As one skilled in the art would recognize, therefore, it would be possible to use the particulate matter separator 31 the process chamber 18 by means of the first pump 33 be vented to pump it to a vacuum. Here are the pump 33 and the process chamber 18 preferably coordinated so that a negative pressure of less than 50 mbar and more preferably a negative pressure of less than 15 mbar in the process chamber 18 can be adjusted. However, it is also possible to choose a different type of pump if atmospheric pressures in the process chamber are suitable for the process. At the bottom of the fine dust separator is a collecting space for separated Si particles, which during operation via the pump 33 from the process chamber 18 were sucked off. These particles usually have a smaller mean diameter than those located at the bottom of the process chamber 18 collect. The collecting space may optionally be connected via a suitable line to a separate chamber, not shown. There, the particles can be reacted at an elevated temperature of, for example, between 900 and 1350 ° C with SiCl 4 to produce SiCl 2 . In this reaction, a layer of amorphous silicon would deposit on the surface of the silicon, which would be beneficial for subsequent TCS synthesis. These SiCl 2 particles could then be at the bottom of the process chamber 18 collected silicon particles are added and mixed with them. The supply could be directly via a corresponding line from the separten chamber to the silicon particles at the bottom of the process chamber 18 respectively. Alternatively, the reaction process with SiCl 4 and the supply to the spherical silicon particles can also be done offline. Alternatively, the particles from the plenum of the particulate matter separator could also be fed to the crucible described above to recycle them.

Die erste Pumpe 33 steht über eine Leitung 46 mit der Gasaufbereitungseinheit 35 derart in Verbindung, dass aus der Prozesskammer 18 abgesaugtes Gas in die Gasaufbereitungseinheit 35 geleitet wird. Obwohl dies nicht näher dargestellt ist, kann auch noch eine weitere Leitung oder Abzweigung vorgesehen sein, um über die Pumpe 33 aus der Prozesskammer 18 abgesaugtes Gas in die Umgebung abzuleiten. Dies kann beispielsweise für ein anfängliches Abpumpen der Prozesskammer 18, nachdem sie zur Entnahme von Silizium geöffnet wurde zweckmäßig sein. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich primär Umgebungsgas in der Prozesskammer 18, das nicht der Gasaufbereitungseinheit zugeführt werden muss.The first pump 33 is over a line 46 with the gas treatment unit 35 in such a way that out of the process chamber 18 extracted gas into the gas treatment unit 35 is directed. Although this is not shown in detail, also another line or branch may be provided to over the pump 33 from the process chamber 18 evacuated gas into the environment. This can, for example, for an initial pumping out of the process chamber 18 After it has been opened for removal of silicon it should be expedient. At this time, there is primarily ambient gas in the process chamber 18 that does not need to be supplied to the gas treatment unit.

In der Gasaufbereitungseinheit 35 kann aus der Prozesskammer 18 abgesaugtes Gas, das beispielsweise flüchtige metallische Verunreinigungen, Phosphor, Bor und/oder ähnliches enthält, aufbereitet werden. Dabei soll die Aufbereitung beispielsweise eine Filterung für partikelförmige Verunreinigungen vorsehen, sofern diese nicht schon ausreichend durch den Feinstaubabscheider 31 vorgesehen wird. Darüber hinaus sollen aber insbesondere in der Gasaufbereitungseinheit 35 flüchtige Verunreinigungen, insbesondere metallische Verunreinigungen in Form von beispielsweise Metallhalogeniden entfernt werden. Hierzu kann die Gasaufbereitungseinheit 35 beispielsweise eine Destillationseinheit und/oder eine chemische Absorptionseinheit aufweisen. In the gas processing unit 35 can out of the process chamber 18 extracted gas containing, for example, volatile metallic impurities, phosphorus, boron and / or the like, are treated. The treatment should provide, for example, a filtration for particulate impurities, if they are not already sufficient through the fine dust 31 is provided. In addition, but especially in the gas treatment unit 35 volatile impurities, in particular metallic impurities are removed in the form of, for example, metal halides. For this purpose, the gas processing unit 35 For example, have a distillation unit and / or a chemical absorption unit.

Obwohl dies nicht näher dargestellt ist, kann die Gasaufbereitungseinheit 35 einen Speicher für gereinigtes Gas oder aus dem Gas destillierte Flüssigkeit aufweisen. Darüber hinaus kann auch eine externe Versorgungseinheit für Gas vorgesehen sein. Als Gase kommen einerseits inerte Gase, insbesondere Argon oder Stickstoff in betracht. Wenn die Gase neben einer reinen Zerstäubungswirkung, wie nachfolgend beschrieben auch eine Reinigungswirkung für das metallurgische Silizium besitzen sollen, so werden beispielsweise SiCl4, Chlor, HCl, Silane, Halogenide und/oder Mischungen derselben in Betracht gezogen. Im Bereich der Gasaufbereitungseinheit 35 und/oder der externen Versorgungseinheit können die Grundmaterialien gegebenenfalls in flüssiger Form vorliegen und über entsprechendes Erwärmen vor dem Einleiten in die Prozesskammer 18 in Gasform gebracht werden, wie der Fachmann erkennen kann.Although this is not shown in detail, the gas conditioning unit 35 have a storage for purified gas or gas distilled from the gas. In addition, an external supply unit for gas can also be provided. On the one hand inert gases, in particular argon or nitrogen are considered as gases. When the gases are to have a cleaning action for the metallurgical silicon in addition to a pure atomization effect, as described below, SiCl 4 , chlorine, HCl, silanes, halides and / or mixtures thereof, for example, are considered. In the field of gas treatment unit 35 and / or the external supply unit, the base materials may optionally be in liquid form and via appropriate heating prior to introduction into the process chamber 18 be made in gaseous form, as the skilled artisan can recognize.

Die Gasaufbereitungseinheit 35 steht über eine Leitung 47 mit der zweiten Pumpe 37 in Verbindung, die aus der Gasaufbereitungseinheit 35 oder auch der externen Versorgungseinheit Gas oder einen Prekursor für das Gas über eine Leitung 48 zur ersten Einlasseinheit 38 leitet. In oder an der Leitung 47 kann eine Heizeinheit vorgesehen sein, um das Prozessgas oder den Prekursor aufzuheizen und sicherzustellen, dass es/er beim Einleiten in die Prozesskammer eine erhöhte Temperatur besitzt und gasförmig ist. Es kann von Vorteil sein, dass das Prozessgas beim Eintritt in die Prozesskammer eine Temperatur von über 800, vorzugsweise über 1000°C hat.The gas conditioning unit 35 is over a line 47 with the second pump 37 in connection, coming from the gas treatment unit 35 or the external supply unit gas or a precursor for the gas via a line 48 to the first inlet unit 38 passes. In or on the line 47 For example, a heating unit may be provided to heat up the process gas or precursor and ensure that it has an elevated temperature and is gaseous when introduced into the process chamber. It may be advantageous for the process gas to have a temperature of more than 800 ° C., preferably more than 1000 ° C., when it enters the process chamber.

Die erste Einlasseinheit 38 besteht aus einem Gehäuse 50, das eine Durchführöffnung 51 für das Leitungselement 13 aufweist. Im inneren des Gehäuses 50 sind eine Ringleitung 52 sowie eine Vielzahl von Auslassleitungen 53 ausgebildet. Die Ringleitung 52 steht mit der Leitung 48 in Verbindung und kann über die Pumpe 37 mit Gas beaufschlagt werden. Die Ringleitung 52 umgibt die Durchführöffnung 51 für das Leitungselement 13 konzentrisch.The first inlet unit 38 consists of a housing 50 that has a passage opening 51 for the conduit element 13 having. Inside the case 50 are a ring line 52 and a plurality of outlet lines 53 educated. The ring line 52 stands with the line 48 in conjunction and can via the pump 37 be acted upon with gas. The ring line 52 surrounds the passage opening 51 for the conduit element 13 concentric.

Ausgehend von der Ringleitung 52 erstreckt sich eine Vielzahl von Auslassleitungen 53 nach innen in Richtung der Durchführöffnung 51 für das Leitungselement 13. Die Auslassleitungen 53 sind so angeordnet, dass sie einen sich radial erstreckenden Abschnitt sowie einen sich schräg nach unten erstreckenden Abschnitt aufweisen. Der sich schräg nach unten erstreckende Abschnitt mündet jeweils in einer Auslassöffnung. Diese Auslassöffnung ist jeweils benachbart zur Durchgangsöffnung 51 für das Leitungselement 13 angeordnet. Der schräg angeordnete Abschnitt mit der entsprechenden Auslassöffnung kann somit eine auf einen Austrittsbereich des Leitungselements 13 gerichtete schräge Gasströmung vorsehen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Dabei sei erwähnt, dass das Leitungselement 13 so in der Durchführöffnung 51 des Gehäuses 50 aufgenommen ist, dass es mit einer Unterseite des Gehäuses 50 oder auch schon im Bereich der Durchführöffnung 51 selbst endet. Im Bereich der Durchführöffnung kann eine Induktive Spule vorgesehen sein, um die Strömung des metallurgischen Siliziums dort hindurch zu steuern und insbesondere den Durchmesser der Strömung einzustellen.Starting from the ring line 52 extends a plurality of outlet lines 53 inward towards the passage opening 51 for the conduit element 13 , The outlet pipes 53 are arranged so that they have a radially extending portion and an obliquely downwardly extending portion. The obliquely downwardly extending section opens in each case in an outlet opening. This outlet opening is in each case adjacent to the passage opening 51 for the conduit element 13 arranged. The obliquely arranged portion with the corresponding outlet opening can thus one on an outlet region of the conduit element 13 directed oblique gas flow provide, as will be explained in more detail below. It should be mentioned that the line element 13 so in the passage opening 51 of the housing 50 It is included with a bottom of the case 50 or already in the area of the passage opening 51 even ends. In the region of the passage opening, an inductive coil may be provided to control the flow of the metallurgical silicon therethrough and in particular to adjust the diameter of the flow.

Der schräge Abschnitt der Auslassleitung 53 sieht einen sich zur Auslassöffnung verjüngenden Strömungsquerschnitt vor, um im Bereich der Austrittsöffnung hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorzusehen. Insbesondere sind die Pumpe 37 und die Einlasseinheit 38 derart aufeinander abgestimmt, dass im Bereich der Austrittsöffnungen der Auslassleitungen 53 eine Hochgeschwindigkeitsgasströmung, insbesondere eine Gasströmung mit einer Überschallgeschwindigkeit erzeugt werden kann.The sloping section of the outlet pipe 53 provides a flow cross-section tapering to the outlet opening in order to provide high flow velocities in the region of the outlet opening. In particular, the pump 37 and the inlet unit 38 coordinated so that in the region of the outlet openings of the outlet pipes 53 a high-velocity gas flow, in particular a gas flow with a supersonic speed can be generated.

Optional kann in dem Gehäuse 50 ein benachbart zum Leitungselement 13 angeordneter Ultraschall- oder Megaschallwandler (nicht gezeigt) vorgesehen sein, der in der Lage ist, Ultra- oder Megaschall in das Leitungselement 13 bzw. darin befindliche Siliziumschmelze einzuleiten. Ein entsprechender Ultra- oder Megaschallwandler kann auch in einem anderen Bereich benachbart zum Leitungselement 13 vorgesehen sein.Optionally, in the housing 50 one adjacent to the conduit element 13 arranged ultrasound or megasonic transducer (not shown), which is capable of ultra or megasonic in the conduit element 13 or to initiate therein silicon melt. A corresponding ultra or megasonic transducer can also be located in another area adjacent to the line element 13 be provided.

Die Gasaufbereitungseinheit 35 steht über eine weitere Leitung 57 mit der dritten Pumpe 41 in Verbindung. Die Pumpe 41 steht über eine Leitung 58 mit der zweiten Einlasseinheit 42 in Verbindung. Die zweite Einlasseinheit 42 besteht im Wesentlichen aus einem außen an der Seitenwand 22 des Gehäuses 17 angebrachten, ringförmigen Gehäuse 60, das im Inneren eine Ringleitung 62 sowie eine Vielzahl von Auslassleitungen 53 aufweist.The gas conditioning unit 35 is over another line 57 with the third pump 41 in connection. The pump 41 is over a line 58 with the second inlet unit 42 in connection. The second inlet unit 42 consists essentially of an outside on the side wall 22 of the housing 17 mounted, annular housing 60 inside a loop 62 and a plurality of outlet lines 53 having.

Die Ringleitung 62 im Gehäuse 60 steht mit der Leitung 58 in Verbindung. Somit wird der Fachmann erkennen, dass Gas aus der Gasaufbereitungseinheit 35 über die Pumpe 41 in die Ringleitung 62 der zweiten Einlasseinheit 42 geleitet werden kann. Die Ringleitung 62 steht mit der Vielzahl von Auslassleitungen 63 in Verbindung. Die Auslassleitungen 63 erstrecken sich jeweils schräg nach oben von der Ringleitung 62 und münden in den Einlassöffnungen 24 in der Seitenwand 22 des Gehäuses 17. Wie der Fachmann erkennen kann, ist die zweite Einlasseinheit 42 in Kombination mit der Pumpe 41 somit in der Lage, innerhalb der Prozesskammer 18 eine schräg nach oben gerichtete Gasströmung zu erzeugen. Zusätzlich oder auch alternativ können die Auslassleitungen 63 auch so angeordnet sein, dass sie in der Prozesskammer 18 eine kreis- oder spiralförmige Strömung erzeugen.The ring line 62 in the case 60 stands with the line 58 in connection. Thus, those skilled in the art will recognize that gas from the gas processing unit 35 over the pump 41 in the loop 62 the second inlet unit 42 can be directed. The ring line 62 stands with the multitude of outlet pipes 63 in connection. The outlet pipes 63 each extend obliquely upwards from the loop 62 and flow into the inlet openings 24 in the sidewall 22 of the housing 17 , As those skilled in the art will recognize, the second intake unit is 42 in combination with the pump 41 thus able, within the process chamber 18 to produce an obliquely upward gas flow. Additionally or alternatively, the outlet conduits 63 also be arranged so that they are in the process chamber 18 create a circular or spiral flow.

Nachfolgend wird der Betrieb der Vorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert.The operation of the device will be described below 1 with reference to the 1 explained in more detail.

Zunächst befindet sich die Vorrichtung 1 in einem Ausgangszustand, bei dem metallurgisches Silizium in den Schmelztiegel 12 der Schmelztiegeleinheit 9 geladen ist. Der Auffangbehälter 19 ist in gasdichter Weise an dem Gehäuse 17 befestigt. Die Prozesskammer 18 wird über die Vakuumpumpe 33 entlüftet, wobei das abgesaugte Gas zunächst in die Umgebung abgegeben werden kann. Hierdurch wird die Prozesskammer beispielsweise auf einen Druck kleiner 50 mbar, und vorzugsweise kleiner 15 mbar abgepumpt. Das metallurgische Silizium wird über die Heizeinheit 10 in dem Schmelztiegel 12 geschmolzen, und gegebenenfalls werden Legierungskomponenten hinzugefügt und weiter Behandlungsschritte durchgeführt. Nach dem Schmelzen steht in dem Leitungselement 13 geschmolzenes Silizium beziehungsweise eine Siliziumlegierung, die nachfolgend einfach als Silizium bezeichnet wird an. Das geschmolzene Silizium kann gegebenenfalls über eine entsprechende Ventileinheit (nicht dargestellt) in Richtung der Prozesskammer 18 geleitet werden. Das Leitungselement 13 kann so bemessen sein, dass das geschmolzene Silizium nicht ohne zusätzlich Krafteinwirkung wie um Beispiel ein Unterdruck in der Prozesskammer und/oder Strömungseffekte durch eingeleitetes Gas im Bereich der Auslassleitungen 53 dort hindurch fließen würde.First, the device is located 1 in an initial state, in which metallurgical silicon in the crucible 12 the crucible unit 9 loaded. The collection container 19 is in a gas-tight manner to the housing 17 attached. The process chamber 18 is via the vacuum pump 33 vented, the extracted gas can first be discharged into the environment. As a result, the process chamber is pumped off, for example, to a pressure of less than 50 mbar, and preferably less than 15 mbar. The metallurgical silicon is passed over the heating unit 10 in the crucible 12 melted, and optionally alloying components are added and further treatment steps carried out. After melting is in the conduit element 13 molten silicon or a silicon alloy, hereinafter simply referred to as silicon. If appropriate, the molten silicon can be conveyed via a corresponding valve unit (not shown) in the direction of the process chamber 18 be directed. The pipe element 13 may be so dimensioned that the molten silicon does not work without additional force, such as, for example, a negative pressure in the process chamber and / or flow effects due to introduced gas in the region of the outlet lines 53 would flow through it.

Wenn geschmolzenes Silizium an dem Leitungselement 13 ansteht und in Richtung der Prozesskammer 18 fließt, wird über die Pumpe 37 Gas, das beispielsweise die oben genannten Elemente enthält, über die erste Einlasseinheit 38 in die Prozesskammer 18 eingeleitet. Im Nachfolgenden wird davon ausgegangen, dass das Gas ein inertes Gas, wie beispielsweise Argon ist. Dabei besitzt das Gas beim Eintritt in die Prozesskammer 18 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, vorzugsweise eine Überschallgeschwindigkeit.When molten silicon on the pipe element 13 is pending and in the direction of the process chamber 18 flows, is via the pump 37 Gas containing, for example, the above elements via the first inlet unit 38 in the process chamber 18 initiated. In the following it will be assumed that the gas is an inert gas, such as argon. The gas possesses this when entering the process chamber 18 a high flow rate, preferably a supersonic speed.

Durch das Leitungselement 13 hindurch tretendes geschmolzenes Silizium wird durch diese Gasströmung in feine Tröpfchen zerstäubt. Die derart zerstäubten Tröpfchen aus geschmolzenem Silizium fallen dann innerhalb der Prozesskammer 18 nach unten, und werden schließlich, nachdem sie sich im Fallen wenigstens teilweise verfestigt haben innerhalb des Auffangbehälters 19 in Form von Siliziumpartikeln aufgenommen. Dabei werden die Prozessbedingungen so eingestellt, dass die Partikel im Mittel eine im Wesentlichen sphärische Form erhalten und einen mittleren Durchmesser von 20 bis 400 um besitzen. Dies kann auf unterschiedliche Weise erreicht werden, insbesondere über die zerstäubende Gasströmung, die auf die Strömung des geschmolzenen Siliziums abgestimmt ist. Insbesondere kann die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit und die Gasflussmenge der zerstäubenden Gasströmung eingestellt werden. Die im Wesentlichen sphärische Form ergibt sich durch den freien Fall der Tröpfchen und deren Verfestigung während des Fallens, wobei eine nach oben gerichtete Gasströmung die Falldauer verlängern kann, um beispielsweise eine ausreichende Zeit für eine Verfestigung der Tröpfchen zu gewährleisten. Weitere Prozessbedingungen, die eingestellt werden können sind zum Beispiel der Druck und die Temperatur in der Prozesskammer.Through the conduit element 13 passing molten silicon is atomized by this gas flow into fine droplets. The thus atomized droplets of molten silicon then fall within the process chamber 18 down, and eventually, after they have at least partially solidified in the fall within the collection container 19 taken in the form of silicon particles. The process conditions are adjusted so that the particles have an essentially spherical shape on average and have a mean diameter of 20 to 400 μm. This can be achieved in different ways, in particular via the atomizing gas flow, which is tuned to the flow of molten silicon. In particular, the temperature, the flow rate and the gas flow rate of the atomizing gas flow can be adjusted. The substantially spherical shape is due to the free fall of the droplets and their solidification during falling, wherein an upward gas flow can prolong the fall time, for example, to ensure a sufficient time for solidification of the droplets. Other process conditions that can be set are, for example, the pressure and the temperature in the process chamber.

Über die Pumpe 33 wird während dieses Vorgangs ständig Gas abgesaugt, insbesondere das eingeleitete Gas sowie gegebenenfalls aus dem geschmolzenen Silizium austretende Verunreinigungen (diese werden insbesondere auftreten, wenn statt des inerten Gases ein reaktives Gas eingesetzt wird). Dabei werden natürlich auch wenigstens teilweise Siliziumtröpfchen oder partikel angesaugt, die innerhalb des Feinstaubabscheiders 31 abgeschieden werden, und wie oben beschrieben weiterverarbeitet werden können. Die Gase und die Verunreinigungsbestandteile werden über die Pumpe 33 in die Gasaufbereitungseinheit 35 eingeleitet. Dort wird das Gas beispielsweise durch Filtern, Destillation und/oder chemische Absorption gereinigt, um die Verunreinigungen aus dem Gas zu entfernen. Über die Pumpe 37 oder 41 kann das Gas dann wieder über die Prozesskammer 18 rezirkuliert werden.About the pump 33 During this process, gas is constantly being sucked off, in particular the gas introduced and possibly impurities emerging from the molten silicon (these will occur, in particular, if a reactive gas is used instead of the inert gas). In this case, of course, at least partially silicon droplets or particles are sucked in, within the Feinstaubabscheiders 31 are deposited, and can be further processed as described above. The gases and impurity components are pumped through 33 in the gas treatment unit 35 initiated. There, the gas is purified, for example, by filtering, distillation and / or chemical absorption to remove the impurities from the gas. About the pump 37 or 41 then the gas can be returned through the process chamber 18 be recirculated.

Wenn die Schmelze komplett oder auch nur teilweise in der obigen Weise in die Prozesskammer eingeleitet wurde, kann der Prozess beendet werden, und im Auffangbehälter 19 gesammelte Siliziumpartikel können entnommen und gegebenenfalls direkt weiteren Prozessen zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, wie oben angedeutet, weitere Prozesse direkt im Auffangbehälter 19 durchzuführen, wie zum Beispiel das Aussetzten von Si-Partikeln gegenüber einem Unterdruck und/oder einem reaktiven Gas, insbesondere im Wechsel. Hierzu kann der Auffangbehälter 19 vorzugsweise gegenüber der Prozesskammer 18 isoliert werden, wodurch sich en wesentlich verkleinertes Prozessvolumen ergibt. Der Auffangbehälter kann aber auch als Transport- und/oder Aufbewahrungsbehälter eingesetzt und beispielsweise mit einem inerten Gas beaufschlagt werden.When the melt has been introduced into the process chamber completely or only partially in the above manner, the process can be terminated and in the catch tank 19 Collected silicon particles can be removed and optionally fed directly to other processes. But it is also possible, as indicated above, other processes directly in the collection container 19 perform such as the exposure of Si particles to a vacuum and / or a reactive gas, especially in alternation. For this purpose, the collecting container 19 preferably opposite the process chamber 18 be isolated, which results in a much smaller process volume. The collecting container can also be used as a transport and / or storage container and acted upon, for example, with an inert gas.

Optional kann während wenigstens eines Teilabschnitts des obigen Prozesses auch ein Gas durch die Schmelze im Schmelztiegel geleitet werden, um schon dort eine teilweise Reinigung vorzusehen. Diese kann gegebenenfalls durch Erzeugen eines Unterdrucks im Gehäuse 8 der Schmelzeinheit 3 noch gefördert werden. Dabei kann das in den Schmelztiegel eingeleitete Gas ein anderes als das in der Prozesskammer eingesetzte Gas sein, um unterschiedliche Reinigungsmechanismen vorzusehen. Auch dieses Gas kann gegebenenfalls nach einer Aufbereitung rezirkuliert werden. Zusätzlich kann in diesem Bereich gegebenenfalls auch noch eine elektronenstrahl- und/oder plasmaunterstützte Oberflächenreinigung der Schmelze im Schmelztiegel vorgesehen werden.Optionally, during at least a portion of the above process, a gas may also be passed through the melt in the crucible to provide partial cleaning already there. This may optionally by generating a negative pressure in the housing 8th the melting unit 3 still be promoted. In this case, the gas introduced into the crucible may be different from the gas used in the process chamber in order to provide different cleaning mechanisms. This gas can also optionally be recirculated after treatment. In addition, an electron beam and / or plasma-assisted surface cleaning of the melt in the crucible can optionally also be provided in this area.

Vorzugsweise kann der Betrieb auch kontinuierlich sein, beispielsweise durch fortlaufendes Befüllen der Schmelzeinheit 3 und durch fortlaufende Entnahme der gesammelten sphärischen Siliziumpartikel. Hierzu könnte im Bereich der Schmelzeinheit 3 beispielsweise eine Zwischenwanne vorgesehen sein, die aus wenigstens einem Schmelztiegel mit geschmolzenen Silizium befüllt wird. Aus der Zwischenwanne kann das geschmolzene Silizium dann in die Prozesskammer 18 geleitet werden, während in dem wenigstens einen Schmelztiegel weiters Siliziummaterial geschmolzen wird.Preferably, the operation can also be continuous, for example by continuous filling of the melting unit 3 and by continuously withdrawing the collected spherical silicon particles. This could be in the area of the melting unit 3 For example, be provided an intermediate trough, which is filled from at least one crucible with molten silicon. From the intermediate trough, the molten silicon can then enter the process chamber 18 are passed while in the at least one crucible further silicon material is melted.

Der oben beschriebene Prozess sieht somit eine Möglichkeit vor im Wesentlichen sphärische Partikel aus metallurgischem Silizium mit einem vorbestimmten Durchmesser vorzusehen, die gute Eigenschaften für nachfolgende Prozesse, insbesondere eine TCS-Synthese aufweisen.The process described above thus provides a possibility of providing substantially spherical particles of metallurgical silicon having a predetermined diameter, which have good properties for subsequent processes, in particular a TCS synthesis.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformung der Erfindung näher erläutert, ohne auf diese konkrete Ausführungsform beschränkt zu sein. Insbesondere ist die zweite Gas-Einlasseinheit 42 nur optional zu sehen. Ferner sei bemerkt, dass das geschmolzene Silizium insbesondere auch seitlich zum Beispiel über eine entsprechende Gasströmung nach oben gerichtet oder von unten in die Prozesskammer 18 eingeleitet werden kann. Insbesondere kann sich auch der Aufbau der Schmelzeinheit 3 von dem dargestellten unterscheiden, wie anhand eines Beispiels schon im Zusammenhang mit der Zwischenwanne beschrieben wurde. Auch ist es nicht erforderlich, dass die Schmelzeinheit 3 über der Prozesskammer angeordnet ist.The invention has been explained in detail above with reference to a preferred embodiment of the invention, without being limited to this specific embodiment. In particular, the second gas inlet unit 42 only optional to see. It should also be noted that the molten silicon is also directed laterally, for example via a corresponding gas flow, or from below into the process chamber 18 can be initiated. In particular, the structure of the melting unit can also be 3 differ from the illustrated, as has already been described by way of example in connection with the tundish. Also, it is not required that the melting unit 3 is arranged above the process chamber.

Claims (28)

Verfahren zum Erzeugen von Partikeln aus metallurgischem Silizium mit folgenden Schritten: Schmelzen von metallurgischem Silizium oder Silizium mit gezielten Beimengungen, wie beispielsweise mit einem Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 2 Gew.-%; Einleiten des geschmolzenen Siliziums in eine Prozesskammer, wobei das geschmolzene Silizium beim Einleiten in die Prozesskammer über eine Gasströmung zerstäubt wird, und anschließend zum Boden der Prozesskammer oder eines daran befestigten Auffangbehälters fällt, wobei die Prozessbedingungen in der Prozesskammer, insbesondere die Gasströmung zum Zerstäuben des Siliziums oder der Legierung, so eingestellt werden, dass sich das zerstäubte Silizium während des freien Falls wenigstens teilweise verfestigt und im Wesentlichen sphärische Siliziumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm entstehen.Method for producing particles of metallurgical silicon, comprising the following steps: Melting of metallurgical silicon or silicon with targeted admixtures, such as with a copper content between 0.01 to 2 wt .-%; Introducing the molten silicon into a process chamber, wherein the molten silicon is atomized as it flows into the process chamber via a gas flow, and then to the bottom of the process chamber or a collecting container attached thereto, the process conditions in the process chamber, in particular the gas flow for atomizing the silicon or the alloy, adjusted so that the sputtered silicon at least partially solidified during the free fall and substantially spherical silicon particles having an average particle size of 20 microns to 425 microns arise. Verfahren zum Erzeugen von Partikeln aus metallurgischem Silizium mit folgenden Schritten: Schmelzen von metallurgischem Silizium oder Silizium mit gezielten Beimengungen, wie beispielsweise mit einem Kupfergehalt zwischen 0,01 bis 5 Gew.-%; Einleiten des geschmolzenen Siliziums in eine Prozesskammer, wobei das geschmolzene Silizium beim Einleiten in die Prozesskammer über eine Gasströmung zerstäubt wird, und anschließend in einen Auffangbehälter transportiert wird, wobei die Prozessbedingungen in der Prozesskammer, insbesondere die Gasströmung zum Zerstäuben des Siliziums und/oder zum Transport des geschmolzenen Siliziums, so eingestellt werden, dass sich das zerstäubte Silizium nach der Zerstäubung auf dem Weg zum Auffangbehälter wenigstens teilweise verfestigt und im Wesentlichen sphärische Siliziumpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm entstehen.Method for producing particles of metallurgical silicon, comprising the following steps: Melting of metallurgical silicon or silicon with targeted admixtures, such as with a copper content between 0.01 to 5 wt .-%; Introducing the molten silicon into a process chamber, wherein the molten silicon is atomized during introduction into the process chamber via a gas flow, and then transported into a collecting container, wherein the process conditions in the process chamber, in particular the gas flow for atomizing the silicon and / or for transport of the molten silicon, are adjusted so that the atomized silicon after atomization on the way to the collecting container at least partially solidified and substantially spherical silicon particles having an average particle size of 20 microns to 425 microns arise. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das geschmolzene Silizium nach dem Zerstäuben in den Auffangbehälter fällt, oder über eine weitere Gasströmung in diesen gefördert wird.The method of claim 2, wherein the molten silicon after sputtering falls into the collecting container, or is conveyed through a further gas flow in this. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallurgische Silizium oder Silizium mit gezielten Beimengungen, Kupfer zwischen 0,01 und 2 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,05 und 1 Gew.-% enthält.Method according to one of the preceding claims, wherein the metallurgical silicon or silicon with specific admixtures, copper between 0.01 and 2 wt .-%, in particular between 0.05 and 1 wt .-%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Einleitens des geschmolzenen Siliziums innerhalb der Prozesskammer eine im Wesentlichen inerte Gasatmosphäre aufrechterhalten wird, und die Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung aus einem inerten Gas besteht. A method according to any one of the preceding claims, wherein during the introduction of the molten silicon within the process chamber, a substantially inert gas atmosphere is maintained, and the gas flow for atomizing the molten silicon or the alloy consists of an inert gas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zerstäubung über eine Argon- und/oder Stickstoffgasströmung erzeugt wird,Method according to one of the preceding claims, wherein the atomization is generated via an argon and / or nitrogen gas flow, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei innerhalb der Prozesskammer eine reaktive Gasatmosphäre aufrechterhalten wird, welche mit Verunreinigungen im geschmolzenen Silizium reagiert, um diese aus dem geschmolzenen Silizium zu entfernen, wobei insbesondere auch die eine Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Silizium aus einem reaktiven Prozessgas besteht.Method according to one of claims 1 to 5, wherein within the process chamber, a reactive gas atmosphere is maintained, which reacts with impurities in the molten silicon to remove them from the molten silicon, and in particular also a gas flow for atomizing the molten silicon from a reactive Process gas exists. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Einleiten des geschmolzenen Siliziums in die Prozesskammer das geschmolzene Silizium wenigstens einem der folgenden Aufbereitungsschritte unterworfen wird; Halten des geschmolzenen Siliziums in einer Sauerstoff, Luft und/oder N2 Gasatmosphäre oder Leiten eines solchen Gases durch das geschmolzene Silizium, insbesondere um Kohlenstoff aus dem geschmolzenen Silizium zu entfernen; Einbringen von Silikat als Schlackebildner oder eines anderen schlackebildenden Materials in das geschmolzene Silizium; Halten des geschmolzenen Silizium im Vakuum, um insbesondere Phosphor aus dem geschmolzenen Silizium herauszuziehen; Leiten eines reaktiven Gases oder einer reaktiven Gasmischung durch das geschmolzene Silizium, welches mit Verunreinigungen in dem geschmolzenem Silizium reagiert, um sie hieraus zu entfernen; Leiten eines reaktiven Gases durch das geschmolzene Silizium, um eine gute Durchmischung hiervon zu erreichen; Einbringen von Legierungskomponenten, insbesondere Kupfer in das geschmolzene Silizium, um eine Legierung zu erhalten.A method according to any one of the preceding claims, wherein prior to introducing the molten silicon into the process chamber, the molten silicon is subjected to at least one of the following treatment steps; Holding the molten silicon in an oxygen, air and / or N 2 gas atmosphere or passing such gas through the molten silicon, in particular to remove carbon from the molten silicon; Introducing silicate as a slag former or other slag-forming material into the molten silicon; Holding the molten silicon in vacuum, in particular to extract phosphorus from the molten silicon; Passing a reactive gas or a reactive gas mixture through the molten silicon which reacts with impurities in the molten silicon to remove them therefrom; Passing a reactive gas through the molten silicon to achieve a thorough mixing thereof; Introducing alloy components, especially copper, into the molten silicon to obtain an alloy. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei ein durch das geschmolzene Silizium hindurchgeleitetes Gas Wasser und/oder Wasserstoffperoxid enthält.The method of claim 8, wherein a gas passed through the molten silicon contains water and / or hydrogen peroxide. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb der Prozesskammer eine wenigstens teilweise nach oben gerichtete Gasströmung erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein within the process chamber, an at least partially upward gas flow is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb der Prozesskammer eine kreis- oder spiralförmige Gasströmung erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein within the process chamber, a circular or spiral gas flow is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasströmung zum Zerstäuben des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung eine Überschallgasströmung ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the gas flow for atomizing the molten silicon or alloy is a supersonic gas flow. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das geschmolzene Silizium oder die Legierung vor dem Zerstäuben mit Ultra- oder Megaschall beaufschlagt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the molten silicon or the alloy is applied before atomizing with ultra or megasonic. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Gas aus der Prozesskammer abgesaugt, gereinigt und wenigstens teilweise für die Zerstäubung des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung in die Prozesskammer rezirkuliert wird.The method of any one of the preceding claims, wherein gas is extracted from the process chamber, cleaned, and at least partially recirculated into the process chamber for atomization of the molten silicon or alloy. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Reinigung eine Destillation und/oder chemische Absorption aufweist, um im Gas befindliche Verunreinigungen zu entfernen.The process of claim 14, wherein the purification comprises distillation and / or chemical absorption to remove impurities present in the gas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessbedingungen so eingestellt werden, dass wenigstens ein überwiegender Teil der Partikel im Zentrum eine kristalline Struktur mit einer amorphen Oberflächenschicht erhält, wobei die amorphe Oberflächenschicht vorzugsweise auf eine Tiefe von 10 μm begrenzt ist.The method of any one of the preceding claims, wherein the process conditions are adjusted so that at least a majority of the particles in the center receive a crystalline structure with an amorphous surface layer, the amorphous surface layer being preferably limited to a depth of 10 μm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das geschmolzene Silizium oder die Legierung über eine Düse mit einer Induktionsspule eingeleitet wird, die eine Strömung des geschmolzenen Siliziums oder der Legierung über die Induktionsspule räumlich begrenzt.A method according to any one of the preceding claims, wherein the molten silicon or alloy is introduced via a nozzle having an induction coil which spatially confines a flow of the molten silicon or alloy through the induction coil. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel nach dem Verfestigen einem Unterdruck und/oder einem reaktiven Gas, das mit Verunreinigungen in dem geschmolzenen Silizium reagiert, um diese aus dem geschmolzenen Silizium zu entfernen, ausgesetzt wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein after solidifying, the particles are exposed to a vacuum and / or a reactive gas which reacts with impurities in the molten silicon to remove them from the molten silicon. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel einem Unterdruck von < 10–3 mbar, insbesondere < 10–4 mbar ausgesetzt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the particles are exposed to a negative pressure of <10 -3 mbar, in particular <10 -4 mbar. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Partikel abwechselnd dem Unterdruck und einem reaktiven Gas mit einem höheren Druck als dem Unterdruck ausgesetzt werden.The method of claim 18 or 19, wherein the particles are alternately exposed to the negative pressure and a reactive gas having a pressure higher than the negative pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Partikel Außerhalb der Prozesskammer oder in einem Haltebereich der Prozesskammer, der zuvor gegenüber dem Rest der Prozesskammer isoliert wurde, dem Unterdruck und/oder der reaktiven Gasatmosphäre ausgesetzt werden.Method according to one of claims 18 to 20, wherein the particles outside the process chamber or in a holding region of the process chamber, which was previously isolated from the rest of the process chamber, the negative pressure and / or the reactive gas atmosphere are exposed. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 wobei die Partikel vor und/oder während sie dem Unterdruck und/oder der reaktiven Gasatmosphäre ausgesetzt werden auf eine Temperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes des Silizium, erwärmt werden. Method according to one of claims 18 to 21 wherein the particles before and / or during the negative pressure and / or the reactive gas atmosphere are exposed to a temperature just below the melting point of the silicon, are heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Partikel während sie dem Unterdruck und/oder der reaktiven Gasatmosphäre ausgesetzt werden durch eine Gasströmung oder mechanisch bewegt werden.Method according to one of claims 18 to 22, wherein the particles are exposed to the negative pressure and / or the reactive gas atmosphere by a gas flow or mechanically moved. Partikel aus metallurgischem Silizium, die mittels Gaszerstäubung hergestellt wurden und eine im Wesentlichen sphärische Form mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm bis 425 μm besitzen.Particles of metallurgical silicon, which were produced by gas atomization and have a substantially spherical shape with an average particle size of 20 microns to 425 microns. Partikel nach Anspruch 24, wobei die Partikel einen Kupferanteil zwischen 0,01 bis 5 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,01 bis 2 Gew.-% aufweisen.Particles according to claim 24, wherein the particles have a copper content between 0.01 to 5 wt .-%, in particular between 0.01 to 2 wt .-%. Partikel nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Partikel im Zentrum eine kristalline Struktur mit einer amorphen Oberflächenschicht besitzen, wobei die amorphe Oberflächenschicht vorzugsweise auf eine Tiefe von 10 μm begrenzt ist.Particles according to claim 24 or 25, wherein the particles in the center have a crystalline structure with an amorphous surface layer, wherein the amorphous surface layer is preferably limited to a depth of 10 μm. Partikel nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Partikel eine kristalline oder amorphe Struktur besitzen.Particles according to claim 24 or 25, wherein the particles have a crystalline or amorphous structure. Partikel nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Partikel folgende Zusammensetzung aufweisen: wenigstens 98 Gew.-% Silizium, 0,01 bis 2 Gew.-% Kupfer, nicht mehr als 1,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 0,3 Gew.-% Aluminium, nicht mehr als. 0,02 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,005 Gew.-% Kalzium, andere metallische Verunreinigungen von vorzugweise weniger als 0,5 Gew.-%, Kohlenstoff in einer Konzentration von < 400 ppm., vorzugsweise 50 ppm., Bohr in einer Konzentration von vorzugsweise max. 15 ppm., und Phosphor in einer Konzentration von vorzugsweise max. 15 ppm. vorzugsweise < 5 ppm.Particles according to one of claims 24 to 27, wherein the particles have the following composition: at least 98% by weight of silicon, From 0.01% to 2% by weight of copper, not more than 1.0% by weight, preferably not more than 0.3% by weight of aluminum, not more than. 0.02% by weight, preferably less than 0.005% by weight of calcium, other metallic impurities of preferably less than 0.5% by weight, carbon in a concentration of <400 ppm, preferably 50 ppm., Bohr in a concentration of preferably max. 15 ppm., And Phosphorus in a concentration of preferably max. 15 ppm. preferably <5 ppm.
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