TWI539039B

TWI539039B - 矽的純化方法

Info

Publication number: TWI539039B
Application number: TW102102450A
Authority: TW
Inventors: 艾倫圖倫尼; 丹史密斯; 戴蒙達斯特吉里; 弗瑞茲Ｇ克斯特; 安東尼圖米洛; 春輝張; 卡邁勒歐納傑拉
Original assignee: 希利柯爾材料股份有限公司
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2016-06-21
Also published as: KR102137455B1; JP2015508743A; EP2807291A2; US20150040821A1; BR112014018376A2; US20200407874A1; KR20140114440A; TW201335444A; WO2013112884A2; US20180327928A1; CN104204311A; JP6159344B2; WO2013112884A3; BR112014018376A8

Description

矽的純化方法

本發明係有關於矽的純化方法。

發明背景

矽的純化係許多商業上及工業上方法之一重要步驟。達成自矽具經濟性地移除雜質藉此增加其純度係此等方法最佳化之一主要目標。但是，自矽分離雜質之有效率方法，特別是以大規模，通常係難以理解且難以使用。

太陽能電池係藉由利用其將太陽光轉化成電能而於現今被作為能源。矽係幾乎專門地於此等光電池中作為半導體材料。現今對於太陽能電池使用之重大限制係與使矽純化至可用於製造太陽能電池之足夠高等級(例如，太陽能等級(solar grade))之成本有關。基於現今能量需求及供應限制，極需要一種成本上更有效率之方式將冶金等級(MG)之矽(或具有比太陽能等級更大雜質之任何其它矽)純化成可用於製造太陽能電池之足夠高等級。

數種用於製造純化矽之技術係已知。大部份此等技術係以於矽自熔融溶液純化時非所欲雜質易保留於熔融溶液之原理而操作。例如，浮區(float zone)技術可用以製造單晶鑄錠，且於一固體材料使用一移動液體區，使雜質移至此材料之端緣。於另一例子，Czochralski技術可被用以製造單晶鑄錠，且使用一種晶，其係自溶液緩慢拔出，能於使雜質留於溶液時形成單晶矽管。於另一例子，Bridgeman或熱交換器技術可用以製造多晶鑄錠，且使用一溫度梯度造成方向性固化。

矽結晶化係一種用以移除非所欲雜質之方法。於結晶化，具雜質之矽溶於溶劑，然後，自此溶液結晶化，形成較純的矽。雖然結晶化可能是一種具經濟性之純化方式，某些缺點會造成純度喪失及無效率。例如，於使用諸如鋁之金屬溶劑使矽結晶化之方法，有價值之矽材料係於雜質一起留於鋁母液。重複努力使矽分級結晶化會造成比例上增加之矽損失。於另一例子，矽可能不會完全地自鋁結晶化，而係先以相對較純之所欲材料結晶化，然後，於此等結晶上形成矽及諸如鋁之雜質的組合。有時，此作用於試圖係自鋁溶液的結晶矽的產率達最大之情況會加重。於其它情況，矽及鋁之系統的固有性質使得於非所欲材料沉積於純結晶上之前完全停止結晶化係困難或不可能。即使於結晶化係於非所欲材料於矽結晶表面上結晶前完全停止之情況，於矽結晶自母液移除時留於矽結晶上之熔融母液會固化，造成相似之負面效果。

用於製造用於太陽能電池的矽結晶之各種技術於熔融製造階段使用一坩鍋容納矽。但是，使用標準坩鍋具有一些缺點。不幸地，由於，例如，熔融矽於固化時改變尺寸或形狀，大部份坩鍋於單次使用後破裂。產生單晶鑄錠之方法可包括使用石英坩鍋，其係一種昂貴且脆性材料。產生多晶鑄錠之方法一般使用一較大坩鍋，且由於石英費用，此等坩鍋通常由較便宜材料製造，諸如，熔融矽石或其它耐火性材料。即使由較便宜材料製造，由熔融矽石或其它耐火材料製成之大坩鍋仍係製造上昂貴，且一般僅可使用一次。坩鍋之高費用及有限壽命之組合限制矽純化裝置及方法之經濟效率。

此外，與坩鍋接觸或與其最近之材料於其固化時可能受坩鍋或坩鍋之塗層污染；於固化完全後，此不純材料可被修整掉固體材料。藉由將此材料固化成較大形狀，於此程序期間曝露於空氣或坩鍋或其它污染物之此材料表面可便最小化，因此，因修整受污染而變不純的材料而浪費掉之材料會被最小化。於另一例子，最後凍結之材料通常具有最高污染物濃度，會位於固化材料之表面處，且於使用前，通常此等表面亦被修整掉固化材料。藉由具有較小之表面積對體積之比率，此費料係藉由使用較大形狀而達最小化。較大規格之優點促進使用較大坩鍋用以自熔融材料形成鑄錠，特別是若形成鑄錠之預期用途需要高品質之鑄錠。儲徥，使用較大坩鍋會需要購買較大的爐，此會係重大費用。

發明概要

本發明係有關於矽的純化。本發明提供一種矽的純化方法。此方法包括使起始材料矽自包含鋁之一熔融溶劑再結晶，以提供最後之經再結晶的矽結晶。此方法亦包括以一酸水溶液清洗此最後之經再結晶的矽結晶，以提供一最後之經酸洗的矽。此方法亦包括方向性地固化此最後之經酸洗的矽，以提供最後之經方向性固化的矽結晶。

本發明之實施例包括，諸如，對於一既定成本，於經純化矽內之較低雜質量及更一致之雜質濃度之益處及優點。此方法可提供於一既定成本具更一致品質之經純化的矽，此可使此方法之產物比其它方法之產物更有價值。此方法可比其它方法更有效率。另一益處可包括製造可被用以產生較高品質產物之經純化的矽，此會比以相似成本製造之其它經純化的矽更有價值。本發明之實施例可提供較低成本之具較佳品質之鑄錠，此可被分割成具有整體上比其它方法提供者更高品質之矽塊。若用以製造太陽能電池，自鑄錠衍生之矽塊可以更低成本製造更有效率之太陽能電池。

於在結晶化步驟循環母液之實施例中，此方法會浪費較少之欲被純化的矽，且會更有效率使用鋁溶劑。對於酸洗步驟，離開此方法之溶解或反應的雜質可以有價值產物出售。於酸洗，經由純化步驟使水性酸及水再循環可節省材料，降低成本，且可降低廢料。藉由使用以最弱溶解混合物開始之串級式步驟溶解於酸洗中，放熱性化學反應或溶解可比其它方法更輕控制。坩鍋及方法之某些實施例亦可於於一既定爐內於單批塊材中產生比相似坩鍋及方法更多之塊材。於一範例中，方向性固化裝置之再使用性可助於使此方法提供一種經濟上更有效率之純化矽的方式。方向性固化裝置之再使用性可助於降低廢料，且可提供一使用較大坩鍋用於方向性固化之更經濟性方式。於某些實施例，方向性固化及方法整體上可自尺度化之經濟性獲益。另外，於方向性固化裝置之某些實施例中存在之加熱器提供一種方便且有效率之使矽加熱的方式，維持矽的溫度，控制矽之冷卻，或此等之組合，此能精確控制溫度梯度及矽之相對應方向性固化。

本發明提供一種矽的純化方法。此方法包括使起始材料矽自包含鋁之一熔融溶劑再結晶，以提供最後經再結晶之矽結晶。此方法包括以一酸水溶液清洗最後經再結晶之矽結晶，以提供最後經酸清洗之矽。此方法亦包括使最後經酸清洗之矽固化，以提供最後經方向性固化之矽結晶。

於某些實施例，矽的純化方法可進一步包括使最後經方向性固化之矽結晶噴砂或噴冰，以提供經噴砂或噴冰之最後經方向性固化之矽結晶。經噴砂或噴冰之最後經方向性固化之矽結晶之平均純度係大於最後經方向性固化之矽結晶之平均純度。

於某些實施例，矽的純化方法可進一步包括移除一部份之最後經方向性固化之矽結晶，以提供一經修整之最後經方向性固化之矽結晶。經修整之最後經方向性固化之矽結晶之平均純度係大於最後經方向性固化之矽結晶之平均純度。

於矽的純化方法之某些實施例，起始材料矽之再結晶化可包括使起始材料矽與包含鋁之一溶劑金屬接觸。此接觸可足以提供一第一混合物。起始材料矽之再結晶化亦可包括使第一混合物熔融。第一混合物之熔融可足以提供一第一熔融混合物。再結晶化亦可包括使第一熔融混合物冷卻。冷卻可足以形成最後經再結晶之矽結晶及一母液。起始材料矽之再結晶化亦可包括分離最後經再結晶之矽結晶及母液。分離可提供最後經再結晶之矽結晶。

於矽的純化方法之某些實施例，起始材料矽之再結晶化可包括使起始材料矽與一第一母液接觸。接觸可足以提供一第一混合物。再結晶化亦可包括使第一混合物熔融。熔融可足以提供一第一熔融混合物。再結晶化亦可包括使第一熔融混合物冷卻。冷卻可足以形成第一矽結晶及一第二母液。再結晶化可包括分離第一矽結晶與第二母液。分離可提供第一矽結晶。再結晶化亦可包括使第一矽結晶與包含鋁之一第一溶劑金屬接觸。接觸可足以提供一第二混合物。再結晶化亦可包括使第二混合物熔融。熔融可足以提供一第二熔融混合物。再結晶化亦可包括使第二熔融混合物冷卻。冷卻可足以形成最後經再結晶之矽結晶及第一母液。起始材料矽之再結晶化亦可包括分離最後經再結晶之矽結晶及第一母液。分離可提供最後經再結晶之矽結晶。

於矽的純化方法之某些實施例，起始材料矽之再結晶化可包括使起始材料矽與一第二母液接觸。接觸可足以提供一第一混合物。再結晶化可包括使第一混合物熔融。熔融可足以提供一第一熔融混合物。再結晶化可包括使第一熔融混合物冷卻。冷卻可形成第一矽結晶及一第三母液。再結晶化亦可包括分離第一矽結晶及第三母液。分離可提供第一矽結晶。再結晶化亦可包括使第一矽結晶與一第一母液接觸。接觸可足以提供一第二混合物。再結晶化亦可包括使第二混合物熔融。熔融可足以提供一第二熔融混合物。再結晶化亦可包括使第二熔融混合物冷卻。冷卻可形成第二矽結晶及第二母液。再結晶化可包括分離第二矽結晶及第二母液。分離可提供第二矽結晶。再結晶化可包括使第二矽結晶與包含鋁之一第一溶劑金屬接觸。接觸可足以提供一第三混合物。再結晶化可包括使第三混合物熔融。熔融可足以提供一第三熔融混合物。再結晶化可包括使第三熔融混合物冷卻。冷卻可形成最後經結晶之矽結晶及第一母液。起始材料矽之再結晶化亦可包括分離最後經再結晶之矽結晶及第一母液。分離可提供最後經再結晶之矽結晶。

於矽的純化方法之某些實施例，清洗最後經再結晶之矽可包括使最後經再結晶之矽一酸溶液足夠地混合，以使最後經再結晶之矽與酸溶液至少部份反應。混合能提供一第一混合物。清洗亦可包括分離第一混合物。分離可提供最後經酸洗之矽。

於矽的純化方法之某些實施例，清洗最後經再結晶之矽可包括使最後經再結晶之矽與一酸溶液充份混合，使最後經再結晶之矽與酸溶液至少部份反應。混合可提供一第一混合物。清洗可包括分離第一混合物。分離可提供一經酸洗之矽及酸溶液。清洗可包括使經酸洗之矽與一沖洗溶液混合。混合可提供一第四混合物。清洗可包括分離第四混合物。分離可提供一濕的經純化之矽及沖洗溶液。清洗可包括使濕的經純化之矽乾燥。乾燥可足以提供最後經酸洗之矽。

於矽的純化方法之某些實施例，清洗最後經再結晶之矽可包括使最後經再結晶之矽與一弱酸溶液充份混合，使第一複合物與弱酸溶液至少部份反應。混合可提供一第一混合物。清洗可包括分離第一混合物。分離可提供一第三矽鋁複合物及弱酸溶液。清洗可包括使第三矽鋁複合物與一強酸溶液充份混合，以使第三複合物與強酸溶液至少部份反應。混合可提供一第三混合物。清洗可包括分離第三混合物。分離可提供一第一矽及強酸溶液。清洗可包括使第一矽與一第一沖洗溶液混合。混合可提供一第四混合物。清洗可包括分離第四混合物。分離可提供一濕的經純化之矽及第一沖洗溶液。清洗可包括使濕的經純化之矽乾燥。乾燥可足以提供最後經酸洗之矽。於某些實施例，清洗方法可進一步包括分離第一混合物，以提供一第二矽鋁複合物及弱酸溶液；使第二矽鋁複合物與一中酸性溶液充份混合，以使第二複合物與中酸性溶液至少部份反應，提供一第二混合物；及分離第二混合物,，以提供一第三矽鋁複合物及中酸性溶液。於某些實施例，清洗方法可進一步包括分離第四混合物，以提供一第二矽及第一沖洗溶液；使第二矽與一第二沖洗溶液混合，以提供一第五混合物；及分離第五混合物，以提供濕的矽及第二沖洗溶液。

於矽的純化方法之某些實施例，清洗最後經再結晶之矽可包括使最後經再結晶之矽與一弱HCl溶液充份混合，以使第一複合物與強HCl溶液至少部份反應。混合可提供一第一混合物。清洗可包括分離第一混合物。分離可提供一第三矽鋁複合物及弱HCl溶液。清洗可包括使第三矽鋁複合物與一強HCl溶液充份混合，以使第三複合物與強HCl溶液至少部份反應。混合可提供一第三混合物。清洗可包括分離第三混合物。分離可提供一第一矽及強HCl溶液。清洗可包括使第一矽與一第一沖洗溶液混合。混合可提供一第四混合物。清洗可包括分離第四混合物。分離可提供一濕的經純化之矽及第一沖洗溶液。清洗可包括使濕的經純化之矽乾燥。乾燥可足以提供最後經酸洗之矽。清洗可包括自弱HCl溶液移除部份之弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH及比重。清洗可包括將部份之強HCl溶液轉移至弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH、弱HCl溶液之體積、中度HCl溶液之比重，或其等之組合。清洗可包括將部份之本體HCl溶液添加至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合。清洗可包括將部份之第一沖洗溶液轉移至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合。清洗亦可包括將淡水添加至第二沖洗溶液，以維持第二沖洗溶液之體積。

於矽的純化方法之某些實施例，清洗最後經再結晶之矽可包括使最後經再結晶之矽與弱HCl溶液充份混合，以使第一複合物與弱HCl溶液至少部份反應。混合可提供一第一混合物。清洗可包括分離第一混合物。分離可提供一第二矽鋁複合物及弱HCl溶液。清洗可包括使第二矽鋁複合物與一中度HCl溶液充份混合，以使第二複合物與中度HCl溶液至少部份反應。混合可提供一第二混合物。清洗可包括分離第二混合物。分離可提供一第三矽鋁複合物及一中度HCl溶液。清洗可包括使第三矽鋁複合物與一強HCl溶液充份混合，以使第三複合物與強HCl溶液至少部份反應。混合可提供一第三混合物。清洗可包括分離第三混合物。分離可提供一第一矽及一強HCl溶液。清洗可包括使第一矽與一第一沖洗溶液混合。混合可提供一第四混合物。清洗可包括分離第四混合物。分離可提供一第二矽及一第一沖洗溶液。清洗可包括使第二矽與一第二沖洗溶液混合。混合可提供一第五混合物。清洗可包括分離第五混合物。分離可提供一濕的經純化之矽及一第二沖洗溶液。清洗可包括使濕的經純化之矽乾燥。清洗可足以提供最後經酸洗之矽。清洗可包括自弱HCl溶液移除部份之弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH及比重。清洗可包括將部份之中度HCl溶液轉移至弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH、弱HCl溶液之體積、弱HCl溶液之比重，或此等之組合。清洗可包括將部份之強HCl溶液轉移至中度HCl溶液，以維持中度HCl溶液之pH、中度HCl溶液之體積、中度HCl溶液之比重，或此等之組合。清洗可包括將部份之本體HCl溶液添加至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合。清洗可包括將部份之第一沖洗溶液轉移至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合。清洗可包括將部份之第二沖洗溶液轉移至第一沖洗溶液，以維持第一沖洗溶液之體積。清洗亦可包括將淡水添加至第二沖洗溶液，以維持第二沖洗溶液之體積。

於矽的純化方法之某些實施例，最後經酸洗之矽之方向性固化包括二依序之方向性固化，以提供最後經方向性固化之矽結晶。

於矽的純化方法之某些實施例，最後經酸洗之矽之方向性固化包括於一坩鍋內實施最後經酸洗之矽之方向性固化。坩鍋可包括用以製造一鑄錠之一內部。鑄錠坩鍋可製造可包括多數個塊材。坩鍋亦可包括一外部形狀，其係約與於其間製造固化形成鑄錠之熔融材料之一爐之內部相符合。於某些實施例，鑄錠之塊材可形成一格柵，其中與一矩形坩鍋內之格柵相比，相對於角塊材之百分率的側邊或中間塊材之百分率係被增加。於某些實施例，坩鍋之周邊可包括約八個主要側邊，其中，此八個側邊包含二組約等長之約相對的第一側邊，及二組約等長之約相對的第二側邊，其中，第一側邊係與第二側邊交替。

於矽的純化方法之某些實施例，最後經酸洗之矽之方向性固化包括於一坩鍋內實施最後經酸洗之矽之方向性固化，此坩鍋包括用於製造一鑄錠之一內部。坩鍋可包括一外部形狀，其係與於其間製造固化形成鑄錠之熔融材料之一爐之內部形狀約相符合。鑄錠可包括多數個塊材。包括於鑄錠之此多數個塊材可形成一格柵。與爐內部相符合之坩鍋的外部形狀能產生比可自使用具有矩形之一坩鍋的爐產生的塊材料數更大數量之塊材。爐的內部形狀可包括一約圓形之形狀。坩鍋之周邊包含約八個主要側邊，其中，此八個側邊包含二組約等長度之約相對的較長側邊，及二組約相等長度之約相對的較短側邊。較長側邊可與較短側邊交替。

於矽的純化方法之某些實施例，最後經酸洗之矽之方向性固化包括於包括一方向性固化模具之一裝置內實施最後經酸洗之矽之方向性固化。方向性固化模具可包括至少一耐火性材料。此裝置可包括一外護套。此裝置可包括一絕緣層。絕緣層可至少部份置於方向性固化模具與外護套之間。

於矽的純化方法之某些實施例，最後經酸洗之矽之方向性固化可包括提供一方向性固化裝置。此裝置可包括一方向性固化模具，其係包含至少一耐火性材料。此裝置可包括一外護套。此裝置亦可包括一絕緣層，其係至少部份置於方向性固化模具與外護套之間。方向性固化可包括使最後經酸洗之矽至少部份熔融。熔融可提供一第一熔融矽。方向性固化亦可包括使第一熔融矽於方向性固化模具內方向性固化。方向性固化可提供一第二矽。於某些實施例，方向性固化亦可包括將一加熱器置於方向性固化模具上。置放可包括將選自一加熱元件及一感應加熱器之一或多個加熱構件置於方向性固化模具上。

於矽的純化方法之某些實施例，最後經酸洗之矽之方向性固化可包括提供一方向性固化裝置。此裝置可包括一方向性固化模具。方向性固化模具可包括一耐火性材料。方向性固化模具可包括一頂層。頂層可包括一滑動面耐火材料。頂層可被組配成保護方向性固化模具之剩餘部份免於在經方向性固化之矽自模具移除時受損。方向性固化模具可包括一外護套。外護套包括鋼材。方向性固化模具可包括一絕緣層。絕緣層可包括絕緣磚、耐火性材料、耐火性材料之混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫羊毛，或此等之混合物。絕緣層可至少部份置於方向性固化模具之一或多個側壁與外護套之一或多個側壁之間。方向性固化模具之一或多個側壁可包括氧化鋁。方向性固化模具之底部可包括碳化矽、石墨，或此等之組合。裝置亦可包括一頂加熱器。頂加熱器可包括一或多個加熱構件。每一加熱構件可包括一加熱元件或一感應加熱器。加熱元件可包括碳化矽、二矽化鉬、石墨，或此等之組合。頂加熱器可包括絕緣材料。絕緣材料可包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料之混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫羊毛，或此等之組合。頂加熱器可包括一外護套。外護套可包括不銹鋼。絕緣材料可至少部份置於一或多個構件與頂加熱器外護套之間。此裝置可被組配成對於矽方向性固化係使用多於兩次。

5‧‧‧方塊流程圖

10‧‧‧起始材料矽

15‧‧‧再結晶化

20‧‧‧最後經再結晶之矽結晶

25‧‧‧酸水溶液清洗

30‧‧‧最後經酸洗之矽

35‧‧‧方向性固化

40‧‧‧最後經方向性固化之矽結晶

60‧‧‧方塊流程圖

70‧‧‧方塊流程圖

100‧‧‧方塊流程圖

102‧‧‧起始材料矽

104‧‧‧第二母液

106‧‧‧接觸

108‧‧‧第一混合物

110‧‧‧熔融

112‧‧‧第一熔融混合物

114‧‧‧分離

116‧‧‧第三母液

118‧‧‧移除及出售

120‧‧‧第一矽結晶

121‧‧‧步驟未被實施

122‧‧‧第一母液

123‧‧‧再循環

124‧‧‧第二矽結晶

126‧‧‧第一溶劑金屬

128‧‧‧第三混合物

130‧‧‧第三熔融混合物

132‧‧‧最後經結晶之矽結晶

134‧‧‧導引

135‧‧‧再循環

136‧‧‧導引

138‧‧‧第二混合物

140‧‧‧第二熔融混合物

142‧‧‧再循環

144‧‧‧再循環

202‧‧‧第一程方法之一第一重複

204‧‧‧第一程

206,208‧‧‧第二程

210‧‧‧第三程

212‧‧‧溶劑金屬

214‧‧‧母液

216‧‧‧起始材料矽

218‧‧‧單程薄片

220‧‧‧第二程薄片

222‧‧‧第三程薄片

224‧‧‧母液

702‧‧‧第一程之第一重複

703‧‧‧再利用的母液

704‧‧‧第一程

706‧‧‧第二程之第一重複

707‧‧‧母液

708‧‧‧第二程

710‧‧‧第三程之第一重復

712‧‧‧第三程

716‧‧‧矽

718‧‧‧第一程薄片

720‧‧‧雙程薄片

722‧‧‧四程之矽薄片

724‧‧‧母液

730‧‧‧三程薄片

732‧‧‧第四程

741‧‧‧母液

742‧‧‧第二程母液

743‧‧‧三程熱

2100‧‧‧清洗步驟之一特別實施例

2102‧‧‧不純材料

2104‧‧‧酸洗方法

2106‧‧‧溶解相

2108‧‧‧溶解階段一

2110‧‧‧溶解階段二

2112‧‧‧離開

2114‧‧‧清洗相

2116‧‧‧第一清洗階段

2118‧‧‧第二清洗階段

2120‧‧‧離開，進入

2122‧‧‧乾燥相

2124‧‧‧離開

2126‧‧‧經乾燥純化之材料

2128‧‧‧水

2130‧‧‧進入

2132‧‧‧離開

2134‧‧‧溶解化學品

2136‧‧‧離開

2138‧‧‧含有經溶解及/或反應之雜質一酸溶液

2140‧‧‧進入

2142‧‧‧離開

2144‧‧‧離開

2146‧‧‧離開

2148‧‧‧添加

2149‧‧‧添加

2150‧‧‧進入

2152‧‧‧離開

2154‧‧‧進入

2156‧‧‧離開

2158‧‧‧離開

2160‧‧‧離開，進入

2162‧‧‧進入，供應

2164‧‧‧離開

2200‧‧‧酸清洗矽的方法酸清洗矽的方法

2202‧‧‧第一矽鋁複合物

2204‧‧‧組合

2206‧‧‧弱酸溶液

2208‧‧‧組合

2210‧‧‧第一混合物

2212‧‧‧分離

2214‧‧‧分離

2216‧‧‧第二矽鋁複合物

2218‧‧‧中酸性溶液

2220‧‧‧組合

2222‧‧‧組合

2224‧‧‧第二混合物

2226‧‧‧分離

2228‧‧‧分離

2230‧‧‧第三矽鋁複合物

2232‧‧‧強酸溶液

2234‧‧‧組合

2236‧‧‧組合

2238‧‧‧第三混合物

2240‧‧‧分離

2242‧‧‧分離

2244‧‧‧第一矽

2246‧‧‧第一沖洗溶液

2248‧‧‧組合

2250‧‧‧組合

2252‧‧‧第四混合物

2254‧‧‧分離

2256‧‧‧分離

2258‧‧‧第二矽

2260‧‧‧第二沖洗溶液

2262‧‧‧組合

2264‧‧‧組合

2266‧‧‧第五混合物

2268‧‧‧分離

2270‧‧‧分離

2272‧‧‧濕的經純化之矽

2274‧‧‧乾燥

2276‧‧‧提供

2278‧‧‧經純化之矽

2280‧‧‧淡水

2282‧‧‧添加

2284‧‧‧轉移

2286‧‧‧轉移

2288‧‧‧本體酸溶液

2290‧‧‧添加

2292‧‧‧轉移

2294‧‧‧轉移

2296‧‧‧移除

2297‧‧‧聚氯化鋁槽

2298‧‧‧轉移

2299‧‧‧洗滌器

2300‧‧‧決策樹

2302‧‧‧詢問

2304‧‧‧若弱酸槽是否具有大於1.5之pH之詢問

2306‧‧‧否定

2308‧‧‧鋁溶解或反應能於弱酸槽內繼續

2310‧‧‧肯定

2312‧‧‧弱酸槽是不否具有大於1.3之pH之詢問

2314‧‧‧肯定

2316‧‧‧PAC槽之剩餘空間被詢問

2318‧‧‧否定

2320‧‧‧1000 L可自PAC貯存槽轉移至另一PAC貯存槽

2322‧‧‧肯定

2324‧‧‧500 L之弱酸可轉移至一PAC貯存槽

2326‧‧‧否定

2328‧‧‧若弱酸槽之pH是否低於1.8之詢問

2330‧‧‧肯定

2332‧‧‧否定

2334‧‧‧弱酸槽內是否具有足夠空間添加液體之詢問

2336‧‧‧肯定

2338‧‧‧決策框

2340‧‧‧否定

2342‧‧‧決策框

2400‧‧‧矽的酸洗之方法

2402‧‧‧第一矽鋁複合物

2404‧‧‧組合

2406‧‧‧弱酸溶液

2408‧‧‧組合

2410‧‧‧第一混合物

2412‧‧‧分離

2414‧‧‧分離

2430‧‧‧第三矽鋁複合物

2432‧‧‧強酸溶液

2434‧‧‧組合

2436‧‧‧組合

2438‧‧‧第三混合物

2440‧‧‧分離

2442‧‧‧分離

2444‧‧‧第一矽

2446‧‧‧第一沖洗溶液

2448‧‧‧組合

2450‧‧‧組合

2452‧‧‧第四混合物

2454‧‧‧分離

2456‧‧‧分離

2460‧‧‧第一沖洗溶液

2472‧‧‧濕的經純化之矽

2474‧‧‧乾燥

2476‧‧‧提供

2478‧‧‧經純化之矽

2480‧‧‧淡水

2482‧‧‧添加

2486‧‧‧轉移

2488‧‧‧本體酸溶液

2490‧‧‧添加

2492‧‧‧轉移

2496‧‧‧移除

2497‧‧‧聚氯化鋁槽

2498‧‧‧轉移

2499‧‧‧洗滌器

3100‧‧‧坩鍋

3102‧‧‧內部

3104‧‧‧側邊

3106‧‧‧側邊

3200‧‧‧鑄錠

3201‧‧‧周圍

3202‧‧‧塊材

3203‧‧‧半塊材

3204‧‧‧第一側邊

3206‧‧‧第二側邊

4100‧‧‧裝置

4110‧‧‧方向性固化模具

4120‧‧‧絕緣層

4130‧‧‧外護套

4200‧‧‧裝置

4201‧‧‧方向性固化模具

4202‧‧‧絕緣層

4203‧‧‧外護套

4210‧‧‧頂層

4220‧‧‧熱面耐火性材料

4230‧‧‧導性耐火性材料

4231‧‧‧附屬構件

4232‧‧‧容納槽

4240‧‧‧內層

4250‧‧‧外層

4260‧‧‧固定錨

4300‧‧‧頂加熱器

4310‧‧‧加熱構件

4320‧‧‧絕緣材料

4330‧‧‧外護套

4400‧‧‧方向性固化一裝置

4401‧‧‧鏈條

4402‧‧‧孔洞

4403‧‧‧垂直結構性構件

4404‧‧‧水平結構性構件

4405‧‧‧突唇

4406‧‧‧篩箱

4410‧‧‧頂加熱器

4411‧‧‧絕緣材料

4412‧‧‧垂直結構性構件

4413‧‧‧水平結構性構件

4414,4415‧‧‧底結構性構件

4420‧‧‧底模具

4500‧‧‧頂加熱器

4510‧‧‧頂加熱器

4520‧‧‧絕緣層

4530‧‧‧加熱構件

4600‧‧‧方向性固化裝置

4610‧‧‧外護套

4620‧‧‧絕緣層

4630‧‧‧方向性固化模具

4700‧‧‧矽鑄錠

4701‧‧‧鑄錠之底部

4702‧‧‧鑄錠之頂部

圖式簡要說明

於圖式中，其等係無需按比例繪製，於數個圖中，相同數字係描述實質上相似之組件。具有不同字尾之相同數字表示實質上相似組件之不同例子。圖式係概括地，例示地，但非限制性地例示說明於本文件中探討之各種實施例。

圖1例示依據某些實施例之一純化矽的方法之方塊流程圖。

圖2A例示依據某些實施例之一單程再結晶化之方塊流程圖。

圖2B例示依據某些實施例之一雙程再結晶化之方塊流程圖。

圖3例示依據某些實施例之一三程再結晶化串級式方法之方塊流程圖。

圖4例示依據某些實施例之一三程再結晶化串級式方法之圖。

圖5例示依據某些實施例之一三程再結晶化串級式方法之圖。

圖6例示依據某些實施例之一再結晶化串級式方法之一第一程細節。

圖7例示依據某些實施例之一三程再結晶化串級式方法之方塊流程圖。

圖8例示依據某些實施例之一四程再結晶化串級式方法之圖。

圖9顯示依據某些實施例之酸清步驟之概略流程圖。

圖10顯示依據某些實施例之酸洗步驟之流程圖。

圖11顯示描述依據某些實施例之於酸洗步驟可時除部份之弱酸溶液之決策樹。

圖12顯示依據某些實施例之酸洗步驟之流程圖。

圖13顯示依據某些實施例之一32塊156 mm x 156 mm坩鍋之頂視圖。

圖14顯示依據某些實施例之於一坩鍋內之一32塊156 mm x 156 mm鑄錠之頂視圖。

圖15顯示依據某些實施例之坩鍋100之側視圖。

圖16例示依據某些實施例之一用於矽之方向性固化之裝置之一模具、一外護套，及一絕緣層之截面圖。

圖17例示依據某些實施例之一用於矽之方向性固化之裝置之一模具、一外護套，及一絕緣層之截面圖。

圖18例示依據某些實施例之一用於矽之方向性固化之裝置之一加熱器之截面圖。

圖19例示依據某些實施例之置於一模具之頂部上之包含一加熱器之一用於矽之方向性固化之裝置之3D投影圖。

圖20例示依據某些實施例之一用於矽之方向性固化之裝置之一加熱器之等角視圖。

圖21例示依據某些實施例之一用於矽之方向性固化之裝置之一模具之等角視圖。

圖22例示依據某些實施例之藉由本發明之裝置及方法產生之一矽鑄錠。

發明之詳細說明

現將詳細參考所揭露標的之某些申請專利範圍，此範例係於所附圖式例示。雖然所揭露之標的將結合列舉之申請專利範圍作說明，但需瞭解並不想要將揭露之標的限制於此等申請專利範圍。相反地，所揭露之標的係想要涵蓋可被包含於如申請專利範圍所界定之現在揭露之標的之範圍內之所有改變、修改，及等化物。

說明書中提及“一個實施例”、“一實施例”、“一例示實施例”等係指所述實施例可包括一特別特徵、結構，或特性，但每一實施例可無需包括此特別特徵、結構，或特性。再者，此等用辭無需指相同實施例。再者，當一特別特徵、結構，或特性結合一實施例作說明時，被認為於熟習此項技藝者之知識內係結合其它實施例(無論是否被明確說明)影響此特徵、結構，或特性。

於此文件中，除非其它指示，術語“一”或“一個”係用以包括一或多於一，且術語“或”係用以指非排它性之“或”。此外，需瞭解此處使用且無其它方式定義之用詞或術語係僅用於說明且非限制性。再者，所有此文件中提及之所有公開案、專利案，及專利文獻於此處係全文併入作為參考，彷彿個別被併入作為參考。於此文件與被併入之此等文件間不一致使用之清況時，併入的參考文件中之使用需被認為係此文件之使用的補充，對於矛盾性之不一致，此文件中之使用具控制性。

於此處所述之製造方法，步驟可於未偏離本發明原則下以任何順序實行，除非當一暫時性或操作性之順序被明確敘述。申請專利範圍中大意為先實施一步驟，然後其後實施數個其它步驟之敘述，需被認為係意指第一步驟係於其它步驟之任意者之前實施，但其它步驟可以任何適合順序實施，除非一順序係於此等其它步驟中進一步敘述。例如，敘述“步聚A、步驟B、步驟C、步驟D，及步驟E”之申請專利範圍元件需被闡釋為意指步驟A係先被實行，步驟E係最後實行，且步驟B、C，及D係於步驟A及E之間以任何順序實行，且此順序仍落於所請求方法之字義範圍內。一特定步驟或一子集之步驟亦可被重複，或與其它步驟同時實行。於另一例子，敘述“步驟A、步驟B、步驟C、步驟D，及步驟E”之申請專利範圍元件可被闡釋為意指步驟A係先被實行，步驟B其次被實行，步驟C其次被實行，步驟D其次被實行，且步驟E最後被實行。

再者，特定之步驟可被同時實行，除非明確之申請專利範圍語言敘述此等係被個別實行。例如，一進行X之請求步驟及一進行Y之請求步驟於單一操作中可同時進行，且形成之方法會落於請求方法之字義範圍內。

定義

單數型式"一"、"一個"及"此"可包括複數個提及物，除非上上文作明確其它指示。

如本文中所使用，於某些例子中，諸如“第一”、“第二”、“第三”等之術語當應用於諸如“母液”、“結晶”、“熔融混合物”、“混合物”、“沖洗溶液”、“熔融矽”等之術語時，係簡單地作為步驟間之差異的一般術語，且本身不是指步驟之優先或步驟之順序，除非以其它方式明確指示。例如，於某些例子，“第三母液”可為一元件，而第一或第二母液可能不是此範例之元件。於其它例子，第一、第二及第三母液皆可為一範例之元件。

術語"約"於一數值或範圍可容許一變化度，例如，於所述數值或所述限制範圍之10%內、5%內，或1%內。當提供一範圍或一列示之序列數值，除非其它特定外，於此範圍內之任何數值或於特定序列數值間之任何數值亦被揭露。

如本文中所使用，術語“溶劑”係指可溶解固體、液體，或氣體之液體。溶劑之非限制性例子係熔融金屬、聚矽氧、有機化合物、水、醇、離子液體，及超臨界流體。

如本文中所使用，術語"獨立地選自"係指提及之組群係相同、不同，或其等之組合，除非上下文明確地作其它指示。因此，於此定義下，用辭"X¹、X²，及X³係獨立地選自貴氣體"會包括其中，例如，X¹、X²，及X³皆相同，其中，X¹、X²，及X³皆不同，其中，X¹及X²係相同但X³係不同，及其它類似排列之方案。

如本文中所使用，術語“空氣”係指具有與取自大氣(通常係於地平面)之氣體的天然組成大約相等之組成的氣體混合物。於某些例子，空氣係取自環境週圍。空氣具有包括約78%氮氣、21%氧氣、1%氬氣，及0.04%二氧化碳，與小量其它氣體之組成物。

如本文中所使用，術語“室溫”係指環境溫度，其可為，例如，約15℃與約28℃之間。

如本文中所使用，“混合物”係指彼此呈物理性拉觸之二或更多種物質之組合物。例如，一混合物之組份可與化學性反應相反地為物理性組合。

如本文中所使用，“熔融”係指一物質於曝露於足夠熱時從固體變成液體。

如本文中所使用，“純化”係指將感興趣的一化學物質與外來或污染物質物理式或化學式分離。

如本文中所使用，“接觸”係指使物質觸碰、接觸或最接近之動作。

如本文中所使用，“結晶化”包括使一物質自溶液形成結晶(結晶材料)之方法。此方法係藉由使供料流冷卻或添加沉澱劑降低所欲產物之可溶性，使得其形成結晶，而將一產物通常係以極純型式與一液體供料流分離。然後，純的固體結晶藉由傾析、過濾、離心作用或其它手段與剩餘液體分離。

如本文中所使用，“結晶”包括一固體內原子之規則幾何配置。

如本文中所使用，“分離”係指將一物質自另一者移除之方法(例如，將一固體或一液體自一混合物移除)。此方法可使用熟習此項技藝者已知之任何適合技術，例如，將混合物傾析，自混合物於表面撇去一或多種液體，使混合物離心處理，使固體自混合物過濾，或此等之組合。

如本文中所使用，“母液”或“母液體”係指將固體(例如，結晶)自於液體內之固體溶液之混合物移除後獲得之固體或液體。依移除之徹底性而定，母液可包括一不可察覺量之此等固體。

如本文中所使用，“矽”係指具有符號Si且原子數14之化學元素。如本文中所使用，“冶金等級之矽”或"MG矽"或"MG Si"係指相對較純(例如，至少約96.0重量%)之矽。

如本文中所使用，“熔融物”係指被熔融之物質，其中，熔融係使一固體物質加熱至使其變成液體之點(稱為熔點)的方法。

如本文中所使用，“溶劑金屬”係指於加熱時能有效溶解矽造成一熔融液體之一或多種金屬，或其合金。適合之例示溶劑金屬包括，例如，銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鋁、鎘、鎵、銦、鎂、鉛，及其等之合金，與其等之組合。

如本文中所使用，“合金”係指二或更多種元素之一均質混合物，其中至少一者係金屬，且其中形成之材料具有金屬性質。形成之金屬物質通常具有與其組份不同之性質(有時係顯著不同)。

如本文中所使用，“液相線”係指一相圖上之一條件，於高於此線，一特定物質係穩定呈液相。最普遍地，此線表示一轉移溫度。液相線可為一直線，或可為曲線，其係依物質而定液相線最通常係應用於二相系統，諸如，固體溶液，包含金屬合金。液相線可相對比於固相線。液相線及固相線無需排成直線或重疊；若一間隙存在於液相線與固相線之間，則此間隙內，物質並非穩定呈液體或固體。

如本文中所使用，“固相線”係指一相圖上之一條件，於低於此線，一特定物質係穩定呈固相。最普遍地，此線表示轉移溫度。固相線可為一直線，或可為曲線，其係依物質而定。固相線最通常係應用於二相系統，諸如固體溶液，包括金屬合金。固相線可相對比於液相線。固相線與液相線無需排成直線或重疊。若一間隙存在於固相線與液相線之間，則於此間隙內，物質不能穩定呈固體或液體；例如，於橄欖石(鎂橄欖石-鐵橄欖石)系統之情況。

如本文中所使用，“浮渣”係指浮於一熔融金屬浴上之大量固體雜質。其通常出現在諸如錫、鉛、鋅或鋁之低熔點金屬或合金之熔融，或因金屬氧化。其可藉由，例如，自表面將其撇去而移除。於錫及鉛，浮渣亦可藉由添加氫氧化鈉丸粒移除，其使氧化物溶解且形成熔渣。於其它金屬，可添加鹽助熔劑分離浮渣。浮渣係與熔渣不同，熔渣係浮於合金上之一(黏稠)液體，浮渣係固體。

如本文中所使用，“熔渣”係指使礦熔融而純化金屬之副產物。其等可被視為金屬氧化物之混合物；但是，其等可含有金屬硫化物及呈元素型式之金屬原子。熔渣一般係於金屬熔煉作為廢料移除機構。於自然界中，諸如鐵、銅、鉛、鋁及其它金屬之金屬的礦物係以不純狀態被發現，通常係被氧化及與其它金屬之矽酸鹽混合。於熔煉期間，當礦物曝露於高溫時，此等雜質與熔融金屬分離，且可被移除。被移除化合物之收集物係熔渣。熔渣亦可為藉由設計產生之各種氧化物及其它材料之摻合物，以便增強金屬之純化。

如本文中所使用，“惰性氣體”係指於正常狀況下不具反應性之任何氣體或氣體組合物。惰性氣體無需為元素，且通常係分子氣體。如同貴氣體，非反應性之趨勢係由於價數(最外面之電子殼)於所有惰性氣體係完全。惰性氣體可為貴氣體，但非必要。元素惰性氣體包括，例如，氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)及氮氣(N₂)。

如本文中所使用，“方向性固化”係指使得供料金屬於進行固化之部份係可連續獲得之熔融金屬的固化。

如本文中所使用，“多結晶矽”或“多-Si”或“多結晶矽”係指含有多數個單結晶矽結晶之材料。

如本文中所使用，“單結晶矽”係指具有單一且連續之結晶晶格結構且幾乎無缺陷或雜質之矽。

如本文中所使用，“鑄錠”係指大量之鑄製材料。於某些例子，材料之形狀能使鑄錠相對較易被運送。例如，加熱超過其熔融且模製成一桿材或塊材之金屬被稱為鑄錠。

如本文中所使用,“人造晶塊”係指合成製造之單結晶鑄錠。例如，於Czochralski或“CZ”方法，一種晶被用以產生一較大的結晶，或鑄錠。此種晶係被浸入純的熔融矽內，且緩慢萃取。熔融矽於種晶上以結晶方式生長。於種晶被萃取時，結晶生長且最後產生一大的圓形人造晶塊。

如本文中所使用，“選擇性”係指某物被進行或存在，或未被進行或不存在。例如，一選擇性之步驟係被實施或未被實施之一步驟。於另一例子，一選擇性之成份係存在或不存在之一成份。

如本文中所使用，“酸溶液”係指含有任何濃度之酸的溶液。

如本文中所使用，“三氯化鋁”係指AlCl₃。

如本文中所使用，“批次”係指非連續之生產或使用；以單一操作製造或使用之某物。

如本文中所使用，“料箱”係指用於容納、運送、貯存或使用材料之容器。料箱無需為一完整的實體，料箱可具有穿孔或孔洞。

如本文中所使用，“連續”係指非批次之生產或使用，不間斷之製造或使用。連續方法無需為無限連續，但當含有此程序之方法操作時，應為實質上連續。

如本文中所使用，“結晶”係指具有高度規則性結構之固體。結晶可藉由元素或分子之固化而形成。

如本文中所使用，“第一複合物”、“第二複合物”，及“第三複合物”係指多於一種事物，特別是材料、化合物，或化學元素，之組合。複合物可為巨觀，例如，此術語無需禁止分子或原子規格之化學元素的組合。複合物可具有不一致的分佈。複合物可為合金，或可含有合金。

如本文中所使用，“溶解化合物”係指至少一種溶解化合物，且可指多於一種溶解化合物。溶解化合物可指與至少一雜質反應，溶解至少一雜質，或此等之組合之化合物。

如本文中所使用，“乾燥”係指至少部份移除水，且可指移除大量水之某物。

如本文中所使用，“擠塑”係指自一孔洞擠壓或推動，包括藉由重力之力量，包括藉由重力造成液體壓力之力量，包括固體藉由以重力力量或其它手段產生之液壓自一孔洞推出。

如本文中所使用，“淡水”係指係指尚未被用以自欲被純化之材料清洗雜質或化學品之水。

如本文中所使用，“頭部空間”係指於高於某物上之空氣體積，一般但非必要係於密閉環境。

如本文中所使用，“加熱器”係指可對其它物給予熱之裝置。

如本文中所使用，“欲被純化之材料”可為至少一種材料，且可為數種材料，且此數種材料可組合成合金、化學化合物、結晶，或此等之組合。

如本文中所使用，“混合物”係指二或更多種事物組合。組合可為使得二物間之緻密接觸存在。

如本文中所使用，“熔融”係指液體，特別是於室溫係固體的材料之液相。

如本文中所使用，“過氧化物”係指具有氧-氧單鍵之化合物，且包括過氧化氫。

如本文中所使用，“pH”係指溶液之酸性或鹼性之量測。其近溶解氫離子(例如，H⁺)之莫耳濃度之以十為底之負對數。

如本文中所使用，“聚氯化鋁”，亦縮寫為PAC，係指具化學式Al_nCl(_3n-m)(OH)_m之化合物。其亦可指氫氯酸鋁。

如本文中所使用，“反應”係指具有化學反應，或於酸溶液或溶解溶液及不純的矽之前後文係指溶解。

如本文中所使用，“感應器”係指可檢測某物之特徵或性質之裝置。

如本文中所使用，“分離”係指使一物至少部份自另一者移除。

如本文中所使用，“沉降槽”係指設計成使固體材料沉降至底部之槽，使得液體可以具有比其於進入此槽時所含者更少之固體自此槽移除。於某些例子，沉降槽可為錐狀，且可於底部具有一閥，使固體釋出。

如本文中所使用，“比重”係指相對於水的密度之一物質的密度。比重可指被測量物質之密度除以於約3.98℃及於1大氣壓測量之水密度。

如本文中所使用，“水蒸氣”係指氣體之水或之蒸氣。

如本文中所使用，“槽”係指可能但非必要之於頂部打開之容器。

如本文中所使用，“閥”係指能使某物流經其它某物或停止流動之裝置。

如本文中所使用，“塊材”係指可為任何形狀之一塊鑄錠。一般，塊材係矩形。

如本文中所使用，“側塊材”係指與一鑄錠之周圍共享一側邊之塊材。

如本文中所使用，“中間塊材”係指如本文中所使用，“中間塊材”係指不與一鑄錠之周圍共享一側邊之塊材。

如本文中所使用，“角塊材”係指與一鑄錠之周圍共享二側邊之塊材。

如本文中所使用，“塗層”係指覆蓋另一材料之至少一部份之一材料層，其中，此層可與其覆蓋之材料一樣厚、更厚，或更薄。

如本文中所使用，“埋頭”係指安裝螺絲、螺栓，或相似硬體之一種方式，其中，具較寬周邊之一次要錐狀或半錐狀孔洞係於約略高於此材料內之具一特定周邊之一主要圓柱形孔洞而更接近此材料之表面，使得硬體不會突出高於其被安裝之表面，或使得硬體突出高於其被安裝之表面係少於無次要孔洞者。

如本文中所使用,“鎖口”係指安裝螺絲、螺栓或相似硬體之一種方式，其中，具較寬周邊之一次要圓柱狀孔洞係於約略高於此材料內之具一特定周邊之一主要圓柱形孔洞而更接近此材料之表面，使得硬體不會突出高於其被安裝之表面，或使得硬體突出高於其被安裝之表面係少於無次要孔洞者。

如本文中所使用，“坩鍋”係指可容納熔融材料，可容納於熔融變成熔融物時之材料，可容納於固化或結晶化或此等之組合時之熔融材料的容器。

如本文中所使用，“變曲”係指約略彎曲，或依循一約略弧形，且無需被完全彎曲之一表面。於概略估算一表面是否彎曲，係考量平均值，使得於某些部份(包括一部份)、數個部份，或所有部份依循一直線或數個直線之一表面，若整體上一表面依循一約略弧形時，可為一彎曲表面。

如本文中所使用，“格柵”係指至少二塊材料，此等塊材之端緣的圖案一般係形成有規律間隔之水平及垂直線之圖案。

如本文中所使用，“內角”係指於二表面間形成之於此二角中較小角的角。

如本文中所使用，“平側邊”係約略為直的，整體上係最小程度彎曲，且無需完全平之一側邊。於概略估算直度，係考量平均值，使得前後些微彎曲數次之一側邊，若整體上此側邊依循一約略直線時，可為一平側邊。

如本文中所使用，“爐”係指具有用於使材料加熱之一隔室之一機器、設備、裝置，或其它結構體。

如本文中所使用，“爐容量”係指一爐之一隔室的體積。

如本文中所使用，“周圍”係指一物件或形狀之外端緣。

如本文中所使用，“圓形”係指不具有尖銳角之形狀，例如，不具有90-度角之形狀。圓形可為圓形或橢圓形。圓形可包括具有修圓端緣之矩形。

如本文中所使用，“導管”係指通過一材料之管狀孔洞，其中，此材料無需係管狀。例如，通過一塊材料之一孔洞係一導管。此孔洞可具有比直徑更大之長度。一導管可藉由使一管子(包括管件)裝入一材料內而形成。

如本文中所使用，“方向性固化”係指使材料結晶化係約略一方向開始，於一約略線性方向(例如，垂直、水平，或與一表面垂直)進行，及於約略另一位置結束。如此定義中使用，一位置可為一點、一平面，或一彎曲面，包括環形或碗形。

如本文中所使用，“風扇”係指可使空氣移動之任何設備或裝置。

如本文中所使用，“加熱元件”係指產生熱之一材料件。於某些實施例，一加熱元件可於電力流過此材料時產生熱。

如本文中所使用，“感應加熱器”係指經由於材料中感應電流使熱加至此材料之加熱器。一般，此等電流係藉由使交流電流行經接近欲被加熱之材料的金屬線圈而產生。

如本文中所使用，“熔融”係指進行從固體至液體之相轉移，或熔融材料。

如本文中所使用，“油”係指於環境溫度係液體，係疏水性，且具有高於300℃沸點之物質。油之例子包括但不限於蔬菜油及石油。

如本文中所使用，“耐火性材料”係指於高溫係為化學性及物理性穩定之材料。耐火性材料之例子包括但不限於氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨，或此等之組合。

如本文中所使用，“熱面耐火材料”係指一耐火性材料。如本文中所使用，“導性耐火材料”係指可導熱之一耐火性材料。

如本文中所使用，“一側”或“多側”可指一或多側，且除非其它指示外，係指一物件之與此物件之一或多個頂部或底部相對之一側或多側。

如本文中所使用，“矽”係指元素Si，且可指具任何純度之Si，但一般係指至少50重量%純，較佳係75重量%純，更佳係85%純，更佳係90重量%%，且更佳係95重量%純，且更佳係99重量%純之矽。

如本文中所使用，“滑動面耐火材料”係指減少磨擦力且減少固體矽與方向性固化模具間之黏性之一耐火性材料。

如本文中所使用，“管子”係指一中空管狀材料。一管子一般具有約略與其外部形狀相符合之一內部形狀。一管子之內部形狀可為任何適合形狀，包括圓形、矩形，或具有任何數量之側邊的形狀，包括非對稱之形狀。

如本文中所使用，“再結晶化”係指使一不純的材料溶於溶劑且使此材料自此溶劑結晶出之方法，使得自此溶劑結晶之此材料具有比溶於此溶劑之不純材料更高之純度。

矽的純化方法

本發明係有關於矽的純化。本發有提供一種純化矽的方法。參考圖1，係顯示一方塊流程圖5，提供本發明之矽的純化方法之概述。此方法包括使起始材料矽10自包含鋁之一熔融溶劑再結晶化15，以提供最後經再結晶之矽結晶20。此方法亦包括以一酸水溶液清洗25最後經再結晶之矽結晶20，以提供最後經酸洗之矽30。此方法亦包括使最後經酸洗之矽30方向性固化35，以提供最後經方向性固化之矽結晶40。

再結晶化

矽的純化方法包括使起始材料矽自包含鋁之一熔融溶劑再結晶化，以提供最後經型結晶之矽結晶。再結晶化可為任何之適合再結晶化方法，其中，再結晶化溶劑包括鋁，以提供最後經再結晶之矽結晶，其係比起始材料矽更純。於某些實施例，單一再結晶化可被實施，以使起始材料矽轉換成最後經再結晶之矽結晶。於其它實施例，起始材料矽可於提供最後經再結晶之矽結晶前被再結晶化數次。於某些實施例，鋁溶劑可為純的，或可包括雜質。鋁內之雜質可為矽或其它雜質。於具有多次再結晶化之實施例，再結晶化可為一串級式方法，其中，鋁溶劑可經此方法再循回去，使得第一再結晶化使用最少之純鋁作為再結晶化溶劑，且最後再結晶化使用最純之鋁作為再結晶化溶劑。於矽結晶經串級式方法向前移動時，其係自較純之溶劑金屬再結晶化。藉由使鋁溶劑再循環，廢料達最小化。因為溶劑及欲被再結晶化之材料內之雜質量會負面地影響產物純度，使用最純之鋁溶劑用於最後再結晶化助於使最後經再結晶之矽結晶的純度達最大化。適合之再結晶化之一些例子可於美國專利申請序號第12/729,561號案中發現，其在此被全文併入本案以為參考資料。

參考圖2A，係顯示依據某些實施例之一使矽再結晶化的方法之方塊流程圖60。起始材料矽之再結晶化可包括使起始材料矽102與包括鋁之一溶劑金屬126接觸106。接觸可足以提供一第一混合物108。此方法可包括使第一混合物熔融110。熔融110可足以提供一第一熔融混合物112。此方法可包括使第一熔融混合物冷卻。冷卻可足以形成最後經再結晶之矽結晶132及一母液126。此方法可包括分離114最後經再結晶之矽結晶132及母液126。分離可提供最後經再結晶之矽結晶132。

參考圖2B，係顯示依據某些實施例之一使矽再結晶化的方法之方塊流程圖70。起始材料矽之再結晶化可包括使起始材料矽102與一第一母液122接觸106。接觸106可足以提供一第一混合物108。此方法包括使第一混合物熔融110。熔融可足以提供一第一熔融混合物112。此方法可包括使第一熔融混合物冷卻。冷卻可足以形成第一矽結晶120及一第二母液104。此方法可包括分離114第一矽結晶120及第二母液104。分離可提供第一矽結晶120。此方法可包括使第一矽結晶120與包含鋁之一第一溶劑金屬126接觸106。接觸106可足以提供一第二混合物138。此方法可包括使第二混合物138熔融110。熔融110可足以提供一第二熔融混合物140。此方法可包括使第二熔融混合物冷卻。冷卻可足以形成最後經結晶之矽結晶132及第一母液122。此方法亦可包括分離114最後經再結晶之矽結晶132及第一母液122，以提供最後經再結晶之矽結晶。需瞭解此處有關於三程或更大之再結晶化串級式及其變化之所有探討亦可應用於二程再結晶化串級式實施例，諸如，圖2B中所例示者；當可應用時，此處有關於三程或更大之再結晶化串級式及其變化之所有探討亦可應用於單程再結晶化實施例，諸如，於圖2A中所例示者。

於一實施例，起始材料矽之再結晶化可包括使起始材料矽與一第二母液接觸。接觸可足以提供一第一混合物。此方法可包括使第一混合物熔融。熔融可足以提供一第一熔融混合物。此方法可包括使第一熔融混合物冷卻，以形成第一矽結晶及一第三母液。此方法可包括分離第一矽結晶及第三母液。分離可提供第一矽結晶。此方法可包括使第一矽結晶與一第一母液接觸。接觸可足以提供一第二混合物。此方法可包括使第二混合物熔融。此方法可足以提供一第二熔融混合物。此方法可包括使第二熔融混合物冷卻，形成第二矽結晶及第二母液。此方法可包括分離第二矽結晶及第二母液。分離可提供第二矽結晶。此方法可包括使第二矽結晶與包含鋁之一第一溶劑金屬接觸。接觸可足以提供一第三混合物。此方法可包括使第三混合物熔融。熔融可足以提供一第三熔融混合物。此方法可包括使第三熔融混合物冷卻，形成最後經再結晶之矽結晶及第一母液。此方法可包括分離最後經再結晶之矽結晶及第一母液，以提供最後經再結晶之矽結晶。

參考圖3、6，及7，係顯示依據某些實施例之使用一串級式方法之矽的再結晶化方法之方塊流程圖100。一起始材料矽102(例如，一第一矽)可接觸106含有鋁之溶劑金屬，諸如，第二母液104，形成一第一混合物108。第一混合物108可被熔融110，形成一第一熔融混合物112。然後，第一熔融混合物112可被冷卻及分離114成第一矽結晶120及一母液，諸如，第三母液116。然後，第三母液116可自此方法移除及出售118，用於其它產業，或其全部或部份可與第二母液104再循環144。第三母液116會具有價值之產業之一例子會係用於作為鑄製物之鋁矽合金之鋁鑄造產業。

於某些實施例，原料或冶金等級之矽(例如，起始材料矽)可包括，例如，少於約15 ppmw之硼，少於約10 ppmw之硼，或少於約6 ppmw之硼。溶劑金屬可為鋁。鋁可為P1020鋁，且包括少於約1.0 ppmw，少於約0.6 ppmw，或少於約0.4 ppmw之硼量。

矽或矽結晶與一母液或一溶劑金屬之接觸可以熟習此項技藝者所知之任何適合方式發生。接觸方式可包括將矽或矽結晶添加至一母液，且亦可包括將母液添加至矽或矽結晶。避免濺潑或避免材料損失之添加方法可被包含於被考量之接觸方式。接觸可具有或不具有攪拌或攪動而實施。接觸可產生攪動。接觸可被設計成產生攪動。接觸可具有或不具有加熱而發生。接觸可產生熱，可為吸熱，或可不產生熱或熱損失。

選擇性之攪拌或攪動可以熟習此項技藝者所知之任何適合方式實施。攪拌可包括以槳或其它攪拌裝置之機械式攪拌。攪動可包括藉由注射氣體或以氣體汽化而攪動，且亦可包括一容器之物理性攪動，包括旋轉或搖動。將一材料添加至另一者會造成攪動，且添加方式可被設計以便產生攪動。使一液體注射至另一液體內亦可產生攪動。

矽或矽結晶之混合物熔融於一母液或一溶劑金屬內可以熟習此項技藝者所知之任何適合方式發生。熔融方式可包括藉由任何適合方法將熱添加至混合物，以造成所欲之矽或矽結晶熔融。加熱可於已達成一熔融混合物後繼續。熔融方式可具有或不具有攪動而進行。熔融方式亦可包括矽或矽結晶因被曝露於在足夠高溫度之一母液或溶劑金屬而熔融，例如，於矽或矽結晶之熔點或高於此熔點；因此，矽或矽結晶與一母液或一溶劑金屬接觸產生一混合物可與使矽或矽結晶之混合物熔融提供一熔融混合物之步驟組合。混合物之熔融溫度可不一致或可改變，因熔融材料之組成改變而改變。

將熱添加至一混合物之方法包括熟習此項技藝所知之任何適合方法。此等方法包括，例如，以一爐加熱，或藉由將熱氣注射至一混合物內而加熱，或以自燃燒氣體產生之火焰加熱。感應式加熱可被使用。加熱方法可為輻射熱。加熱方法可藉由經欲被加熱之材料導電。亦被包括者係使用電漿加熱，使用放熱化學反應加熱，或使用地熱能量加熱。矽或矽結晶與母液或溶劑金屬之混合可依矽之雜質及母液之內容物而定產生熱或吸熱，此於某些實施例會造成熱源之相對應調整係有益。

選擇性地，氣體可於冷卻前注射至熔融混合物內，包括氯氣、其它鹵素氣體或含鹵化物之氣體，或任何適合氣體。熔融混合物之冷卻可以熟習此項技藝所知之任何適合方式進行。被包括者係藉由自熱源移除而冷卻，其包括藉由曝露於室溫或低於熔融混合物溫度之溫度而冷卻。被包括者係藉由倒入一非爐之容器內或於低於爐溫度冷卻而冷卻。於某些實施例，冷卻可為快速；但是，於其它實施例，冷卻可為逐漸式，因此，有利地可為使冷卻熔融混合物曝露於僅比熔融混合物之現行溫度遞增式較低之冷卻源。冷卻源可於熔融混合物冷卻時逐漸降低溫度，且於某些情況，此可於冷卻時經由感應或一般式監測熔融混合物溫度而達成。形成之經結晶的矽之純度可藉由儘可能緩慢地冷卻混合物而改良，因此，所有適合之逐漸冷卻方式被考量而包含於本發明內。再包括更快速冷卻方法，包括冷凍機構。被包括者係使容納熔融材料之容器曝露於較冷的材料，諸如，比熔融混合物更冷之液體，諸如，水，或諸如，另一熔融金屬，或諸如，氣體，包含環境或冷凍空氣。被包括者係使較冷之材料添加至熔融混合物，諸如，添加另一較冷之母液，或添加一較冷之溶劑金屬，或添加另一較冷材料，其可於較晚時自混合物移除，或另外地可留於混合物。

自冷卻一熔融混合物及其後分離矽結晶及母液而形成之母液可被考慮選擇性地再循環至此方法之任何先前步驟。一旦矽之結晶化自一母液發生，一般，至少一些量之矽會與欲保持溶於母液內之雜質一起保持溶於母液內。使熔融混合物冷卻至所有或大部份之矽係結晶之點於某些情況係不可能，或會負面衝擊形成矽結晶之純度，或會無效率。於某些實施例，僅使比全部更少或比大部份更少之矽自一熔融混合物結晶出而產生之矽結晶的純度可被顯著或至少部份地改良。與使熱母液與先前步驟之母液混合相比，或與再利用熱母液相比，使溶劑金屬加熱及熔融所需之熱可能於經濟上係無效率。與未使母液冷卻至此一低溫及接受較低產量之矽結晶但其後使母液再循環相比，使一熔融混合物冷卻至一特定溫度以達到一特定產量之矽結晶所需之熱可能無效率。

使所欲及非所欲之材料有利地留於母液被設想係包含於本發明之某些實施例；因此，於某些實施例，使欲被使用之母液再次再循環於相同結晶化步驟或於較早之結晶化步驟有時係一有用方面。藉由使母液再循環，仍存在於母液混合物之矽係被保留且比簡單地被棄置或以副產物出售之母液者更少浪費掉。於某些實施例，與母液不具有經再循環之母液相比，或甚至與發生結晶化之溶劑係純的溶劑金屬相比，相同或接近相同純度之矽結晶可使用一再循環之母液或藉由使用於其內具有一些經再循環之母液的一母液而達成。再循環母液之所有程度及變化係包含於本發明範圍內。

使母液與矽固體分離可藉由熟習此項技藝者所知之任何適合方法發生。使液體溶劑自所欲固體排出或虹吸出之任何變化係包含於此處所述方法之實施例內。此等方法包括傾析，或使母液自所欲固體倒出。對於傾析，所欲固體可藉由重力，藉由使其自行黏著或與容器之側邊黏著，藉由使用一格柵或篩網狀分隔器選擇性地固定固體，或藉由對固體施加物理性壓力使其固定位置而固定位置。分離方法包括離心式分離。亦被包括者係過濾、使用任何過濾器介質，及使用或未使用真空，及使用或未使用壓力。亦被包括者係化學手段，諸如，溶解或化學性轉換溶劑，包括使用酸或鹼。

參考圖3及7，然後，第一矽結晶120可選擇性地與一第一母液122接觸106形成一第二混合物138。第二混合物138可選擇地熔融形成一第二熔融混合物140。第二熔融混合物可選擇性地被冷卻及分離114成第二矽結晶124及第二母液104。然後，第二母液104可導引回136到此方法與一起始材料矽102接觸，或所有或一部份之第二母液104可被再循環142回到第一母液122。從接觸第一矽結晶至獲得第二矽結晶之步驟係選擇性的，因為此等可被跳過或此等步驟可被實施數次(例如，1、2、3、4等)。若此等步驟未被實施121，再結晶化可為一種二程方法，然後，第一矽結晶120其後與第一溶劑金屬126接觸。

於另一實施例，從接觸第一矽結晶至獲得第二矽結晶之步驟被實施。於此等實施例，步驟121未被實施。因此，於第一熔融混合物112被冷卻及分離114成第一矽結晶120及一第三母液116後，第一矽結晶120可與一第一母液122接觸106形成一第二混合物138。第二混合物138可熔融形成一第二熔融混合物140。第二熔融混合物可被冷卻及分離114成第二矽結晶124及第二母液104。然後，第二母液104可導引回136此方法接觸一起始材料矽102，或所有或一部份之第二母液104可再循環142回到第一母液122。

於另一實施例，從接觸第一矽結晶至獲得第二矽結晶之步驟係獨立地被實施或未被實施。因此，於第一熔融混合物112被冷卻及分離114成第一矽結晶120及一第三母液116後，然後，第一矽結晶120可選擇性地與一第一母液122接觸106形成一第二混合物138，或另外地，第一矽結晶120可與一第一母液122接觸106形成一第二混合物138。第二混合物138可選擇性地熔融形成一第二熔融混合物140，或另外地，第二混合物138可熔融形成一第二熔融混合物140。第二熔融混合物可選擇性地被冷卻及分離114成第二矽結晶124及第二母液104，或另外地，第二熔融混合物可被冷卻及分離114成第二矽結晶124及第二母液104。然後，第二母液104可導引回136此方法與一起始材料矽102接觸，或所有或一部份之第二母液104可再循環142回到第一母液122。

第二矽結晶124可與一第一溶劑金屬126接觸形成一第三混合物128。第三混合物128可熔融110形成一第三熔融混合物130。然後，第三熔融混合物130可被冷卻及分離114成最後經再結晶之矽結晶(例如，第三矽結晶)132及第一母液122。然後，所有或一部份之第一母液122可被導引回134此方法與第一矽結晶120接觸。所有或一部份之第一母液122可再循環123回到第一溶劑金屬126。於本發明之某些實施例，使所有或部份之母液122批次或連續再循環123回到第一溶劑金屬126會因為以母液稀釋而使元件126包括少於完全純之溶劑金屬；使母液再循環之步驟的所有變化係包括於本發明範圍內。所有或一部份之第一母液可另外或此外地再循環135回到第二母液。

於某些實施例，從接觸第一矽結晶至獲得第二矽結晶之步驟未被實施。因此，於第一熔融混合物112被冷卻及分離114成第一矽結晶120及一第三母液116後，第一矽結晶120可與一第一溶劑金屬126接觸106形成一第三混合物128。第三混合物128可熔融110形成一第三熔融混合物130。然後，第三熔融混合物130可被冷卻及分離114成最後經再結晶之矽結晶132及第一母液122。然後，第一母液122可導引回134此方法與第一矽結晶120接觸。所有或一部份之第一母液122可再循環123回到第一母液。

產生第一矽結晶120可被稱為第一程。形成第二矽結晶124可被稱為第二程。相似地，形成最後經再結晶之矽結晶132的方法之此部份可被稱為第三程。於本發明方法內被設想到之程數係不受限制。

於進入此方法之下一程前，一重複之程可被實施以便藉由增加自一母液達成之結晶化次數、藉由增加自母液回收之矽量，或藉由增加矽結晶產量更有效使用此母液，且於本發明方法內被設想之一程的重複次數不限限制。若一重複之程被實施，個別之母液可於此程之重複中全部或部份地再使用。重複之程可依序或平行地實施。若重複之程依序地實施，其可於單一容器實施，或可依序於數個容器內實施。若重複之程平行地實施，可使用數個容器，使數個結晶化平行地發生。術語“依序”及“平行”並非有意嚴格限制步驟實施順序，更確切地說係約略描述一次一個或接近同時地進行步驟。

重複之程，例如，重複第一、第二、第三，或任何程，可更有效效地使用數個具減少純度之母液，包括將所有或部於之母液於一程中再利用。為使一現存之母液更純，一種方式可為將另外之溶劑金屬(其係比母液更純)添加至母液。將另一更純之母液添加至母液係增加其純度之另一方式，諸如，自例如，此方法之一其後結晶化步驟衍生者。部份或全部之被用於一特定程之母液亦可被棄置或用於一較早之程或用於相同程之較早重複者。

程之重複及相對應之母液再利用之一可能原因係對於整個方法之部份或全部可均勻使串級式步驟質量平衡。具適合純度之矽可添加至串級式之任何階段，且可與一先前程之矽添加或不與其添加，且如此等步驟之重複般，一可能原因係如此可部份或整體上使串級式步驟質量平衡。

母液可於無任何增強母液純度下於一重複程全部地再使用。另外，母液可以增強純度於一重複程部份地再使用，使自來自一其後步驟之更純的溶劑金屬或母液增強母液純度。例如，一第一程可使用二不同容器平行地重複，且母液係從此程之第一情況至此程之第一重複流向此方法之開端，且矽添加至此程之第一情況及及此程之重複情況，及矽係自此程之第一情況及此程之重複移除以進行其後之程。於另一例子，一第一程可使用二不同容器平行地重複，且部分之母液係從此程之第一情況至此程之第一重複流向此方法之開端，且另一部份之母液係未於此程之重複中被再利用下流向此方法之開端，且矽係添加至此程之第一情況及此程之重複情況，且矽係係自此程之第一情況及此程之重複移除以進行其後之程。

再者，一第一程可使用一容器依序地重複，其中，於第一結晶化及分離後，來自此程之部份的用過母液被保留供再利用，且添加來自一其後程之一些母液，且於重複之程，另一結晶化係以另外之矽實施，於此重複後，母液可全部移至另一先前步驟。另外，次此重複後，僅部份之母液可移除另一先前步驟，且剩餘之母液被保留供此程再利用。至少部份之母液最後被移至一先前步驟，否則母液之雜質會達到不可容忍之量，再者，串級式之質量平衡可能難以維持。於另一例子，一第一程可使用一容器依序地重複，其中，於第一結晶化及分離後，來自此程之全部的用過母液被保留供重複程再利用，且於程度程，另一結晶化係以另外矽實施。

一其後之程可於相同或不同容器或如先前程般實施。例如，第一程可於與第二程相同之容器內發生。或者，第一程可於與第二程不同之容器內發生。一程可於相同容器內重複。例如，第一程之第一情況可於一特別容器內發生，然後，第一程之第一重複可於相同容器內發生。大規格加工之經濟性可於某些實施例有利地使相同容器於數個依序或同時之程再利用。於某些實施例，其可經濟上有益地使一液體自容器移至容器，而非移動固體，因此，本發明實施例係包含容器再利用之所有變化，及不同容器之使用之所有變化。因此，一其後之程可於與先前程不同之一容器內實施。一重複之程可於與此程之稍早實施相同之容器內實施。

母液於移向此方法開端時之雜質成長至較高濃度，包括硼及其它雜質。母液於結晶化(形成結晶)之每一步驟在需要時被再利用以平衡此方法之質量生產量。再利用之次數可為使用之溶劑金屬(例如，鋁)對矽之比率、所欲化學，及此系統之所欲生產量的函數。

如下更深入描述，於提供最後經再結晶之矽結晶後，殘餘之溶劑金屬可藉由使用酸、鹼或其它化學品溶解或以其它方式自結晶移除。留下之溶劑金屬或外來污染物之任何粉末亦可藉由機械式手段移除。氫氯酸(HCl)可被用於使溶劑金屬自串級式之薄片或結晶溶解掉。用過之HCl可以聚氯化鋁(PAC)或氯化鋁出售用以處理廢水或飲用水等。為使鋁自薄片溶解，一逆流式系統可數個槽使用，以相反方向使薄片從乾淨變成骯髒，且使酸從乾淨變成用過。於酸濾瀝後，一袋濾室可被用以使膨鬆粉未從薄片吸出，且具V型槽之凹槽及振動可被用以使粉末球，外來污染物或未溶解之鋁自薄片分離。

於此處揭露之方法之任何時間，矽結晶或薄片可被熔融。氣體或熔渣可與熔融矽接觸。約0.5-50重量%之熔渣可添加至矽。例如，含有一些量之SiO₂的熔渣可被使用。薄片可於一爐內熔融，其可包括熔渣添加，且熔渣添加可於薄片熔融之前或之後發生。薄片可使用熔渣添加而熔融。薄片可於真空下、惰性氛圍，或標準大氣熔融。氬氣可被泵取經過此爐產生一氬氣覆蓋層，或可使用一真空爐。薄片可被熔融至高於約1410℃。熔融矽可維持於約1450℃與約1700℃之間。熔渣或浮渣可於產生熔渣期間、於使矽熔融容納於此爐內，或於氣體注射期間自此浴之表面移除。於某些例子，熔融矽其後可被倒至用於方向性固化之一模具內。熔融矽可先經由一陶瓷過濾器過濾。

母液可於此方法之任何階段以一陶瓷發泡體過濾器過濾或可以氣體注射。於諸如硼及磷之污染物低之陶瓷材料係可用以容納及熔融此熔融矽之材料的例子。氣體可為，例如，氧、氬、水、氫、氮、氯，或可被使用之含有此等化合物之其它氣體，或此等之組合。氣體可經由一噴槍、旋轉式脫氣器，或多孔式栓塞注射至熔融矽內。100%之氧可被注射至熔融矽內。氣體可被注射約30分鐘至約12小時。氣體可於產生熔渣之前、之後，或期間注射。氣體可為100%之氧，其係經由一噴槍以30-40公升/分鐘注射至熔融矽4小時。

參考圖4及5，係顯示依據某些實施例之使用一三程式串級使第一材料再結晶化的方法之圖200。於一特別實施例，第一材料係矽，且溶劑金屬係鋁。起始材料矽216可被供應至一第一程204再結晶化方法之開端。矽216可依序或同時供應至第一程方法之一第一重複202。第一重複202及204可於相同爐內依序地實施，其中，一些百分率之母液224係被置回或留於相同爐內，且一些百分率之母液214係被移除。另外，第一程202及204可於不同爐內實施。自此單程形成之薄片可自202及204之每一者移除及混合成218，或自方法202形成之薄片可被供應至方法204，且自方法204形成之薄片變成薄片218。形成之單程薄片218可供應至第二程208及206方法內，產生第二程薄片220。第二程206及208可於相同爐內實施。其後，一些百分率之母液224可於爐內再次熔融，且一些百分率之母液224可送至單程204。第二程206及208可於不同爐內實施。圖4及5例示薄片 218同時進入第二程208之第一情況及第二程206之第一重複，及第二程薄片220離開方法步驟202及204進入第三程210；但是，此等步驟可連續地發生。然後，第二程薄片220供應至一第三程210再結晶化方法，產生第三程薄片222(例如，最後經再結晶之矽)。新的溶劑金屬212於此法係於第三程210開始，且以與矽相反之方向於母液224供應通過此方法，產生一共熔物或母液214，其可作為一有用副產物而出售。以此方式，母液224內之溶劑金屬純度減少及以與矽218，220，222(其增加純度)相反之方向行經此系統。

酸洗

矽的純化方法包括以一酸水溶液清洗最後經再結晶之矽結晶，以提供一最後經酸洗之矽。於此清洗步驟，以一酸水溶液之任何適合清洗可被用以提供最後經酸洗之矽。於某些實施例，係使用一串級式溶解及清洗方法。包括溶解及清洗方法之清洗步驟可含有單一或數個階段。水及溶解之化學品可經由此方法向著此方法之開端再循環。雖然一系列之步驟於下之例示實施例中說明，包括酸洗、水洗，及乾燥，以自再結晶化步驟之最後經再結晶之矽結晶產生一最後經酸洗之矽，但需瞭解自最後經再結晶之矽溶解鋁或其它非所欲雜質產生最後經酸洗之矽的任何適合方法被包含作為本發明方法之酸洗步驟之實施例之範例。適合酸洗步驟之一些例子可於美國專利申請序號第12/760,222號案中發現，其在此係全文併入本案以為參考資料。

參考圖9，係顯示本發明之清洗步驟之一特別實施例2100之概略流程圖，其採用最後經結晶之矽作為起始材料且產生最後經酸洗之矽作為產物。不純之材料2102(作為最後經再結晶之矽結晶而開始)可以向前方向移經此方法，水2128及溶解化學品2134可以相反或向後方向移經此方法。不純材料2102可藉由開始一溶解相2106而進入酸洗方法2104。溶解相2106可包括數個串級式溶解階段，包括溶解階段一2108及溶解階段二2110。溶解相2106可選擇性溶解欲被純化之材料內之一雜質或多種雜質或與其反應。其次，欲被純化之材料可離開2112溶解相2106，且進入一清洗相2114。清洗相2114可包括數個串級式階段，包含第一清洗階段2116及第二清洗階段2118。然後，經清洗之材料離開2120清洗相及進入2120一乾燥相2122。乾燥後，材料可離開2124乾燥相2122，提供一經乾燥純化之材料2126(例如，最後經酸洗之矽)。

雖然如上所述般溶解相可包括數個串級式階段，溶解相可另外地包括一個溶解階段。來自清洗相及含水酸之沖洗水可進入此單一溶解階段，使得所欲濃度之含水酸形成。為維持單一溶解階段之pH、體積、濃度，或比重，酸溶液可完全或呈部份地自單一溶解階段及自溶解相轉移。開始此方法之不純材料可直接進入單一溶解階段。此外，多於二個溶解階段可另外地被包括於溶解相。溶解相之最後階段一般可為其中會添加來自清洗相之沖洗水及本體溶解化學品形成強酸溶液之相。

雖然如上所述般清洗相可包括數個串級式階段，清洗相可另外地包括一清洗階段。淡水可進入單一溶解階段，且欲自溶解相清洗之材料可直接進入單一清洗階段。於單一溶解階段分離材料及沖洗水後，沖洗水可直接進入溶解相。此外，多於二個清洗階段可另外地被包括於清洗相。溶解相之最後階段一般可為其中添加淡水之相。

當欲被純化之材料通過溶解相時，溶解相能選擇性溶解數種雜質或與其選擇性反應。另外，當欲被純化之材料通過溶解相時，溶解相能選擇性溶解一種雜質或與其選擇性反應。

乾燥可藉由熟習此項技藝者所知之任何適合方式發生。乾燥可包括使空氣吹過材料，使空氣吸引通過材料，諸如，藉由真空，使用加熱，離心力，浸泡或浸沒於和水可互溶之有機溶劑，搖動，掠乾，或此等之組合而乾燥。任何適合數量之乾燥相被包含於本發明實施例內。

仍然參考圖9，當欲被純化之材料以向前方向移動通過此方法，水2128可進入2130清洗相2114之端部。水可通過清洗相2114，自經純化之材料移除酸及溶解或反應之雜質；因此，含有酸及溶解或反應之雜質之水可離開2132清洗階段2114。水可進入2132溶解相2106之端部。於溶解相2106，水可與本體酸2134以足以產生具所欲濃度之溶解溶液而混合。溶解溶液可通過溶解相2106，因溶解欲被純化材料中之雜質及與其反應而變成逐漸較不強的酸溶液。酸溶液可離開2136溶解相2106，提供含有經溶解及/或反應之雜質一酸溶液2138。

酸可為熟習此項技藝者所知之任何適合酸。酸可包括於任何適合溶劑內之任何適合濃度的酸。酸可包括HCl、H₂PO₄、H₂SO₄、HF、HNO_3、HBr、H₃PO₂、H₃PO₃、H₃PO₄、H₃PO₅、H₄P₂O₆、H₄P₂O₇、H₅P₃O₁₀，或其等之組合。此等酸溶液之至少一者可包括過氧化物化合物，諸如，H₂O₂。

雜質可僅溶於酸溶液，且未反應。另外，雜質可僅與酸溶液反應，且未溶解。另外雜質可溶解酸溶液及與其反應。再土，雜質可先溶解酸溶液，然後與其反應，使得雜質不會於溶解前明顯地與酸反應。再者，雜質可先反與酸溶液反應，然後將其溶解，使得雜質於與酸反應前不會明顯地將酸溶解。與酸溶液反應可包括以一不同元素或化合物轉換成一不同化合物或組合物。因此，於雜質在溶解前先反應之情況，由於雜質於溶解前化學轉換，可能地，溶解特徵可在於溶解除非雜質之化合物。

不純材料2102進入2104溶解相2106後，材料可進入2140第一溶解階段2108，且可與一較弱的酸溶液組合提供一混合物。不純材料及酸溶液能混合足夠時間，且於足夠溫度使酸溶液與雜質至少部份溶解或反應。然後，組合物可被分離，使得含有經溶解或反應之雜質的酸溶液可保留於第一溶解階段2108，或可部份或完全地離開2144此階段，且使至少一些其雜質反應或溶解掉之材料可離開2146第一溶解階段2108。來自清洗相之水可以部份地或全部地添加2148至第二溶解階段2110，且部份之酸2134可添加2149至溶解相，其可進入2150第二溶解階段2110，足以於第二溶解階段2110產生具所欲濃度之一溶解溶液。欲被純化之材料可進入2146第二溶解階段2110，且與一較強之溶解溶液組合提供一混合物。不純之材料及酸溶液可混合足夠時間，且於足夠溫度使酸溶液與雜質至少部份溶解或反應。然後，組合物可被分離，使得含有經溶解或反應之雜質的酸溶液可保留於第二溶解階段2110，或可部份地或完全地離開2142此階段，且已使至少一些其雜質反應或溶解掉之材料可離開2152第二溶解階段2110，且其後可離開2112溶解相2106。

上述之足夠時間或足夠溫度可包括熟習此項技藝者所知之任何適合時間或溫度。時間之足夠性可藉由物理性組合方法之限制及反應或溶解時間而判定。雜質與溶解溶液之反應或溶解於放熱反應或溶解會產生熱。另外，雜質與溶解溶液之反應或溶解於吸熱反應或溶解會降低熱。藉由溶解或反應產生或取走的熱可用於某些實施例以助於控制足夠反應溫度。於其它實施例，藉由溶解或反應產生或取走的熱可藉由加熱或冷凍或其它熱控制手段抵消，以達成足夠溫度。足夠時間有時可於未負面影響此方法下被超過。同樣地，比適於完全、大部份，或多於至少部份地溶解雜質或與其反應之時間更短的時間有時於本發明下可為足夠時間。溶解或反應的時間會影響足夠的時間量。同樣地，使用之時間量會影響被視為足夠之溫度。

材料進入2112清洗相2114後，材料可進入2154第一清洗階段2116，且與含有一些酸及經溶解或反應之雜質的沖洗溶液組合。材料及沖洗溶液能混合足夠時間，且於足夠溫度使至少一些經溶解或反應之雜質或溶解化學品進入沖洗溶液。然後，組合物可被分離，使得含有經溶解或反應之雜質或酸的沖洗溶液可保留於第一清洗階段2116內，或可部份地或完全地離開2158第一清洗階段2116，且其後可部份地或完全地離開清洗相2114。使一些經反應或溶解之雜質或酸清洗掉之材料可離開2160第一清洗階段2116，且可進入2160第二清洗階段2118，其中，可與可藉由進入2130清洗相2114及其後進入2162第二清洗階段2118之水供應2162之一第二沖洗溶液組合。材料及沖洗溶液能混合足夠時間，且於足夠溫度使至少一些經溶解或反應之雜質或酸進入沖洗溶液。然後，組合物可被分離，使得含有經溶解或反應之雜質或酸的沖洗溶液可保留於第二清洗階段2118，或可部份地或完全地離開2156第二清洗階段2118，且已使一些經反應或溶解之雜質或酸清洗掉之材料可離開2164第二清洗階段2118，且其後可離開2120溶解相2114。

於本發明之實施例，形成混合物之組合可藉由熟習此項技藝者所知之任何適合手段發生。組合包括傾倒、浸泡、浸沒、使二流體倒在一起、摻合，或任何其它適合手段。於本發明實施例中之混合可包括藉由任何適合手段混合，包括藉由攪動、攪拌、使氣體注射至液體內產生攪拌、浸泡、茶包式、重複之茶包式，或簡單使組合之材料無任何攪動或以極些微攪拌而在一起，或藉由此等之任何組合。攪動可以組合手段同時發生。

於本發明之實施例，組合物可藉由熟習此項技藝者所知之任何適合手段分離，包括傾析、過濾，或自一含有液體之槽移除含有固體之一具穿孔的籃子或料箱及使至少一些液體排放回槽內，或此等之組合。

於本發明之實施例，此方法之任何階段的溫度可受一加熱器或一冷卻器影響。

參考圖10，係顯示本發明之一特別實施例中之一酸清洗矽的方法2200之流程圖。一第一矽鋁複合物2202(例如，最後經再結晶之矽)及一弱酸溶液2206可被組合2204及2208提供一第一混合物2210。第一混合物2210能存在足夠時間及於足夠溫度，使得第一複合物2202與弱酸溶液2206至少部份反應，其中，反應可包括溶解。然後，第一混合物2210可被分離2212及2214，提供一第二矽鋁複合物2216及弱酸溶液2206。其次，第二矽鋁複合物2216及一中酸性溶液2218可被組合2220及2222提供一第二混合物2224。第二混合物2224能存在足夠時間及於足夠溫度，使得第二複合物2216與中酸性溶液2218至少部份反應，其中，反應可包括溶解。然後，第二混合物2224可被分離2226及2228，提供一第三矽鋁複合物2230及中酸性溶液2218。其次，第三矽鋁複合物2230及一強酸溶液2232可組合2234及2236提供一第三混合物2238。第三混合物2238能存在足夠時間及於足夠溫度，使得第三複合物2230與強酸溶液2232至少部份反應，其中，反應可包括溶解。然後，第三混合物2238可被分離2240及2242，提供一第一矽2244及強酸溶液2232。然後，第一矽2244及一第一沖洗溶液2246可被組合2248及2250，提供一第四混合物2252。第四混合物2252可存在足夠時間及於足夠溫度，使得可為第一矽2244之一部份之經溶解或反應雜質或酸溶液之至少一部份進入第一沖洗溶液2246。然後，第四混合物2252可被分離2254及2256，提供一第二矽2258及第一沖洗溶液2246。然後，第二矽2258及一第二沖洗溶液2260可被組合2262及2264，提供一第五混合物2266。第五混合物2266能存在足夠時間及於足夠溫度，使得可為第二矽2258之部份之經溶解或反應之雜質或酸溶液之至少一些進入第二沖洗溶液2260。然後，第五混合物2266可被分離2268及2270，提供一濕的經純化之矽2272及第二沖洗溶液2260。然後，濕的經純化之矽可被乾燥2274，而足以提供2276一經純化之矽2278。

熟習此項技藝者會瞭解先前之圖9的探討，其包含有關於單一或數個階段、數個或單一雜質、乾燥方法、以任何順序溶解或反應、足夠時間及溫度，及分離，係相等地應用於圖10所述之實施例。

雖然上述實施例於溶解相具有三個溶解階段，本發明之實施例亦包含具有僅有一個或具有任何適合數量之溶解階段之溶解相。再者，雖然如上所述之實施例於清洗相清洗相具有二清洗階段，本發明之實施例亦包含僅具有一個或具有任何適合數量之清洗階段之清洗相。同樣地，雖然上述實施例具有一乾燥相，本發明之實施例亦包含任何適合數量之乾燥相。

矽鋁複合物(例如，於本發明實施例中之最後經再結晶之矽，或任何矽鋁複合物)可包括矽結晶，及矽與鋁之合金。混合提供一混合物及其後分離之一系列步驟之至少一者可提供比進入此系列步驟之矽或矽鋁複合物更純之矽或矽鋁複合物。與酸溶液組合提供一混合物及其後分離之一系列步驟之至少一者可提供具有進入此系列步驟之矽鋁複合物更少的鋁之矽。

仍參考圖10所述之特別實施例，淡水2280可添加2282至第二沖洗溶液2260，以維持第二沖洗溶液2260之體積。部份之第二沖洗溶液2260可被轉移2284至第一沖洗溶液2246，以維持第一沖洗溶液2246之體積。部份之第一沖洗溶液2246可被轉移2286至強酸溶液2232，以維持強酸溶液2232之pH，維持強酸溶液2232之體積，維持強酸溶液2232之比重，或此等之組合。部份之本體酸溶液2288可添加2290至強酸溶液2232，以維持強酸溶液2232之pH，維持強酸溶液2232之體積，維持強酸溶液2232之比重，或此等之組合。本體酸溶液可為，例如，HCl。本體酸溶液可為32% HCl。本體酸溶液可為任何適合濃度之酸。強酸溶液2232可具有，例如，約-0.5與0.0間之pH，及約1.01-1.15之比重。部份之強酸溶液2232可轉移2292至中酸性溶液2218，以維持中酸性溶液2218之pH，維持中酸性溶液2218之體積，維持中酸性溶液2218之比重，或此等之組合。中酸性溶液可具有，例如，約0.0與3.0間之pH，及約1.05-1.3之比重。部份之中酸性溶液2218可轉移2294至弱酸溶液2206，以維持弱酸溶液2206之pH，維持弱酸溶液2206之體積，維持弱酸溶液2206之比重，或此等之組合。部份之弱酸溶液2206可被移除2296，以維持弱酸溶液2206之pH及比重。弱酸溶液2206可具有，例如，約1.0與3.0間之pH，及約1.2-1.4之比重。弱酸溶液2206之被移除部份可轉移2296至聚氯化鋁槽2297。聚氯化鋁槽2297可具有，例如，約1.5與2.5間之pH，及約1.3之比重。PAC槽2297亦可具有，例如，約1.2-1.4之比重。來自如上之弱酸溶液的可包括氫氣(H₂)、水蒸氣及酸氣體(諸如，HCl氣體)之氣體可被轉移2298至一洗滌器2299，以於釋放至環境前移除雜質。中酸性溶液、強酸溶液，或沖洗溶液之至少一者上之頭部空間可與弱酸溶液上之頭部空間連接，使得自弱酸溶液之頭部空間移除之氣體包括源自弱酸溶液及中酸性溶液、強酸溶液，或第一或第二沖洗溶液之至少一者之水蒸氣或氣體。

本發明之實施例包含選擇性地將部份之淡水或沖洗水自任何沖洗階段轉移至任何溶液，以維持此溶液之pH、體積，或比重。雖然特別範例於此處係提供一三階段酸洗之三個酸槽及PAC槽之pH及比重，需瞭解pH及比重之範圍及數值可與此等範例明顯不同，且仍被包含作為本發明之實施例。同樣地，標記“強”、“中”，及“弱”用意係指酸溶液強度間之關係，而非使任何特別酸溶液限於特別數值或範圍之pH或比重。因此，於具有二酸清階段之一實施例，其中，酸溶液係標記為“弱”及“強”，二酸溶液可特徵化為強酸溶液，即使此等酸溶液間之關係是使得一酸溶液(“強”)比另一者(“弱”)更強。同樣地，於具有二酸洗階段之一實施例，其中，酸溶液標記為“弱”及“強”，二酸溶液可特徵化為弱或中等強度之酸溶液，即使此等酸溶液間之關係是使得一酸溶液(“弱”)係比另一者(“強”)弱。

於某些實施例，矽及沖洗溶液可於分離步驟前混合約24小時。於某些實施例，矽及沖洗溶液可於分離步驟前混合約1小時。於某些實施例，乾燥步驟可進行至少3小時。本發明之步驟之次數可包括任何適合次數。

酸溶液、混合物，及沖洗溶液之至少一者可於槽內。矽鋁複合物、第一及第二矽，及濕及乾的經純化之矽可使用具有孔洞之耐溫及耐化學性之料箱從槽轉移，使流體流入及流出料箱。料箱於分離期間排水。至少一酸溶液槽可容納二料箱。一系列之組合及分離之步驟於其內發生之至少一槽可被置放成使得當內容物達一特定高度時，其等係溢流至較早系列之組合及分離之步驟於其內發生之一槽內。包括一溢流出口及入口之一槽可具有置於此槽之相反側上之溢流出口及入口。酸溶液、混合物，及沖洗溶液之至少一者可次沉澱槽內。固體可自沉降槽移除。固體之移除可包括開打於槽底部之一閥，以使固體自槽底部擠壓出。固體之移除可包括使液體自槽排放，及以手動或機械式使固體自槽底部移除。

亦包含每一串級式步驟使用一槽，本發明之實施例包含於整個方法使用單一槽，及使用比串級中具有之步驟更少之槽。例如，一槽可用於數個酸溶解步驟，然後，一槽可用於沖洗步驟。例如，二槽可用於數個酸溶解步驟，及二槽可用於沖洗步驟。另一例子包括使用一槽用於一或多個酸溶解步驟，且使用相同槽用於一或多個沖洗步驟。酸溶液及沖洗溶液可添加至容納矽鋁複合物或矽之一槽以供沖洗用。一旦酸溶解或沖洗步驟完全，溶液可自此槽移除，且移至一貯存位置或棄置，且下一溶液可添加至此槽開始下一串級式步驟。容納薄片之一或多個槽可為一沉降槽。溶液之pH、比重，及體積之維持可於容納薄片之一或多個槽，於每一特別溶液之貯存位置，或於二者發生。矽鋁複合物、第一及第二矽，及濕的及乾的經純化之矽可以任何適合方式容納於一或多個特定槽內，包括使用具有孔洞之耐溫及耐化學性之料箱，使流體流進及流出料箱。料箱可於分離期間排水，其可於溶液被轉移時於此槽內部，或藉由使料箱自此槽提高使料箱內部之溶液流回此槽內。一槽可容納二料箱，或任何適合數量之料箱，包括一料箱。酸溶液、混合物，或沖洗溶液之至少一者之貯存位置可為一沉降槽。固體可自沉降槽移除。固體之移除可包括打開槽底部之一閥，以使固體自槽底部擠壓出。固體之移除可包括使液體自止槽排出，及使固體自槽底部以手動或機械式移除。

與一沖洗溶液組合提供一混合物及其後分離之一系列步驟之至少一者可提供具有比進入此系列步驟之矽更少之酸溶液與鋁之反應產物的矽。

乾燥之經純化的矽可具有約1000-3000 ppm(每一百萬之份數)重量之鋁。第一、第二，或第三矽鋁複合物、第一或第二矽、濕的矽，或乾燥之經純化的矽之至少一者可獨立地約400至1000公斤。第一、第二，或第三矽鋁複合物、第一或第二矽、濕的矽，或乾燥之經純化的矽之至少一者可獨立地約600至800公斤。第一、第二，或第三矽鋁複合物、第一或第二矽、濕的矽，或乾燥之經純化的矽之至少一者可獨立地約650至750公斤。

如上pH及比重之特別範圍係本發明之一或多個特別實施例。本發明之實施例對於此方法之不同階段係包括任何適合範圍之pH或比重。例如，於一三步驟之酸溶解，強酸溶液可具有約-0.5至4之pH，中酸性溶液可具有約0.0至4之pH，且弱酸溶液可具有約0.0至5之pH。於另一例子，強酸溶液可具有約-0.5至1之pH，中酸性溶液可具有約0.0至3之pH，且弱酸溶液可具有約1.0至4.0之pH。於另一例子，強酸溶液可具有約-0.5至0.0之pH，中酸性溶液可具有約0.0至2.5之pH，且弱酸溶液可具有約1.5至3.0之pH。於另一仾子，於一二階段之酸溶解，強酸溶液可具有約-0.5至4之pH，且弱酸可具有約0.0至5之pH。於另一例子，具有一二階段之酸溶解，強酸溶液可具有約-0.5至3之pH，且弱酸溶液可具有約0.0至4之pH。於另一例子，具有一二階段之酸溶解，強酸溶液可具有約-0.5至1.0之pH，且弱酸溶液可具有約1.0至3.0之pH。維持較強及較弱溶液間之關係的所有適合pH變化被設想係包含於本發明實施例。

同樣地，例如，於一三步驟之酸洗，強酸溶液可具有約1.01至1.4之比重，中酸性溶液可具有約1.01-1.4之比重，且弱酸溶液可具有約1.01-1.4之比重。於另一例子，強酸溶液可具有約1.01-1.3之比重，中酸性溶液可具有約1.01-1.2之比重，且弱酸溶液可具有約1.1-1.4之比重。於另一例子，強酸溶液可具有約1.01-1.10之比重，中酸性溶液可具有約1.05-1.15之比重，且弱酸溶液可具有約1.2-1.4之比重。於另一例子，強酸溶液可具有約1.05之比重，中酸性溶液可具有約1.09之比重，且弱酸溶液可具有約1.3之比重。於另一例子，具有一二階段之酸溶解，強酸溶液可具有約1.01-1.4之比重，且弱酸溶液可具有約1.01-1.4之比重。於另一例子，具有一二階段之酸溶解，強酸溶液可具有約1.01-1.3之比重，且弱酸溶液可具有約1.01-1.4之比重。於另一例子，具有一二階段之酸溶解，強酸溶液可具有約1.01-1.2之比重，且弱酸溶液可具有約1.1-1.4之比重。所有適合變化之比重被設想係包含於本發明實施例。

任何步驟之移除部份物以維持pH、體積、比重，或此等之組合個別地可以批式方法或連續方法進行。感應器可用以檢測液體高度、pH、比重、流速、溫度，或此等之組合的至少一者。用於檢測適於藉由本發明方法調整其等性質之此溶液的任何特性之任何適合感應器係包括於本發明之實施例內。適用於連續方法之感應器可能不同於用於批式方法者。

使用“部份”一字並非有意以任何方式使本發明實施例之範圍限於批式方法。再者，無限地，小部份可於連續方法連續地移除，因此，“部份”一字非使本發明限於批式方法。

弱酸之被移除部份可包括聚氯化鋁。弱酸被移除之部份可包括三氯化鋁。弱酸溶液被移除之部份可包括鋁與HCl之反應產物、水，或此等之組合。第一聚氯化鋁槽可包括一沉降槽。聚氯化鋁槽內容物之部份可自此槽之頂部轉移至另一聚氯化鋁槽之中間，其中，此下一聚氯化鋁槽包括一沉降槽。使液體從一沉降槽之頂部轉移至另一沉降槽之中間的步驟可使用一系列之沉降槽而重複，至來自一系列沉降槽之最後沉降槽的液體係充分地無固體材料為止。使液體從一沉降槽之頂部轉移至另一沉降槽之中間的步驟可使用一系列之沉降槽而重複，至來自一系列沉降槽之最後沉降槽的液體係充分地無欲被用於水純化方法之固體材料為止。

參考圖11，決策樹2300描述於本發明之一特別實施例何時移除部份之弱酸溶液。可詢問何時使部份之弱酸轉移至聚氯化鋁槽。首先，若弱酸槽是否具有大於1.5之pH之詢問2304的答案是否定，2306，則鋁溶解或反應能於弱酸槽內繼續，2308；若答案係肯定，2310，則弱酸槽之比重值被詢問，2312。若弱酸槽是不否具有大於1.3之pH之詢問2312的答案係肯定，2314，則PAC槽之剩餘空間被詢問 2316。若PAC貯存槽內是否具有適當空間之2316的答案是否定，2318，則1000 L可自PAC貯存槽轉移至另一PAC貯存槽2320，然後，PAC槽之剩餘空間被再次詢問2316。若PAC貯存槽是否具有適當空間之詢問2316的答案是肯定，2322，則500 L之弱酸可轉移至一PAC貯存槽，2324。若弱酸槽是否具有大於1.3之pH的詢問2312的答案係否定，2326，則弱酸槽之pH可被詢問，2328。若弱酸槽之pH是否低於1.8之詢問2328的答案是肯定，2330，則鋁溶解或反應能於弱酸槽內繼續，2308；若答案係否定，2332，則弱酸槽之剩餘空間被詢問2334。若弱酸槽內是否具有足夠空間添加液體之詢問2334的答案係肯定，2336，則部份之中性酸可添加至弱酸使pH降至1.8，且弱酸槽之pH被再次詢問2328。若弱酸槽內是否足夠空間添加液體之詢問2334的答案係否定，2340，則500 L之弱酸可從弱酸槽轉移至PAC貯存槽，342，且弱酸槽之pH可被再詢問，2328。於達成鋁消化繼續之決定2308或達成使500 L之弱酸轉移至PAC貯存槽之決定2324後，決策樹以詢問2302重新開始。一般，當使500 L之弱酸從弱酸槽轉移至PAC貯存槽之動作2342於此決策樹達成時，PAC溶液之品質儲被降低。一般，當使500 L之弱酸轉移至PAC貯存槽之動作2324於此決策樹達成時，PAC溶液之品質可被改良。但是，本發明之實施例包含產生較低品質之PAC溶液與高品質PAC溶液之方法。需瞭解於具有二酸洗步驟之本發明實施例，決策框2338會指示使強酸溶液添加至弱酸槽使pH降至1.8。

熟習此項技藝者會瞭解於圖11中例示之決策樹所示之系列步驟不限於此圖例示提供之特定pH量或轉移體積。用於決定之pH量，或被轉移之個別體積可與提供之特別例子明顯不同，且仍包令於本發明之實施例。例如，決策框2304可詢問弱酸槽之pH是否超過大約1.0。於另一例子，決策框2304可詢問弱酸槽之pH是否超過大約1。於另一例子，決策框2304可詢問弱酸槽之pH是否超過大於1.8。於另一例子，決策框2312可詢問弱酸槽之比重是否大於約1.1。於另一例子，決策框2312可詢問弱酸槽之比重是否大於約1.2。於另一例子，決策框2312可詢問弱酸槽之比重是否大於約1.4。於另一例子決策框2328可詢問弱酸槽具有少於約1.6之pH。於另一例子，決策框2328可詢問弱酸槽之pH是不否具有少於約1.7之pH。於另一例子，決策框2328可詢問弱酸槽之pH是否具有少於約2.0之pH。於另一例子，決策框2338可添加溶液至弱酸溶液之pH達約1.6為止。於另一例子，決策框2338可添加溶液至弱酸溶液之pH達約1.7為止。於另一例子，決策框2338可添加溶液至弱酸溶液之pH達約2.0為止。於另一例子，於決策框2342或2324轉移之體積可為約250 L。於另一例子，於決策框2342或2324轉移之體積可為約750 L。於另一例子，於決策框2342或2324轉移之體積可為約1000L。於另一例子，於決策框2320轉移之體積可為約750 L。於另一例子，於決策框2320轉移之體積可為約1250 L。pH及轉移體積之所有適合變化被設想係包含於本發明實施例。

上述聚氯化鋁槽可含有任何適合材料，且不僅限於聚氯化鋁溶液。

參考圖12，係顯示本發明之一特別實施例中之矽的酸洗之方法2400之流程圖。一第一矽鋁複合物2402(例如，最後經再結晶之矽)及一弱酸溶液2406可被組合2404及2408提供一第一混合物2410。第一混合物2410可存在足夠時間及於足夠溫度，使得第一複合物2402與弱酸溶液2406至少部份反應，其中，反應可包括溶解。然後，第一混合物2410可被分離2412及2414(以組合及分離之可能***步驟)，提供一第三矽鋁複合物2430及弱酸溶液2406。其次，第三矽鋁複合物2430及一強酸溶液2432可被組合2434及2436提供一第三混合物2438。第三混合物2438可存在足夠時間及於足夠溫度，使得第三複合物2430與強酸溶液2432至少部份反應，其中，反應可包括溶解。然後，第三混合物2438可被分離2440及2442，提供一第一矽2444及強酸溶液2432。然後，第一矽2444及一第一沖洗溶液2446可被組合2448及2450，提供一第四混合物2452。第四混合物2452可存在足夠時間及於足夠溫度，使得可為第一矽2444之一部份之經溶解或反應之雜質或酸溶液之至少一部份進入第一沖洗溶液2446。然後，第四混合物2452可被分離2454及2456(以組合及分離之可能***步驟)，提供一濕的經純化之矽2472及第一沖洗溶液2460。然後，濕的經純化之矽可被乾燥2474，足以提供2476一經純化之矽2478(例如，最後經酸洗之矽)。

熟習此項技藝者會瞭解包括有關於單一或數個階段、數個或單一雜質、乾燥方法、以任何順序之溶解或反應、足夠時間及溫度，及分離之圖9之前先探討，係相等地應用於圖12所述之實施例。

雖然上述實施例於溶解相具有二溶解階段，本發明之實施例亦包含僅具有一溶解階段或具有任何適合數量之溶解階段(例如，一、二、三、四，或五個溶解階段)之溶解相。再者，雖然上述實施例於清洗相具有一清洗階段，本發明之實施例亦包含具有任何適合數量之清洗階段(例如，一、二、三、四，或五個沖洗階段)之清洗相。同樣地，雖然上述實施例具有一乾燥相，本發明之實施例亦包含任何適合數量之乾燥相。

仍參考圖12所述之特別實施例，淡水2480可添加2482至第一沖洗溶液2460，以維持第一沖洗溶液2460之體積。部份之第一沖洗溶液2446可轉移2486至強酸溶液2432，以維持強酸溶液2432之pH，維持強酸溶液2432之體積，維持強酸溶液2432之比重，或此等之組合。部份之本體酸溶液2488可添加2490至強酸溶液2432，以維持強酸溶液2432之pH，維持強酸溶液2432之體積，維持強酸溶液2432之比重，或此等之組合。本體酸溶液可為，例如，HCl。本體酸溶液可為32%HCl。本體酸溶液可為任何適合濃度之酸。部份之強酸溶液2432可轉移2492至弱酸溶液2406，以維持弱酸溶液2406之pH，維持弱酸溶液2406之體積，維持弱酸溶液2406之比重，或此等之組合。部份之弱酸溶液2406 可被移除2496，以維持弱酸溶液2406之pH及比重。弱酸溶液2406之被移除部份可轉移2496至一聚氯化鋁槽2497。聚氯化鋁槽2497可具有，例如，約1.5與2.5間之pH，及約1.3之比重。PAC槽2497亦可具有，例如，約1.2-1.4之比重。來自如上弱酸溶液之氣體(其可包括氫氣(H₂)、水蒸氣，及酸氣體，諸如，HCl氣體)可轉移2498至一洗滌器2499，以於釋放至環境前移除雜質。中酸性溶液、強酸溶液，或沖洗溶液之至少一者上方之頭部空間可於弱酸溶液上方之頭部空間連接，使得自弱酸溶液之頭部空間移除之氣體包括源自弱酸溶液及中酸性溶液、強酸溶液，或第一或第二沖洗溶液之至少一者之水蒸氣或氣體。

如上有關於三階段酸溶解方法之變數之全部探討亦相等地應用於二階段酸溶解方法，或具有任何數量之溶解或沖洗階段之方法。因此，具有選擇性包含使部份之淡水或沖洗水從任何沖洗階段轉移至任何溶液，以維持或調整此溶液之pH、體積，或比重。“強”及“弱”指示符係相對指示符，非限制一特定pH範圍。此方法可以任何數量之槽(包含一個)實施。液體轉移可以批式或連續方法發生。此等階段之pH或比重之任何適合值係包含於本發明實施例。

方向性固化

矽的純化方法亦包括方向性固化最後經酸洗之矽以提供最後經方向性固化之矽結晶。方向性固化可為能純化矽提供最後經方向性固化之矽結晶的任何適合的方向性固化。方向性固化可包含於一方向性固化裝置，其可包括任何方向性固化裝置(包含此處所述者)，且包括標準已知方向性固化裝置。用於方向性固化之適合坩鍋、裝置，及方法之一些例子可於美國專利申請第12/716,889及12/947,936號案中發現，此等在此全文併入本案以為參考資料。

當矽於方向性固化期間固化，雜質易偏號保留於熔融相，而非以固化相結晶化。鑄錠可藉由於固化(例如，冷凍)時對矽施加一溫度梯度或於矽中誘發一溫度梯度而方向性固化。矽從鑄錠之底部至頂部方向性固化。熱可提供於鑄錠之頂部以，例如，形成或助於形成一溫度梯度，或冷卻可提供於鑄錠之底部，以形成或助於形成溫度梯度。於某些例子，矽可經方向性固化成一大的數噸鑄錠，例如，約1-3噸。

於方向性固化期間，因為雜質易保持於熔融相，與經方向性固化之矽之其餘者相比，熔融相之最後固化部份一般包括最高濃度之雜質。因此，於方向性固化後，一部份之“最後冷凍”之矽可被移除。“最後冷凍”之矽可指於樣品鑄錠或人造晶塊內最後固化之矽，且含有最多雜質；因此，移除此部份之矽可助於產生整體上更純之矽(例如，其中，經修整之矽的平均純度係高舫修整前之矽的平均純度)。於某些例子，約5至約30%之最後冷凍之矽可被移除。

方向性固化方法可藉由從底部至頂部方向性固化及移除，例如，約5%至約30%之每一形成之矽鑄錠而重複一或多次。鑄錠頂部於冷凍前可，例如，經由傾倒或虹吸而移除。最後冷凍之區段可被除或可斷裂。最後冷凍之矽可於任何程再循環回此方法。經方向性固化之鑄之錠的側邊及底部可被切除及再循環回此方法。固體矽之表面可於任何步驟間以介質噴除，諸如，噴砂或噴冰，或蝕刻。因為，例如，每一元素之不同偏析係數，每一另外之方向性固化步驟進一步可純化矽。

提供有效率使用爐容器之坩鍋

於某些實施例，矽之熔融或矽之方向性固化，或二者，可於被設計成提供有效使用爐容量之一坩鍋內實施。於某些實施例，坩鍋可與製備熔融矽之爐的內部形狀約略相符合。

參考圖13，係顯示本發明之一坩鍋之一實施例，坩鍋3100，之頂視圖。坩鍋3100包括用於製造一鑄錠之一內部3102。參考圖14，係顯示坩鍋3100內之鑄錠3200之頂視圖。鑄錠3200可包括部份之周圍3201，其於熔融材料經過固化、結晶化，或其等之組合後修整。鑄錠3200包括多數個塊材3202。塊材3202可自鑄錠3200使用一切割裝置形成。鑄錠可包括矽。熔融材料可包括熔融矽。塊材3202係以格柵配置於鑄錠3200內。坩鍋3100之外部形成係與製造鑄錠之一爐的內部形狀約略相符合，此爐可為具有一具約略圓形之內部隔室之爐。藉由與爐之內部形狀約略相符合，坩鍋3100可使較大量之熔融材料裝配於爐內，因此，可更有效率使用爐之容量。藉由與一約略圓形爐之內部形狀約略相符合，坩鍋3100可產生一鑄錠3200，其提供比可自使用具有矩形之坩鍋的爐產生之塊材數量更大數量之塊材3202。與來自一矩形坩鍋之一鑄錠之一格柵相比，於鑄錠3200，相對於角塊材百分率之側邊或中間塊材之百分率可為更大，且相對於中間塊材百分率之側邊塊材百分率可被增加。見表2。當與一矩形坩鍋相比，來自坩鍋3100之鑄錠3200之角塊材之百分率被降低。

本發明之坩鍋之某些實施例包括一包括塊材之鑄錠。此等塊材結合成自坩鍋形成之鑄錠。於鑄製方法完全後，其等係藉由彼此切開而變成分開之塊材。塊材可切成一格柵圖。切割可以熟習此項技藝者所知之任何適合切割裝置進行。一適合切割裝置之一例子係一鋸子，其係使用研磨材料(諸如，鑽石)或切割齒附接於變成一連續迴路之一帶材。切割可包括以水冷卻，以避免刀刃過熱。一適合切割裝置之另一例子係一線鋸，其係使用具有冷卻流體及SiC磨粒之鋼線，或以鑽石磨粒及冷卻流體塗覆之鋼線。

鑄錠差的品質之原因於某些實施例可包括經固化或結晶化之材料與坩鍋壁之接近度。坩鍋可以避免材料與坩鍋黏著之材料塗覆或包括此材料，以便輕易移除固體。雖然有助於避免黏著，坩鍋之塗層或組份會擴散至熔融材料內，影響最接近坩鍋壁之固體材料之純度。因此，當愈少之鑄錠接觸坩鍋壁，愈少之材料受來自坩鍋之組份或塗層擴散之污染。另外，坩鍋內於角之矽的頂表面會最後固化，且於結晶化最後冷凍之材料會含有最高含量之雜質。一鑄錠之最後冷凍部份可於使用前移除，例如，於使用鑄錠前以切割裝置移除。當愈少之鑄錠接觸坩鍋壁，愈少之材料因使用前需自鑄錠修整掉而浪費掉。本發明包括具有較少角之鑄錠，使得其等包括較少之與坩鍋周圍分享二端緣之塊材。本發明因此可製造較小百分率之較低品質的產物，且可造成較少廢料或較少再循環之矽。

再次參考圖13，坩鍋3100包括一周圍，其包括八個側邊，3104及3106。八個側邊包括二組約略相對之第一側邊3104，其等係具有約略相等長度。八個側邊亦包括二組約略相對之第二側邊3106，此等具有約略相等長度。坩鍋3100之八個側邊係相對應於自坩鍋3100形成之鑄錠3200之八個側邊，其係包含第一側邊3204及第二側邊3206。第一側邊3104及第二側邊3106係約略平直。第一側邊3104係比第二側邊3106更長。第一側邊3104係與第二側邊3106交替。於一特別實施例，坩鍋100之高度可為比其它坩鍋高2-20公分，其能容納，例如，與36-塊之750公斤矩形坩鍋相同之矽含量。一般，於本發明，坩鍋之高度可作得比較高，使得，例如，較低密度之材料(諸如，較低密度之矽)可具經濟性地使用，使得更多材料可裝填於坩鍋內。

於一特別實施例，第一側邊3204可為，例如，約5至40英吋，或約10至30英吋，或約24英吋。第二側邊3206可為約5-15英吋，例如，11.14英吋。塊材3202的尺寸可為約6英吋x約6英吋。坩鍋側邊厚度可為，例如，約0.25至約2英吋，或約0.5至約1英吋，或約0.67英吋。自鑄錠200側邊移除之材料的厚皮可為，例如，約0.5-4英吋，或約1-2英吋，或約1.88英吋。

參考圖15，係顯示於一特別實施例中之坩鍋3100之側視圖。坩鍋之寬度3308可為，例如，約20-60英吋，或約35-45英吋，或約41英吋。坩鍋之高度3306可為，例如，約5-40英吋，或約15-25英吋，或約18.00英吋。側邊3302可為，例如，約0.25至約4英吋厚，或約0.5-1英吋厚，或約0.67英吋厚。坩鍋可具有一底部3304。

於某些實施例，坩鍋可包括第一側邊及第二側邊，其等係約相同長度。坩鍋可包括第一側邊，其係彎曲狀或包括彎曲狀物，且坩鍋可獨立地包括第二側邊，其係彎曲狀或包括彎曲狀物。因此，坩鍋可包括呈彎曲之第一側邊，及約為直的第二側邊；坩鍋亦可包括呈彎曲之第二側邊，及約為直的第一側邊。一側邊之彎曲狀物可包括多數個約為平的表面，其等一起形成一弧形，或形成多於一個弧形。一側邊之彎曲狀物可包括單一彎曲狀物。一側邊之彎曲狀物可包括多數個彎曲狀表面，其等一起形成一弧形，或形成多於一個弧形。

於某些實施例，整體設計可包括一於其內具有四個坩鍋之爐，且於每一坩鍋內僅一個角係面積降低。

於某些實施例，坩鍋可自，例如，矽石、SiC、石英、石墨、Si₃N₄，或此等之組合製成或包括此等。組份或塗層之選擇可包括，例如，無黏性，與耐熱性。坩鍋可包括含有Si₃N₄、石墨，或SiO₂之一塗層，其可部份、完全，或於其間之任何程度塗覆坩鍋。坩鍋可包括約110-160度之包括於周圍之於側邊間之內角。坩鍋可包括約125-145度之包括於周圍之於側邊間之內角。坩鍋亦可包括彎曲狀之外或內角及端緣。

本發明提供一種使用具有一內部形成之一坩鍋用於製造鑄錠之方法，其包含如上所述之坩鍋，其中，坩鍋之外部形狀係與於其內製造產生鑄錠之熔融材料的一爐的內部形狀約略相符合。此爐之內部形狀可約略為圓形。此爐之內部形狀可被修改以與坩鍋相合。

於一特別實施例，坩鍋的尺寸係使得此方法可自具有約450公斤容量且設計用於使用一標準矩形坩鍋製造約25個具有約156 mm x約156 mm之塊材的爐產生約32個具有約156 mm x約156 mm尺寸之塊材。於另一實施例，尺寸係使得此方法可自具有約450公斤容量且設計用於使用一標準矩形坩鍋製造約25個塊材的爐產生約12個具有約180 mm x約180 mm尺寸之塊材。

本發明可提供一種改良高品質材料生產量之方法。本發明可提供一種形成鑄錠之有效率且成本有效之品質控制方法。參考圖14所述之特別實施例，額外4個半塊材3203可用於破壞及非破壞測試，以改良品質及加速晶圓製造之產出時間。僅測量4個角塊材3203，而非所有塊材3202，可節省時間及相關成本，包括：節省製造時間，節省導性測量後之塊材清理所需時間，及節省導性塊材切割後測量前塊材清洗所需時間。此可助於達成較高生產量，同時維持所需材料品質。

下列測量可被包括於可被進行以助於控制產生材料之品質之測量中：a)測量塊材上之軸向(底至頂)電阻分佈，補充b)繪圖重組壽命(mapping recombination lifetime)(底至頂)，及於高碳原料或差的碳控制之鑄製工具，另外之步驟c)碳化矽顆粒之紅外線(IR)掃瞄(底至頂)。具有進行此等測量之4個角塊材可具有有利結果。若個別鑄製工具之特別生路長特性已知(此可對每一鑄製工具判定)，測量a)可提供有關於總鑄錠之生長前沿的可靠資訊。其後之晶圓化可以有關於生長前沿的資訊為基礎。測量b)能測量為距坩鍋之距離的函數之壽命，此可提供被起始用於晶圓級材料品質改良之有效措施之一些導引。測量c)可提供有關於鑄錠之方向資訊。

使爐與坩鍋相合之修改可為熟習此項技藝者所知之任何適合修改。修改可包括使固定或圍繞陶瓷坩鍋之箱子的螺栓、墊片或板材變薄。固定坩鍋之箱子可自石墨板製成。修改亦可包括使為此箱子之一部份的螺帽埋頭或鎖口於石墨板內，或以其它方式降低使箱子固定在一起的硬體之輪廓。石墨板間之接合可為嵌槽式、榫眼式，或鳩尾式。固定坩鍋之一底石墨板可加大。用於容納可移動元件之一不銹鋼籠可為八角形，具有加至角落的對角線，或對角線的尺寸可加大。籠之絕緣可作作得較薄。加熱元件可移至更接近爐或加熱器籠。使加熱元件固定在一起之石墨螺帽可為埋頭式或鎖口式。具角度月石墨墊片可用於對角線支撐板上以維持一平表面，或自定形狀可被用以維持平區段，以使石墨板固定在一起。角延伸物可添加至加熱元件之一角件，以使加熱元件自所有側邊上移出，包括使加熱元件於所有側邊上移出3”。用以密封籠底部之一突唇可作得更小。修改亦可包括降低固定坩鍋之腳架以容許一更高坩鍋。支撐坩鍋腳架之腳可藉由增加另一支腳、使腳移得更開，或螺栓至一較厚冷卻板內升級以支撐額外重量。，剛性石墨氈外之其它絕緣材料可被用於使鋼籠絕緣，使得此區段可作得更薄。二種絕緣材料可以一種二層設計使用，且一材料係遠離熱面而使用。第二絕緣材料可具有較佳絕緣性質，使得一較薄截面可用於此籠。

方向性固化總成

於某些實施例，矽之熔融或矽之方向性固化或二者可於一方向性固化組成中實施。此組成可包括任何適合之方向性固化總成。於某些實施例，方向性固化組成可包括上述之坩鍋，其中，坩鍋之形狀能有效利用爐容量。於其它實施例，方向性固化組成不包括設計成進入一爐內之一坩鍋，且相反地，矽之熔融係發生於一不同坩鍋內，諸如，設計成與此爐或另一坩鍋之內部形狀約略相符合之一坩鍋，然後，轉移至方向性固化裝置。此段落中所述之方向性固化組成之底模具部之任何特徵可被包括於上述之設計用於有效率之爐容量利用之坩鍋實施例。

方向性固化裝置-底模具

圖16例示方向性固化裝置之一實施例。顯示裝置4100之側視切割圖。裝置4100包括一方向性固化模具4110其包括至少一耐火性材料。此至少一耐火性材料係組配成使矽能於模具內方向性固化。裝置4100亦包括一外護套4130。另外，裝置4100包括一絕緣層4120，其係至少部份置放於方向性固化模具4110與外護套4130之間。裝置4100可以多於一次地用於矽之方向性固化。

方向性固化裝置之一整體三度空間形狀可相似於具有圓形狀之一厚壁大碗。另外，整體形狀可相似於具有矩形，或六邊形、八邊形、五邊形或任何適合形狀且具有任何適合數量之端緣的之大碗。於其它實施例，此裝置之整體形狀可為適於矽之方向性固化之任何適合形狀。於一實施例，底模具可容納約1公噸之矽，或更多。於一實施例，底模具可容納約1.4公噸之矽，或更多。於另一實施例，底模具可容納約2.1公噸之矽，或更多。於另一實施例，底模具可容納約1.2、1.6、1.8、2.0、2.5、3、3.5、4、4.5，或5公噸之矽，或更多。

於方向性固化裝置之較佳實施例，此裝置係以一中間垂直軸約略對稱。於其中包括於此裝置或此裝置形狀之材料偏離一中間軸之幾近對稱性之實施例係仍被包含為一較佳實施例；如熟習此項技藝者輕易瞭解般，對稱性之偏愛係約略性。於某些實施例，此裝置並非以一中間垂直軸呈對稱。於其它實施例，此裝置係以一中間垂直軸部份約略呈對稱，及以一中間垂直軸部份約略呈不對稱。於包括非對稱特徵之實施例，此處所述之任何適合特徵可被包括，包括整體或部份以一中間軸約略對稱之一實施例之一部份而描述之特徵。

如圖16所示，方向性固化模具4110具有於方向性固化模具底部與方向性固化模具之間的大於90度之內角，此處稱為模斜度。模斜度能使於模具內固化之一矽物件於無需破壞矽或方向性固化模具而被移除。於一較佳實施例，方向性固化模具具有足以能使矽自如所述般之模具移除之一模斜度(如圖16所示)。但是，於另外實施例，方向性固化不具有模斜度，或具有模斜度之反向。於不具有模斜度之另外實施例，此裝置較佳會具有經過中間之切割，使其輕易分成二半部，以便移除固體矽。然後，此二半部可再次結合形成一整體，且此裝置被再次使用。但是，可被分成二半部之實施例並不限於缺乏模斜度之實施例。此處探討之所有實施例可包括或不包括能被分成半部以便輕易移除固體矽之能力。

圖16所示方向性固化模具4110之實施例包括一耐火性材料。耐火性材料可為任何適合之耐火性材料。耐火性材料可為氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨，或此等之組合。方向性固化模具可包括一耐火性材料。方向性固化模具可包括多於一種耐火性材料。包括於方向性固化模具此耐火性材料或此等材料可被混合，或此等可位於方向性固化模具之分開部份，或此等之組合。此一或多種耐火性材料可被配置成多層。方向性固化模具可包括多於一層之一或多種耐火性材料。方向性固化模具可包括一層之一或多種耐火性材料。耐火性材料之側邊可為與耐火性材料底部不同之材料。與方向性固化模具底部相比時，方向性固化模具之側邊可為不同厚度，包括不同材料組成，包括不同材料量，或此等之組合。於一實施例，方向性固化模具之側邊包括一熱面耐火性材料，且方向性固化模具之底部包括一導性耐火性材料。方向性固化模具之側邊可包括氧化鋁。方向性固化模具之底部可包括一導熱性材料，諸如，碳化矽、石墨、鋼、尺銹鋼、鑄鐵、銅，或此等之組合。

於某些實施例，包括於方向性固化模具側邊之一材料或多種材料可自方向性固化模具之外底部之一高度向上延伸，且包括於方向性固化模具底部之一材料或多種材料可自相對應於方向性固化模具之一側邊之內部的一垂直位置，越過底部垂直，延伸至相對應於相對側邊內部之一垂直位置。於另一實施，包括於方向性固化模具側邊之一材料或多種材料可自方向性固化模具內底部之一高度向上延伸，同時包括於方向性固化模具底部之一材料或多種材料可自相對應於方向性固化模具之一側邊之外側的一垂直位置，越過方向性固化模具底部，垂直延伸至相對應於方向性固化模具相對側邊之外側的一垂直位置。於另一例子，包括於方向性固化模具側邊之一材料或多種材料可自高於方向性固化模具底部高度之一高度向上延伸，同時包括於方向性固化模具底部之一材料或多種材料可從相對應於方向性固化模具之一外側邊之一垂直位置，越過方向性固化模具底部，垂直延伸至相對應於方向性固化模具之另一外側邊之一垂直位置，且亦於高於方向性固化模具底部高度之側邊向上延伸。於另一例子，包括於方向性固化模具側邊之一材料或多種材料可自方向性固化模具內底部之一高度向上延伸，同時包括於方向性固化模具底部之一材料或多種材料可自外護套之一側邊的內側，越過外護套內底部，垂直延伸至外護套之相對側邊之內側，或包括於方向性固化模具底部之一材料或多種材料可自外護套之一側邊之內側與相對應於方向性固化模具外側邊之垂直位置之間，越過方向性固化模具底部，垂直延伸至外護套之相對內側邊與相對應於方向性固化模具相對應側邊之外側的垂直位置之間。

圖16所示之裝置4100之絕緣層4120可包括一絕緣材料。絕緣材料可為任何適合材料。例如，絕緣材料可為絕緣磚、耐火性材料、耐火性材料混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫羊毛，或此等之組合。絕緣板可包括高溫陶瓷板。絕緣層可包括多於一種絕緣材料。包括於絕緣層4120之此絕緣材料或此等材料可被摻合、混合，或其等可位於絕緣層之個別部份，或此等之組合。此一或多種絕緣材料可以多層配置。於一例子，絕緣層可包括多於一層之一或多種絕緣材料。於另一例子，絕緣層可包括一層之一或多種絕緣材料。絕緣層之側邊可為與絕緣層底部不同之材料。例如，與絕緣層底部相比，絕緣層之側邊可為不同厚度，包括不同材料組成，或此等之組合。於一實施例，絕緣層係置於方向性固化模具之底部與外護套之間。於一較佳實施例，絕緣層係至少部份置於方向性固化模具之側邊與外護套之側邊之間，且絕緣層係未置於方向性固化模具底部與外護套底部之間，如圖16所描述。

裝置4100之絕緣層4120係顯示於圖16，其係置於此裝置之外護套之側邊與此裝置之方向性固化模具之側邊之間。如所示，絕緣層之側邊係自相對應於外護套底部之內側邊之高度向上延伸。方向性固化裝置之方向性固化裝置之實施例亦可包括其中絕緣層係自相對應於方向性固化模具內側底部之高度向上延伸之絕緣層4120之組態。於另一例子，絕緣層係自外護套底部內側邊與外護套底部之內側邊高度間向上延伸。於另一實施例，絕緣層係自高於相對應於方向性固化模具內側底部之高度向上延伸。

圖16所示之裝置4100之外護套413可包括包封絕緣層及方向性固化模具之任何適合材料。外護套可包括一或多種材料。於一實施例，外護套包括鋼。於另一實施例，外護套包括鋼、不锈鋼、銅、鑄鐵、耐火性材料、耐火性材料混合物，或此等之組合。外護套之不同部份可包括不同材料．不同材料厚度、不同材料組成，或此等之組合。

於某些實施例，外護套可包括結構性構件。結構性構件可對裝置增加強度及剛性，且可包括任何適合材料。例如，結構性構件可包括鋼、不銹鋼、銅、鑄鐵、耐火性材料、耐火性材料混合物，或此等之組合。於一例子，外護套可包括自外護套外側以遠離裝置中間之方向延伸且圍繞裝置之周邊或周圍水平延伸之一或多個結構性構件。此一或多個結構性構件可位於，例如，外護套外側之上端緣，位於外護套外側之底端緣，於外護套外側之頂端緣與底端緣間之任何位置。於一例子，裝置包括三個水平結構性構件，且一者係位於外護套之上端緣，一者係位於外護套之底端緣，且一者係位於外護套之上端緣與下端緣之間。外護套可包括位於外護套外側之一或多個結構性構件，其係自外護套外側以遠離此裝置中間之方向延伸，且係自外護套外側底部垂直延伸至外護套外側之頂部。於一例子，外護套可包括八個垂直結構性構件。此等垂直結構性構件可圍著外護套之周邊或周圍均勻地間隔開。於另一例子，外護套包括垂直及水平之結構性構件。外護套可包括延伸越過外護套底部之結構性構件。於底部上之結構性構件可自外護套底部之一外端緣延伸至外護套底部之另一端緣。於底部上之一結構性構件亦可延伸部份地越過外護套之底部。結構性構件可為對此裝置增加結構性支撐之條材、桿材、管材，或任何適合結構。一結構性構件可經由熔焊、銅焊，或任何其內適合方法附接至外護套。結構性構件可用於增強此裝置之運送及物理性操控。例如，於外護套外側之底部上之結構性構件可為具足夠尺寸、強度、方向、間隔，或此等之組合之管材，使得一特別之堆高機或其它升高機器可使此裝置升高或移動或以其它方式物理性操控。於另一實施例，位於外護套外側上之上述結構性構件可另外或此外地位於外護套之內側上。

外護套4130係顯示於圖16，其係於絕緣層4120之頂部上延伸且部份覆蓋方向性固化模具4110之頂部。但是，方向性固化裝置之實施例亦包含與絕緣層4120及方向性固化模具4110有關之外護套4130之廣範圍的各種結構性組態。實施例可包括完全延伸至方向性固化模具4110之頂部的內緣之外護套4130，僅部份越過絕緣層4120之頂部延伸之外護套4130，或未越過絕緣層4120之任何部份延伸之外護套4130。再包括者係其中外護套4130未完全於絕緣層外側之側邊向上延伸之組態。於其中外護套於方向性固化模具或絕緣層之頂部的任何部份上延伸之實施例，外護套之於頂部上延伸之部份可包括具有比外護套之側邊及底部更大之絕緣性質的材料。於某些實施例，此一材料選擇可鼓勵於裝置內形成所欲溫度梯度。

圖16所示之裝置4100之頂端緣被描述係具有約略相同高度之方向性固化模具4110及絕緣層4120，且外護套之頂部係於絕緣層頂部上延伸，且部份於方向性固化層頂部上延伸。如上所探討，外護套之頂部、絕緣層之頂部，及方向性固化模具之頂部的其它組態係被包含作為方向性固化裝置之實施例，包括所有適合配置。例如，絕緣層可垂直延伸至高於方向性固化模具頂端緣之高度。另外，方向性固化模具可垂直延伸至高於方向性固化模具頂端緣之高度。絕緣層可部份或完全地延伸於方向性固化模具頂端緣上。或者，方向性固化模具可部份或完全地延伸於絕緣層頂端緣上。

圖16所示之裝置4100係以具特別相對厚度之方向性固化模具4110、絕緣層4120，及外護套4130描述。但是，方向性固化裝置之實施例包含任何適合相對厚度之模具4110、絕緣物4120，及外護套4130。

圖16之裝置4100可多於一次地用於使矽方向性固化。於能被多於一次地使用，裝置可以使用之間無修復，或於使用間具最小修復地再次用於方向性固化。最小修復可包括修補或整個再次塗覆為方向性固化模具之內側的一部份之一塗層，例如，修復一頂層，包含一滑動面耐火性塗層。方向性固化裝置之實施例亦包括可多於兩次地用於矽之方向性固化之一裝置。亦包括可多於三、四、五、六、十二，或更多次地用於矽之方向性固化之裝置。

於某些實施例，此裝置僅包括一底模具。於其它實施例，此方向性固化裝置包括一底模具及一頂加熱器。

圖17例示方向性固化裝置之一實施例。顯示裝置4200之側視切面圖。裝置4200包括一方向性固化模具4201，其包括至少一耐火性材料。此至少一耐火性材料係被組配成能使矽於此模具內方向性固化。裝置4200亦包括一外護套4203。此外，此裝置包括一絕緣層4202，其係至少部份置於方向性固化模具4201與外護套4203之間。裝置4100可多於一次地用於矽之方向性固化。

圖17所示之方向性固化模具4201包括一或多種耐火性材料。方向性固化模具之側邊包括一熱面耐火性材料4220。於圖17，方向性固化模具之熱面耐火性材料4220係自外護套底部之內側向上延伸；如上所探討般，方向性固化模具之側邊的各種組態被包含作為方向性固化裝置之實施例。熱面耐火性材料4220可為任何適合耐火性材料。例如，熱面耐火性材料4220可為氧化鋁。

於建構方向性固化裝置之底模具裝置之實施例，耐火性材料可以相似於塗敷濕的水泥的方式塗敷。拖網或其它適合用具(包含成型器)可用於將濕的耐火性操控成所欲形狀，其後使耐火性材料乾燥及固化。

圖17所示之方向性固化模具4201之底部包括一導性耐火性材料4230。於圖17，方向性固化模具之導性耐火性材料4230係於相對應於方向性固化模具之一側邊的外側之一垂直位置與相對應於方向性固化模具之一側邊之內側的一垂直位置之間垂直延伸，越過方向性固化模具底部，至相對應於方向性固化模具之相對側邊的外側之一垂直位置與相對應於方向性固化模具之相對側邊的外側之一垂直位置之間；如上所探討，方向性固化模具之側邊的各種組態被包含作為方向性固化裝置之實施例。導性耐火性材料4230可為任何適合材料。例如，導性耐火性材料可含有碳化矽。藉由將一導性材料置於此裝置之底部上，於方向性固化模具內之熔融矽的底部之冷卻被增強。模具底部之簡易冷卻助於形成及控制方向性固化模具之底部與頂部間之溫度梯度，使所欲之方向性固化於模具內發生，且係於底部開始且於頂部結束。

於另一實施例，方向性固化模具之底部可包括用於元件4230之任何適合的導熱性材料，包括碳化矽、石墨、銅、鋼、不銹鋼、石墨、鑄鐵，或此等之組合。如圖17所示之實施例，此一實施例可包括一頂層4210。另外，此一實施例不包括一頂層4210。

導性耐火性材料4230係顯示於圖17，其於其外端緣具有一附屬構件4231。導性耐火性材料4230之附屬構件4231使導性耐火性材料固定於位於熱面耐火性材料4220之一容納槽4232內。使熱面耐火性材料固定於導性耐火性材料避免其自此裝置鬆掉。於一實施例，係包括附屬件4231及容納槽4232。於另一實施例，其等係未被包括。於其它實施例，固定導性耐火性材料之另外手段被包括。

圖17所示之方向性固化模具4201亦包括一頂層4210。頂層包括至少一滑動面耐火性材料。滑動面耐火性材料可包括任何適合耐火性材料。滑動面耐火性材料包括熔融二氧化矽、二氧化矽、氧化鋁、氮化矽、石墨，或此等之混合物。頂層4210係使得其保護方向性固化模具之其餘部份免於在經方向性固化之矽自模具移除時受損。例如，圖17所示之方向性固化模具4201之其餘部份係熱面耐火性材料4220及導性耐火性材料4230。頂層4210整個可具有約略一致厚度及組成，如圖17所示。於其它實施例，頂層可具有不同之厚度或組成。另外，頂層之某些部份可具有約略一致之厚度及組成，且頂層之其它部份可具有不同厚度或組成。於保護方向性固化模具之其餘部份免於在固體矽被移除時受損，及增強固體矽之移除，頂層可於移除矽時部份或全部受損。頂層可於此裝置之一或多次使用之間替換或修復。頂層可以任何適合方式塗敷。頂層可以噴灑或粉刷塗敷。於另一例子，頂層可使用拖網及分散狀濕的水泥塗敷。塗敷後，頂層可被乾燥及固化。於某些實施例，膠體狀矽石可作為頂層之結合劑，包括滑動面耐火性材料噴灑。頂層可於其被乾燥及製備以供使用前被加熱。

圖17所示之裝置4200之絕緣層4202係至少部份置於方向性固化模具4201與外護套4203之側邊之間。如圖17所示，特別實施例之絕緣層係自外護套底部之內側向上延伸。如上所探討，各種不同組態之絕緣層被包含作為方向性固化裝置之實施例。圖17所示之絕緣層4202包括二層，內層4240及外層4250。層4240及4250可包括任何適合絕緣材料。於一實施例，外絕緣層4250包括陶瓷紙及高溫陶瓷板。於一實施例，外絕緣層4250包括陶瓷紙、高溫羊毛、高溫陶瓷板，或此等之組合。於一實施例，內絕緣層4240包括絕緣磚或耐火性材料，其中，耐火性材料可包括可鑄性之耐火性材料。

圖17所示之裝置4200之外護套4203包括任何適合材料。例如，外護套4203包括鋼或不銹鋼。於圖17，外護套係顯示於外層4250之頂部上延伸，且部份於內層4240之頂部上延伸；如上所探討，各種不同組態之絕緣層被包含作為方向性固化裝置之實施例。

圖17所示之裝置4200包括固定錨4260。固定錨可使耐火性材料層固定於此裝置，以避免鬆掉。例如，於圖17，固定錨4260使熱面耐火性材料4220固定於內層4240，且可助於固定此裝置。於其它實施例，固定錨可固定於外護套，且延伸經過任何數量之層以使其等固定。於其它實施例，固定錨可以任何適合層開始及結束。固定錨可包括任何適合材料。例如，固定錨可包括鋼、不銹鋼，或鑄鐵。固定錨可為任何適合形狀，及任何適合方向。藉由以固定錨4260、以附屬件4231及槽4232，以此等之組合，或以另一固定手段固定此裝置，此裝置可具有較長壽命，且能耐更多各種不同處理，且具最小化之受損。此外，以固定錨4260、以附屬件4231及槽4232，以此等之組合，或以另一固定手段固定此裝置，於此裝置倒置時，可助於避免此等層自此裝置落下。

方向性固化裝置-頂加熱器

於一實施例，方向性固化裝置亦包括一頂加熱器。頂加熱器可被置於底模具之頂部上。頂加熱器底部之形狀係與底模具頂部之形狀約略相符合。頂加熱器可將熱施加至底模具頂部，使其它之矽加熱。使熱施加至底模具可造成底模具內之矽熔融。此外，使熱施加至底模具能控制底模具內矽之溫度。再者，頂加熱器可位於底模具頂部上，不具加熱，作為控制熱自底模具頂部釋放之一絕緣器。藉由控制底模具頂部之溫度或熱釋放，所欲溫度梯度可更輕易被完成，此能更高度控制方向性固化。最終地，控制溫度梯度容許更有效之方向性固化，其中，形成之矽純度係最大化。於一實施例，B型熱偶可被用以監測爐腔室內部之溫度。

圖18例示一頂加熱器4300。頂加熱器可包括一或多個加熱構件4310。此一或多個加熱構件之每一者可獨立地包括任何適合材料。例如，此一或多個加熱構件之每一者獨立地可包括一加熱元件，其中，此加熱元件可包括碳化矽、二矽鉬、石墨，或此等之組合，且此一或多個加熱構件之每一者可另外獨立地包括一感應加熱器。於一實施例，此一或多個加熱構件係置於約略相同高度。於另一實施例，此一或多個加熱構件係置於不同高度。

於一例子，加熱元件包括碳化矽，其具有某些優點。例如，碳化矽加熱元件於氧存在之高溫不會腐蝕。包含會腐蝕材料之加熱元件之氧腐蝕可藉由使用一真空腔室降低，但碳化矽加熱元件可於無真空腔室下避免腐蝕。此外，碳化矽加熱元件可於無水冷式鉛下使用。於一實施例，加熱元件係於一真空腔室內、以水冷式鉛，或二者中使用。於另一實施例，加熱元件係於無真空腔室、無水冷式鉛，或無二者下使用。

於一實施例，此一或多個加熱構件係感應加熱器。感應加熱器可被鑄製成一或多個耐火性材料。然後，含有感應加熱線圈之耐火性材料可被置於底模具上。耐火性材料可為任何適合材料。例如，耐火性材料可包括氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨，或此等之組合。於另一實施例，感應加熱器不被鑄製成一或多個耐火性材料。

於一實施例，此一或多個加熱構件具有一電系統，使得若至少一加熱構件失效，任可剩餘功能性加熱構件持續接受電力及產生熱。於一實施例，每一加熱構件具有其本身之電路。

頂加熱器可包括絕緣材料，例如，圖18所示之頂加熱器4300包括絕緣材料4320。絕緣材料可包括任何適合絕緣材料。絕緣材料可包括一或多種絕緣材料。例如，絕緣材料可包括絕緣磚、耐火性材料、耐火性材料混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫羊毛，或此等之混合物。絕緣板可包括高溫陶瓷板。如圖18所示，絕緣材料之底端緣及與此一或多個加熱構件4310於約略相同高度。此一或多個加熱構件之其它組態及絕緣材料之其它組態被包含作為方向性固化裝置之實施例。例如，此一或多個加熱構件可包括一感應加熱器，絕緣材料可包括一耐火性材料，且此一或多個加熱構件可包封於耐火性材料內。於此一實施例，另外之絕緣材料亦可選擇性地被包括，其中，此另外絕緣材料可為耐火性材料，或此另外絕緣材料可為另一適合絕緣材料。於另一例子，此一或多個加熱構件可包括一感應加熱器，且加熱構件可被置放為如加熱構件係於圖18所示般，或於另一組態，相似地係未被包封於耐火性材料內。於另一例子，此一或多個加熱構件可被置放於高於絕緣材料底端緣之高度。於另一例子，絕緣材料之底端緣可被置放於高於此一或多個加熱構件之高度。於其中此一或多個加熱構件係置放於不同高度之一實施例，絕緣材料之端緣可於加熱構件高度之間，或於如上所述之任何其它組態。

頂加熱器可包括一外護套，例如，圖18所示之頂加熱器300包括外護套4330。此外護套可包括任何適合材料。例如，此外護套可包括鋼或不銹鋼。於另一實施例，外護套包括鋼、不銹鋼、銅、鑄鐵、耐火性材料、耐火性材料混合物，或此等之組合。絕緣材料4320係至少部份置放於此一或多個加熱構件及外護套之間。於圖18，外護套4330之底端緣係顯示與絕緣材料之底端緣及於此一或多個加熱構件約略平坦。但是，如上有關於此一或多個加熱構件及絕緣材料所探討，外護套、絕緣材料，及一或多個加熱構件之各種不同組態係被包括作為方向性固化裝置之實施例。例如，外護套之端緣可延伸低於絕緣材料端緣及此一或多個加熱構件。於另一例子，外護套之端緣可延伸低於絕緣材料之端緣，低於此一或多個加熱構件，或此等之組合。於一例子，外護套可延伸低於絕緣材料之底端緣，且持續越過完整或部份地覆蓋絕緣材料之底端緣。於某些實施例，外護套之覆蓋絕緣材料端緣之部份可包括具有相對較低導性之材料，諸如，適合之耐火性材料，諸如，氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨，或此等之組合。於另一例子，外護套未延伸低於絕緣材料之底端緣或此一或多個加熱構件之高度。於另一實施例，外護套延伸低於此一或多個加熱構件之高度，但仍係高於絕緣材料之底端緣。於其中此一或多個加熱構件係置放於不同高度之一實施例，外護套可延伸至於加熱元件高度之間或於如上所述任何其它組態之高度。

於某些實施例，頂加熱器外護套可包括結構性構件。結構性構件可增加頂加熱器強度及剛性。結構性構件可包括鋼、不銹鋼、銅、鑄鐵、耐火性材料、耐火性材料混合物，或此等之組合。於一例子，頂加熱器外護套可包括一或多個結構性構件，其係自頂加熱器外護套外側以遠離頂加熱器中間之方向延伸，且於頂加熱器之周邊或周圍水平延伸。此一或多個水平結構性構件可位於，例如，頂加熱器外護套外側之下端緣，於頂加熱器外護套外側之頂端緣，於頂加熱器外護套外側之底端緣及頂端緣之間的任何位置。於一例子，頂加熱器包括三個水平結構性構件，且一者係位於頂加熱器外護套之頂端緣，一者係位於頂加熱器外護套之上頂端，且一者係位於頂加熱器外護套之下端緣及上端緣之間。頂加熱器外護套可包括位於頂加熱器外護套外側上之一或多個結構性構件，其係對頂加熱器外護套之外側以遠離頂加熱器中間之方向，自頂加熱器外護套外側之底部垂直延伸至頂加熱器外護套外側之頂部。於一例子，頂加熱器外護套可包括八個垂直結構性構件。垂直結構性構件可圍繞頂加熱器周邊或周圍均勻間隔開。於另一例子，頂加熱器外護套包括垂直及水平結構性構件。頂加熱器外護套可包括延伸越過頂加熱器外護套頂部之結構性構件。於頂部上之結構性構件可自頂加熱器外護套頂部之一外端緣延伸，至頂加熱器外護套頂部之另一端緣。於頂部上之結構性構件亦可延伸部份越過外護套頂部。結構性構件可為用以增加頂加熱器結構性支撐之條材、桿材、管材，或任何適合結構。結構性構件可經由熔焊、銅焊，或其它適合方法附接至頂加熱器外護套。結構性構件可用於增強此裝置之運送及物理性操控。例如，於頂加熱器外護套外側頂部上之結構性構件可為具足夠尺寸、強度、方向、間隔，或此等之組合之管材，使得一特別之堆高機或其它升高機器可使頂加熱器升高，或移動，或其它物理性操控。於另一實施例，上述位於頂加熱器外護套外側上之結構性構件可另外或此外地位於頂加熱器外護套內側。於另一實施例，頂加熱器可使用一起重機或其它升高裝置，使用與頂加熱器附接之鏈條移動，包括與頂加熱器之結構性構件或與頂加熱器之非結構性構件附接之鏈條。例如，四條鏈條可附接至頂加熱器外護套之上端緣，形成起重機之繫帶使頂加熱器升高或其它方式移動。

方向性固化裝置-冷卻

如上所探討，藉由控制裝置之溫度梯度，可完成經高度控制之方向性固化。溫度梯度及相對應之方向性結晶化之高程度控制能容許更有效之方向性固化，提供具高純度之矽。於方向性固化裝置之各種實施例，方向性結晶化係約略從底部至頂部而進行，因此，所欲溫度梯度於底部具有較低溫度且於頂部具有較高溫度。於具有一頂加熱器之實施例，頂加熱器係控制熱自方向性固化模具頂部進入或喪失之一方式。方向性固化裝置之某些實施例包括於方向性固化模具內之一導性耐火性材料，用以誘發熱自此裝置之底部喪失，而某些實施例亦包括於方向性固化模具側邊上之絕緣材料，以避免熱自此處喪失，及促進形成垂直熱梯度與防止形成水平熱梯度。於使用此方向性固化裝置之某些方法，風扇可吹過此裝置之底部，例如，吹過外護套底部，以控制自此裝置底部喪失之熱。於使用此方向性固化裝置之某些方法，未使用風扇之環境空氣循環被用以冷卻此裝置，包括此裝置之底部。

於此方向性固化裝置之某些實施例，一或多個熱轉移風扇可與外護套底部附接，以增強此裝置之空氣冷卻。風扇可藉由吹過外護套底部增強冷卻散熱片之冷卻效果。可使用任何適合數量之散熱片。此一或多個散熱片可吸收來自此裝置底部之熱，且使熱藉由空氣冷卻移除，其係藉由散熱片之表面積而增強。例如，散熱片可由銅、鑄鐵、鋼，或不銹鋼製成。

於此方向性固化裝置之某些實施例，包括至少一液體導管。此至少一液體導管係組配成容許一冷卻液體通過此導管，藉此，使熱自方向性固化模具轉移掉。冷卻液體可為任何適合冷卻液體。冷卻液體可為為一液體。冷卻液體可為多於一液體之混合物。冷卻液體可包括水、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、油、油混合物，或此等之組合。

於某些實施例，此至少一液體導管包括一管材。此管材可包括任何適合材料。例如，管材可包括銅、鑄鐵、鋼、不銹鋼、耐火性材料、耐火性材料混合物，或此等之組合。此至少一液體導管可包括通過一材料之一導管。此導管可通過任何適合材料。例如，導管可通過包括銅、碳化矽、石墨、鑄鐵、鋼、不銹鋼、耐火性材料、耐火性材料混合物，或其等之組合之材料。此至少一液體導管可為一管材及一通過一材料之導管之組合。於某些實施例，此至少一液體導管可位於與此裝置底部相鄰。此至少一導管可位於此裝置之底部內。此至少一液體導管之位置可包括與此裝置底部相鄰及於此裝置底部內之組合。

方向性固化裝置之某些實施例中包括之液體導管包含能使冷卻液體將熱自方向性固化模具轉移掉之各種組態。一泵可被用以移動冷卻液體。一冷卻系統可被用以使熱自冷卻液體移除。例如，可使用一或多個管材，包括管道。此一或多個管材可為任何適合形狀，包括圓形、矩形，或平坦形。管材可為線圈式。管材可與外護套外側相鄰。於較佳實施例，管材可與外護套外側之底部相鄰。管材可與外護套接觸，使得足夠表面積接觸發生，使熱自此裝置有效率轉移至冷卻液體。管材可以任何適合方式接觸外護套，包括延著管材之一端緣。管材可為被熔焊、銅焊、軟焊，或以任何適合方式附接至外護套之外側。管材可與外護套外側呈平坦化，以增強熱轉移效率。於某些實施例，此至少一液體導管係行經底模具底部之一或多個導管。行經底模具底部之一導管可為包封於被包括於方向性固化模具內之耐火性材料之一管材。管材可進入外護套之一部份，行經於方向性固化模具底部之一耐火性材料或導性材料或其等之組合，及離開外護套之另一部份。包封於方向性固化模具之底耐火性材料或底導性材料內之管材可為線圈狀，或以任何形狀配置，包括於離開此裝置底部前前後移動一或多次。

於另一實施例，此至少一液體導管包括包封於一耐火性材料、一導熱性材料，此等之組合內之一管材，其中，此材料係大到足以使裝置置於其上之一材料塊材。導管可經過任何適合材料。例如，導管可經過包括銅、碳化矽、石墨、鑄鐵、鋼、不銹鋼、耐火性材料、耐火性材料混合物，或此等之組合之材料。冷卻液體可使熱自其上置放底模睫之耐火性材料移除，藉此使熱自此裝置底部移除。

方向性固化裝置-全體

圖19例示用於矽之方向性固化之一裝置4400之一特別實施例，包括一頂加熱器部，其係位於一底模具4420之頂部上。頂加熱器包括鏈條4401，其可經由垂直結構性構件4403之孔洞4402與頂加熱器4410連接。鏈條4401形成一擊帶，其能使頂加熱器藉由使用一起重機移動。此裝置亦可藉由，例如，使此裝置之底半部置於一剪刀式升高機上，同時使頂加熱器留於此底半部上而移動。此裝置可以任何適合方式移動。垂直結構性構件4403自頂加熱器4410之外護套之底端緣垂直延伸至頂加熱器4410之不銹鋼外護套之頂端緣。垂直結構性構件係位於頂加熱器外護套之外側上，且自護套以與遠離頂加熱器中間之方向平行地延伸。頂加熱器亦包括一水平結構性構件4404，其係位於頂加熱器外護套之外側上，且自護套以與遠離頂加熱器中間之方向平行之方向延伸。頂加熱器亦包括一突唇4405，其係頂加熱器之外護套之一部份。突唇係自頂加熱器之外護套突伸。突唇可向內延伸至頂加熱器之中間軸，使得其將頂加熱器之絕緣材料覆蓋至任何適合程度。另外，突唇可向內延伸僅足以覆蓋頂加熱器之外護套之底端緣。篩箱4406包封加熱構件之自頂加熱器之外護套突出之端部，保護使用者免於會存在於此等構件之端部及端部附近之熱及電。

於圖19所述之特別實施例，底模具4420之絕緣材料4411係位於頂加熱器4410與底模具4420之間。底模具之一或多個絕緣層之至少一部份係延伸高於底模具之外護套的高度。底模具包括垂直結構性構件4412。垂直結構性構件4412係於底模具之外護套之外表面上，係遠離外護套以與遠離底模具中間之方向平行而延伸。垂直結構性構件4412係自外護套底端緣延伸至外護套頂端緣。底模具亦包括水平結構性構件4413。水平結構性構件4413係於底模具之外護套之外表面上，遠離外護套以與遠離底模具中間之方向平行而延伸。水平結構性構件4413係圍著底模具周邊水平延伸。底模具亦包括底結構性構件4414及4415。底結構性構件4414及4415係遠離外護套以與遠離底模具中間之方向平行而延伸。底結構性構件延申越過底模具底部。一些底結構性構件4415係成形為使得其能使堆高機或其它機器使此裝置升高或以其它方式物理性操控。

圖20例示用於矽之方向性固化之一裝置之一實施例的一部份之一頂加熱器4500的底部之圖。於此特別實施例，外護套延伸於頂加熱器底端緣之絕緣層4520之一部份上。加熱構件4530係等高度，且頂加熱器4510及絕緣材料4520之外護套之底端緣係低於加熱元件之高度。

圖21例示用於矽之方向性固化之一裝置4600之一實施例之方向性固化模具內部之圖。於此特別實施例，外護套4610之端緣未延伸於絕緣層4620之端緣上。相反地，絕緣層4620係延伸於方向性固化模具4630之頂端緣上。方向性固化模具之頂端緣係低於絕緣材料4620及外護套4610之頂端緣的高度。此實施例之整體三度空間形狀係相似於一大的厚壁碗的形狀。

圖22例示藉由本發明方法之實施例使用一方向性固化裝置產生之一矽鑄錠4700。鑄錠係以鑄錠之底部4701面向上，且鑄錠之頂部4702面向下而顯示。藉由於方向性固化裝置之一實施例中之方向性結晶化產生後，鑄錠4700於鑄錠頂部4702之最後冷凍部份具有最大量之雜質。因此，於某些實施例，鑄錠之頂部4702係使用，例如，一帶鋸移除，以增加鑄錠4700之整體純度。

方向性固化裝置-使用方法

本發明可包括一種使用此處所述之方向性固化裝置純化矽之方法，其中，此裝置可為此裝置之任何實施例。本發明之方向性固化步驟可以任何適合裝置，使用任何方法實施，且此處提供之以某些方式使用方向性固化裝置之特別實施例之例子僅係實施此方向性固化步驟之一例子。使用此處所述之方向性固化裝置之方法可為任何適合方法。於一實施例，此方法可包括提供或接受一第一矽。第一矽可包括具任何純度等級之矽。此方法可包括使第一矽至少部份熔融。此方法可包括使第一矽完全熔融。使第一矽至少部份熔融可包括使第一矽完全熔融，使等一矽幾乎完全熔融(以重量係超過約99%、95%、90%、85%，或80%熔融)，或使第一矽部份熔融(以重量係少於約80%或更少熔融)。使第一矽熔融可提供一第一熔融矽。此方法可包括提供或接受一方向性固化裝置。方向性固化裝置可實質上相似於上述者。此方法可包括使第一矽方向性固化，提供一第一熔融矽。於某些實施例，矽方向性固化約略於方向性固化模具底部開始，且約略於方向性固化模具頂部結束。方向性固化可提供一第二矽。第二矽之最後於凍部份包括仿第一矽更大濃度之雜質。第二矽之除了最後冷凍部份外之部份可包括比第一矽更低濃度之雜質。

於某些實施例，第二矽可為一矽鑄錠。矽鑄錠可適於切成太陽能晶圓，用於製造太陽能電池。矽鑄錠可使用，例如，一帶鋸、一線鋸，或任何適合切割裝置切成太陽能晶圓。

於某些實施例，此方法係於真空、惰性氛圍，或於環境空氣中實施。為於真空或於惰性氛圍中實施此方法，此裝置可置於能使其比大氣壓力更少或以比環境空氣更大濃度之惰性氣體之氛圍填充之一腔室。於某些實施例，氬氣可被碑取於此裝置內，於容納此裝置之一腔室內，使氧自此裝置移置。

於某些實施例，此方法包括使上述之頂加熱器置於方向性固化模具上。包括方向性固化模具之底模具於添加熔融矽前可被預熱。頂加熱器可用以使頂模具預熱。使底模具預熱可助於避免於模具壁上之矽過度快速固化。頂加熱器可用於使第一矽熔融。於熔融後，頂加熱器可用於使熱轉移至矽。當矽於方向性固化模具內熔融時，於熔融後，頂加熱器可使熱轉移至矽。頂加熱器可用於控制矽頂部之熱。頂加熱器可被作為一絕緣器，用以控制底模具頂部之熱損失。第一矽可於此裝置外熔融，諸如，於爐內，然後，添加至此裝置。於某些實施例，於此裝置外熔融之矽可於添加至此裝置後使用頂加熱器進一步加熱至所欲溫度。

於包含一包括感應加熱器之頂加熱器之方向性固化裝置，矽可於添加至底模具前被熔融。另外，頂加熱器可包括加熱元件與感應加熱器。感應加熱可更有效於熔融矽。感應可造成熔融矽之混合。於某些實施例，功率可被足夠地調整以使混合量達最大化，太多之混合可改良雜質分凝，但亦會於最後矽鑄錠中產生非所欲之多孔性，諸如，若太大，一含量之小的氣泡會引至熔融矽內。

方向性固化可包括自方向性固化裝置底部移除。熱之移除可以任何適合方式發生。例如，熱之移除可包括使風扇吹過方向性固化裝置底部。熱之移除可包括使環境空氣冷卻此裝置之底部，而未使用風扇。熱之移除可包括使一冷卻液體行經與此裝置底部相鄰之管材，通過行經此裝置底部之管材，通過行經使此裝置放置於其上之材料之管材，或此等之組合。自此裝置底部移除熱能於此裝置建立一熱梯度，造成於其內之熔融矽之方向性固化約略從方向性固化模具之底部至此模具之頂部。

自此裝置底部移除熱可於整個方向性固化期間實施。多數個冷卻方法可被使用。例如，此裝置之底部可以液體冷卻及以風扇冷卻。風扇冷卻可對方向性固化之一部份發生，且液體冷卻可對另一部份，且此二冷卻方法間可具有任何適合量之重疊或缺乏。以液體冷卻可對方向性固化之一部份發生，且單獨之環境空氣冷卻可對另一部份發生，且此二冷卻方法間可具有任何適合量之重疊或缺乏。藉由使此裝置安置於一冷卻材料塊上而冷卻亦可對方向性固化之任何適合期間發生，包括與其它冷卻方法以任何適合量之重疊的任何適合組合。底部之冷卻可於熱被添加至頂部時實施；例如，於熱添加至頂部以增加頂部溫度時，維持頂部溫度時，或容許頂部一特別冷卻速率。具有任何適合量之暫時性重疊或缺乏之使此裝置頂部加熱、使頂部冷卻，及其等之組合之任何適合組態及方法係被包含作為使用此方向性固化裝置實施方向性固化步驟之實施例。

方向性固化可包括使用頂加熱器使矽加熱到至少約1450℃，且於約10至16小時期間使矽頂部之溫度從約1450緩慢冷卻到1410℃。方向性固化可包括使用頂加熱器使矽加熱到至少約1450℃，且使矽頂部之溫度約略固定於約1425至1460℃持續約10-20小時，或約14小時。方向性固化可包括關掉頂加熱器，使矽冷卻約4-12小時，然後，使頂加熱器自方向性固化模具移除。

於一實施例，方向性固化包括使用頂加熱器使矽加熱到至少約1450℃，且使矽頂部之溫度保持約略固定於約1425與1460℃之間持續約14小時。實施例可包括關掉頂加熱器，使矽冷卻約4-12小時，然後，使頂加熱器自方向性固化模具移除。

於另一實施例，方向性固化包括使用頂加熱器使矽加熱到至少約1450℃，使矽頂部之溫度於約10至16小時從約1450緩慢冷卻至1410℃。實施例包括關掉頂加熱器，使矽冷卻約4-12小時，然後，使頂加熱器自方向性固化模具移除。

此方法可包括自方向性固化裝置移除第二矽。矽可藉由任何適合方法移除。例如，矽可藉由使此裝置倒置且使第二矽自方向性固化模具掉下而移除。於另一例子，方向性固化裝置從中間分開形成二個半部，使第二矽自模具輕易移除。

此方法可包括自經方向性固化之第二矽移除任何適合區段。較佳地，移除適合區段導致增加矽鑄錠之整體純度。例如，此方法可包括自經方向性固化之第二矽移除最後冷凍區段之至少一部份。於底至頂之方向性固化期間定向，較佳地，經方向性固化之矽之最後冷凍區段係鑄錠頂部。最大濃度之雜質一般係於固化矽之最後冷凍區段發生。移除最後冷凍區段因此能自固化矽移除雜質，造成具有比第一矽更低雜質濃度之一經修整的第二矽。移除此矽之一區段可包括以一帶鋸切割固體矽。移除此矽之一區段可包括噴砂或蝕刻。噴砂或蝕刻亦可普遍用於清理或移除第二矽之任何外表面，而非僅係最後冷凍部份。如下所述般，自經方向性固化之區段移除一適當區段亦可包括使用噴砂自矽表面移除雜質。

本發明之方法可選擇性地包括一噴淨步驟，其中，一適合介質被噴到固體，以自其移除雜質。噴淨可以任何適合介質實施。使介質加速至高速率以使其對著介質表面噴的方法可為任何適合之加速方法。於某些實施例，介質造成矽表面磨耗到足以自其移除表面雜質。於某些實施例，磨耗亦自固體矽移除一些矽，但亦藉由自矽移除表面雜質，因此，增加欲被噴淨之矽的整體體積之平均純度，些微之矽損失係可接受。任可適合體積之介質可用於噴淨。噴淨可以任何適合速率發生。噴淨可發生任何適合時間。於某些實施例，噴淨可於一適合腔室內實施，以助於避免介質散佈於發生噴淨之環境周圍。

於一實施，用於噴淨之一適合介質包括砂。砂可為任何適合的砂。於另一實施例，用於噴淨之適合介質包括固態二氧化碳，亦稱為乾冰。乾冰可研磨成任何適合尺寸。乾冰可為有利，因為於乾冰昇華成氣相後，其留下極少或無殘餘材料。於某些實施例，噴乾冰可於噴砂後使用，以除去於噴砂後會留下之顆粒物質。

於各種實施例，使介質加速至高速度以使其對著介質表面噴的方法可包括使用加壓空氣。加壓空氣可以高速度自孔洞逸出，且被用於以高速將適當介質帶向矽，使介質噴著矽。

選擇性成份

添加選擇性的成份

經純化之矽

藉由此處所述方法純化之矽可純到足以使得矽係適於形成太陽能電池。藉由此處所述方法純化之矽可適合用於光電裝置，且以ppmw計，可含有比磷更少之硼。於某些實施例，有利的是，若硼含量足夠低，於UMG係具有比磷含量更高之硼含量，因為此能使UMG與來自Siemens方法之聚矽摻合及達成較高產率及電池效率。來自Siemens方法之聚矽一般具有低於約0.1 ppmw之硼含量及磷含量。使UMG與具有低於UMG之硼含量及磷含量之聚矽摻合降低經摻合之UMG/聚矽內之平均磷及硼含量。因此，自具有比磷含量更高之硼的UMG矽製成之多結晶鑄錠會具有比自具有比磷含量更低之硼的UMG矽製成之多結晶鑄錠更接近多結晶鑄錠表面之P/N連接。若硼含量足夠低且磷含量少於硼含量，可能不具有P/N連接。具有比硼更高含量之矽的UMG矽易具有更深且更離多結晶鑄錠表面之P/N連接，此限制自鑄錠產生有用材料。若硼含量低於約0.7 ppmw，於某些實施例係有利，因為較高之最小電阻可於自UMG或經摻合之UMG生長之一多結晶鑄錠之底部或接近底部獲得。具有比0.7 ppmw更高含量之矽及/或磷之UMG矽通常係被補償用以增加晶圓電阻，以改良電池效率。具有比0.3 ppmw更高含量之矽及/或磷之UMG矽可被補償以增加晶圓電阻，改良電池效率。補償改良電池效率，但由於降低之載體遷移率及增加經由諸如Auger重組之機構的重組，易矽礙UMG具有可與自Siemens方法之聚矽相比礙之電池效率。具有比硼含量更低之磷之經純化的矽亦可於未與聚矽摻合下加工成太陽能電池。於某些實施例，以自本發明實施例製得之太陽能矽，可未添加任何摻雜劑，硼或磷。以ppmw計具有比磷更少之硼之自冶金方法製得之經純化的UMG矽，少於0.7 ppmw之硼及少於1 ppmw之其它金屬雜質，可被用於製造太陽能電池。

於某些例子，具有約0.2 ppmw之磷含量及約0.5 ppmw之硼含量及少於1 ppmw之其它雜質之自冶金方法製得之經純化的UMG矽可產生15.0與15.5%間之平均電池效率。以現今標準電池方法，具有約0.40 ppmw磷含量及約0.45 ppmw之硼含量及少於0.2 ppmw之其它雜質之自冶金方法製得之經純化的UMG矽可以最佳電池結構產生15.5與16.3%間之平均電池效率。具有2.5 ppmw之磷含量及1.0 ppmw硼含量及低於輝光放電質譜術(GDMS)檢測極限之其它金屬之UMG矽，無用於UMG之特別方法之標準電池生產線可產生具有14.3-15.0%間之效率的電池。因此，有利的是磷含量係少於硼含量，因為造成可接受之電阻及足夠高之載體移率，以獲得良好平均電池效率。

範例

本發明可藉由參考下列作為例示說明而提供之範例而更佳地瞭解。本發明不限於此處提供之範例。

範例1

一單程母液A與MG-Si或其它矽原料混合。一熔融混合物SP(單程)B被冷卻生長矽結晶“SP薄片B”及SP母液B。SP母液B及SP薄片B被分離。SP母液B以副產物出售給鋁鑄造廠、壓鑄及次要熔煉產業。混合物係約40%矽及60%鋁。混合物熔融至約液相線溫度。混合物加熱至約高於約950°。混合物冷卻至約720℃。混合物產生約32重量%之薄片。冷卻發生約15小時。約2,200公斤或更多被作為批式尺寸。

雙程(DP)母液B與MG-Si或其它矽來源混合。熔融混合物SP A被冷卻生長矽結晶SP薄片A及SP母液A。SP母液A及SP薄片A被分離。

SP A薄片及/或SP B薄片及DP母液A被混合。熔融混合物3“DP B”被冷卻生長矽結晶DP薄片B及DP母液 B。DP母液B及DP薄片B被分離。

SP A薄片及/或SP B薄片及母液TP被混合。熔融混合物4“DP A”被冷卻生長矽結晶DP薄片A及DP母液A。DP母液A及DP薄片A被混合。

DP A薄片及/或DP B薄片與鋁被混合。熔融混合物5“TP”於用以生長矽結晶TP薄片A及TP母液之溫度緩慢滴入。TP母液及TP薄片被分離。

使用HCl使鋁溶解於TP薄片，且薄片被置於具水及HCl之塑膠籃內，且與逐漸更強之HCl反應使鋁溶於聚氯化鋁。聚氯化鋁係作為副產品出售用於廢水或飲用水處理。反應於50-90℃使用來自HCl與鋁之放熱反應的熱進行。於HCl反應後，薄片以水沖洗。薄片被乾燥以移除任何微量之沖洗水。

任何粉末或任何剩餘之鋁及/或外來污染物係以機械式移除。薄片於一篩網或格柵上震動，且使用一袋濾室使矽粉末自薄片脫離。使用一系列之格柵使薄片與粉末球、耐火性污染物，或其它外來物件分離。粉末狀之矽以副產物出售。

薄片與熔渣熔融成熔融矽。熔渣係NaCO₃+CaO+SiO₂之混合物，其係矽重量之7%。於傾倒前，熔渣可自此浴之表面撇去。矽可經由一陶瓷發泡體過濾器傾倒。

1.5噸之鑄錠係從底部至頂部經方向性固化。使用一頂加熱器，且比側絕緣更具導熱性之底部被用於模具。使用一風扇使模具底部冷卻。頂部以一具有以鑽石塗覆之刀刃的帶鋸或圓形鋸切掉。頂部於仍係液體時倒掉。頂部或最後冷凍之矽可以機械式送風之串結或藉由熱淬滅而破裂。鑄錠可以Al₂O₃介質噴淨以清理表面。最後冷凍之矽的頂部被切掉。方向性固化及最後冷凍移除方法重複兩次。

於一實施例，此方法可產生具有少於0.75之硼含量，少於1.0之鋁含量，少於0.8之磷含量，及總量少於1 ppmw之其它金屬元素量之經純化的矽。於另一實施例，此方法可產生具有少於0.5之硼含量，少於0.5之鋁含量，少於0.5之磷含量，少於0.25 ppmw之金屬含量，及總量少於1 ppmw之其它元素含量之經純化的矽。可添加磷或其它N-型摻雜劑以使矽之電阻增至0.30或更大ohm/cm。此方法可用以生產多於20噸/月。其它金屬雜質可包括鎂、鈦、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬、鎘、錫、鎢、鉛，及鈾之一或多種。

來自此方法之矽，諸如，最後冷凍之矽、溢出物，或切屑可藉由使此等於相同步驟或較早步驟回到此方法而於此方法中再循環。

自此方法產生之矽以SIMS(第二離子質譜術)測試，且具有Ca<0.0001，Al<0.01，P 0.172，B 0.623，C 5.205，及O 3.771 pppmw。矽以GDMS測試，且具有B 0.77，Al 0.22，P 0.26 ppmw，且所有其它被測試元素係低於檢測極限。於此經純化之矽中，以ppmw計，磷含量係低於硼。

範例2

一SP母液A與MG-Si或其它矽來源混合。熔融混合物“SP B”係於生長矽結晶“SP薄片B”及SP母液B之溫度滴入。SP母液B及SP薄片B被分離。

一DP母液與MG-Si或其它矽來源混合。一熔融混合物“SP A”被冷卻生長矽結晶“SP薄片A”及SP母液A。SP母液A及SP薄片A被分離。

SPA薄片及/或SP B薄與鋁混合。一熔融混合物“DP”於生長矽結晶“DP薄片A”及DP母液之溫度緩慢滴入。DP母液及DP薄片被分離。

使用HCl使鋁溶解於DP薄片。粉末及任何剩餘鋁及/或外來污濼物以機械式移除。薄片以熔渣熔融，氣體係與氧氣注射至熔融矽內。

矽被方向性固化。最後冷凍之矽的頂部被切掉。方向性固化及最後冷凍之矽的移除重複兩次。於一實施例，此方法產生具有P 0.29、B 1.2及少於0.01 ppmw之Al(以SIMS測量)之經純化的矽。於另一實施例，此方法產生具有P 0.40、B 0.88及少於0.01 ppmw之Al(以SIMS測量)之經純化的矽。

此具有2次方向性固化之方法產生具有P 0.40、B 0.40及Al 0.86 ppmw(以SIMS測量)之經純化的矽。此方法可僅以2次方向性固化使鋁含量降至低於GDMS之檢測極限。

範例3

圖8係以四程串級顯示本發明之一實施例，其係以四個爐實施，產生具有少於0.52 ppmw之硼的四程之矽薄片722。單程爐具有10,000公斤之容納容量。對於第一程704，2,200公斤之熔融的60%鋁及40%矽(來自第二程之來自第二程之850公斤母液724，來自第一程之第一重複702之850公斤之再利用的母液703，及500公斤之矽716)被倒至一容納熔融混合物之容器內，於其中冷卻約16小時，此產生約704公斤之矽的第一程薄片718。冷卻前，選擇性之含有氯的氣體可添加至熔融混合物。約50%之液體母液741倒至大鋁錠鑄模內，被出售製造作為副產物之鋁鑄造合金。其它50%之母液724(來自第一程704)或850公斤以液體型式倒回，或以固體錠添加回相同單程爐內，以供第一程之第一重複702。再者，850公斤之第二程母液742係以液體或固體與500公斤之矽716一起添加至單程爐內，以供第一程之第一重複702。當熔融浴冷卻生長薄片時，此方法產生約704公斤之單程矽薄片718。對於每一2,200公斤之浴，500公斤之冶金等級之矽或碎屑矽716添加至此爐內。碎屑矽、自另一方法純化之矽，或冶金矽可具有約略少於5 ppmw之硼含量。此步驟於特一完整周期(例如，第一程704及第一程之第一重複702)係進行兩次，以於此方法中具有平衡量之母液及薄片。

其次，於雙程爐，其具有10,000公斤之容納容量，對於第二程，704公斤之單程薄片718與1,496公斤之母液熔融，50%之母液係來自一雙程熱(約748公斤，724，來自第二程708)，且50%之母液來自一三程熱(約748公斤，743)，其已於此三程爐內使用兩次。此產生704公斤之雙程薄片720。母液可以液體或固體型式添加至此爐。1496公斤母液之一半724被使用(來自第二程708)於第二程之第一重複706，且母液742之另一半被用於增強第一程第一重複702之母液的純度。重複第二程706後，母液707之一半被再次用於第二程708，且另一半724(來自第二程706之重複)被用於第一程704。碎屑矽可添加至此爐以替代單程薄片718，且可具有少於2.1 ppmw之硼含量。如於第一程般，此步驟於每一完整周期(例如，第二程708，及第二程之第一重複706)係進行兩次，但可進行1次或更多次，以調整質量平衡及母液使用之次數。

其次，使用三程爐，其真有2,200公斤之容納容量。對於第三程712，704公斤之雙程薄片720與1,496公斤之四程母液724熔融。此產生704公斤之三程薄片730及1,496公斤之已使用一次之三程母液724。三程母液724(來自第三程712)與704公斤之雙程薄片720被完全再利用於相同爐內，以供第三程之第一重複。此產生704公斤之三程薄片730及1,496公斤之已使用兩次之三程母液(724(來自第三程之第一重復710)及743)。不使用雙程薄片720，可使土具有低於1.3 ppmw硼含量之碎屑矽。

其次，使用四程爐，其具有2,200公斤之容納容量。1,210公斤之三程薄片730與990公斤之含有少於0.80 ppmw硼之鋁712熔融。此產生四程母液724及四程薄片722。碎屑矽可替代三程薄片用於此步驟，其具有少於0.80 ppmw之硼。

每一步驟可藉由再次使用母液或某一百分率之母液一或多次而進行。對熟習此項技藝者清楚的是藉由調整此等步驟之重複次數，藉由調整再循環之母液的量，及藉由調整於每一步驟添加之矽的量及來源，串級700之質量平衡可被均勻地平衡。母液於一步驟可未被使用，且跳至下一步驟。碎屑矽、冶金矽，或藉由另一方法純化之矽可於此方法之任何步驟添加以替代用於矽單元之薄片。薄片產生步驟可進行2或更多次，此範例於此周期係顯示4程及7個結晶化。此方法可以具有不同批次尺寸之不同尺寸之爐進行。矽對鋁之比率可於每一步驟從20-70%調整。

四程薄片722於HCl及水中加工，且鋁含量降至約1000-3500 ppmw。產生之聚氯化鋁可以用於純化水之副產品出售。然後，四程薄片可於一爐內熔融，於其間，其係與熔渣反應。選擇性地，於方向性固化前，熔融矽可被過濾，或以氣體注射。選擇性地，熔融鋁矽混合物或母液可被過濾。

然後，熔融矽經方向性固化，且最後冷凍區段被移除。然後，矽經再次方向性固化，且一部份之最後冷凍的矽被移除。於生長結晶前，含有氯之氣體或化合物可添加至此等程之任何者。此方法造成具有少於0.45 ppmw之B，少於0.60 ppmw之P，及少於0.50 ppmw之Al的經純化之矽。此矽可用於製造用於製造具有高於15.5%之高效率的光電池鑄錠及晶圓。此矽可與其它碎屑矽或使用其它方法純化之矽摻合，製成製造光電鑄錠、晶圓及電池之原料。以此範例之方式純化之矽的純度之例子係於下表中提供。

範例4

碳化矽電阻元件被用於一以高溫羊毛絕緣材料絕緣之頂加熱器及一鋼殼。熔融矽(1.4噸)倒入此裝置之以耐火性材料為襯裡之經預熱的底區段。此裝置具有氧化鋁耐火性材料壁，其含有一模斜度，以使矽於冷卻後被倒出。耐火性材料之壁係以一薄的氧化鋁耐火性材料滑動面塗覆，然後，以一Si₃N₄粉末第二層塗覆。方向性固化模具之底部係自碳化矽耐火性材料製成，且鋼殼外側係以風扇使空氣吹著外殼底部而冷卻。加熱器係設定為1450℃持續14小時，然後，此等元件被關掉。六小時後，頂加熱器區段被移除，且使矽冷卻至室溫。模具被翻轉。1.4噸之鑄錠被切半，且上25%之鑄錠被切除以移除雜質。顆粒寬度約1-2公分且高度係3-10公分，於垂直方向形成管柱，其係相似於Bridgeman方法之標準鑄錠。

範例5

碳化矽電阻元件被用於一以高溫羊毛絕緣材料及一鋼殼絕緣之頂加熱器及一鋼殼。熔融矽(0.7噸)被倒至此裝置之一以耐火性材料襯裡之經預熱的底部區段。此裝置具有氧化鋁耐火性材料壁，其包含用以移除矽鑄錠之一中間分模線。耐火性材料之壁係以一薄的SiO₂耐火性材料滑動面塗覆。方向性固化模具之底部係自石墨製成，且鋼殼外側係以風扇使空氣吹著外殼底部而冷卻。加熱器係設定為1450℃持續12小時，然後，此等元件被關掉。六小時後，頂加熱器區段被移除，且使矽冷卻至室溫。模具於分模線打開。0.7噸之鑄錠被切半，且頂15%之鑄錠被利掉以移除雜質。顆粒寬度約1公分，且高度係3-10公分，於垂直方向形成管柱，其係相似於Bridgeman方法之標準鑄錠。

使用之術語及表示係作為說明而非限制性之術語，使用此等術語及表示並非有意要排除所示及所述之特徵或其一部份之等化物，而係需認知各種修改於所請求之本發明範圍內係可能。因此，需瞭解雖然本發明已藉由較佳實施例及選擇性特徵作特別描述，此處揭露之投術思想之修改及改變可由熟習此項技藝者採取，且此等修改及改變被認為係於所附申請專利範圍所界定之本發明範圍內。

另外實施例

本發明提供下列例示實施例，其編號並不被解釋為表示重要程度：實施例1提供一種矽的純化方法，包含：使起始材料矽自一含有鋁之熔融溶劑再結晶化，以提供最後經再結晶之矽結晶；以一酸水溶液清洗最後經再結晶之矽結晶，以提供一最後經酸洗之矽；及使最後經酸洗之矽方向性固化，以提供最後經方向性固化之矽結晶。

實施例2提供如實施例1之方法，進一步包含使最後經方向性固化之矽結晶噴砂或噴冰，以提供經噴砂或噴冰之最後經方向性固化之矽結晶，其中，經噴砂或噴冰之最後經方向性固化之矽結晶之平均純度係大於最後經方向性固化之矽結晶之平均純度。

實施例3提供如實施例1-2中任一者之方法，進一步包含移除一部份之最後經方向性固化之矽結晶，以提供一經修整之最後經方向性固化之矽結晶，其中，經修整之最後經方向性固化之矽結晶之平均純度係大於最後經方向性固化之矽結晶之平均純度。

實施例4提供如實施例1-3中任一者之方法，其中，起始材料矽之再結晶化包含：使起始材料矽與一含有鋁之溶劑金屬接觸，足以提供一第一混合物；使第一混合物熔融，足以提供一第一熔融混合物；使第一熔融混合物冷卻，足以形成最後經再結晶之矽結晶及一母液；及分離最後經再結晶之矽結晶及母液，以提供最後經再結晶之矽結晶。

實施例5提供如實施例1-4中任一者之方法，其中，起始材料矽之再結晶化包含：使起始材料矽與一第一母液接觸，足以提供一第一混合物；使第一混合物熔融，足以提供一第一熔融混合物；使第一熔融混合物冷卻，足以形成第一矽結晶及一第二母液；分離第一矽結晶及第二母液，以提供第一矽結晶；使第一矽結晶與一含有鋁之第一溶劑金屬接觸，足以提供一第二混合物；使第二混合物熔融，足以提供一第二熔融混合物；使第二熔融混合物冷卻，足以形成最後經再結晶之矽結晶及第一母液；及分離最後經再結晶之矽結晶及第一母液，以提供最後經再結晶之矽結晶。

實施例6提供如實施例1-5中任一者之方法，其中，起始材料矽之再結晶化包含：使起始材料矽與一第二母液接觸，足以提供一第一混合物；使第一混合物熔融，足以提供一第一熔融混合物；使第一熔融混合物冷卻，以形成第一矽結晶及一第三母液；分離第一矽結晶及第三母液，以提供第一矽結晶；使第一矽結晶與一第一母液接觸，足以提供一第二混合物；使第二混合物熔融，足以提供一第二熔融混合物；使第二熔融混合物冷卻，形成第二矽結晶及第二母液；分離第二矽結晶及第二母液，以提供第二矽結晶；使第二矽結晶與一含有鋁之第一溶劑金屬接觸，足以提供一第三混合物；使第三混合物熔融，足以提供一第三熔融混合物；使第三熔融混合物冷卻，以形成最後經再結晶之矽結晶及第一母液；及分離最後經再結晶之矽結晶及第一母液，以提供最後經再結晶之矽結晶。

實施例7提供如實施例1-6中任一者之方法，其中，最後經再結晶之矽的清洗包含：使最後經再結晶之矽與一酸溶液組合，足以使最後經再結晶之矽與酸溶液至少部份反應，以提供一第一混合物；及分離第一混合物，以提供最後經酸洗之矽。

實施例8提供如實施例1-7中任一者之方法，其中，最後經再結晶之矽的清洗包含：使最後經再結晶之矽與一酸溶液組合，足以使最後經再結晶之矽與酸溶液至少部份反應，以提供一第一混合物；分離第一混合物，以提供一經酸之矽及酸溶液；使經酸洗之矽與一沖洗溶液組合，以提供一第四混合物；分離第四混合物，以提供一濕的經純化之矽及沖洗溶液；及使濕的經純化之矽乾燥，足以提供最後經酸洗之矽。

實施例9提供如實施例1-8中任一者之方法，其中，最後經結晶之矽的清洗包含：使最後經再結晶之矽與一弱酸溶液組合，足以使第一複合物與弱酸溶液至少部份反應，以提供一第一混合物；分離第一混合物，以提供一第三矽鋁複合物及弱酸溶液；使第三矽鋁複合物與一強酸溶液組合，足以使第三複合物與強酸溶液至少部份反應，以提供一第三混合物；分離第三混合物，以提供一第一矽及強酸溶液；使第一矽與一第一沖洗溶液組合，以提供一第四混合物；分離第四混合物，以提供一濕的經純化之矽及第一沖洗溶液；及使濕的經純化之矽乾燥，足以提供最後經酸洗之矽。

實施例10提供如實施例9之方法，進一步包含：分離第一混合物，以提供一第二矽鋁複合物及弱酸溶液；使第二矽鋁複合物與一中酸性溶液組合，足以使第二複合物與中酸性溶液至少部份反應，以提供一第二混合物，及分離第二混合物，以提供一第三矽鋁複合物及中酸性溶液。

實施例11提供如實施例9-10中任一者之方法，進一步包含：分離第四混合物，以提供一第二矽及第一沖洗溶液；使第二矽與一第二沖洗溶液組合，以提供一第五混合物；及分離第五混合物，以提供濕的矽及第二沖洗溶液。

實施例12提供如實施例1-11中任一者之方法，其中，最後經再結晶之矽的清洗包含：使最後經再結晶之矽與一弱HCl溶液組合，足以使第一複合物與弱HCl溶液至少部份反應，以提供一第一混合物；分離第一混合物，以提供一第三矽鋁複合物及弱HCl溶液；使第三矽鋁複合物與一強HCl溶液組合，足以使第三複合物與強HCl溶液至少部份反應，以提供一第三混合物；分離第三混合物，以提供一第一矽及強HCl溶液；使第一矽與一第一沖洗溶液組合，以提供一第四混合物；分離第四混合物，以提供一濕的經純化之矽及第一沖洗溶液；使濕的經純化之矽乾燥，足以提供最後經酸洗之矽；自弱HCl溶液弱HCl溶液移除部份之弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH及比重；使部份之強HCl溶液轉移至弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH、弱HCl溶液之體積、中度HCl溶液之比重，或此等之組合；使部份之本體HCl溶液添加至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合；使部份之第一沖洗溶液轉移至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合；使淡水添加至第二沖洗溶液，以維持第二沖洗溶液之體積。

實施例13提供如實施例1-12中任一者之方法，其中，最後經再結晶之矽的清洗包含：使最後經再結晶之矽與一弱HCl溶液組合，足以使第一複合物與弱HCl溶液至少部份反應，以提供一第一混合物；分離第一混合物，以提供一第二矽鋁複合物及弱HCl溶液；使第二矽鋁複合物與一中度HCl溶液組合，足以使第二複合物與中度HCl溶液至少部份反應，以提供一第二混合物；分離第二混合物，以提供一第三矽鋁複合物及一中度HCl溶液；使第三矽鋁複合物與一強HCl溶液組合，足以使第三複合物與強HCl溶液至少部份反應，以提供一第三混合物；分離第三混合物，以提供一第一矽及一強HCl溶液；使第一矽與一第一沖洗溶液組合，以提供一第四混合物；分離第四混合物，以提供一第二矽及一第一沖洗溶液；使第二矽與一第二沖洗溶液組合，以提供一第五混合物；分離第五混合物，以提供一濕的經純化之矽及一第二沖洗溶液；使濕的經純化之矽乾燥，足以提供最後經酸洗之矽；自弱HCl溶液移除部份之弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH及比重；使部份之中度HCl溶液轉移至弱HCl溶液，以維持弱HCl溶液之pH、弱HCl溶液之體積、弱HCl溶液之比重，或此等之組合；使部份之強HCl溶液轉移至中度HCl溶液，以維持中度HCl溶液之pH、中度HCl溶液之體積、中度HCl溶液之比重，或此等之組合；使部份之本體HCl溶液添加至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合；使部份之第一沖洗溶液轉移至強HCl溶液，以維持強HCl溶液之pH、強HCl溶液之體積、強HCl溶液之比重，或此等之組合；使部份之第二沖洗溶液轉移至第一沖洗溶液，以維持第一沖洗溶液之體積；使淡水添加至第二沖洗溶液，以維持第二沖洗溶液之體積。

實施例14提供如實施例1-13中任一者之方法，其中，最後經酸洗之矽的方向性固化包含二依序之方向性固化，以提供最後經方向性固化之矽結晶。

實施例15提供如實施例1-14中任一者之方法，其中，最後經酸洗之矽的方向性固化包含於一坩鍋內實施最後經酸洗之矽的方向性固化，此坩鍋包含：一用於生產一鑄錠之內部，其中，鑄錠包括多數個塊材；及一與一爐之內部形狀約略相符合之外部形狀，其中，產生固化形成鑄錠之熔融材料。

實施例16提供如實施例15之坩鍋，其中，塊材包含一格柵，其中，與一矩形坩鍋內之一格柵相比，相對於角塊材之百分率之側邊或中間塊材之百分率增加。

實施例17提供如實施例15-16中任一者之坩鍋，其中，坩鍋之周圍包含約八個主要側邊，其中，八個側邊包括二組具約略相等長度之約略相對之第一側邊，及二組具約略相等長度之約略相對之第二側邊，其中，第一側邊係與第二側邊交替。

實施例18提供如實施例1-17中任一者之方法，其中，最後經酸洗之矽的方向性固化包含使用一坩鍋內實施最後經酸洗之矽的方向性固化，此坩鍋包含：一用於生產一鑄錠之內部；一與一爐之內部形狀約略相符合之外部形狀，其中，產生固化形成鑄錠之熔融材料；其中，鑄錠包括多數個塊材，其中，多數個塊材包括一格柵；其中，與爐之內部形狀相符合之外部形狀能產生比可自使用具一矩形形狀之一坩鍋的爐產生之塊材數量更大數量之塊材；其中，爐之內部形狀包括一約略圓形形狀；且其中，坩鍋之周圍包括約略八個主要側邊，其中，八個側邊包括二組具約略相等長度之約略相對之較長側邊，及二組具約略相等長度之約略相對之較短側邊，其中，較長側邊係與較短側邊交替。

實施例19提供如實施例1-18中任一者之方法，其中，最後經酸洗之矽的方向性固化包含於一裝置內實施最後經酸洗之矽的方向性固化，此裝置包含：一含有至少一耐火性材料之方向性固化模具；一外護套；一至少部份置於方向性固化模具與外護套間之絕緣層。

實施例20提供如實施例1-19中任一者之方法，其中，最後經酸洗之矽的方向性固化包含：提供一方向性固化裝置，其中，此裝置包括一含有至少一耐火性材料之方向性固化模具；一外護套；及至少部份置於方向性固化模具與外護套間之一絕緣層；使最後經酸洗之矽至少部份熔融，以提供一第一熔融矽；及於方向性固化模具內使第一熔融矽方向性固化，以提供一第二矽。

實施例21提供如實施例20之方法，進一步包含使一加熱器置於方向性固化模具上，包含使選自一加熱元件及一感應加熱器之一或多個加熱構件置於方向性固化模具上。

實施例22提供如實施例1-21中任一者之方法，其中，最後經酸洗之矽的方向性固化包含使用一裝置實施最後經酸洗之矽的方向性固化，此裝置包含：一方向性固化模具，其包含一耐火性材料；一含有一滑動面耐火性材料之頂層，此頂層係組配成保護方向性固化模具之其餘者免於在經方向性固化之矽自模具移除時受損；一含有鋼之外護套；一含有絕緣磚、一耐火性材料、耐火性材料混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫羊毛，或此等之混合之絕緣層，絕緣層係至少部份置於方向性固化模具之一或多個側壁與外護套之一或多個側壁之間；其中，方向性固化模具之一或多個側壁含有氧化鋁，其中，方向性固化模具之一底部含有碳化矽、石墨，或此等之組合；及一含有一或多個加熱構件之頂加熱器，加熱構件之每一者含有一加熱元件或一感應加熱器；其中，加熱元件含有碳化矽、二矽化鉬、石墨，或此等之組合；包括絕緣磚、一耐火性材料、耐火性材料混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫羊毛，或此等之組合之絕緣材料；及一含有不銹鋼之外護套；其中，絕緣材料係至少部份置於一或多個加熱構件與頂加熱器外護套之間，其中，此裝置係組配成多於二次地用於矽之方向性固化。

實施例23提供實施例1-22中任一者或任何組合之裝置或方法，選擇性地被組配成使得所述之所有元件或選擇係可使用或選擇。