CA1276587C - Procede de purification sous plasma de silicium divise - Google Patents
Procede de purification sous plasma de silicium diviseInfo
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
L'invention concerne un procédé de purification sous plasma de silicium divisé, permettant d'obtenir du silicium massif à la pureté requise pour les applications photovoltaîques ou électroniques. Plus précisement, l'in-vention concerne un procédé de purification de silicium divisé par fusion dudit silicium, sous un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de gaz plasmagène, caractérisé en ce que, dans une première étape, on réalise la fusion du silicium divisé, le gaz plasmagène étant constitué d'un mélange de 1 à 100% d'hydrogène et de 99%
à 0% d'argon et en ce que, dans une deuxième étape, le silicium fondu provenant de la première étape est traité
par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygène dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
L'invention concerne un procédé de purification sous plasma de silicium divisé, permettant d'obtenir du silicium massif à la pureté requise pour les applications photovoltaîques ou électroniques. Plus précisement, l'in-vention concerne un procédé de purification de silicium divisé par fusion dudit silicium, sous un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de gaz plasmagène, caractérisé en ce que, dans une première étape, on réalise la fusion du silicium divisé, le gaz plasmagène étant constitué d'un mélange de 1 à 100% d'hydrogène et de 99%
à 0% d'argon et en ce que, dans une deuxième étape, le silicium fondu provenant de la première étape est traité
par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygène dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
Description
76S1~7 La présente invention concerne un procédé de purification sous plasma de silicium divisé, permettant d'obtenir du silicium massif à la pureté requise pour les applications photovoltaiques ou électroniques.
Pour que le silicium soit utilisable pour constituer des cellules photovolta;ques, sa teneur en divers éléments doit être inférieure à des seuils très bas en accord avec les normes. En particulier, la teneur en éléments qualifiés de "tueurs" d'électrons (V, Cr, Ti, Zr, Na par exemple) doit être inférieure à
50ppb. La teneur en éléments neutres (notamment Fe, Ni, Mg, C, Mn) ne doit pas dépasser lppm environ. Enfin, la teneur en éléments dopants, parmi lesquels le bore, l'aluminium, le phosphore et l'arsenic sont majoritaires, doit être contrôlée à une valeur extrêmement faible de sorte que le silicium obtenu soit de type p ou n. Pour que le silicium soit utilisable dans le domaine électronique, la teneur des impuretés dopantes doit être inférieure à 10ppb.
Il est connu, selon la demande de brevet français publiée sous le no. 2 438 499, de purifier du silicium massif sous forme de lingot par fusion de zone sous un plasma obtenu par excitation haute fréquence d'un mélange d'argon et d'hydrogène.
On connaît également, d'après la demande de brevet européen publié sous le no. 45 689, un procédé de purification d'un lingot de silicium par fusion de zone sous un plasma constitué d'un mélange argon, oxygène et éventuellement hydrogène.
Ainsi jusqu'à présent, seuls des procédés de purification de lingots de silicium ont été proposés.
Le problème que vise à résoudre la présente invention est de procurer un procédé de purification i -la-sous plasma de silicium à l'état divisé. Il s'avère que, si l'on essaye d'appliquer à du silicium divisé les procédés décrits dans les demandes de brevet citees ci-dessus, il est impossible d'obtenir la purification désirée.
Il a maintenant été trouvé, et c'est un des buts de la presente invention, un procédé qui permet de purifier sous plasma du silicium à l'état divisé afin de le rendre utilisable dans les applications photovolta;ques ou élèctroni~ues.
: Z
s~
La présente invention permet, en outre, la production de silicium massif ~rès pur à partir de 9iliCiU~. divisé, ce qui le rend particulièrement intéressant pour valori.ser du silicium divisé
impur, peu coûteux, ou pour valoriser du ~iliclum généralement perdu : production de poudre hors spécifications3 copeaux provenant du sciage des barreaux en tranches, etc..
~ n autre avantage du procédé de l'invention est qu'il permet d'éliminer les materiaux tels que le graphite ou les laitiers de protection placés au contact de la paroi qui sont habituellement utilisés pour fabriquer la paroi du creuset ou isoler la poudre de silicium du creuset.
Le procédé selon l'invention, qui vise la purification de silicium divisé par fusion dudit silicium, sous un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de gaz plasmagène, est caractérisé en ce que, dansune première étape, on réalise la fusion du silicium divise, ].e gaz plasmagène étant constitué d'un mélange de 1 à 100% d'hydrogène et de 99% à 0%
d'argon et en ce que, dans une deuxieme étape, le silicium fondu provenant de la première étape est traité par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygene dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
Selon le procédé de l'invention, le silicium peut etre mis en oeuvre sous form~ divisée en poudre,granulés, copeaux, etc...
Lorsque le silicium est mis en oeuvre sous forme de poudre, la granulométrie de celle-ci est généralement telle que le diamètre moyen des particules varie entre 40 mlcrons et lmm. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'une poudre conforme à celle décrite dans le brevet européen n~ 0100 268 au nom de la demanderesse peut être avantageusement envisagé selon le procédé de l'invention. Le procédé peut être utilisé pour du silicium de qualite métallurgique, mais il prend davantage d'intérêt lorsque le silicium a déjà un certain degré de pureté et qu'il doit être purifié pour ].e rendre directement utilisable dans les applications photovoltalques ou électroniques.
Selon l'invention, on réalise la fusion du silicium divisé à
l'aide d'un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de ~ ~7~
gaz plasmagèneJ le plasma l~ meme est avantageusement genfré par induction afin d'éviter ~es risques de pollution llf'~s à la mise en oeuvre d'un plasma d'arc.
Selon la première etape du procédé de l'invention, on réalise la fusion du silicium divisé sous un plasma dont le gaz plasmagfne est constitué d'un mélange de 1 à ~00% d'hydrogène et de 99% à 0%
d'argon.
La puissance du plasma mise en oeuvre est adaptée en fonction de la quantité de poudre traitée, de sa pureté et de la composition du gaz plasmagène. A titre d'exemple, elle peut varier de 5k~1 à
25kWh par kg de silicium traité.
Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré de l'invention, la fusion du silicium divisé est réalisée localement en conservant une épaisseur de silicium non fondu au contact du creuset. Cette pellicule de silicium divisé conduit mal la chaleur;
elle diminue donc les pertes calorifiques et empêche la diffusion des impuretés provenant des parois du creuset dans le silicium fondu en évitant une réaction avec la surface du creuset.
L'épaisseur de cette pellicule de silicium divisé non fondue est générale~ent co~prise entre lmm et 20mm.
Le volume de silicium fondu est adapté à la géométrie du creuset utilisé.
Selon la deuxième étape du procédé~de l'invention, le silicium fondu provenant de la première étape est traité par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygène dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
La teneur en oxygène indiquée est critique selon l'invention.
En-dessous de la teneur minimale, la purification dans les éléments que l'on désire extraire est insuffisante. Au~dessus de la teneur maximale, on ne peut plus obtenir la purification désirée ; en outre, l'élimination complémentaire des composés du bore que l'on peut réaliser subséquemment par attaque à l'acide selon une technique bien connue de l'homme de métier s'avère non économique en raison des quantités trop importantes d'acide à mettre en oeuvre dans ce cas.
58~
Le procede de l'lnvention peut etre réalisé à pression atmospherique ou à une pression légerement inférieure ou supérieure; par ailleurs, ]'atmosphère au contact du silicium doit etre la meme que celle du plasma.
Le proc&dé selon l'invention peut etre mis en oeuvre dans les dispositifs décrits dans l'etat de la technique et en particulier dans les dispositifs decrits dans les demandes de brevets citées ci-dessus, c'est-à-dire la demlnde publiée EP-A-0045 689 et la denande publiée FR-A-2 438 499, dont on reprend ci-après les principaux élémants.
Ce dispositif comporte une enceinte de forme cylindrique à axe horizontal, fermée par des fonds étanches percés d'ouvertures de passage de tiges supportant un creuset destiné à recevoir le silicium divisé à purifier. Un mecanisme, schématise par un moteur et une liaison vis-écrou, permet de déplacer la nacelle paral]èlement à l'axe de l'enceinte. Cette dernière porte, à sa partie supérieure, un raccord sur lequel est monté de fason étanche un tube en matériau isolant, par exemple en quartz, destiné à la formation du plasma. Ce tube reçoit, à sa partie supérieure, un mélange des gaz plasmogènes dont l'oxygène. Le dispositif d'amenée comporte une chambre de mélange dans laquelle débouchent une conduite d'amenée des gaz plasmogènes (argon et/ou hydrogène purifiés) munie d'une vanne de réglage, et une conduite d'amenée d'oxygène, munie d'une vanne de fuite contrôlee permettant de régler le débit d'oxygène à un niveau très faible et précis. Les débits des gaz plasmogènes sont réglés de façon connue de l'homme de métier, en fonction des caractéristiques technologiques de l'appareillage.
Le champ haute fréquence de création du plasma est produit par un enroulement bobiné autour du tube et alimenté par un générateur à haute fréquence de puissance suffisante.
L'enceinte peut encore comporter un rapport permettant de relier l'enceinte à une pompe à vide, afin de purger l'enceinte ou d'ameliorer la circulation de gaz à une pression voisine de la pression atmosphérique.
~ 2'76~!3~
La mise en oeuvre du procédé d~ns le dispositif montré en figure s'e~fectue suivant un processus classique. Le silicium divisé est disposé dans le creuset. Les moyens de pompage sont mis en marche pour vider l'enceinte de l'air qu'e]le contient. Le tuhe est ensuite mis en communication avec la ou les sources de gaz plasmagènes, avec un débit convenable pour obtenir, dans l'enceinte, une pression appropriée. La source haute fréquence est mise en route avec une puissance permettant de créer, par induction haute fréquence, un plasma à l'intérieur du tube. Par l'effet du pompage des gaz, un jet de plasma se forme qui est dirigé sur le creuset. Celui-ci est, en début de traitemen~, situé dans la partie gauche de l'installation. Lorsque la fusion de la zone du sillcium divisé désirée est obtenue, c'est--3-dire en laissant une pellicule de silicium divisé non fondue au contact du creuset, l'oxygène est mis en communication avec ]es autres gaz plasmagènes.
Le creuset se déplace vers la droite. La zone fondue, située initialement à droite de la nacelle, progresse lentement vers l'extrémité gauche de celle~ci, laissant derrière elle une zone purifiée.
A la fin du traitement, les impuretés se retrouvent à
l'extrémité gauche du lingot obtenu et elles peuvent être éliminées par séparation de cette extrémité, comme dans les procédés classiques de fusion de zone.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible, si on le désire, dteffectuer plusieurs passages du plasma dans chaque étape sur la zone fondue. En outre, du fait que le silicium fondu occupe.
un volume inférieur au silicium divisé, il est possible d'effectuer plusieurs opérations selon le procédé de l'invention en remplissant à nouveau le creuset avec du silicium divisé après chaque opération.
Le procéde de l'invention permet aussi d'obtenir du silicium massif à la pureté requise pour les applications photovoltaIques ou électroniques.
Les exemples ci-après illustrent l'invention sans en limiter la portée.
7~i~87 _ _ On utilise le dispositif décrit dans la demande de bre~let européen n~ 45 689.
La puissance du plasma utilisé est de 7kWh.
On place dans un creuset (de 2,5cm de diamètre et de 15mm de hauteur) 50g d'une poudre de silicium dont le diamètre moyen est de microns et dont la concentration dans les différentes "impuretés" est donnée dans le tableau 1 ci-après.
On réalise la fusion de la poudre par passage du creuset sous la torche à plasma dont la composition du ga~ plasmagène est : 99%
d'argon et 1% d'hydrogène, la vitesse de déplacement du creuset par rapport à la torche est fixée à 60cm/h. Le débit d'argon est fixé
dans le dispositif à 30 l/mn et l'hydrogène à 0,3 l/mn. La fusion est réalisée de telle fason que l'on maintient une pellicule de silicium non fondu d'environ 2mm au contact du creuset.
Le silicium divisé étant ~ondu, on change la composition du ga~ plasmagène en introduisant dans celui-ci 0,03% d'oxygène. On a opéré les deux étapes à la pression atmosphérique.
Par ailleurs, l'atmosphère au contact du silicium était la meme que celle du plasma utilisé. On obtient un barreau massif de 50g de silicium puri~ié.
Le tableau 1 ci-après indique la purification obtenue sur trois échantillons de poudre différents, l'analyse des échantillons ayant été faite par spectrométrie d'émission plasma.
76~
: : : Teneur dans la poudre : Teneur dans le barreau : ~ : : de depart en ppm par : obtenu après ~ a) :'~ ~: Eléments : rapport au poids de : purification en ppm par :
: ~: dosés :silicium : rapport au poids de : ~: : :silicium O
~ : :
:: Al : 19,2 :4,5 :: Fe : 97 :0,95 :: Ti : 6,8 :~ 0,3 :: C~ : 25 :1,5 :: P : 22 :7,9 :: B : 15 :3,9 :
:
:: Al : 124 :1,3 Fe : 121 :0,45 :: Ti : 3,5 :~ 0,2 :2 :Ca : 15 :1,2 :: P : 28 :5,1 :: B : 20 :5,7 :
:: Al : 48 : ~l :
:: Fe : 95 :1,1 :: Ti : 0,5 :0,2 :3 :Ca : 9,3 :1,7 :: P :~ 0,5 :~ 0,5 :: B : 0,11 :0,08 .~2~
On opere dans le même dispositi~ que selon l'exemple 1 avec ].a même poudre de départ, en mettant en oeuvre directement un gaz plasmagène de composition suivante : 99% d'argon, 1% d'hydrogène et 0,03% d'oxygène. Cette procédure conduit à un matériaux qui reste pulvérulant et qu'il est impossible de purifier quelle que soit la durée de contact avec le plasma.
Pour que le silicium soit utilisable pour constituer des cellules photovolta;ques, sa teneur en divers éléments doit être inférieure à des seuils très bas en accord avec les normes. En particulier, la teneur en éléments qualifiés de "tueurs" d'électrons (V, Cr, Ti, Zr, Na par exemple) doit être inférieure à
50ppb. La teneur en éléments neutres (notamment Fe, Ni, Mg, C, Mn) ne doit pas dépasser lppm environ. Enfin, la teneur en éléments dopants, parmi lesquels le bore, l'aluminium, le phosphore et l'arsenic sont majoritaires, doit être contrôlée à une valeur extrêmement faible de sorte que le silicium obtenu soit de type p ou n. Pour que le silicium soit utilisable dans le domaine électronique, la teneur des impuretés dopantes doit être inférieure à 10ppb.
Il est connu, selon la demande de brevet français publiée sous le no. 2 438 499, de purifier du silicium massif sous forme de lingot par fusion de zone sous un plasma obtenu par excitation haute fréquence d'un mélange d'argon et d'hydrogène.
On connaît également, d'après la demande de brevet européen publié sous le no. 45 689, un procédé de purification d'un lingot de silicium par fusion de zone sous un plasma constitué d'un mélange argon, oxygène et éventuellement hydrogène.
Ainsi jusqu'à présent, seuls des procédés de purification de lingots de silicium ont été proposés.
Le problème que vise à résoudre la présente invention est de procurer un procédé de purification i -la-sous plasma de silicium à l'état divisé. Il s'avère que, si l'on essaye d'appliquer à du silicium divisé les procédés décrits dans les demandes de brevet citees ci-dessus, il est impossible d'obtenir la purification désirée.
Il a maintenant été trouvé, et c'est un des buts de la presente invention, un procédé qui permet de purifier sous plasma du silicium à l'état divisé afin de le rendre utilisable dans les applications photovolta;ques ou élèctroni~ues.
: Z
s~
La présente invention permet, en outre, la production de silicium massif ~rès pur à partir de 9iliCiU~. divisé, ce qui le rend particulièrement intéressant pour valori.ser du silicium divisé
impur, peu coûteux, ou pour valoriser du ~iliclum généralement perdu : production de poudre hors spécifications3 copeaux provenant du sciage des barreaux en tranches, etc..
~ n autre avantage du procédé de l'invention est qu'il permet d'éliminer les materiaux tels que le graphite ou les laitiers de protection placés au contact de la paroi qui sont habituellement utilisés pour fabriquer la paroi du creuset ou isoler la poudre de silicium du creuset.
Le procédé selon l'invention, qui vise la purification de silicium divisé par fusion dudit silicium, sous un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de gaz plasmagène, est caractérisé en ce que, dansune première étape, on réalise la fusion du silicium divise, ].e gaz plasmagène étant constitué d'un mélange de 1 à 100% d'hydrogène et de 99% à 0%
d'argon et en ce que, dans une deuxieme étape, le silicium fondu provenant de la première étape est traité par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygene dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
Selon le procédé de l'invention, le silicium peut etre mis en oeuvre sous form~ divisée en poudre,granulés, copeaux, etc...
Lorsque le silicium est mis en oeuvre sous forme de poudre, la granulométrie de celle-ci est généralement telle que le diamètre moyen des particules varie entre 40 mlcrons et lmm. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'une poudre conforme à celle décrite dans le brevet européen n~ 0100 268 au nom de la demanderesse peut être avantageusement envisagé selon le procédé de l'invention. Le procédé peut être utilisé pour du silicium de qualite métallurgique, mais il prend davantage d'intérêt lorsque le silicium a déjà un certain degré de pureté et qu'il doit être purifié pour ].e rendre directement utilisable dans les applications photovoltalques ou électroniques.
Selon l'invention, on réalise la fusion du silicium divisé à
l'aide d'un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de ~ ~7~
gaz plasmagèneJ le plasma l~ meme est avantageusement genfré par induction afin d'éviter ~es risques de pollution llf'~s à la mise en oeuvre d'un plasma d'arc.
Selon la première etape du procédé de l'invention, on réalise la fusion du silicium divisé sous un plasma dont le gaz plasmagfne est constitué d'un mélange de 1 à ~00% d'hydrogène et de 99% à 0%
d'argon.
La puissance du plasma mise en oeuvre est adaptée en fonction de la quantité de poudre traitée, de sa pureté et de la composition du gaz plasmagène. A titre d'exemple, elle peut varier de 5k~1 à
25kWh par kg de silicium traité.
Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré de l'invention, la fusion du silicium divisé est réalisée localement en conservant une épaisseur de silicium non fondu au contact du creuset. Cette pellicule de silicium divisé conduit mal la chaleur;
elle diminue donc les pertes calorifiques et empêche la diffusion des impuretés provenant des parois du creuset dans le silicium fondu en évitant une réaction avec la surface du creuset.
L'épaisseur de cette pellicule de silicium divisé non fondue est générale~ent co~prise entre lmm et 20mm.
Le volume de silicium fondu est adapté à la géométrie du creuset utilisé.
Selon la deuxième étape du procédé~de l'invention, le silicium fondu provenant de la première étape est traité par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygène dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
La teneur en oxygène indiquée est critique selon l'invention.
En-dessous de la teneur minimale, la purification dans les éléments que l'on désire extraire est insuffisante. Au~dessus de la teneur maximale, on ne peut plus obtenir la purification désirée ; en outre, l'élimination complémentaire des composés du bore que l'on peut réaliser subséquemment par attaque à l'acide selon une technique bien connue de l'homme de métier s'avère non économique en raison des quantités trop importantes d'acide à mettre en oeuvre dans ce cas.
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Le procede de l'lnvention peut etre réalisé à pression atmospherique ou à une pression légerement inférieure ou supérieure; par ailleurs, ]'atmosphère au contact du silicium doit etre la meme que celle du plasma.
Le proc&dé selon l'invention peut etre mis en oeuvre dans les dispositifs décrits dans l'etat de la technique et en particulier dans les dispositifs decrits dans les demandes de brevets citées ci-dessus, c'est-à-dire la demlnde publiée EP-A-0045 689 et la denande publiée FR-A-2 438 499, dont on reprend ci-après les principaux élémants.
Ce dispositif comporte une enceinte de forme cylindrique à axe horizontal, fermée par des fonds étanches percés d'ouvertures de passage de tiges supportant un creuset destiné à recevoir le silicium divisé à purifier. Un mecanisme, schématise par un moteur et une liaison vis-écrou, permet de déplacer la nacelle paral]èlement à l'axe de l'enceinte. Cette dernière porte, à sa partie supérieure, un raccord sur lequel est monté de fason étanche un tube en matériau isolant, par exemple en quartz, destiné à la formation du plasma. Ce tube reçoit, à sa partie supérieure, un mélange des gaz plasmogènes dont l'oxygène. Le dispositif d'amenée comporte une chambre de mélange dans laquelle débouchent une conduite d'amenée des gaz plasmogènes (argon et/ou hydrogène purifiés) munie d'une vanne de réglage, et une conduite d'amenée d'oxygène, munie d'une vanne de fuite contrôlee permettant de régler le débit d'oxygène à un niveau très faible et précis. Les débits des gaz plasmogènes sont réglés de façon connue de l'homme de métier, en fonction des caractéristiques technologiques de l'appareillage.
Le champ haute fréquence de création du plasma est produit par un enroulement bobiné autour du tube et alimenté par un générateur à haute fréquence de puissance suffisante.
L'enceinte peut encore comporter un rapport permettant de relier l'enceinte à une pompe à vide, afin de purger l'enceinte ou d'ameliorer la circulation de gaz à une pression voisine de la pression atmosphérique.
~ 2'76~!3~
La mise en oeuvre du procédé d~ns le dispositif montré en figure s'e~fectue suivant un processus classique. Le silicium divisé est disposé dans le creuset. Les moyens de pompage sont mis en marche pour vider l'enceinte de l'air qu'e]le contient. Le tuhe est ensuite mis en communication avec la ou les sources de gaz plasmagènes, avec un débit convenable pour obtenir, dans l'enceinte, une pression appropriée. La source haute fréquence est mise en route avec une puissance permettant de créer, par induction haute fréquence, un plasma à l'intérieur du tube. Par l'effet du pompage des gaz, un jet de plasma se forme qui est dirigé sur le creuset. Celui-ci est, en début de traitemen~, situé dans la partie gauche de l'installation. Lorsque la fusion de la zone du sillcium divisé désirée est obtenue, c'est--3-dire en laissant une pellicule de silicium divisé non fondue au contact du creuset, l'oxygène est mis en communication avec ]es autres gaz plasmagènes.
Le creuset se déplace vers la droite. La zone fondue, située initialement à droite de la nacelle, progresse lentement vers l'extrémité gauche de celle~ci, laissant derrière elle une zone purifiée.
A la fin du traitement, les impuretés se retrouvent à
l'extrémité gauche du lingot obtenu et elles peuvent être éliminées par séparation de cette extrémité, comme dans les procédés classiques de fusion de zone.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible, si on le désire, dteffectuer plusieurs passages du plasma dans chaque étape sur la zone fondue. En outre, du fait que le silicium fondu occupe.
un volume inférieur au silicium divisé, il est possible d'effectuer plusieurs opérations selon le procédé de l'invention en remplissant à nouveau le creuset avec du silicium divisé après chaque opération.
Le procéde de l'invention permet aussi d'obtenir du silicium massif à la pureté requise pour les applications photovoltaIques ou électroniques.
Les exemples ci-après illustrent l'invention sans en limiter la portée.
7~i~87 _ _ On utilise le dispositif décrit dans la demande de bre~let européen n~ 45 689.
La puissance du plasma utilisé est de 7kWh.
On place dans un creuset (de 2,5cm de diamètre et de 15mm de hauteur) 50g d'une poudre de silicium dont le diamètre moyen est de microns et dont la concentration dans les différentes "impuretés" est donnée dans le tableau 1 ci-après.
On réalise la fusion de la poudre par passage du creuset sous la torche à plasma dont la composition du ga~ plasmagène est : 99%
d'argon et 1% d'hydrogène, la vitesse de déplacement du creuset par rapport à la torche est fixée à 60cm/h. Le débit d'argon est fixé
dans le dispositif à 30 l/mn et l'hydrogène à 0,3 l/mn. La fusion est réalisée de telle fason que l'on maintient une pellicule de silicium non fondu d'environ 2mm au contact du creuset.
Le silicium divisé étant ~ondu, on change la composition du ga~ plasmagène en introduisant dans celui-ci 0,03% d'oxygène. On a opéré les deux étapes à la pression atmosphérique.
Par ailleurs, l'atmosphère au contact du silicium était la meme que celle du plasma utilisé. On obtient un barreau massif de 50g de silicium puri~ié.
Le tableau 1 ci-après indique la purification obtenue sur trois échantillons de poudre différents, l'analyse des échantillons ayant été faite par spectrométrie d'émission plasma.
76~
: : : Teneur dans la poudre : Teneur dans le barreau : ~ : : de depart en ppm par : obtenu après ~ a) :'~ ~: Eléments : rapport au poids de : purification en ppm par :
: ~: dosés :silicium : rapport au poids de : ~: : :silicium O
~ : :
:: Al : 19,2 :4,5 :: Fe : 97 :0,95 :: Ti : 6,8 :~ 0,3 :: C~ : 25 :1,5 :: P : 22 :7,9 :: B : 15 :3,9 :
:
:: Al : 124 :1,3 Fe : 121 :0,45 :: Ti : 3,5 :~ 0,2 :2 :Ca : 15 :1,2 :: P : 28 :5,1 :: B : 20 :5,7 :
:: Al : 48 : ~l :
:: Fe : 95 :1,1 :: Ti : 0,5 :0,2 :3 :Ca : 9,3 :1,7 :: P :~ 0,5 :~ 0,5 :: B : 0,11 :0,08 .~2~
On opere dans le même dispositi~ que selon l'exemple 1 avec ].a même poudre de départ, en mettant en oeuvre directement un gaz plasmagène de composition suivante : 99% d'argon, 1% d'hydrogène et 0,03% d'oxygène. Cette procédure conduit à un matériaux qui reste pulvérulant et qu'il est impossible de purifier quelle que soit la durée de contact avec le plasma.
Claims (4)
1. Procédé de purification de silicium divisé
par fusion dudit silicium, sous un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de gaz plasmagène, caractérisé
en ce que, dans une première étape, on réalise la fusion du silicium divisé, le gaz plasmagène étant constitué d'un mélange de 1 à 100% d'hydrogène et de 99% à 0% d'argon et en ce que, dans une deuxième étape, le silicium fondu pro-venant de la première étape est traité par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygène dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
par fusion dudit silicium, sous un plasma chaud obtenu par excitation haute fréquence de gaz plasmagène, caractérisé
en ce que, dans une première étape, on réalise la fusion du silicium divisé, le gaz plasmagène étant constitué d'un mélange de 1 à 100% d'hydrogène et de 99% à 0% d'argon et en ce que, dans une deuxième étape, le silicium fondu pro-venant de la première étape est traité par un plasma dont le gaz plasmagène est constitué d'un mélange d'argon, d'hydrogène et d'oxygène, la proportion d'oxygène dans le mélange étant comprise entre 0,005% et 0,05% et celle d'hydrogène entre 1 et 99,995%.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la fusion du silicium divisé est réalisée locale-ment en conservant une épaisseur de silicium non fondu au contact du creuset, qui définit une pellicule de silicium divisé qui conduit mal la chaleur, cette pellicule servant à diminuer les pertes calorifiques et à empêcher la diffusion des impuretés provenant des parois du creuset dans le silicium fondu tout en évitant une réaction avec la surface du creuset.
en ce que la fusion du silicium divisé est réalisée locale-ment en conservant une épaisseur de silicium non fondu au contact du creuset, qui définit une pellicule de silicium divisé qui conduit mal la chaleur, cette pellicule servant à diminuer les pertes calorifiques et à empêcher la diffusion des impuretés provenant des parois du creuset dans le silicium fondu tout en évitant une réaction avec la surface du creuset.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce que l'épaisseur de la pellicule de silicium divisé non fondue est comprise entre 1 mm et 20 mm.
en ce que l'épaisseur de la pellicule de silicium divisé non fondue est comprise entre 1 mm et 20 mm.
4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, carac-térisé en ce qu'il est réalisé à pression sensiblement atmosphérique.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000525087A CA1276587C (fr) | 1986-12-11 | 1986-12-11 | Procede de purification sous plasma de silicium divise |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000525087A CA1276587C (fr) | 1986-12-11 | 1986-12-11 | Procede de purification sous plasma de silicium divise |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1276587C true CA1276587C (fr) | 1990-11-20 |
Family
ID=4134534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000525087A Expired - Lifetime CA1276587C (fr) | 1986-12-11 | 1986-12-11 | Procede de purification sous plasma de silicium divise |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1276587C (fr) |
-
1986
- 1986-12-11 CA CA000525087A patent/CA1276587C/fr not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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