CH367809A - Procédé pour la fabrication de métaux ou de métalloïdes à caractère métallique à l'état de haute pureté et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

  
 



  Procédé pour la fabrication de métaux ou de métalloïdes à caractère métallique
 à l'état de haute pureté et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
 La présente invention concerne un procédé pour la fabrication, à l'état de haute pureté, de métaux ou de métalloïdes à caractère métallique susceptibles de former des hydrures gazeux stables.



   La plupart des procédés proposés jusqu'à maintenant pour fabriquer le silicium de haute pureté, utilisé notamment en électrotechnique, consistent à réduire par le zinc en phase vapeur le tétrachlorure de silicium, à haute température, ou à décomposer un silane par la chaleur. Ces procédés présentent l'inconvénient d'impliquer à un moment ou à un autre le contact du silicium solide avec les parois de l'appareillage portées à haute température. La diffusion des atomes étrangers dans le silicium s'accroît très rapidement avec la température, de sorte que ces procédés comportent toujours un certain risque de contamination du silicium formé par les matériaux constituant les parois de l'appareil.



   La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient, et permet d'obtenir des métaux ou des métalloïdes à caractère métallique, notamment du silicium,   extra-purs    sans aucun risque de contamination de l'élément formé, par la matière constitutive de l'appareillage.



   Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que   l'on    fait passer un hydrure de l'élément à obtenir, à l'état gazeux, sous pression inférieure à la pression atmosphérique, dans une chambre de réaction dans laquelle il est soumis à un champ électrique alternatif produit sans emploi d'électrodes, la fréquence et l'intensité de ce champ électrique étant suffisantes pour provoquer, au sein du gaz traité, des décharges électriques capables de   décomposer      l'hydrure.   



   L'invention concerne également un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant ladite chambre de réaction et des moyens pour produire ledit champ électrique alternatif.



   Le principal avantage du procédé de l'invention réside dans le fait que la chambre de réaction peut être maintenue aisément à la température ambiante, ou même être refroidie au-dessous de cette température, de sorte que le contact de la poudre métallique formée avec les parois de l'appareillage n'entraîne aucune contamination du métal à haute pureté obtenu.



   Le champ électrique utilisé peut être un champ de haute fréquence, de très haute fréquence ou d'hyper fréquence, en onde entretenue ou en impulsions.



   Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil que comprend l'invention.



   La fig. 1 est le schéma de principe d'une première forme d'exécution.



   Les fig. 2 et 3 représentent respectivement une deuxième forme d'exécution et une   variante.   



   Les fig. 4 et 5 représentent une troisième forme d'exécution.



   L'appareil représenté sur la fig. 1 comporte un tube horizontal T à travers lequel on fait passer un courant de silane maintenu sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. Ce tube est placé à l'intérieur d'un enroulement L parcouru par une oscillation haute fréquence, entretenue par un générateur non représenté et de puissance suffisante pour provoquer, sous l'action du champ électrique induit, une décharge en onde entretenue remplissant le tube.



   L'appareil représenté à la fig. 2 comprend essen  tiellement    une source de silane schématisée en 1 et reliée au moyen d'un tube 2 à un récipient 3 autour  duquel est placé un enroulement 4 parcouru par une oscillation haute fréquence de puissance suffisante pour provoquer une décharge dans le récipient 3, sous l'influence du champ électrique induit. Le tube 2 est en communication avec un ballon 5 de grande dimension, placé entre deux robinets 6-7 et destiné à amortir les variations éventuelles du débit du silane. Le tube 2 est relié également à un manomètre à mercure 8 et il comporte en 9 un orifice de très petite dimension qui permet, en coopération avec la pompe à vide 10, de maintenir une pression de quelques centimètres de mercure dans l'appareil.



   La chambre de réaction 3 comporte un fond démontable 3a où s'accumule le silicium produit. Elle est placée dans une enceinte 11 qui peut être éventuellement refroidie.



   La réaction est arrêtée périodiquement pour l'élimination du silicium après démontage du fond mobile 3a.



   Une tension haute fréquence en onde entretenue est appliquée entre les points C et D au moyen d'un générateur non représenté. Sa fréquence peut être de l'ordre de quelques mégacycles par seconde.



   On peut également utiliser une décharge par impulsions en reliant les points C et D du schéma de   la fig.    2 aux points CI et Do de la fig. 3, qui représente le schéma de montage d'un générateur de décharge par impulsions. Ce générateur comprend un oscillateur 21 fournissant par exemple une onde de fréquence 1000 cycles par seconde qui, après transformations successives dans les divers étages d'un générateur d'impulsions 22, est envoyée à un modulateur 23 sous la forme d'impulsions de tension négative suffisante pour en assurer le déblocage.



   Ce modulateur peut être constitué par deux étages amplificateurs placés en série débitant dans un circuit comprenant un condensateur 24 et une self 24a dont la décharge produit les impulsions alimentant la plaque de l'oscillateur 26.



   Cet oscillateur comprend une lampe 25 comportant un circuit accordé d'anode 27-28 et une self de réaction 29 dans le circuit de grille.



   Grâce à une self de couplage 30 on recueille les impulsions dans le circuit d'utilisation placé en et D1.



   Ce montage convient pour des décharges par impulsions correspondant à des longueurs d'ondes allant du mètre au kilomètre.



   Pour les décharges en longueurs d'ondes plus courtes (ondes centimétriques), il est nécessaire d'utiliser des guides d'ondes et des cavités résonnantes.



  Un exemple d'un tel montage est décrit ci-après en référence aux fig. 4 et 5.



   Un alternateur 32   (fig.    5), entraîné par un moteur 31, fournit une tension alternative, par exemple de 500 périodes par seconde, à un transformateur haute tension 33. La tension alternative est redressée par un montage doubleur de tension 34. La tension ondulée ainsi obtenue sert à charger une ligne artificielle 35 composée de selfs et de capacités en parallèle.



  Cette ligne artificielle se décharge à travers un transformateur d'impulsions 36, par un éclateur 37 formé par des barreaux de tungstène placés sur le pour   tour r d'une roue calée sur l'axe du moteur 31. A    chaque passage d'un des barreaux mobiles reliés à la terre, en face d'un barreau fixe 37a relié à la ligne artificielle, il se produit une étincelle fermant le circuit de décharge de la ligne.



   Une impulsion de tension très élevée est ainsi envoyée au transformateur d'impulsions 36. Cette impulsion débloque le magnétron 38 qui, à chaque impulsion, émet des ondes haute fréquence de l'ordre de 3000 mégacycles.



   L'énergie haute fréquence est transmise à la cavité résonnante (fig. 4) de la façon suivante: l'onde haute fréquence est rayonnée depuis l'extrémité 38a du magnétron, cette extrémité étant constituée par une petite boule placée dans le guide d'onde d'émission 39. L'accord de la transmission magnétron-guide est réalisé par un piston de réglage 40.



   Afin d'assurer la transmission de la puissance d'une façon continue. d'une part vers la cavité 45, et d'autre part vers une charge fixe absorbante 44, et ceci dans des proportions fixées à l'avance, on utilise un dispositif diviseur de puissance 41 comportant deux pistons d'accord 42-43 dont le réglage provoque la division de la puissance dans les proportions voulues, d'une part en direction de la charge absorbante 44, et d'autre part en direction de la cavité 45.



  Le réglage de l'accord de la cavité est assuré par deux pistons,   l'un    46 placé dans le prolongement du guide d'ondes, en aval de la cavité, et l'autre 47 placé en amont de la cavité dans un plan horizontal perpendiculairement au guide d'ondes.



   La cavité 45 est traversée par le tube 48 dans lequel on fait circuler sous pression réduite le silane à décomposer.



   On donne ci-après quelques exemples de mise en   oeuvre    du procédé selon l'invention.



   Exemple   1   
 On utilise un appareil tel que celui qui est montré sur la fig. 2, dont l'enroulement 4 est composé de dix spires d'un diamètre de 10 cm dans lesquelles on envoie un courant haute fréquence en onde entretenue produit par un générateur de 5 kW avec une fréquence de 3 mégacycles par seconde. Ces spires produisent des décharges en anneaux dans la chambre de réaction dont le volume est de 200 cm3 et qui est traversée par le silane sous une pression de 5 cm de mercure. Le débit (assuré par une pompe à piston) est de 500 litres par heure de gaz ramené à la pression atmosphérique. La quantité de silicium recueillie au bout d'une heure de fonctionnement continu est de 150 g, ce qui indique un rendement de 24 % par rapport au silane décomposé.  



   Exemple 2
 On utilise l'appareil décrit dans les fig. 4-5.



   Le silane passe dans le tube de 5 cm de diamètre qui traverse le guide d'ondes, sous une pression de l'ordre de 5 cm de mercure. Le guide d'ondes   reçoit    des impulsions d'une durée de 1 microseconde avec une fréquence de répétition de 500 impulsions par seconde, la puissance de crête atteignant 1 mégawatt, et la fréquence porteuse étant de 3000 mégacycles par seconde, soit une longueur d'onde de 10 cm. La puissance moyenne envoyée dans le guide d'ondes est ainsi de 500 watts.



   Le débit de silane envoyé à travers l'appareil est de 200 litres à l'heure de gaz ramené à la pression atmosphérique. La quantité de silicium recueillie au bout de 2 heures de fonctionnement est de 95 g, ce qui indique un rendement de 19 % par rapport au silane décomposé.



   Bien que jusqu'à présent on ait décrit l'application du procédé de l'invention en vue de la fabrication du silicium extra pur par décomposition d'un silane, I'invention a un caractère général et s'applique d'une façon analogue à la fabrication d'autres métaux susceptibles de former des hydrures gazeux stables, en particulier à celle du germanium par décomposition du germanométhane GeH4. On donne ci-après un exemple concernant   l'application    du procédé de l'invention à la fabrication du germanium.



   Exemple 3
 On utilise le même appareil que dans l'exemple 1, dans lequel un générateur de 1 kW envoie un   cou    rant haute fréquence en ondes entretenues avec une fréquence de 500 kilocycles par seconde. Pour un débit de   germanométhane    de 250 litres par heure, ramené à la pression atmosphérique, la quantité de germanium recueillie au bout d'une demi-heure de fonctionnement continu est de 117,5 g, ce qui indique un rendement de 29        par rapport au   germant      méthane    décomposé. La pression du   germanométhane    dans l'appareil est de l'ordre de 5 cm de mercure.



   REVENDICATIONS
 I. Procédé pour la fabrication, à l'état de haute pureté, de métaux ou de métallo'ides à caractère métallique susceptibles de former des hydrures gazeux stables, caractérisé en ce que l'on fait passer un hydrure de l'élément à obtenir à l'état gazeux, sous pression inférieure à la pression atmosphérique, dans une chambre de réaction dans laquelle il est soumis à un champ électrique alternatif produit sans emploi d'électrodes, la fréquence et l'intensité de ce champ électrique étant   suffisantes    pour provoquer, au sein du gaz traité, des décharges   électriques    capables de décomposer l'hydrure.
  

Claims (1)

1. II. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend ladite chambre de réaction et des moyens pour produire ledit champ électrique alternatif.

   SOUSREVEN DICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, dans lequel lesdites décharges électriques sont des décharges en onde entretenue.

   2. Procédé selon la revendication I, dans lequel lesdites décharges électriques sont des décharges par impulsions.

   3. Procédé selon la revendication I, dans lequel l'hydrure utilisé est un silane.

   4. Procédé selon la revendication I, dans lequel l'hydrure utilisé est du germanométhane.