JPH09142823A - 金属シリコンの精製方法および精製装置 - Google Patents
金属シリコンの精製方法および精製装置Info
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- JPH09142823A JPH09142823A JP31071995A JP31071995A JPH09142823A JP H09142823 A JPH09142823 A JP H09142823A JP 31071995 A JP31071995 A JP 31071995A JP 31071995 A JP31071995 A JP 31071995A JP H09142823 A JPH09142823 A JP H09142823A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、プラズマ溶解による溶融シリコンか
らのボロン除去の難しさを解決し、より効率的な金属シ
リコンの精製方法及び装置を提供することを目的として
いる。 【解決手段】不活性ガスからなるプラズマジェット流を
溶融金属シリコン浴の湯面に噴射し、含有不純物を除去
する金属シリコンの精製方法において、水蒸気を前記不
活性ガスに混合又は前記溶融金属シリコン浴の湯面に吹
き付けると共に、磁束の方向が該溶融金属シリコン浴の
湯面に平行になるよう直流磁場を印加することを特徴と
する金属シリコンの精製方法である。
らのボロン除去の難しさを解決し、より効率的な金属シ
リコンの精製方法及び装置を提供することを目的として
いる。 【解決手段】不活性ガスからなるプラズマジェット流を
溶融金属シリコン浴の湯面に噴射し、含有不純物を除去
する金属シリコンの精製方法において、水蒸気を前記不
活性ガスに混合又は前記溶融金属シリコン浴の湯面に吹
き付けると共に、磁束の方向が該溶融金属シリコン浴の
湯面に平行になるよう直流磁場を印加することを特徴と
する金属シリコンの精製方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池用金属シ
リコンの製造に関し、特に低純度の市販金属シリコンを
太陽電池用として使用可能な純度まで精製する技術に係
わる。
リコンの製造に関し、特に低純度の市販金属シリコンを
太陽電池用として使用可能な純度まで精製する技術に係
わる。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池用金属シリコンの原料として用
いられる金属シリコン（以下、単にシリコンという）の
純度は、９９．９９９９％、所謂シックスナイン以上が
必要とされている。ところが、従来、該太陽電池用シリ
コンには、半導体用シリコン（純度が約イレブンナイ
ン）が用いられており、それは非常に高価なものであっ
た。そこで、より安価な太陽電池用シリコンを得るため
に、純度９９．５％程度の市販シリコンを精製して純度
を高め、太陽電池用シリコンの原料として使用すること
が研究されている。
いられる金属シリコン（以下、単にシリコンという）の
純度は、９９．９９９９％、所謂シックスナイン以上が
必要とされている。ところが、従来、該太陽電池用シリ
コンには、半導体用シリコン（純度が約イレブンナイ
ン）が用いられており、それは非常に高価なものであっ
た。そこで、より安価な太陽電池用シリコンを得るため
に、純度９９．５％程度の市販シリコンを精製して純度
を高め、太陽電池用シリコンの原料として使用すること
が研究されている。
【０００３】一方、上記市販シリコンには種々の不純物
元素が含まれているが、そのうちＦｅ、Ａｌ、Ｔｉ等の
金属元素については、例えば、特開平５−１２４８０９
号公報等に見られるように、それら元素がシリコンに対
して固液分配係数が小さいことを利用して、一方向凝固
法により精製除去する技術が開発されている。しかしな
がら、非金属元素のボロンは、該固液分配係数が約０．
８と金属元素に比較してけた違いに大きく、一方向凝固
法では目標濃度まで低減することが困難であるので、一
方向凝固法に代わる別の精製技術が必要とされ、多くの
研究開発がなされてきた。
元素が含まれているが、そのうちＦｅ、Ａｌ、Ｔｉ等の
金属元素については、例えば、特開平５−１２４８０９
号公報等に見られるように、それら元素がシリコンに対
して固液分配係数が小さいことを利用して、一方向凝固
法により精製除去する技術が開発されている。しかしな
がら、非金属元素のボロンは、該固液分配係数が約０．
８と金属元素に比較してけた違いに大きく、一方向凝固
法では目標濃度まで低減することが困難であるので、一
方向凝固法に代わる別の精製技術が必要とされ、多くの
研究開発がなされてきた。
【０００４】今までに提案されている種々のボロン除去
技術のうちで最も有力なものは、熱プラズマを利用する
ものである。例えば、特願平４−２２８４１４号公報
は、水蒸気を含んだ不活性ガスを動作ガスとするプラズ
マジェットを溶融シリコンに噴射してボロンを除去する
精製方法を開示している。しかしながら、この精製方法
では、シリコン溶湯表面のうち、プラズマが照射された
部分だけでボロンの除去反応が進行し、他の部分では除
去できないので、ボロン除去の処理時間が長いという問
題があった。また、特開平５−１３９７１３号公報は、
水蒸気を含んだ不活性ガスを動作ガスとするプラズマ照
射法に加えて、溶融シリコンを保持した容器の底から不
活性ガスを吹込み、撹拌を強化する方法を提案し、それ
によりボロン除去処理の時間短縮を達成している。しか
しながら、この方法では、溶融シリコン浴を汚染せずに
底吹用羽口を設けることが困難であり、さらに溶融シリ
コンが強い撹拌を受け、該羽口が著しく損傷し、全体と
して容器の寿命が短くなるという別の問題が生じた。
技術のうちで最も有力なものは、熱プラズマを利用する
ものである。例えば、特願平４−２２８４１４号公報
は、水蒸気を含んだ不活性ガスを動作ガスとするプラズ
マジェットを溶融シリコンに噴射してボロンを除去する
精製方法を開示している。しかしながら、この精製方法
では、シリコン溶湯表面のうち、プラズマが照射された
部分だけでボロンの除去反応が進行し、他の部分では除
去できないので、ボロン除去の処理時間が長いという問
題があった。また、特開平５−１３９７１３号公報は、
水蒸気を含んだ不活性ガスを動作ガスとするプラズマ照
射法に加えて、溶融シリコンを保持した容器の底から不
活性ガスを吹込み、撹拌を強化する方法を提案し、それ
によりボロン除去処理の時間短縮を達成している。しか
しながら、この方法では、溶融シリコン浴を汚染せずに
底吹用羽口を設けることが困難であり、さらに溶融シリ
コンが強い撹拌を受け、該羽口が著しく損傷し、全体と
して容器の寿命が短くなるという別の問題が生じた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したプ
ラズマ溶解による溶融シリコンからのボロン除去技術の
問題点を解決し、より効率的な金属シリコンの精製方法
及び装置を提供することを目的としている。
ラズマ溶解による溶融シリコンからのボロン除去技術の
問題点を解決し、より効率的な金属シリコンの精製方法
及び装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意研究し、撹拌力の向上のために電磁力を
利用することに着眼し、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明は、不活性ガスからなるプラズマジェット流
を溶融金属シリコン浴の湯面に噴射し、含有不純物を除
去する金属シリコンの精製方法において、水蒸気を前記
不活性ガスに混入又は別途に上記溶融金属シリコン浴の
湯面に吹き付けると共に、磁束の方向が該溶融金属シリ
コン浴の湯面に平行になるよう直流磁場を印加すること
を特徴とする金属シリコンの精製方法である。
成するため鋭意研究し、撹拌力の向上のために電磁力を
利用することに着眼し、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明は、不活性ガスからなるプラズマジェット流
を溶融金属シリコン浴の湯面に噴射し、含有不純物を除
去する金属シリコンの精製方法において、水蒸気を前記
不活性ガスに混入又は別途に上記溶融金属シリコン浴の
湯面に吹き付けると共に、磁束の方向が該溶融金属シリ
コン浴の湯面に平行になるよう直流磁場を印加すること
を特徴とする金属シリコンの精製方法である。
【０００７】また、本発明は、上記溶融金属シリコン浴
に、磁束密度分布を付与することを特徴とする金属シリ
コンの精製方法である。さらに、本発明は、溶融金属シ
リコンの保持容器と、該保持容器の上方にあって炉底電
極との間に不活性ガスのプラズマジェット流を発生する
プラズマトーチと、水蒸気を前記不活性ガスに混入又は
別途に前記溶融金属浴の浴面に吹き付ける水蒸気供給手
段を備えた金属シリコンの精製装置において、上記保持
容器の側壁外側に、磁束の方向が湯面に平行な直流磁場
を生じるよう磁石を配設したことを特徴とする金属シリ
コンの精製装置であり、上記磁石が電磁石であることを
特徴とする金属シリコンの精製装置でもある。さらに加
えて、本発明は、溶融金属シリコンの保持容器と、該保
持容器の上方にあって炉底電極との間に不活性ガスのプ
ラズマジェット流を発生するプラズマトーチと、水蒸気
を前記不活性ガスに混入又は前記溶融金属シリコン浴の
湯面に吹き付ける水蒸気供給手段とを備えた金属シリコ
ンの精製装置において、上記溶融金属シリコン浴内に不
均一な磁束密度分布の発生手段を設けたことを特徴とす
る金属シリコンの精製装置であり、上記磁束密度の発生
手段を、上記保持容器の側壁外側に配置する磁石の磁極
の大きさを溶融金属シリコン浴の断面積の概ね８０％以
下としてなる、あるいは、上記磁束密度の発生手段を、
上記保持容器の側壁外側に配置する磁石を複数個とし、
隣り合う同士の極性が互いに異なるようにしてなること
を特徴とする金属シリコンの精製装置である。
に、磁束密度分布を付与することを特徴とする金属シリ
コンの精製方法である。さらに、本発明は、溶融金属シ
リコンの保持容器と、該保持容器の上方にあって炉底電
極との間に不活性ガスのプラズマジェット流を発生する
プラズマトーチと、水蒸気を前記不活性ガスに混入又は
別途に前記溶融金属浴の浴面に吹き付ける水蒸気供給手
段を備えた金属シリコンの精製装置において、上記保持
容器の側壁外側に、磁束の方向が湯面に平行な直流磁場
を生じるよう磁石を配設したことを特徴とする金属シリ
コンの精製装置であり、上記磁石が電磁石であることを
特徴とする金属シリコンの精製装置でもある。さらに加
えて、本発明は、溶融金属シリコンの保持容器と、該保
持容器の上方にあって炉底電極との間に不活性ガスのプ
ラズマジェット流を発生するプラズマトーチと、水蒸気
を前記不活性ガスに混入又は前記溶融金属シリコン浴の
湯面に吹き付ける水蒸気供給手段とを備えた金属シリコ
ンの精製装置において、上記溶融金属シリコン浴内に不
均一な磁束密度分布の発生手段を設けたことを特徴とす
る金属シリコンの精製装置であり、上記磁束密度の発生
手段を、上記保持容器の側壁外側に配置する磁石の磁極
の大きさを溶融金属シリコン浴の断面積の概ね８０％以
下としてなる、あるいは、上記磁束密度の発生手段を、
上記保持容器の側壁外側に配置する磁石を複数個とし、
隣り合う同士の極性が互いに異なるようにしてなること
を特徴とする金属シリコンの精製装置である。
【０００８】かかる発明を用いることにより、上述した
プラズマ溶解による溶融シリコンからのボロン除去技術
の問題点が解決でき、より効率的な金属シリコンの精製
が可能となる。
プラズマ溶解による溶融シリコンからのボロン除去技術
の問題点が解決でき、より効率的な金属シリコンの精製
が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、溶融金属シリコンの保
持容器の底部に、プラズマトーチに対する対向電極を設
け、溶融物に直接通電する移送型直流プラズマにより、
精製対象の金属シリコンを溶解することを基本形態とす
る。この移送型動作によるプラズマは、非移送型動作に
比較して熱効率に優れるという利点がある。そして、そ
の際、溶融金属シリコンの浴内には、湯面に垂直に電流
が流れることになるが、この電流密度をＪとして磁束が
湯面に平行になるよう直流磁束密度Ｂを印加するのが、
本発明の重要ポイントである。
持容器の底部に、プラズマトーチに対する対向電極を設
け、溶融物に直接通電する移送型直流プラズマにより、
精製対象の金属シリコンを溶解することを基本形態とす
る。この移送型動作によるプラズマは、非移送型動作に
比較して熱効率に優れるという利点がある。そして、そ
の際、溶融金属シリコンの浴内には、湯面に垂直に電流
が流れることになるが、この電流密度をＪとして磁束が
湯面に平行になるよう直流磁束密度Ｂを印加するのが、
本発明の重要ポイントである。
【００１０】この磁束密度の印加は、 ｖｅｃｔｏｒ Ｆ＝ｖｅｃｔｏｒ Ｊ×ｖｅｃｔｏｒ Ｂ …（１） のベクトル積で与えられる電磁力Ｆを浴中に誘起する。
従って、金属シリコン浴の湯面についてこの電磁力の作
用を見ると、ボロン除去反応が起きるプラズマ照射部は
同時に電流密度が最も高くなるため、（１）式で与えら
れる電磁力も周囲に比べて強い。それ故、図１に示すよ
うに、溶融金属シリコンの一部分のみが長時間プラズマ
照射部４に滞留するのではなく、該電磁力６によって容
器周縁部方面へ移動すると同時に、プラズマ照射部４以
外に滞留していた溶湯が該照射部４へ新たに移動する流
れが生じる。この溶湯の流れ３は、溶融金属シリコンを
撹拌する力として作用し、ボロン除去反応に有効に働く
のである。
従って、金属シリコン浴の湯面についてこの電磁力の作
用を見ると、ボロン除去反応が起きるプラズマ照射部は
同時に電流密度が最も高くなるため、（１）式で与えら
れる電磁力も周囲に比べて強い。それ故、図１に示すよ
うに、溶融金属シリコンの一部分のみが長時間プラズマ
照射部４に滞留するのではなく、該電磁力６によって容
器周縁部方面へ移動すると同時に、プラズマ照射部４以
外に滞留していた溶湯が該照射部４へ新たに移動する流
れが生じる。この溶湯の流れ３は、溶融金属シリコンを
撹拌する力として作用し、ボロン除去反応に有効に働く
のである。
【００１１】また、プラズマ溶解では、図２に示すよう
に、プラズマトーチ７先端のアーク電極の断面積に対し
て溶融物の底部に設置する対向電極の面積を広く取るこ
とが一般的であるが、この場合、溶融物内の電流分布は
湯面から湯底に近付くに従ってアーク中心軸から同心円
状に拡がり、湯面に平行な電流成分が生じる。この電流
成分と湯面に平行に印加した直流磁場とにより深さ方向
の電磁力６成分が誘起され、本発明では、湯面に平行な
方向ばかりでなく深さ方向の撹拌も促進される。なお、
直流磁場の印加は、電磁石及び／又は永久磁石を用いて
行うようにした。
に、プラズマトーチ７先端のアーク電極の断面積に対し
て溶融物の底部に設置する対向電極の面積を広く取るこ
とが一般的であるが、この場合、溶融物内の電流分布は
湯面から湯底に近付くに従ってアーク中心軸から同心円
状に拡がり、湯面に平行な電流成分が生じる。この電流
成分と湯面に平行に印加した直流磁場とにより深さ方向
の電磁力６成分が誘起され、本発明では、湯面に平行な
方向ばかりでなく深さ方向の撹拌も促進される。なお、
直流磁場の印加は、電磁石及び／又は永久磁石を用いて
行うようにした。
【００１２】さらに、本発明では、深さ方向の撹拌を促
進するため、溶融金属シリコン浴内に空間的な磁束密度
勾配を付与するようにした。これにより、（１）式で与
えられる電磁力６に分布が生じ、図３〜図５に例示され
るように、周囲に比較して強い電磁力６を受ける溶融物
が、前記保持容器１の内壁、あるいは反対向きの電磁力
６を受ける他の部分と押し合うことによって湯面に平行
な方向へ押し上げられる。一方、比較的弱い電磁力６を
受ける溶融物は、上記押し上げられた部分の重みによっ
て溶湯底部へ押し下げられ、その結果、溶融金属シリコ
ン浴中に深さ方向の流れが生じる。この磁束密度勾配の
付与については、種々の手段が考えられる。例えば、図
３（ａ）のように、磁極の面積を浴の断面積よりも十分
小さく取ることにより、単一の磁石で磁極部分に極値を
持つ磁束密度分布を付与することができる。また、図４
（ａ）に示すように、複数の磁石を用い、磁極の極性を
種々組み合わせて、目的の磁束密度分布を付与すること
も可能である。
進するため、溶融金属シリコン浴内に空間的な磁束密度
勾配を付与するようにした。これにより、（１）式で与
えられる電磁力６に分布が生じ、図３〜図５に例示され
るように、周囲に比較して強い電磁力６を受ける溶融物
が、前記保持容器１の内壁、あるいは反対向きの電磁力
６を受ける他の部分と押し合うことによって湯面に平行
な方向へ押し上げられる。一方、比較的弱い電磁力６を
受ける溶融物は、上記押し上げられた部分の重みによっ
て溶湯底部へ押し下げられ、その結果、溶融金属シリコ
ン浴中に深さ方向の流れが生じる。この磁束密度勾配の
付与については、種々の手段が考えられる。例えば、図
３（ａ）のように、磁極の面積を浴の断面積よりも十分
小さく取ることにより、単一の磁石で磁極部分に極値を
持つ磁束密度分布を付与することができる。また、図４
（ａ）に示すように、複数の磁石を用い、磁極の極性を
種々組み合わせて、目的の磁束密度分布を付与すること
も可能である。
【００１３】なお、特開平５−２５４８１７号公報に
は、移動磁場を印加することによって該シリコン浴を撹
拌する方法が提案されているが、その方法では磁場を移
動させるための複雑な機構及び構造が必要である。これ
に対して、本発明は、永久磁石及び／又は直流電磁石に
よって簡便に有効な撹拌力を得ることができ、さらに磁
極の大きさや配置によって撹拌パターンを容易に変更で
きるという利点がある。
は、移動磁場を印加することによって該シリコン浴を撹
拌する方法が提案されているが、その方法では磁場を移
動させるための複雑な機構及び構造が必要である。これ
に対して、本発明は、永久磁石及び／又は直流電磁石に
よって簡便に有効な撹拌力を得ることができ、さらに磁
極の大きさや配置によって撹拌パターンを容易に変更で
きるという利点がある。
【００１４】ところで、本発明で使用されるプラズマ動
作ガスとしては不活性ガスが好適であり、とりわけＡ
ｒ、Ｈｅ及びそれらの混合ガスが好適に用いられる。ま
た、水蒸気は、プラズマ動作ガスに所定量を混合しても
良いが、動作ガスとは別系統でプラズマアーク内及び／
又はシリコン浴面に直接添加することもできる。なお、
混合や添加に必要な水蒸気供給手段は、公知のものを利
用すれば良い。そして、水蒸気の添加量は、金属シリコ
ン１ｋｇ当たり１ｍｏｌ／ｍｉｎ以下にすることが望ま
しい。この量を越えると、金属シリコンの湯面にシリカ
の皮膜が形成されやすくなり、ボロン除去反応が阻害さ
れるからである。溶融金属シリコンの保持容器として
は、１６００〜１７００℃の温度範囲で溶融金属シリコ
ンを保持できるものであれば特に問題はないが、該容器
１を形成する材料に起因する汚染およびプラズマトーチ
７に対する対向電極としての導通性を考慮すると、水冷
された銅製容器１を用いることが望ましい。特に、該水
冷銅製容器１は、それ自体がプラズマトーチ７の対向電
極して機能するため、容器にプラズマ電流の導通確保の
ための手段を施す必要がなく、真に好都合である。ただ
し、本発明は、石英るつぼやシリカスタンプ材等他の材
質で作成した容器に、適当な導通手段を施して使用する
ことを妨げるものではない。
作ガスとしては不活性ガスが好適であり、とりわけＡ
ｒ、Ｈｅ及びそれらの混合ガスが好適に用いられる。ま
た、水蒸気は、プラズマ動作ガスに所定量を混合しても
良いが、動作ガスとは別系統でプラズマアーク内及び／
又はシリコン浴面に直接添加することもできる。なお、
混合や添加に必要な水蒸気供給手段は、公知のものを利
用すれば良い。そして、水蒸気の添加量は、金属シリコ
ン１ｋｇ当たり１ｍｏｌ／ｍｉｎ以下にすることが望ま
しい。この量を越えると、金属シリコンの湯面にシリカ
の皮膜が形成されやすくなり、ボロン除去反応が阻害さ
れるからである。溶融金属シリコンの保持容器として
は、１６００〜１７００℃の温度範囲で溶融金属シリコ
ンを保持できるものであれば特に問題はないが、該容器
１を形成する材料に起因する汚染およびプラズマトーチ
７に対する対向電極としての導通性を考慮すると、水冷
された銅製容器１を用いることが望ましい。特に、該水
冷銅製容器１は、それ自体がプラズマトーチ７の対向電
極して機能するため、容器にプラズマ電流の導通確保の
ための手段を施す必要がなく、真に好都合である。ただ
し、本発明は、石英るつぼやシリカスタンプ材等他の材
質で作成した容器に、適当な導通手段を施して使用する
ことを妨げるものではない。
【００１５】以下、実施例において、本発明の内容を詳
細に説明するが、本発明は、以下の実施例に示す具体的
条件に何ら拘束されるものではない。
細に説明するが、本発明は、以下の実施例に示す具体的
条件に何ら拘束されるものではない。
【００１６】
（実施例１）本発明に係る精製装置において、水冷銅製
容器１にボロン含有量が約６ｐｐｍの市販の金属シリコ
ン１０ｋｇを装入し、これに電流９００ＡのＡｒプラズ
マアークを照射して溶融状態とした。該溶融金属シリコ
ンの湯面２に、磁束が平行になるよう容器１壁の外側に
配置した磁石で１０ｍＴの均一磁場を印加したところ、
図１および図２に示すような溶湯の流れ３が目視観察で
きた。この溶湯からボロン濃度の分析用試料を採取した
後、溶湯表面のプラズマアーク照射部に０．５ｍｏｌ／
ｍｉｎの割合で水蒸気の添加を開始した（水蒸気供給手
段は図示せず）。該水蒸気添加の開始２時間後に該水蒸
気を停止し、再びボロン濃度の分析用試料を採取した。
これら２つの分析用試料は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ
発光）分析にかけられ、水蒸気添加前後での溶融金属シ
リコン中のボロン濃度が比較された。
容器１にボロン含有量が約６ｐｐｍの市販の金属シリコ
ン１０ｋｇを装入し、これに電流９００ＡのＡｒプラズ
マアークを照射して溶融状態とした。該溶融金属シリコ
ンの湯面２に、磁束が平行になるよう容器１壁の外側に
配置した磁石で１０ｍＴの均一磁場を印加したところ、
図１および図２に示すような溶湯の流れ３が目視観察で
きた。この溶湯からボロン濃度の分析用試料を採取した
後、溶湯表面のプラズマアーク照射部に０．５ｍｏｌ／
ｍｉｎの割合で水蒸気の添加を開始した（水蒸気供給手
段は図示せず）。該水蒸気添加の開始２時間後に該水蒸
気を停止し、再びボロン濃度の分析用試料を採取した。
これら２つの分析用試料は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ
発光）分析にかけられ、水蒸気添加前後での溶融金属シ
リコン中のボロン濃度が比較された。
【００１７】（実施例２）実施例１と同じ水冷銅製容器
１の外側周囲に、図３に示すように、板状の電磁石を水
平に配置した。その際、磁石の大きさは、溶融物の断面
積の２０％とした。金属実施例１と同様の条件で市販の
金属シリコンにプラズマアーク８を照射し、該金属シリ
コンを溶湯とし、磁極直近で１０ｍＴとなるように電磁
石の電流を調整した。この磁場の印加により、図３に示
すような溶湯の流れが目視観察された。その後、実施例
１と同様の手順で水蒸気添加を行い、水蒸気添加前後で
の溶融金属シリコン中のボロン濃度が比較された。
１の外側周囲に、図３に示すように、板状の電磁石を水
平に配置した。その際、磁石の大きさは、溶融物の断面
積の２０％とした。金属実施例１と同様の条件で市販の
金属シリコンにプラズマアーク８を照射し、該金属シリ
コンを溶湯とし、磁極直近で１０ｍＴとなるように電磁
石の電流を調整した。この磁場の印加により、図３に示
すような溶湯の流れが目視観察された。その後、実施例
１と同様の手順で水蒸気添加を行い、水蒸気添加前後で
の溶融金属シリコン中のボロン濃度が比較された。
【００１８】（実施例３）実施例１と同じ水冷銅製容器
の外側周囲に、図４に示すように、２組の水平板状電磁
石を２段にして磁極が互いに逆になるように配置した。
実施例１と同様の条件で市販の金属シリコンにプラズマ
アークを照射し、溶融金属シリコンの溶湯を保持し、磁
極直近で１０ｍＴとなるように電磁石の電流を調整し
た。この磁場の印加により、図４に示すような溶湯の流
れが目視観察により得られた。その後、実施例１と同様
の手順で水蒸気添加を行い、水蒸気添加前後の溶融金属
シリコン中でのボロン濃度が比較された。
の外側周囲に、図４に示すように、２組の水平板状電磁
石を２段にして磁極が互いに逆になるように配置した。
実施例１と同様の条件で市販の金属シリコンにプラズマ
アークを照射し、溶融金属シリコンの溶湯を保持し、磁
極直近で１０ｍＴとなるように電磁石の電流を調整し
た。この磁場の印加により、図４に示すような溶湯の流
れが目視観察により得られた。その後、実施例１と同様
の手順で水蒸気添加を行い、水蒸気添加前後の溶融金属
シリコン中でのボロン濃度が比較された。
【００１９】（実施例４）実施例１と同じ水冷銅製容器
の外側周囲に、図５に示すように、２組の板状電磁石を
鉛直方向に２列に配置し、極性が互いに逆になるように
した。実施例１と同様の条件で市販の金属シリコンにプ
ラズマアークを照射し、溶融金属シリコンの溶湯とし、
磁極直近で１０ｍＴとなるように電磁石の電流を調整し
た。この磁場の印加により、図５に示すような溶湯の流
れが目視観察された。その後、実施例１と同様の手順で
水蒸気添加を行い、水蒸気添加前後の溶融金属シリコン
中でのボロン濃度が比較された。
の外側周囲に、図５に示すように、２組の板状電磁石を
鉛直方向に２列に配置し、極性が互いに逆になるように
した。実施例１と同様の条件で市販の金属シリコンにプ
ラズマアークを照射し、溶融金属シリコンの溶湯とし、
磁極直近で１０ｍＴとなるように電磁石の電流を調整し
た。この磁場の印加により、図５に示すような溶湯の流
れが目視観察された。その後、実施例１と同様の手順で
水蒸気添加を行い、水蒸気添加前後の溶融金属シリコン
中でのボロン濃度が比較された。
【００２０】（比較例）実施例１と同じ水冷銅製容器及
び市販の金属シリコンを用い、プラズマの照射等を同じ
条件として溶融金属シリコンの溶湯を得、水蒸気添加を
行って、水蒸気添加前後での溶融金属シリコン中のボロ
ン濃度を比較した。ただし、この場合には磁場は印加し
なかった。
び市販の金属シリコンを用い、プラズマの照射等を同じ
条件として溶融金属シリコンの溶湯を得、水蒸気添加を
行って、水蒸気添加前後での溶融金属シリコン中のボロ
ン濃度を比較した。ただし、この場合には磁場は印加し
なかった。
【００２１】表１に、上述の実施例及び比較例で採取し
た分析用試料の分析結果をボロン濃度に関してのみ示
す。なお、水蒸気添加前の値は、［Ｂ0 ］欄に、２時間
水蒸気添加後の値は、［Ｂ］欄に表記した。表１より、
通常は除去し難いボロンが１ｐｐｍまで低下しているこ
とが明らかである。また、ボロン除去速度をｄｌｏｇ
（［Ｂ0 ］／［Ｂ］）÷２ｈｒで計算すると、本発明に
係る精製方法を用いた実施例は、比較例に対して２倍以
上のボロン除去速度を示すこともわかる。さらに、図６
には、実施例４の磁石配置での磁場と平均ボロン除去速
度の関係を示した。磁場を印加する本発明に係る精製方
法によれば、磁場のない比較例に対して平均ボロン除去
速度が明らかに向上している。
た分析用試料の分析結果をボロン濃度に関してのみ示
す。なお、水蒸気添加前の値は、［Ｂ0 ］欄に、２時間
水蒸気添加後の値は、［Ｂ］欄に表記した。表１より、
通常は除去し難いボロンが１ｐｐｍまで低下しているこ
とが明らかである。また、ボロン除去速度をｄｌｏｇ
（［Ｂ0 ］／［Ｂ］）÷２ｈｒで計算すると、本発明に
係る精製方法を用いた実施例は、比較例に対して２倍以
上のボロン除去速度を示すこともわかる。さらに、図６
には、実施例４の磁石配置での磁場と平均ボロン除去速
度の関係を示した。磁場を印加する本発明に係る精製方
法によれば、磁場のない比較例に対して平均ボロン除去
速度が明らかに向上している。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、安
価な市販の金属シリコンを出発原料としてボロン含有量
の低い高純度シリコンが得られた、また、その際、製造
時間が従来に比べ大幅に短縮することができた。
価な市販の金属シリコンを出発原料としてボロン含有量
の低い高純度シリコンが得られた、また、その際、製造
時間が従来に比べ大幅に短縮することができた。
【図１】本発明に係る精製方法で溶融金属シリコンの溶
湯に直流磁場を印加したときの湯面上の状況を示す平面
図である。
湯に直流磁場を印加したときの湯面上の状況を示す平面
図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】溶融金属シリコン浴に磁束密度分布を形成させ
た場合を示す図であり、（ａ）は実施例２における磁石
配置図、（ｂ）は（ａ）のＡ点から見た側面におけるシ
リコン浴の運動状況を示す図である。
た場合を示す図であり、（ａ）は実施例２における磁石
配置図、（ｂ）は（ａ）のＡ点から見た側面におけるシ
リコン浴の運動状況を示す図である。
【図４】溶融金属シリコン浴に磁束密度分布を形成させ
た場合を示す図であり、（ａ）は実施例３における磁石
配置図、（ｂ）は（ａ）のＢ点から見た側面におけるシ
リコン浴の運動状況を示す概略図である。
た場合を示す図であり、（ａ）は実施例３における磁石
配置図、（ｂ）は（ａ）のＢ点から見た側面におけるシ
リコン浴の運動状況を示す概略図である。
【図５】溶融金属シリコン浴に磁束密度分布を形成させ
た場合を示す図であり、（ａ）は実施例４における磁石
配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ点から見た側面
図、（ｃ）は（ａ）のＤ点から見た側面におけるシリコ
ン浴の運動状況を示す概略図である。
た場合を示す図であり、（ａ）は実施例４における磁石
配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ点から見た側面
図、（ｃ）は（ａ）のＤ点から見た側面におけるシリコ
ン浴の運動状況を示す概略図である。
【図６】本発明に係る精製方法を適用した場合の市販金
属シリコンからの平均ボロン除去速度と印加磁場との関
係を示す図である。
属シリコンからの平均ボロン除去速度と印加磁場との関
係を示す図である。
１ 水冷銅製容器（保持容器） ２ 溶融金属シリコン浴の湯面 ３ 溶湯の流れ ４ プラズマ照射部 ５ 外部磁場 ６ 電磁力 ７ プラズマトーチ ８ プラズマアーク ９ 溶融金属シリコンの断面 １０ 溶湯内の電流分布 １１ 電磁石鉄心 １２ 電磁石コイル １３ 電磁石電源 １４ 磁極位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 裕幸 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 阪口 泰彦 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内 (72)発明者 寺嶋 久栄 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 不活性ガスからなるプラズマジェット流
を溶融金属シリコン浴の湯面に噴射し、含有不純物を除
去する金属シリコンの精製方法において、 水蒸気を前記不活性ガスに混入又は別途に前記溶融金属
シリコン浴の湯面に吹き付けると共に、磁束の方向が該
溶融金属シリコン浴の湯面に平行になるよう直流磁場を
印加することを特徴とする金属シリコンの精製方法。 - 【請求項２】 上記溶融金属シリコン浴に、磁束密度分
布を付与することを特徴とする請求項１記載の金属シリ
コンの精製方法。 - 【請求項３】 溶融金属シリコンの保持容器と、該保持
容器の上方にあって炉底電極との間に不活性ガスのプラ
ズマジェット流を発生するプラズマトーチと、水蒸気を
不活性ガスに混入又は別途に溶融金属シリコン浴の湯面
に吹き付ける水蒸気供給手段とを備えた金属シリコンの
精製装置において、 上記保持容器の側壁外側に、磁束の方向が湯面に平行な
直流磁場を生じるよう磁石を配設したことを特徴とする
金属シリコンの精製装置。 - 【請求項４】 上記磁石が電磁石であることを特徴とす
る請求項３記載の金属シリコンの精製装置。 - 【請求項５】 溶融金属シリコンの保持容器と、該保持
容器の上方にあって炉底電極との間に不活性ガスのプラ
ズマジェット流を発生するプラズマトーチと、水蒸気を
不活性ガスに混入又は別途に溶融金属シリコン浴の湯面
に吹き付ける水蒸気供給手段とを備えた金属シリコンの
精製装置において、 上記溶融金属シリコン浴内に不均一な磁束密度分布の発
生手段を設けたことを特徴とする金属シリコンの精製装
置 - 【請求項６】 上記磁束密度の発生手段を、上記保持容
器の側壁外側に配置する磁石を複数個とし、隣り合う同
士の極性が互いに異なるようにしてなることを特徴とす
る請求項５記載の金属シリコンの精製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31071995A JPH09142823A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 金属シリコンの精製方法および精製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31071995A JPH09142823A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 金属シリコンの精製方法および精製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09142823A true JPH09142823A (ja) | 1997-06-03 |
Family
ID=18008661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31071995A Withdrawn JPH09142823A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 金属シリコンの精製方法および精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09142823A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0855367A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-29 | Kawasaki Steel Corporation | Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus |
| FR2772741A1 (fr) * | 1997-12-19 | 1999-06-25 | Centre Nat Rech Scient | Procede et installation d'affinage du silicium |
| JP2010517924A (ja) * | 2007-02-14 | 2010-05-27 | コミサリア ア エナジー アトミック | シリコン精製装置 |
| KR101372785B1 (ko) * | 2011-12-23 | 2014-03-12 | 주식회사 포스코 | 실리콘 용탕의 정련장치 |
| US8926749B2 (en) | 2002-02-20 | 2015-01-06 | Hemlock Semi Conductor | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
-
1995
- 1995-11-29 JP JP31071995A patent/JPH09142823A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0855367A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-29 | Kawasaki Steel Corporation | Method for removing boron from metallurgical grade silicon and apparatus |
| FR2772741A1 (fr) * | 1997-12-19 | 1999-06-25 | Centre Nat Rech Scient | Procede et installation d'affinage du silicium |
| WO1999032402A1 (fr) * | 1997-12-19 | 1999-07-01 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procede et installation d'affinage du silicium |
| US8926749B2 (en) | 2002-02-20 | 2015-01-06 | Hemlock Semi Conductor | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
| US9909231B2 (en) | 2002-02-20 | 2018-03-06 | Hemlock Semiconductor Operations Llc | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
| JP2010517924A (ja) * | 2007-02-14 | 2010-05-27 | コミサリア ア エナジー アトミック | シリコン精製装置 |
| KR101372785B1 (ko) * | 2011-12-23 | 2014-03-12 | 주식회사 포스코 | 실리콘 용탕의 정련장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030204 |