JPS63218506A - 分割されたけい素をプラズマの下で精製する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、光電池又はエレクトロニクスの用途に要求さ
れる純度で塊状の中実けい素を得るのを可能にする、分
割されたけい素をプラズマの下で精製する方法に関する
。

〔従来技術〕

けい素が光電池を構成するのに使用し得るためには、そ
の中の各種元素の含有量は各基準に応じた非常に低い閾
値よりも低くなければならない。

特に、電子キラーの性質を示す元素（例えばＶ。

Ｃｒ　％Ｔ　ｉ　ｓ　Ｚ　ｒ　ｓ　Ｎ　ａ　）の含有量
は５０　ｐｐｂ以下でなければならない。また、中性元
素＜４ＩＰにＦｅ％Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃ％Ｍｎ　）の含有量
は約ｌｐｐｍを超えてはならない。さらに、ドーピング
元素（その中でも＃１う素、アルミニウム、りん及びひ
素が主要なものであるが）の含有量は、得られるけい素
がｐ又はｎ型であるように極めて低い値に制御されねは
ならない。また、けい素がエレクトロニクスの分野で利
用し得るためには、ドーピング不純物の含有量は１０　
ｐｐｂ以下でなければならない。

７ランス特許第２４５８４９９号によれば、アルゴンと
水素との混合物の高周波励起によって得られるプラズマ
の下での帯溶融法によってインゴット状の中実けい素体
を精製することが知られている。

また、ヨーロッパ特許出願第４５６８９号によれば、ア
ルゴン、酸素及び随意成分としての水素の混合物からな
るプラズマの下での帯溶融法によってけい素インゴット
を精製する方法が知られている。

このように、現在までのところでは、けい素インゴット
の精製方法しか提案されなかった。

〔発明の目的〕

本発明が解決しようとする問題点は、分割された状態の
けい素をプラズマの下でｒＲ製する方法を得ることであ
る。しかし、前記の特許又は特許出願に記載の方法を分
割されたけい素に適用しようと試みる力らば、所望の精
製を達成することは不可能であることが認められる。

ここに、本発明者は、光電池又はエレクトロニクスの用
途に利用できるようにするため分割された状態のけい素
をプラズマの下で精製することを可能からしめる方法を
見出した。

さらに、本発明は分割されたけい素から非常に純粋な塊
状のけい素体の製造することを可能にするが、このこと
は安価な純粋でない分割されたけい素に側型を与え又は
一般に側型のなくなったけい素、即ち規格外の粉末製品
、棒状物を鋸で薄切りにすることによって出るくずなど
に側型を与えるのに特に有益なものとなる。

本発廚の方法の他の利点は、本発明の方法が坩堝の壁を
作るために又はけい素粉末を坩堝から分離するために慣
用される、壁と接して置かれるグラファイト又は保饅ス
ラグのよう慶材料を除去することを可能にするというこ
とである。

〔発明の詳細な説明〕

実際には、本発明をζ分割されたけい素をプラズマ発生
用ガスの高周波励起によって得られる熱プラズマの下で
溶融することによって精製するにあたり、第一工程にお
いて、プラズマ発生用ガスを１チル１００％の水素と９
９％〜０チのアルゴンとの混合物より構成して分割され
たけい素の溶融を行い、第二工程において、前記第一工
程から得られた溶融けい素を、プラズマ発生用ガスがア
ルゴン、水素及び酸素との混合物であってその中の酸素
の割合が（１００５％−１０５−でありかつ水素の割合
が１ｑＩｂ〜？　？−９９５％であるよう力ものから構
成されたプラズマによって処理することを特徴とする分
割されたけい素をプラズマの下で精製する方法に関する
。

本発明の方法によれば、けい素は、粉末、顆粒、削りく
ず表どの分割された形で用いられる。

けい素が粉末状で用いられるときは、その粒度は、一般
に、粒子の平均直径が４０μ〜１龍の間であるようなも
のである。さらに、本出願人によるヨーロッパ特許第０
１００２６８号に記載の粉末と合致する粉末の使用は、
本発明の方法により特に考慮できる。本発明の方法は冶
金学的品質のけい素に対して利用できるが、この方法は
けい素がある一定の純度を有するとき並びに光電池又は
エレクトロニクスの用途にけい素を直接利用できるよう
にするため精製しなければならないときに一層有益であ
る。

本発明によれば、分割されたけい素の溶融はプラズマ発
生用ガスの高周波励起によって得られる熱プラズマによ
り行われ、そしてそのプラズマ自体はアークプラズマの
使用と結びつく汚染の恐れを回避するため誘導により具
合よく発生せしめられる。

本発明の方法の第一工程によれば、分割されたけい素の
溶融は、プラズマ発生用ガスが１％〜１００チの水素と
９９−〜０チのアルゴンとの混合物からなるプラズマの
下で行われる。

用いられるプラズマの強さは、処理する粉末の量、その
純度及びプラズマ発生用ガスの組成に応じて適宜選ばれ
る。例えば、その強さは処理されるけい素の１に１Ｆ当
り５　ｋＷｈ〜２５　ｋＷｈ　の間であってよい。

本発明の特に好ましい実施態様によれば１分割されたけ
い素の溶融は、ある一定の厚さの未溶融けい素を坩堝と
接触させながら局部的に行われる。

この分割されたけい素の薄層では熱の生じ方が悪い。し
たがって、この層は熱損失を軽減し、そして坩堝の表面
との反応を回避しながら坩堝の壁から生じる不純物が溶
融けい素内に拡散するのを防止している。この未溶融の
分割されたけい素の薄層の厚さは一般Ｋ　１　ｍ〜２０
ｔｇの間である。

溶融けい素の容積は用いる坩堝の形状に合される。

本発明の方法の第二工程によれば、第一工程より生じる
溶融けい素は、プラズマ発生用ガスがアルゴン、水素及
び酸素の混合物であってその中の酸素の割合が１００５
％〜００５％でありかつ水素の割合が１−〜９９．９９
５　％であるよう表ものから構成されるプラズマによっ
て処理される。

上記の酸素含有量は本発明では臨界的である。

この最小含有量より少ない場合には、抽出しようと望む
元素の精製は不十分である。また、最大含有量よりも高
い場合には所望の精製をそれ以上得ることはできない。

なお、当業者に周知の技術によって酸を作用させること
によりその後に実施することができる１９．５素化合物
の補足的除去は、この場合に用いるべき酸の量が多すぎ
るために経済的でないことが証明される。

本発明の方法は、大気圧下で又は大気圧よりもわずかに
低いか若しくは高い圧力下で行うことができる。さらに
、けい素と接触する雰囲気はプラズマの雰囲気と同じで
なければならない。

本発明の方法は、斯界で知られた装置、特に本出願人に
係るヨーロッパ特許出願第００４５６８９号及びフラン
ス特許出願第２４５８４９９９号・に記載の装置で実施
することができる。以下に、この装置の概略を説明する
。

この装置は、精製すべき分割されたけい素を受容するよ
うに定められた坩堝を支持するロンドの導入口をあけた
不透過性端部により閉じた水平に配置した円筒体を有す
る。スクリューとナツト接合及びモーターにより構成さ
れる機構によって、円筒体の軸線に平行にボートを移動
させることができる。この円筒体は、その上部に、プラ
ズマを作るようにした絶縁材料、例えば石英製の管を不
透過態様で接続した継ぎ手を有する。この管は、その上
部において、酸素が導入されるプラズマ発生用ガスの混
合物を受容する。この流入装置は混合室を含み、この混
合室には調節弁を備えたプラズマ発生用ガス（精製され
たアルゴン及び（又は）水素）導入管及び酸素の流量を
非常に低くかつ定められたレベルに調節するための制御
式漏れ弁を備えた酸素導入管が通されている。プラズマ
発生用ガスの流量は、装置の技術的特徴に応じて当業者
に周知のようにして調節される。

プラズマを作り出すための高周波電磁場は管の周囲に巻
いた巻線によって得られ、十分な強度の高周波発生器に
よって供給される。

さらに、円筒体は、その円筒体をパージし又はガスの循
環を大気圧に近い圧力にするために真空ポンプに連結す
るための接合具を有することができる。

本発明の方法を上に示した装置で実施するには、典型的
な過程に従って行われる。即ち、分割されたけい素が坩
堝内に置かれる。円筒体内に含まれる空気を排除するた
めにポンプ手段を始動させる。次いで管を、円筒体内に
適当な圧力を得るのに適した流量でもってプラズマ発生
用ガス供給丼と連通させる。次いで高周波源を管の内部
に高周波誘導によりプラズマを作り出させるのに十分な
強さでもって作動させる。ガスのポンプ作用によってプ
ラズマジェットが形成され、坩堝上に運ばれる。この坩
堝は。

処理開始時においては、装置の左側に位置している。分
割されたげい素の所望の帯溶融が得られたがらば、未溶
融の分割されたけい素の薄層を坩堝と接触させながら酸
素を他のプラズマ発生用ガスと連通させる。

坩堝を右側に移動させる。最初はボートの右側にあった
溶融帯は、精製された帯域を後方に残しながら左側端部
に向けてゆっくりと進行する。

処理終了時には、不純物は得られたインゴットの左側端
部に見出され、しかして典型的な帯溶融法におけるよう
にしてこの左側端部を分離することによって不純物を除
去することができる。

なお、所望外らば、各工程において溶融帯止に複数回プ
ラズマを通過させることも本発明の範囲から逸脱するこ
となく可能である。さらに、溶融したけい素は分割され
たけい素よりも小さい容積を占めることから、各操作後
に坩堝に分割されたけい素を新たに一杯に入れて本発明
の方法に従う操作を複数回実施することも可能である。

本発明の方法によれば、光電池又はエレクトロニクスの
用途に要求される純度の塊状けい素を得ることもできる
。

以下の実施例は本発明を例示するものであって、その範
囲を何ら制限するものではない。

例１ この例では、ヨーロッパ特許出願第４５６８９号に記載
の装置を用いる。

用いたプラズマの強さは７　ｋＷｈ　　である。５゜Ｉ
のけい素粉床（その平均直径は５０μで、各種の不純物
の濃度は下記の表１に示した通りである）を坩堝（直径
２．ｓｃｍ、高さ１５Ｂ）に入れる。

プラズマ発生用ガスの組成が９９９６のアルゴン及び１
ｅｓの水素であるプラズマトーチの下で坩堝を通入する
ことにより粉末を溶融させ、そして坩堝の移動速度は、
トーチに対して６０　ｃｗｔ　／　ｈに固定する。アル
ゴンの流量は装置内で５０　ｊ　／　ｍｉｎに固定し、
そして水素の流量はａ　５１７　ｍ１ｎに固定する。溶
融は、約２ｆｉの未溶融けい素の薄層を坩堝と接触させ
るよう力態様で行う。

分割されたけい素が溶融したならば、プラズマ発生用ガ
スにα０５チの酸素を導入することによってその組成を
変える。二工程とも大気圧下で実施した。

さらに、けい素と接する雰囲気は用いるプラズマの雰囲
気と同じであった。かくして、５０９の精製されたけい
素の中実の棒状体が得られた。

下記の表１に３種の異なった粉末試料について達成され
た精製結果を示すが、試験片の分析はプラズマ発光分光
分析法によって行った。

表１ 例２（比較例） 例１と同じ粉末を用い、そして下記の組成、即ち９９−
のアルゴン、１チの水素及び０．０３％の酸素よりなる
組成のプラズマ発生用ガスを直接用いて例１と同じ装置
で実施する。この方法によれば、依然粉末状でありかつ
プラズマとの接触時間をいかにしても精製することがで
きない物質が得られた。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）分割されたけい素をプラズマ発生用ガスの高周波
   励起によつて得られる熱プラズマの下で溶融することに
   よつて精製するにあたり、第一工程において、プラズマ
   発生用ガスを１％〜１００％の水素と９９％〜０％のア
   ルゴンとの混合物より構成して分割されたけい素の溶融
   を行い、第二工程において、前記第一工程から得られた
   溶融けい素を、プラズマ発生用ガスがアルゴン、水素及
   び酸素との混合物であつてその中の酸素の割合が０．０
   ０５％〜０．０５％でありかつ水素の割合が１％〜９９
   ．９９５％であるようなものから構成されたプラズマに
   よつて処理することを特徴とする分割されたけい素をプ
   ラズマの下で精製する方法。
2. （２）分割されたけい素の溶融をある厚さの未溶融のけ
   い素を坩堝と接触させながら局部的に実施し、しかして
   この分割されたけい素の薄層は熱をそれほど生じず、し
   たがつて熱損失を軽減し、そして坩堝の表面との反応を
   回避しながら坩堝の壁から生じる不純物が溶融けい素内
   に拡散するのを防止することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。
3. （３）未溶融の分割されたけい素の薄層の厚さが一般に
   、１ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の方法。
4. （４）大気圧下で又は大気圧よりもわずかに高く若しく
   は低い圧力下で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。