用于将棒状材料片段化的方法和设备以及设备的应用技术

本发明专利技术涉及一种用于将棒状半导体材料(1)片段化的方法，该方法包括以下步骤：a)提供棒状材料(1)的被工艺流体(2)包围的区段(3)；b)将具有两个电极(5、6)的电极装置(4)这样设置在该区段(3)的区域中，使得所述电极(5、6)浸入工艺流体(2)中并且在此相互间具有距离而且分别与棒状材料(1)具有距离；c)通过给电极装置(4)加载高压脉冲来在电极(5、6)区域中产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿，其中，在产生高压击穿期间在电极装置(4)和棒状材料(1)之间产生沿棒状材料(1)纵向方向的相对运动。借助本发明专利技术方法可将棒状材料以低的能耗破碎成大小和形状相对均匀的片并且在此将杂质污染保持在极低水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据独立权利要求前序部分的、一种用于将尤其是由多晶硅制成的棒状材料片段化的方法、一种用于实施该方法的设备以及一种该设备的应用。
技术介绍
主要使用西门子法来制造高纯度多晶硅，高纯度多晶硅是用于太阳能或电子工业的多晶或单晶衬底的晶体培育的基本材料。借助该方法制造厚度在100mm至150mm之间的范围内的多晶硅棒，这些多晶硅棒必须被破碎成小块才能用在晶体生长炉中。在此应注意，所述小块应尽可能具有介于10mm至30mm之间的大小，不应小于2mm且不应呈针状，否则这会对流变特性产生不利影响。由于硅具有特殊的晶体结构，因此很难将硅棒破碎成大小且形状尽可能均匀的片段。此外应注意，高纯度基本材料在破碎时不得因接触杂质而被污染。材料被杂质、尤其是被金属污染是很苛刻的并且应小于5ppb、更优选低于2ppb。现有技术中公开了各种用于破碎硅棒的方法，在这些方法中，要么通过机械、要么通过热作用、要么通过机械和热作用的结合来破碎棒。也已知通过冲击波来破碎棒。但所有这些已知方法在运行成本及设备成本、能耗、材料粒度和/或材料污染方面都存在实质性缺点。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于提供不具有或至少部分避免现有技术的缺点的方法和装置。该任务通过独立权利要求的技术方案得以解决。相应地，本专利技术的第一方面涉及一种用于将优选由半导体材料、如多晶硅制成的棒状材料片段化的方法。在此，将具有两个或更多个电极的电极装置这样设置在待片段化棒状材料的浸入工艺流体、优选水中的区段的区域中，使得所述电极浸入工艺流体中并且不仅相互间具有距离而且分别与棒状材料具有距离。这样选择所述距离，使得通过给电极装置加载高压脉冲可在所述电极区域中产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。所述距离的大小与工艺流体的导电率、棒状材料的导电率及高压脉冲的大小有关。本领域技术人员可根据具体运行情况通过简单的试验确定适合的距离。给电极装置加载高压脉冲，使得产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。在产生高压击穿期间，在电极装置和棒状材料之间产生沿棒状材料纵向方向的相对运动，由此穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿的位置在棒状材料的纵向方向上不断变化。借助本专利技术方法例如可将棒状半导体材料和尤其是硅棒以较低能耗破碎成大小和形状相对均匀的片段，这些片断最适合于在晶体生长炉内进一步处理。利用该方法也可将杂质污染保持在极低水平。在该方法的一种优选实施方式中，棒状材料在片段化时完全浸入工艺流体中。在此，棒状材料优选具有大致水平的位置。在此进一步优选，棒状材料在片段化时容纳在向上开口的盆状或碗状容器中，并且由该棒状材料的片段化产生的片段收集在该容器中并且在完全片段化后与该容器一起被运走。因此，该方法可在工业批量处理中借助相对简单且没有复杂运输装置的设备来实施。在该方法的另一种优选实施方式中，棒状材料在片段化时以一个端部浸入工艺流体中，并且棒状材料在此优选具有倾斜位置，在该倾斜位置中，棒状材料的下端部浸入工艺流体中。由此，该方法可以按简单的方式在准连续运行中通过连续将棒状材料供应到被工艺流体灌满的片段化区中来实现。有利的是，电极装置和棒状材料之间的相对运动至少部分通过使棒状材料沿其纵向方向移动产生。替代或补充地规定，为了在电极装置和棒状材料之间产生相对运动，使电极装置沿棒状材料的纵向方向移动。根据设备方案，所述一种或另一种方案或两种方案的组合可以是特别优选的。在此，在后一种方案中，优选使电极装置与产生高压脉冲的高压发生器一起沿棒状材料的纵向方向移动。由此可弃用电极装置与高压发生器复杂的可动连接。如果棒状材料在片段化时具有倾斜位置或优选水平位置，并且电极装置的电极在此设置在棒状材料上方、优选相对于棒状材料的纵轴线大致居中，那么由此可实现特别均匀的片段化结果。优选这样设置电极装置的电极，使得相应电极到棒状材料表面的距离分别处于2mm至40mm的范围内，并且各电极之间的距离处于40mm至100mm之间的范围内。所述范围内的距离已证明是特别适合的。优选以在100KV至300KV之间的范围内、尤其是以在150KV至200KV之间的范围内的高压脉冲加载电极装置，以便产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。高压脉冲优选具有在300焦耳至1000焦耳之间、尤其是500焦耳至750焦耳之间的每脉冲功率。所述电压范围和功率范围已证明是特别适合的。优选以具有在0.5Hz至40Hz之间的范围内、尤其是在1Hz至5Hz之间的范围内的脉冲频率的高压脉冲加载电极装置，以便产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。优选这样进行电极装置和棒状材料之间的相对运动和/或给电极装置加载高压脉冲，使得电极装置每毫米相对运动被加载0.5至1.0个脉冲、尤其是0.1至2.0个脉冲。这种脉冲频率和每毫米相对运动的脉冲加载已证明是特别适合的。优选以工艺流体冲刷在电极装置的电极和棒状材料之间的区域，该区域被灌满工艺流体。通过这种方式可从处理区中去除细料并且确保处理区中的工艺流体的恒定质量，这有利于稳定的工艺控制。在本方法的一种优选实施方式中，电极装置的所述至少两个电极的第一电极被加载高压脉冲，而所述电极的第二电极位于固定电位、尤其是被接地，以便产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。在本方法的另一种优选实施方式中，同时以具有不等于地电位的不同电位的脉冲加载电极装置的所述至少两个电极，以便产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。根据所使用的高压脉冲源的类型和结构，可以优选所述一种或另一种方案。本专利技术的第二方面涉及一种用于实施根据本专利技术第一方面的方法的设备。该设备包括可用工艺流体、优选水填充的处理室，并且棒状材料或其区段可这样设置在处理室中，使得棒状材料或棒状材料区段在处理室用工艺流体填充的情况下被工艺流体包围。此外，所述设备包括具有至少两个电极的电极装置，所述电极在处理室用工艺流体填充并且正常容纳棒状材料或容纳棒状材料区段的情况下可为正常运行这样设置在棒状材料或容纳棒状材料的所述区段的区域中，使得所述电极浸入工艺流体中并且在此相互间具有距离并且分别与棒状材料具有距离，所述距离允许在正常运行中通过给电极装置加载高压脉冲来在所述电极区域中产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。如上所述，所述距离与工艺流体的导电率、棒状材料的导电率及高压脉冲的大小有关。本领域技术人员可根据具体运行情况通过简单的试验来确定适合的距离。所述设备还包括用于给电极装置加载高压脉冲以便产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿的器件以及用于在正常运行中产生高压击穿期间在电极装置和棒状材料之间这样产生沿棒状材料纵向方向的相对运动的器件，使得穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿的位置在该材料的纵向方向上不断变化，棒状材料在该位置上始终被工艺流体包围并且电极在该位置上始终浸入工艺流体中。借助本专利技术设备可以按简单方式实施根据本专利技术第一方面的方法。在一种优选实施方式中，所述设备包括用于容纳棒状材料的装置、优选用于容纳棒状材料的向上开口的盆状或碗状容器。借助该容器，棒状材料可在正常运行中在处理室中完全被工艺流体包围，更确切地说优选处于水平位置中。在此，另外优选这样构造该设备，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将尤其是由半导体材料、尤其是由多晶硅制成的棒状材料(1)片段化的方法，该方法包括以下步骤：a)提供棒状材料(1)的被工艺流体(2)、尤其是水(2)包围的区段(3)；b)将具有至少两个电极(5、6)的电极装置(4)这样设置在该区段(3)的区域中，使得所述至少两个电极(5、6)浸入工艺流体(2)中并且在此相互间具有距离而且分别与棒状材料(1)具有距离；和c)通过给电极装置(4)加载高压脉冲来在两个电极(5、6)的区域中产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿，其中，在产生高压击穿期间，在电极装置(4)和棒状材料(1)之间产生沿棒状材料(1)纵向方向的相对运动，使得穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿的位置在棒状材料(1)的纵向方向上不断变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于将尤其是由半导体材料、尤其是由多晶硅制成的棒状材料(1)片段化的方法，该方法包括以下步骤：a)提供棒状材料(1)的被工艺流体(2)、尤其是水(2)包围的区段(3)；b)将具有至少两个电极(5、6)的电极装置(4)这样设置在该区段(3)的区域中，使得所述至少两个电极(5、6)浸入工艺流体(2)中并且在此相互间具有距离而且分别与棒状材料(1)具有距离；和c)通过给电极装置(4)加载高压脉冲来在两个电极(5、6)的区域中产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿，其中，在产生高压击穿期间，在电极装置(4)和棒状材料(1)之间产生沿棒状材料(1)纵向方向的相对运动，使得穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿的位置在棒状材料(1)的纵向方向上不断变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，以完全浸入工艺流体(2)中的方式提供棒状材料(1)，并且棒状材料(1)在此尤其是具有水平位置。3.根据权利要求2所述的方法，其中，以容纳于向上开口的盆状或碗状容器(7)中的方式提供棒状材料(1)、尤其是在水平位置中的棒状材料，并且在片段化棒状材料(1)之后把由片段化产生的棒状材料(1)片段与该盆状或碗状容器(7)一起从片段化位置运输至另一位置。4.根据权利要求1所述的方法，其中，以把一个端部浸入工艺流体中的方式提供棒状材料，并且尤其是，棒状材料在此具有倾斜位置并且棒状材料的下端部浸入工艺流体中。5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，为了在电极装置和棒状材料之间产生相对运动，使棒状材料沿其纵向方向移动。6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，为了在电极装置(4)和棒状材料(1)之间产生相对运动，使电极装置(4)沿棒状材料(1)的纵向方向移动。7.根据权利要求6所述的方法，其中，电极装置(4)与产生高压脉冲的高压发生器一起沿棒状材料(1)的纵向方向移动。8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，以倾斜位置或水平位置提供棒状材料(1)，并且电极装置(4)的所述至少两个电极(5、6)设置在棒状材料(1)上方、尤其是相对于棒状材料(1)的纵轴线大致居中。9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，这样设置电极装置(4)的所述至少两个电极(5、6)，使得各电极(5、6)到棒状材料(1)表面的距离分别处于2mm至40mm的范围内并且各电极(5、6)之间的距离处于40mm至100mm之间的范围内。10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，以在100KV至300KV之间的范围内、尤其是以在150KV至200KV之间的范围内的高压脉冲加载电极装置(4)，以便产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿。11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，以每脉冲功率在300焦耳至1000焦耳之间、尤其是500焦耳至750焦耳之间的高压脉冲加载电极装置(4)，以便产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿。12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，以在0.5Hz至40Hz之间的范围内、尤其是在1Hz至5Hz之间的范围内的高压脉冲频率加载电极装置(4)，以便产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿。13.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，这样进行电极装置(4)和棒状材料(1)之间的相对运动和/或给电极装置(4)加载高压脉冲，使得电极装置(4)每毫米相对运动被加载0.5至1.0个脉冲、尤其是被加载0.1至2.0个脉冲。14.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，以工艺流体(2)冲刷在电极装置(4)的电极(5、6)和棒状材料(1)之间的区域。15.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，电极装置(4)的所述至少两个电极(5、6)的第一电极(5)被加载高压脉冲，而所述电极(5、6)的第二电极(6)位于固定电位、尤其是被接地，以便产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状材料(1)表面的高压击穿。16.根据权利要求1至14之一所述的方法，其中，同时以具有不等于地电位的不同电位的脉冲加载电极装置的所述至少两个电极，以便产生穿过棒状材料和/或沿棒状材料表面的高压击穿。17.用于实施根据上述权利要求之一所述的方法的设备，该设备包括：a)能用工艺流体(2)、尤其是用水填充的处理室(8)，该处理室用于这样容纳棒状材料(1)或棒状材料(1)区段(3)，使得棒状材料(1)或棒状材料(1)区段(3)在处理室(8)用工艺流体(2)填充的情况下被工艺流体(2)包围；b)具有至少两个电极(5、6)的电极装置(4)，所述电极在处理室(8)用工艺流体(2)填充并且正常容纳棒状材料(1)或棒状材料(1)区段(3)的情况下能在正常情况下这样设置在棒状材料(1)或棒状材料(1)区段(3)的区域中，使得所述至少两个电极(5、6)浸入工艺流体(2)中并且在此相互间具有距离并且分别与棒状材料(1)具有距离，所述距离允许在正常运行中通过给电极装置(4)加载高压脉冲来在所述电极(5、6)区域中产生穿过棒状材料(1)和/或沿棒状...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·卡佩勒，A·维，J·卡尔克，R·米勒西伯特，J·科利，M·E·莫拉赫，
申请(专利权)人：泽尔弗拉格股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH