一种电子束分次熔炼提纯多晶硅的方法技术

本发明专利技术属于用物理冶金技术提纯多晶硅的技术领域。一种电子束分次熔炼提纯多晶硅的方法，首先备料：将洗净烘干后的硅料置于电子束熔炼炉中；再预处理：对坩锅水冷、电子枪预热；最后提纯：采用以200-300mA的小束流电子束熔化并熔炼一段时间，然后降低束流为零，待硅锭完全变暗，硅蒸气回凝入熔池后，再次以200-300mA的小束流熔炼多晶硅一段时间后停止束流，重复小束流熔炼和停止束流的操作多次，最后冷却凝固即可得到磷含量很低的多晶硅锭。本发明专利技术的显著效果是采用了电子束分次熔炼的技术，一方面降低硅的蒸发损失量，此方法提纯效果好，技术稳定，工艺简单，节能降耗，周期短，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用物理冶金技术提纯多晶硅的
，特别涉及一种利用电子束进 行熔炼去除多晶硅中杂质磷的方法。
技术介绍
在能源紧缺、倡导低碳环保的社会，太阳能作为一种环保新能源，具有重大的应用 价值。太阳能电池可以将太阳能转换为电能，而太阳能级多晶硅材料又是太阳能电池的重 要原料，因此，太阳能级多晶硅材料的制备技术尤其重要。目前，世界范围内制备太阳能级 多晶硅材料的主要技术路线有改良西门子法，硅烷法，冶金法。其中改良西门子法的原理 就是在1100°c左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。 但是改良西门子法能耗高、污染严重，属于欧美淘汰的旧技术。硅烷法就是硅烷(SiH4)热分 解制备多晶硅的方法，但是该工艺生产操作时危险性大(硅烷易燃易爆)、综合生产成本较 高。冶金法主要包括电子束熔炼法、等离子束熔炼法、定向凝固法、造渣法、电解法、碳热还 原法等。相比而言冶金法具有生产周期短、污染小、成本低的特点，是各国竞相研发的重 点。电子束应用于冶金熔炼中，用于熔化提纯材料，已知申请号为200810011631.8的专利技术 专利，利用电子束进行熔炼去除多晶硅中的杂质磷，但是此电子束熔炼过程中，电子束持续 较大束流熔炼多晶硅，此过程中不仅硅蒸发量较大，而且大束流持续熔炼产生的大量硅蒸 气将阻碍磷杂质的挥发，使得磷杂质回流，不利于杂质的去除。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述不足问题，提供一种电子束分次熔炼提纯多晶硅的方 法，利用电子束小束流分多次进行熔炼，从而更好的去除多晶硅中的杂质磷，将多晶硅中的 杂质磷去除到0. 00003%以下的程度，进而达到太阳能电池用硅材料的使用要求。本专利技术采用的技术方案是，首先备料 将洗净烘干后的硅料置于电子束熔炼炉中；再预处理对坩锅水冷、电子枪预热；最后提 纯采用以200-300mA的小束流电子束熔化并熔炼一段时间，然后降低束流为零，待硅锭完 全变暗，硅蒸气回凝入熔池后，再次以200-300mA的小束流熔炼多晶硅一段时间后停止束 流，重复小束流熔炼和停止束流的操作多次，最后冷却凝固即可得到磷含量很低的多晶硅Iio所述提纯打开电子枪的高压和束流，稳定后用电子枪以200-300mA束流轰击高 磷含量的多晶硅料，熔化后熔炼5-lOmin，降低束流为0mA，待硅锭完全变暗之后，再次将电 子枪的束流调节至200-300mA进行熔化，熔化后熔炼5-lOmin，再次降低束流为0mA，再重复 200-300mA束流电子束熔化后熔炼5-lOmin及降束流为OmA的操作3_5次，最后关闭束流， 硅液冷却凝固成硅锭，继续抽真空15-30分钟，打开放气阀放气，打开真空盖，即可得到磷 含量很低的多晶硅锭。3所述备料取一定量高磷含量的多晶硅料，用去离子水清洗4-5次，放入烘干箱中 50°C温度下烘干，将此多晶硅料放入电子束熔炼炉内的熔炼坩埚中。所述预处理用真空泵组将电子束熔炼炉真空抽至0. 002Pa以下；对底部带冷却 的熔炼坩埚进行水冷，温度维持在25-45°C ；预热电子枪，设置高压为^_30kV，高压预热 5-10分钟后，关闭高压，电子枪束流设置为100-200mA，进行预热，预热10-15分钟后，关闭 电子枪束流。本专利技术的显著效果是采用了电子束分次熔炼的技术，所谓电子束分次熔炼是指， 电子束小束流熔化熔炼多晶硅一段时间后停止束流，待硅锭变暗，硅蒸气回凝入熔池后，再 次以小束流熔炼多晶硅一段时间后停止束流，重复小束流熔炼和停止束流的操作多次，最 后冷却凝固得到磷含量很低的多晶硅的方法。此方法一方面降低硅的蒸发损失量，另一方 面，由于大束流持续熔炼产生的大量硅蒸气将阻碍杂质磷的挥发，使得杂质磷回流重新进 入硅熔体，这将减小杂质磷的去除效率，此方法将有效提高杂质磷的去除效率，并将杂质磷 的含量降到更低的程度，以满足太阳能级硅的使用要求。此方法提纯效果好，技术稳定，工 艺简单，节能降耗，周期短，生产效率高。附图说明附图1为的流程图。 具体实施例方式下面结合具体实施例和附图1详细说明本专利技术，但本专利技术并不局限于具体实施 例。实施例1第一步备料取500g磷含量为0. 001%的多晶硅料，用去离子水清洗4次，放入烘干箱 中50°C温度下烘干，将此多晶硅料放入电子束熔炼炉内的熔炼坩埚中；第二步预处理用真空泵组将电子束熔炼炉真空抽至0. OOlSPa以下；对底部带冷却的 熔炼坩埚进行水冷，温度维持在40°C ；预热电子枪，设置高压为30kV，高压预热5分钟后，关 闭高压，电子枪束流设置为100mA，进行预热，预热15分钟后，关闭电子枪束流；第三步提纯打开电子枪的高压和束流，稳定后用电子枪以200mA束流轰击高磷含量 的多晶硅料，熔化后熔炼lOmin，降低束流为OmA，待硅锭完全变暗之后，再次将电子枪的束 流调节至200mA进行熔化，熔化后熔炼lOmin，再次降低束流为OmA，再重复200mA束流电子 束熔化后熔炼IOmin及降束流为OmA的操作3次，最后关闭束流，硅液冷却凝固成硅锭，继 续抽真空30分钟，打开放气阀放气，打开真空盖，即可得到磷含量0. 000025%的多晶硅锭。实施例2第一步备料取500g磷含量为0. 0013%的多晶硅料，用去离子水清洗4次，放入烘干箱 中50°C温度下烘干，将此多晶硅料放入电子束熔炼炉内的熔炼坩埚中；第二步预处理用真空泵组将电子束熔炼炉真空抽至0. OOlSPa以下；对底部带冷却的 熔炼坩埚进行水冷，温度维持在40°C ；预热电子枪，设置高压为30kV，高压预热5分钟后，关 闭高压，电子枪束流设置为200mA，进行预热，预热10分钟后，关闭电子枪束流；第三步提纯打开电子枪的高压和束流，稳定后用电子枪以300mA束流轰击高磷含量的多晶硅料，熔化后熔炼5min，降低束流为0mA，待硅锭完全变暗之后，再次将电子枪的束 流调节至300mA进行熔化，熔化后熔炼5min，再次降低束流为0mA，再重复300mA束流电子 束熔化后熔炼IOmin及降束流为OmA的操作5次，最后关闭束流，硅液冷却凝固成硅锭，继 续抽真空30分钟，打开放气阀放气，打开真空盖，即可得到磷含量0. 00002%的多晶硅锭。实施例3第一步备料同实施例1 ；第二步预处理用真空泵组将电子束熔炼炉真空抽至0. OOlSPa以下；对底部带冷却的 熔炼坩埚进行水冷，温度维持在40°C ；预热电子枪，设置高压为^kV,高压预热10分钟后， 关闭高压，电子枪束流设置为150mA，进行预热，预热15分钟后，关闭电子枪束流；第三步提纯打开电子枪的高压和束流，稳定后用电子枪以300mA束流轰击高磷含量 的多晶硅料，熔化后熔炼lOmin，降低束流为OmA，待硅锭完全变暗之后，再次将电子枪的束 流调节至^OmA进行熔化，熔化后熔炼8min，再次降低束流为OmA，再重复300mA束流电子 束熔化后熔炼5min及降束流为OmA的操作5次，最后关闭束流，硅液冷却凝固成硅锭，继续 抽真空30分钟，打开放气阀放气，打开真空盖，即可得到磷含量0. 00002%的多晶硅锭。本专利技术除磷经实例检验提纯效果好，能耗小，成本低，工艺简单，周期短，生产效率 较高。权利要求1.，其特征是首先备料将洗净烘干后的硅 料置于电子束熔炼炉中；再预处理对本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电子束分次熔炼提纯多晶硅的方法，其特征是：首先备料：将洗净烘干后的硅料置于电子束熔炼炉中；再预处理：对坩锅水冷、电子枪预热；最后提纯：采用以２００－３００ｍＡ的小束流电子束熔化并熔炼一段时间，然后降低束流为零，待硅锭完全变暗，硅蒸气回凝入熔池后，再次以２００－３００ｍＡ的小束流熔炼多晶硅一段时间后停止束流，重复小束流熔炼和停止束流的操作多次，最后冷却凝固即可得到磷含量很低的多晶硅锭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭毅，战丽姝，邹瑞洵，郭校亮，
申请(专利权)人：大连隆田科技有限公司，
类型：发明
国别省市：91