JPH075288B2

JPH075288B2 - 分割されたけい素をプラズマの下で精製する方法

Info

Publication number: JPH075288B2
Application number: JP29172086A
Authority: JP
Inventors: ジヤツク・アムールー; ダニエル・モルバン
Original assignee: フォトワット・インタナショナル・ソシエテ・アノニム
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1986-12-09
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPS63218506A

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て非常に低い閾
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、Ti、Zr、Na）の含有量は
50ppb以下でなければならない。また、中性元素（特にF
e、Ni、Mg、Ｃ、Mn）の含有量は約1ppmを超えてはなら
ない。さらに、ドーピング元素（その中でもほう素、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ばならない。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10ppb以下でなければならない。

フランス特許第2438499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つて得られるプラズマの下で
の帯溶融法によつてインゴツ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、ヨーロツパ特許出願第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つてけい素インゴツトを精
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、けい素インゴツト
の精製方法しか提案されなかつた。

〔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精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ならば、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ならしめる方法を
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価値を与え又は
一般に価値のなくなつたけい素、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つて出るくずな
どに価値を与えるのに特に有益なものとする。

本発明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アイト又は保護ス
ラグのような材料を除去することを可能にするというこ
とである。

〔発明の具体的説明〕

実際には、本発明は、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0.005％〜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
ずな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〜1mm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ツパ特許第0100
268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つ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％の水素と99
％〜０％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1Kg当り5kW
h〜25kWhの間であつてよい。

本発明の特に好ましい実施態様によれば、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。したがつて、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
薄層の厚さは一般に1mm〜20mm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つてその中の酸素の割合が0.005％
〜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るプラズマによつて処理され
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つ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ほう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
係るヨーロツパ特許出願第0045689号及びフランス特許
出願第24384999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ツ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。スクリユーとナツト接合及びモーターにより構成さ
れる機構によつて、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、酵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
いた巻線によつて得られ、十分な強度の高周波発生器に
よつて供給される。

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
な過程に従つて行われる。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つてプラズマ発生
用ガス供給源と連通される。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
強さでもつて作動させる。ガスのポンプ作用によつてプ
ラズマジエツトが形成され，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。分割されたけい素の所望の帯溶融が得られたなら
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つた
溶融帯は、精製された帯域を後方に残しながら左側端部
に向けてゆつくりと進行する。

処理終了後には、不純物は得られたインゴツトの左側端
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つて不純物を除
去することができる。

なお、所望ならば、各工程において溶融帯上に複数回プ
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つて、その範
囲を何ら制限するものではない。

例１この例では、ヨーロツパ特許出願第45689号に記載の装
置を用いる。

用いたプラズマの強さは7kWhである。50gのけい素粉末
（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2.5cm、高さ15m
m）に入れる。

プラズマ発生用ガスの組成が99％のアルゴン及び１％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60cm/hに固定する。アルゴンの流量は装置内で
30l/minに固定し、そして水素の流量は0.3l/minに固定
する。溶融は、約2mmの未溶融けい素の薄層を坩堝と接
触させるような態様で行う。

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0.03％の酸素を導入することによつてその組成を変
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
気と同じであつた。かくして、50g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
分析法によつて行つた。

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％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

【特許請求の範囲】

【請求項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0.00
5％〜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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。