Procedimiento para el tratamiento de material de silicio.

Procedimiento para el tratamiento de material de silicio contaminado en superficie presente en una mezcla demateriales tal como piezas de silicio

, granulado de silicio inclusive fracciones de plaquitas y/o granulado esféricos,en particular material de silicio con una contaminación superficial de 1 ppb - 1000 ppm, en particular 10 ppm - 1000ppm, con respecto al peso de silicio, que comprende las etapas de procedimiento, en cualquier orden

a) retirar material que se adhiere a la superficie del material de silicio mediante tamizado de la mezcla demateriales por medio de una tela de tamiz,

b) separar partículas gruesas eléctricamente conductoras de la mezcla de materiales y

c) retirar material extraño visualmente perceptible y material de silicio fuertemente oxidado de la mezcla demateriales.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/005381.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27 C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: VON CAMPE, HILMAR, DR., SCHWIRTLICH, INGO, DR., BUSS,WERNER, REIME,SASCHA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Silicio; Sus compuestos (C01B 21/00, C01B 23/00 tienen... > C01B33/037 (Purificación (por fusión de zona C30B 13/00))

PDF original: ES-2448540_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para el tratamiento de material de silicio La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de material de silicio contaminado en superficie presente en una mezcla de materiales tal como piezas de silicio, granulado de silicio inclusive fracciones de plaquitas y/o granulado esféricos.

En mayor medida, para la producción de elementos constructivos semiconductores, en particular células solares, se necesita silicio para, por ejemplo, de acuerdo con el procedimiento de Czochralski, el procedimiento de colada en lingote o el procedimiento de crecimiento de película de borde definido (Edge-Defined-Film-Fed-Growth) (EFG) , producir bloques o discos de silicio, a partir de los cuales se producen luego plaquitas. Dado que el nuevo silicio no puede cubrir la necesidad actual y para abrir reservas económicas para la reducción de costes, se buscan posibilidades para poder aprovechar, como reservas no usadas, material de silicio no directamente aprovechable, tal

como residuos.

El documento DE-A-10 2005 025 435 se refiere a un procedimiento de reciclaje para restos de silicio, usándose en una etapa de refinado un haz de electrones. Esto mismo puede deducirse del documento DE-A-10 2005 025 436.

Es objeto del documento DE-A-287 468 un procedimiento para la producción de silicio reactivo, de grano superfino, altamente puro, teniendo lugar después de una trituración del producto de partida, una limpieza química en húmedo. Una limpieza de silicio de acuerdo con el documento US-A-2.937.929 o el documento EPA-0 548 504 tiene lugar igualmente mediante química en húmedo.

El documento EP-B-1 465 902 prevé una separación magnética de material que contiene silicio, retirándose material que contiene silicio de un lecho fluidizado de un reactor de lecho fluidizado y alimentándose luego a un dispositivo de separación magnético.

Para retirar contaminaciones no metálicas de silicio, de acuerdo con el documento WO-A-2005/061383 se muele material de partida de silicio y luego se calienta con subpresión a una temperatura que se encuentra por debajo del punto de fusión del silicio.

Para producir silicio altamente puro para células solares, de acuerdo con el documento JP-A-2000 19 13 12 se tratan polvos de silicio con ácido clorhídrico o ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno.

De acuerdo con el documento JP-A-101 821 38, por medio de un haz de electrones, se retiran contaminaciones tales como fósforo, aluminio y cadmio del material de silicio.

Para retirar contaminaciones tales como hierro, aluminio, cadmio, cobre o boro, de acuerdo con el documento JP-A10 203 815, se trata silicio con ácido clorhídrico o ácido sulfúrico.

Un tratamiento químico en húmedo así como una separación magnética para retirar contaminaciones del material de partida de silicio, se propone de acuerdo con el documento JPA-09 165 212.

Para retirar elementos radioactivos de un polvo de silicio, de acuerdo con el documento JP-A-04 065 311, se usa ácido mineral.

De acuerdo con el documento EP-A-1 043 249 se transportan fracciones de silicio a limpiar por medio de un transportador vibrantes, cuya superficie de transporte está fabricada de silicio ultrapuro. Durante el transporte tiene lugar un redondeado, para reducir la contaminación de metal.

Para limpiar silicio policristalino, de acuerdo con el documento EP-A-0 905 796, se enjuaga el mismo con agua desmineralizada.

En el documento EP-A-0 983 804 se describe una clasificación optoeléctrica de material semiconductor.

Para retirar contaminaciones magnéticas de partículas de silicio, se utiliza, de acuerdo con el documento WO-A03/018207 una banda transportadora que se conduce alrededor de una polea de inversión que se compone de un imán permanente, para poder separar partículas magnéticas y no magnéticas.

Un tratamiento clasificado de partículas de plástico tiene lugar de acuerdo con el documento WO-A-97/31716 mediante separación en húmedo.

De acuerdo con el documento WO-A-2005/061383 se retiran piezas de metal del silicio, debido a que las sustancias 65 de partida se muelen hasta un polvo de silicio, para luego realizar un calentamiento bajo subpresión hasta una temperatura por debajo del punto de fusión del silicio.

Los documentos JP-A-10203815, JP-A-2000191312 se refieren a procedimientos de disgregación en húmedo para la limpieza del silicio.

Para retirar elementos radioactivos del polvo de silicio metálico, el documento JP-A-04065311 propone que el polvo 5 de silicio se alimente a una disolución ácida.

La presente invención se basa en el objetivo de perfeccionar un procedimiento del tipo mencionado al principio, de modo que material de silicio, que no es adecuado para su uso directo para la producción de material semiconductor, pueda tratarse de tal manera que sea posible un nuevo uso, de modo que puedan atenuarse o evitarse embotellamientos de material que se producen.

De acuerdo con la invención, el objetivo se resuelve en particular mediante las etapas de procedimiento:

a) retirar material que se adhiere a la superficie del material de silicio mediante tamizado de la mezcla de materiales por medio de una tela de tamiz, b) separar partículas gruesas eléctricamente conductoras de la mezcla de materiales y c) retirar material extraño y material de silicio fuertemente oxidado de la mezcla de materiales.

Las etapas de procedimiento indicadas anteriormente no tienen que realizarse en el orden indicado. Más bien, dependiendo de la naturaleza del material de silicio de partida, puede seleccionarse el orden necesario para el tratamiento optimizado.

Independientemente de esto, las etapas de procedimiento puede completarse preferentemente mediante d) lavar el material de silicio, e) secar el material de silicio f) atacar con ácido el material de silicio y g) secar el material de silicio.

Siempre que deba tratarse material de silicio muy pulverulento, este se tamiza en primer lugar por ejemplo en una máquina de tamizado, para luego realizar las etapas de procedimiento explicadas anteriormente en el orden deseado y en la medida deseada.

El material de silicio tratado de manera correspondiente puede fundirse luego y usarse para la producción de 35 elementos constructivos semiconductores tales como células solares.

En particular, como material de silicio de partida se usa un material en el que la concentración de contaminación x de las partículas en el interior, llamado bulk en inglés, asciende a x ≤ 300 ppb, preferentemente 10 ppt ≤ x ≤ 300 ppb. En el interior, también denominado en el volumen de las partículas, significa la zona que se encuentra por debajo de la superficie, que está contaminada. Entre la contaminación figura también una posible capa de óxido en la superficie de las partículas de silicio. El silicio limpiado en superficie correspondiente está cualificado para el proceso de producción de elementos constructivos semiconductores tales como células solares y por lo tanto puede procesarse en el procedimiento de EFG o procedimiento de colada en lingote.

Debido a la enseñanza de acuerdo con la invención, existe la posibilidad de tratar un material de silicio con contaminaciones superficiales entre 1 ppb y 1000 ppm, en particular entre 10 ppm y 1000 ppm, refiriéndose los datos al peso de silicio, de tal manera que sea posible una reutilización en el proceso de producción para elementos constructivos semiconductores tales como células solares. Aditamentos contaminantes en la mezcla de materiales tales como tiras adhesivas, pelos, componentes mecánicos, polvo y todos los demás elementos que no pertenecen al silicio se retiran debido a la enseñanza de acuerdo con la invención.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el tratamiento de material de silicio contaminado en superficie presente en una mezcla de materiales tal como piezas de silicio, granulado de silicio inclusive fracciones de plaquitas y/o granulado esféricos,

en particular material de silicio con una contaminación superficial de 1 ppb -1000 ppm, en particular 10 ppm -1000 ppm, con respecto al peso de silicio, que comprende las etapas de procedimiento, en cualquier orden a) retirar material que se adhiere a la superficie del material de silicio mediante tamizado de la mezcla de materiales por medio de una tela de tamiz,

b) separar partículas gruesas eléctricamente conductoras de la mezcla de materiales y c) retirar material extraño visualmente perceptible y material de silicio fuertemente oxidado de la mezcla de materiales.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, 15 caracterizado por las etapas de procedimiento adicionales d) lavar el material de silicio con opcionalmente el respaldo de ultrasonidos, e) secar el material de silicio, f) atacar con ácido el material de silicio y

g) secar el material de silicio.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,

caracterizado por que se trata material de silicio que en el interior presenta una contaminación entre 10 ppt ≤ x ≤ 300 ppb, comprendiendo 25 el tratamiento del material de silicio preferentemente por lo menos las etapas de procedimiento a) , b) , c) , f) y g) .

4. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que para eliminar material extraño adherido a la superficie de la mezcla de materiales, se coloca la mezcla de materiales sobre un primer canal vibratorio, se distribuye sobre el mismo y luego se coloca de forma dosificada sobre un dispositivo de tamizado, que se desplaza preferentemente con vibración, comprendiendo el dispositivo de tamizado preferentemente varios canales de tamizado, que se disponen uno con respecto a otro de forma escalonada de tal manera que al pasar desde un canal de tamizado hasta el canal de tamizado siguiente tiene lugar un volteo de partes de la mezcla de materiales.

5. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el primer canal vibratorio se dimensiona de tal manera que éste sirve como almacenamiento de material.

6. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que se retira material extraño tal como pelos u otros objetos ligeros mediante aspiración y/o por que para separar las partículas gruesas eléctricamente conductoras tales como virutas metálicas, piezas de grafito, tornillos, piezas mecánicas metálicas y/o cabezas de alfiler se usa un separador de metales y/o por que la mezcla de materiales 45 enriquecida con el material de silicio después de la etapa de procedimiento b) se coloca distribuida de manera plana sobre un dispositivo de transporte tal como una banda transportadora, de la que se clasifican piezas a retirar de forma manual o automática tales como cinta adhesiva, material de silicio fuertemente oxidado, y/u otras piezas no metálicas.

7. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el dispositivo de transporte es variable en su velocidad de transporte, regulándose preferentemente la velocidad de transporte de tal manera que tiene lugar un flujo de material constante o casi constante.

8. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio extraído del dispositivo de transporte se alimenta a un baño de limpieza, en el que se encuentra un líquido de limpieza tal como agua ultrapura, agua destilada o agua desionizada, mezclándose opcionalmente con tensioactivos el líquido de limpieza mezclado opcionalmente con alcohol y conduciéndose preferentemente el líquido 60 de limpieza a través del baño de limpieza a un circuito y limpiándose o filtrándose fuera del baño de limpieza.

9. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que en el líquido de limpieza presente en el baño de limpieza se acoplan ultrasonidos. 65

10. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio se transporta a través del baño de limpieza por medio de un dispositivo vibratorio o banda transportadora, preferentemente banda transportadora en forma de tamiz, disponiéndose el dispositivo vibratorio 5 preferentemente con pendiente hacia arriba en el baño de limpieza o sosteniéndose el baño de limpieza en un canal vibratorio orientado de forma inclinada.

11. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio se dispone en el baño de limpieza sobre una banda de tamizado, que se desplaza con vibración, formando la banda de tamizado preferentemente en el baño de limpieza con respecto a la horizontal un ángulo a con 5º ≤ ! ≤ 45º, en particular 10º ≤ a ≤ 20º, preferentemente ! en aproximadamente 15º y/o por que la banda de tamizado o el tamiz incorporado en un canal vibratorio en el baño de limpieza sale del dispositivo vibratorio, a través del cual se transporta el material de silicio a partir del baño de limpieza.

12. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio después del lavado se transporta de forma plana, en particular en una sola capa sobre un dispositivo de transporte tal como segundo canal vibratorio a través de un túnel de secado. 20

13. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio lavado en particular con el líquido de limpieza se alimenta por lotes a un baño de ataque con ácido y/o se transporta de manera continua en menores cantidades a través de un baño de ataque con ácido, y/o por 25 que el material de silicio se ataca con ácido con un líquido de ataque con ácido tal como HNO3 y/o HF.

14. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio tras dejar el baño de ataque con ácido se alimenta a un baño de neutralización, alimentándose 30 al baño de neutralización preferentemente de manera continua líquido de neutralización tal como agua y/o circulando el líquido de neutralización en el circuito y limpiándose fuera del baño de neutralización.

15. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio se transporta a través del baño de ataque con ácido por medio de un dispositivo vibratorio, disponiéndose el dispositivo vibratorio preferentemente con pendiente hacia arriba en el baño de ataque con ácido.

16. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio se trata distribuido de manera plana sobre el dispositivo vibratorio de acuerdo con una de las etapas de limpieza anteriores.

17. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que 45 el material de silicio sobre un segundo canal vibratorio como el dispositivo vibratorio se seca distribuido de manera plana preferentemente con el respaldo de aire caliente y/o con el respaldo de radiación óptica tal como radiación IR y/o microondas.

18. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el material de silicio se voltea durante el secado por medio de un dispositivo de transporte diseñado de forma escalonada.