用于硅的提純的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及硅的提純。本發(fā)明提供了一種用于提純硅的方法。所述方法包括從包含鋁的熔融溶劑中重結(jié)晶起始材料硅，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。所述方法也包括用水性酸溶液洗滌最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體，以提供最終經(jīng)酸洗的硅。所述方法也包括定向凝固所述最終經(jīng)酸洗的硅，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。
【專利說(shuō)明】用于硅的提純的方法
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年1月26日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/591,073的優(yōu)先權(quán) 的權(quán)益，所述申請(qǐng)以全文引用方式并入本文。

【背景技術(shù)】
[0003] 硅的提純?cè)谠S多商業(yè)和工業(yè)過(guò)程中是一個(gè)重要步驟。實(shí)現(xiàn)從硅經(jīng)濟(jì)去除雜質(zhì)而由 此增加硅的純度是這些過(guò)程的優(yōu)化中的主要目標(biāo)。然而，從硅分離雜質(zhì)的有效方法（尤其 是大規(guī)模）通常難以捉摸且難以使用。
[0004] 目前通過(guò)使用太陽(yáng)能電池將日光轉(zhuǎn)化為電能的能力而使用太陽(yáng)能電池作為能源。 在這種光伏電池中，硅幾乎唯一地用作半導(dǎo)體材料。目前太陽(yáng)能電池的使用的明顯局限性 與如下有關(guān)：將硅提純至足夠高的級(jí)別（例如太陽(yáng)級(jí)），使得其可用于制造太陽(yáng)能電池的成 本。鑒于目前的能量需求和供應(yīng)局限性，存在對(duì)一種將冶金級(jí)（MG)硅（或具有比太陽(yáng)級(jí)更 大的雜質(zhì)的任何其他硅）提純至足夠高的級(jí)別，使得其可用于制造太陽(yáng)能電池的更成本有 效的方式的巨大需要。
[0005] 用于制備提純硅的數(shù)種技術(shù)是已知的。這些技術(shù)中的大多數(shù)基于如下原理操作： 當(dāng)硅從熔融溶液中凝固時(shí)，不希望的雜質(zhì)趨于保持在熔融溶液中。例如，浮區(qū)技術(shù)可用于制 備單晶錠，并在固體材料中使用移動(dòng)液體區(qū)，從而將雜質(zhì)移動(dòng)至材料的邊緣。在另一例子 中，Czochralski技術(shù)可用于制備單晶錠，并使用從溶液中緩慢取出的晶種，從而允許形成 硅的單晶柱并同時(shí)將雜質(zhì)留在溶液中。在又一例子中，Bridgeman或換熱器技術(shù)可用于制 備多晶錠，并使用溫度梯度以引起定向凝固。
[0006] 硅的結(jié)晶為用于去除不希望的雜質(zhì)的一種方法。在結(jié)晶中，將具有雜質(zhì)的硅溶解 于溶劑中，然后使其從溶液中結(jié)晶出來(lái)，從而形成更純的硅。盡管結(jié)晶可為經(jīng)濟(jì)的提純方 式，某些缺點(diǎn)可導(dǎo)致純度的損失和低效率。例如，在使用金屬溶劑（如鋁）結(jié)晶硅的過(guò)程中， 有價(jià)值的硅材料連同雜質(zhì)一起留在鋁母液中。反復(fù)嘗試極少地結(jié)晶硅可導(dǎo)致成比例增加的 硅損失。在另一例子中，硅可能不會(huì)干凈地從鋁中結(jié)晶出來(lái)，而是首先作為相對(duì)較純的所需 材料結(jié)晶，然后在那些晶體上形成硅和雜質(zhì)（如鋁）的組合。有時(shí)，在試圖使來(lái)自鋁溶液的 結(jié)晶硅的產(chǎn)率達(dá)到最大的情況中該作用可能加重。在其他情況中，硅和鋁的體系的本征性 質(zhì)使得在不希望的材料沉積在純的晶體上之前難以或不可能干凈地停止結(jié)晶。即使在不希 望的材料在硅晶體的表面上結(jié)晶之前干凈地停止結(jié)晶的情況中，當(dāng)將硅晶體從母液中取出 時(shí)保持在硅晶體上的熔融母液可凝固，從而導(dǎo)致類似的不利影響。
[0007] 用于制備用于太陽(yáng)能電池的硅晶體的各種技術(shù)在熔融制造階段過(guò)程中使用坩堝 來(lái)容納硅。然而，使用標(biāo)準(zhǔn)坩堝存在數(shù)個(gè)缺點(diǎn)。不幸地，由于例如當(dāng)熔融硅凝固時(shí)熔融硅的 改變的尺寸或形狀，因此大多數(shù)坩堝在單次使用之后破裂。產(chǎn)生單晶錠的方法可包括使用 石英坩堝，所述石英坩堝為昂貴且易碎的材料。產(chǎn)生多晶錠的方法通常使用更大的坩堝，且 由于石英的費(fèi)用，這些坩堝通常由更便宜的材料（如熔融石英或其他耐火材料）制得。盡 管由更便宜的材料制得，由熔融二氧化硅或其他耐火材料制得的大坩堝仍然制備昂貴，并 通常可能僅使用一次。坩堝的高花費(fèi)和有限的壽命的組合限制了硅提純裝置和方法的經(jīng)濟(jì) 效率。
[0008] 另外，與坩堝接觸或最接近坩堝的材料可在凝固時(shí)被坩堝或坩堝的涂層污染；在 凝固完成之后，可從固體材料上修整掉該不純材料。通過(guò)使材料凝固成更大的形狀，可使在 過(guò)程中暴露于空氣或坩堝或其他污染物的材料的表面積達(dá)到最小，因此可使通過(guò)修整掉由 污染物導(dǎo)致不純的材料而浪費(fèi)的材料達(dá)到最少。在另一例子中，通常具有最高污染物濃度 的最后凍結(jié)的材料可位于凝固材料的表面處，通常在使用之前也從凝固材料上修整掉這些 表面。通過(guò)具有更小的表面積/體積比，通過(guò)使用更大的形狀而使所述浪費(fèi)的材料達(dá)到最 少。更大規(guī)模的優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)使用更大的坩堝用于從熔融材料形成錠，尤其是當(dāng)所得錠的預(yù)期 用途需要高品質(zhì)錠時(shí)。然而，更大的坩堝的使用可能需要購(gòu)買更大的爐子，所述更大的爐子 可能花費(fèi)更高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明涉及硅的提純。本發(fā)明提供了一種用于提純硅的方法。所述方法包括從包 含鋁的熔融溶劑中重結(jié)晶起始材料硅，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。所述方法也包括用 水性酸溶液洗滌所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體，以提供最終經(jīng)酸洗的硅。所述方法也包括定 向凝固所述最終經(jīng)酸洗的硅，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。
[0010] 本發(fā)明的實(shí)施方案包括益處和優(yōu)點(diǎn)，如對(duì)于給定成本，在提純硅中的更低的雜質(zhì) 量和更一致的雜質(zhì)濃度。所述方法可以以給定成本提供具有更一致的品質(zhì)的提純硅，這可 使所述方法的產(chǎn)品比其他方法的產(chǎn)品更有價(jià)值。所述方法比其他方法更有效。另一益處可 包括制備可用于產(chǎn)生更高品質(zhì)的產(chǎn)品的提純硅，所述更高品質(zhì)的產(chǎn)品比以類似成本制得的 其他提純硅產(chǎn)品更有價(jià)值。所述方法的實(shí)施方案可以以更低的成本提供優(yōu)異品質(zhì)的錠，所 述錠可被分成硅塊，所述硅塊具有比通過(guò)其他方法提供的那些總體更高的品質(zhì)。如果用于 制備太陽(yáng)能電池，衍生自錠的硅塊可以以更低的成本制備更有效的太陽(yáng)能電池。
[0011] 在再循環(huán)結(jié)晶步驟中的母液的實(shí)施方案中，所述方法可浪費(fèi)更少的待提純的硅， 并可更有效地利用鋁溶劑。對(duì)于酸洗步驟，離開(kāi)過(guò)程的溶解的或反應(yīng)的雜質(zhì)可作為價(jià)值產(chǎn) 品銷售。在酸洗中，通過(guò)提純步驟再循環(huán)水性酸和水可節(jié)約材料、降低成本，并可減少?gòu)U物。 通過(guò)使用起始于最弱溶解混合物的在酸洗中的溶解的級(jí)聯(lián)步驟，放熱化學(xué)反應(yīng)或溶解相比 于其他方法可更易于控制。相比于類似的坩堝和方法，坩堝和方法的一些實(shí)施方案也可在 給定爐子中在單個(gè)塊批次中制得更多的塊。在一個(gè)實(shí)例中，定向凝固裝置的可重用性可有 助于使所述方法能夠提供提純硅的更經(jīng)濟(jì)有效的方式。定向凝固裝置的可重用性可有助于 減少?gòu)U物，并可提供使用更大的坩堝用于定向凝固的更經(jīng)濟(jì)的方式。在一些實(shí)施方案中，定 向凝固和方法總體可受益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)。另外，存在于定向凝固裝置的一些實(shí)施方案中的加 熱器提供了 一種加熱硅、保持硅的溫度、控制硅的冷卻或它們的組合的便利有效的方式，這 可允許精確控制溫度梯度和硅的相應(yīng)的定向凝固。
[0012] 本發(fā)明提供了一種用于提純硅的方法。所述方法包括從包含鋁的熔融溶劑中重結(jié) 晶起始材料硅，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。所述方法包括用水性酸溶液洗滌所述最終 經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體，以提供最終經(jīng)酸洗的硅。所述方法也包括定向凝固所述最終經(jīng)酸洗的 硅，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。
[0013] 在一些實(shí)施方案中，用于提純硅的方法還可包括噴砂或噴冰所述最終經(jīng)定向凝固 的硅晶體，以提供經(jīng)噴砂或噴冰的最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。所述經(jīng)噴砂或噴冰的最終經(jīng) 定向凝固的硅晶體的平均純度大于所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶體的平均純度。
[0014] 在一些實(shí)施方案中，用于提純硅的方法還可包括去除所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶 體的一部分，以提供經(jīng)修整的最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。所述經(jīng)修整的最終經(jīng)定向凝固的 硅晶體的平均純度大于所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶體的平均純度。
[0015] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，起始材料硅的重結(jié)晶可包括使起始材料 硅與包含鋁的溶劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第一混合物。起始材料硅的重結(jié)晶也可 包括熔化所述第一混合物。所述第一混合物的熔化可足以提供第一熔融混合物。重結(jié)晶也 可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻可足以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和母液。起 始材料硅的重結(jié)晶也可包括分離所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和所述母液。所述分離可提供 最終經(jīng)重結(jié)晶的娃晶體。
[0016] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，起始材料硅的重結(jié)晶可包括使起始材料 硅與第一母液接觸。所述接觸可足以提供第一混合物。重結(jié)晶也可包括熔化所述第一混合 物。所述熔化可足以提供第一熔融混合物。重結(jié)晶也可包括冷卻所述第一熔融混合物。所 述冷卻可足以形成第一硅晶體和第二母液。重結(jié)晶可包括分離所述第一硅晶體和所述第二 母液。所述分離可提供第一硅晶體。重結(jié)晶也可包括使所述第一硅晶體與包含鋁的第一溶 劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第二混合物。重結(jié)晶也可包括熔化所述第二混合物。所 述熔化可足以提供第二熔融混合物。重結(jié)晶也可包括冷卻所述第二熔融混合物。所述冷卻 可足以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和第一母液。起始材料硅的重結(jié)晶也可包括分離所述最 終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和所述第一母液。所述分離可提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。
[0017] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，起始材料硅的重結(jié)晶可包括使起始材料 硅與第二母液接觸。所述接觸可足以提供第一混合物。重結(jié)晶可包括熔化所述第一混合物。 所述熔化可足以提供第一熔融混合物。重結(jié)晶可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻 可形成第一硅晶體和第三母液。重結(jié)晶也可包括分離所述第一硅晶體和所述第三母液。所 述分離可提供第一硅晶體。重結(jié)晶也可包括使所述第一硅晶體與第一母液接觸。所述接觸 可足以提供第二混合物。重結(jié)晶也可包括熔化所述第二混合物。所述熔化可足以提供第二 熔融混合物。重結(jié)晶也可包括冷卻所述第二熔融混合物。所述冷卻可形成第二硅晶體和第 二母液。重結(jié)晶可包括分離所述第二硅晶體和所述第二母液。所述分離可提供第二硅晶體。 重結(jié)晶可包括使所述第二硅晶體與包含鋁的第一溶劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第三 混合物。重結(jié)晶可包括熔化所述第三混合物。所述熔化可足以提供第三熔融混合物。重結(jié) 晶可包括冷卻所述第三熔融混合物。所述冷卻可形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和第一母液。 起始材料硅的重結(jié)晶也可包括分離所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和所述第一母液。所述分離 可提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。
[0018] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌可包括充分組 合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與酸溶液，以使所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅至少部分與所述酸溶液反 應(yīng)。所述組合可提供第一混合物。所述洗滌也可包括分離所述第一混合物。所述分離可提 供最終經(jīng)酸洗的硅。
[0019] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌可包括充分組 合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與酸溶液，以使所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅至少部分與所述酸溶液反 應(yīng)。所述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供 經(jīng)酸洗的硅和酸溶液。所述洗滌可包括組合所述經(jīng)酸洗的硅與沖洗溶液。所述組合可提供 第四混合物。所述洗滌可包括分離所述第四混合物。所述分離可提供濕的經(jīng)提純的硅和沖 洗溶液。所述洗滌可包括干燥所述濕的經(jīng)提純的硅。所述干燥可足以提供最終經(jīng)酸洗的硅。
[0020] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌可包括充分組 合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與弱酸溶液，以使第一絡(luò)合物至少部分與所述弱酸溶液反應(yīng)。所 述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供第三 硅-鋁絡(luò)合物和弱酸溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第三硅-鋁絡(luò)合物與強(qiáng)酸溶液， 以使所述第三絡(luò)合物至少部分與所述強(qiáng)酸溶液反應(yīng)。所述組合可提供第三混合物。所述洗 滌可包括分離所述第三混合物。所述分離可提供第一硅和強(qiáng)酸溶液。所述洗滌可包括組合 所述第一硅與第一沖洗溶液。所述組合可提供第四混合物。所述洗滌可包括分離所述第四 混合物。所述分離可提供濕的經(jīng)提純的硅和第一沖洗溶液。所述洗滌可包括干燥所述濕的 經(jīng)提純的硅。所述干燥可足以提供最終經(jīng)酸洗的硅。在一些實(shí)施方案中，洗滌的方法還可 包括分離所述第一混合物，以提供第二硅-鋁絡(luò)合物和弱酸溶液；充分組合所述第二硅-鋁 絡(luò)合物與中等酸溶液，以使所述第二絡(luò)合物至少部分與所述中等酸溶液反應(yīng)，從而提供第 二混合物；以及分離所述第二混合物，以提供第三硅-鋁絡(luò)合物和中等酸溶液。在一些實(shí)施 方案中，洗滌的方法還可包括分離所述第四混合物，以提供第二硅和第一沖洗溶液；組合所 述第二硅與第二沖洗溶液，以提供第五混合物；以及分離所述第五混合物，以提供濕的硅和 第二沖洗溶液。
[0021] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌可包括充分組 合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與弱HC1溶液，以使第一絡(luò)合物至少部分與所述弱HC1溶液反應(yīng)。 所述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供第 三硅-鋁絡(luò)合物和弱HC1溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第三硅-鋁絡(luò)合物與強(qiáng)HC1 溶液，以使所述第三絡(luò)合物至少部分與所述強(qiáng)HC1溶液反應(yīng)。所述組合可提供第三混合物。 所述洗滌可包括分離所述第三混合物。所述分離可提供第一硅和強(qiáng)HC1溶液。所述洗滌可 包括組合所述第一硅與第一沖洗溶液。所述組合可提供第四混合物。所述洗滌可包括分離 所述第四混合物。所述分離可提供濕的經(jīng)提純的硅和第一沖洗溶液。所述洗滌可包括干燥 所述濕的經(jīng)提純的硅。所述干燥可足以提供最終經(jīng)酸洗的硅。所述洗滌可包括從弱HC1溶 液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱HC1溶液的pH和比重。所述洗滌可包括將強(qiáng)HC1溶 液的部分轉(zhuǎn)移至弱HC1溶液，以保持弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體積、中等HC1溶液的 比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將本體HC1溶液的部分添加至強(qiáng)HC1溶液，以保持強(qiáng) HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將 第一沖洗溶液的部分添加至強(qiáng)HC1溶液中，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體積、強(qiáng) HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌也可包括將新鮮的水添加至第二沖洗溶液中，以 保持第二沖洗溶液的體積。
[0022] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌可包括充分組 合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與弱HC1溶液，以使第一絡(luò)合物至少部分與所述弱HC1溶液反應(yīng)。 所述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供第二 硅-鋁絡(luò)合物和弱HC1溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第二硅-鋁絡(luò)合物與中等HC1 溶液，以使所述第二絡(luò)合物至少部分與所述中等HC1溶液反應(yīng)。所述組合可提供第二混合 物。所述洗滌可包括分離所述第二混合物。所述分離可提供第三硅-鋁絡(luò)合物和中等HC1 溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第三硅-鋁絡(luò)合物與強(qiáng)HC1溶液，以使所述第三絡(luò)合 物至少部分與所述強(qiáng)HC1溶液反應(yīng)。所述組合可提供第三混合物。所述洗滌可包括分離所 述第三混合物。所述分離可提供第一硅和強(qiáng)HC1溶液。所述洗滌可包括組合所述第一硅與 第一沖洗溶液。所述組合可提供第四混合物。所述洗滌可包括分離所述第四混合物。所述 分離可提供第二硅和第一沖洗溶液。所述洗滌可包括組合所述第二硅與第二沖洗溶液。所 述組合可提供第五混合物。所述洗滌可包括分離所述第五混合物。所述分離可提供濕的經(jīng) 提純的硅和第二沖洗溶液。所述洗滌可包括干燥所述濕的經(jīng)提純的硅。所述干燥可足以 提供最終經(jīng)酸洗的硅。所述洗滌可包括從弱HC1溶液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱 HC1溶液的pH和比重。所述洗滌可包括將中等HC1溶液的部分轉(zhuǎn)移至弱HC1溶液，以保持 弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體積、弱HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括 將強(qiáng)HC1溶液的部分轉(zhuǎn)移至中等HC1溶液，以保持中等HC1溶液的pH、中等HC1溶液的體 積、中等HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將本體HC1溶液的部分添加至強(qiáng) HC1溶液，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合。 所述洗滌可包括將第一沖洗溶液的部分添加至強(qiáng)HC1溶液，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1 溶液的體積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將第二沖洗溶液的部分轉(zhuǎn) 移至第一沖洗溶液，以保持第一沖洗溶液的體積。所述洗滌也可包括將新鮮的水添加至第 二沖洗溶液中，以保持第二沖洗溶液的體積。
[0023] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括兩個(gè)連 續(xù)定向凝固，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。
[0024] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括在坩堝 中進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固。所述坩堝可包括用于制備錠的內(nèi)部。所述坩堝可制得 的錠可包括多個(gè)塊。所述坩堝也可包括與爐子的內(nèi)部形狀大致匹配的外部形狀，其中制得 熔融材料，所述熔融材料凝固以形成所述錠。在一些實(shí)施方案中，所述錠的塊可形成網(wǎng)格， 其中相比于在方形坩堝中的網(wǎng)格，相對(duì)于拐角塊的百分比的側(cè)面塊或中心塊的百分比得以 增加。在一些實(shí)施方案中，坩堝的周邊可包括大約8個(gè)主要側(cè)面，其中所述8個(gè)側(cè)面包括兩 組具有大約相等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的第一側(cè)面，和兩組具有大約相等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的第二 側(cè)面，其中所述第一側(cè)面與所述第二側(cè)面交替。
[0025] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括在坩堝 中進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固，所述坩堝包括用于制備錠的內(nèi)部。所述坩堝可包括與 爐子的內(nèi)部形狀大致匹配的外部形狀，其中制得熔融材料，所述熔融材料凝固以形成所述 錠。所述錠可包括多個(gè)塊。包括于錠中的多個(gè)塊可形成網(wǎng)格。相比于可使用具有方形形狀 的坩堝從爐子產(chǎn)生的塊的數(shù)量，與爐子的內(nèi)部形狀匹配的坩堝的外部形狀可允許產(chǎn)生更大 數(shù)量的塊。爐子的內(nèi)部形狀可包括大致圓形的形狀。坩堝的周邊包括大約8個(gè)主側(cè)面，其 中所述8個(gè)側(cè)面包括兩組具有大約相等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的長(zhǎng)側(cè)，和兩組具有大約相等長(zhǎng)度 的大致相對(duì)的短側(cè)。所述長(zhǎng)側(cè)與短側(cè)交替。
[0026] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括在裝置 中進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固，所述裝置包括定向凝固模具。所述定向凝固模具可包 括至少一種耐火材料。所述裝置可包括外夾套。所述裝置可包括絕緣層。所述絕緣層可至 少部分設(shè)置在所述定向凝固模具與所述外夾套之間。
[0027] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固可包括提供 定向凝固裝置。所述裝置可包括定向凝固模具，所述定向凝固模具包括至少一種耐火材料。 所述裝置可包括外夾套。所述裝置也可包括絕緣層，所述絕緣層可至少部分設(shè)置在所述定 向凝固模具與所述外夾套之間。所述定向凝固可包括至少部分熔化所述最終經(jīng)酸洗的硅。 所述熔化可提供第一熔融硅。所述定向凝固也可包括在所述定向凝固模具中定向凝固所述 第一熔融硅。所述定向凝固可提供第二硅。在一些實(shí)施方案中，所述定向凝固也可包括將 加熱器設(shè)置于所述定向凝固模具上。所述設(shè)置可包括將選自加熱元件和感應(yīng)加熱器的一個(gè) 或多個(gè)加熱構(gòu)件設(shè)置于所述定向凝固模具上。
[0028] 在用于提純硅的方法的一些實(shí)施方案中，最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固可包括提供 定向凝固裝置。所述裝置可包括定向凝固模具。所述定向凝固模具可包括耐火材料。所述 定向凝固模具可包括頂層。所述頂層可包括滑移面耐火材料。所述頂層可構(gòu)造為在從模具 中移出經(jīng)定向凝固的硅時(shí)保護(hù)所述定向凝固模具的剩余部分免于損壞。所述定向凝固模具 可包括外夾套。所述外夾套可包括鋼。所述定向凝固模具可包括絕緣層。所述絕緣層可包 括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫毛料，或它們的混合物。絕緣 層可至少部分設(shè)置在所述定向凝固模具的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁與所述外夾套的一個(gè)或多個(gè)側(cè) 壁之間。所述定向凝固模具的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁可包括氧化鋁。所述定向凝固模具的底部可 包括碳化硅、石墨，或它們的組合。所述裝置也可包括頂部加熱器。所述頂部加熱器可包括 一個(gè)或多個(gè)加熱構(gòu)件。所述加熱構(gòu)件中的每一個(gè)可包括加熱元件或感應(yīng)加熱器。所述加熱 元件可包括碳化硅、二硅化鑰、石墨，或它們的組合。所述頂部加熱器可包括絕緣件。所述 絕緣件可包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫毛料，或它們的 組合。所述頂部加熱器可包括外夾套。所述外夾套可包括不銹鋼。所述絕緣件可至少部分 設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)加熱構(gòu)件與頂部加熱器外夾套之間。所述裝置可構(gòu)造為超過(guò)兩次用于硅 的定向凝固。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 在不必按比例繪制的圖中，在數(shù)個(gè)視圖中，相同的數(shù)字描述實(shí)質(zhì)上類似的部件。具 有不同字母后綴的相同的數(shù)字表示實(shí)質(zhì)上類似的部件的不同情況。附圖以舉例的方式而非 限制的方式通常示出了本說(shuō)明書(shū)中所述的各種實(shí)施方案。
[0030] 圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的提純硅的方法的方塊流程圖。
[0031] 圖2A示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的單程重結(jié)晶的方塊流程圖。
[0032] 圖2B示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的雙程重結(jié)晶的方塊流程圖。
[0033] 圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的三程重結(jié)晶級(jí)聯(lián)過(guò)程的方塊流程圖。
[0034] 圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的三程重結(jié)晶級(jí)聯(lián)過(guò)程的圖示。
[0035] 圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的三程重結(jié)晶級(jí)聯(lián)過(guò)程的圖示。
[0036] 圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的重結(jié)晶級(jí)聯(lián)過(guò)程的第一程細(xì)節(jié)。
[0037] 圖7示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的三程重結(jié)晶級(jí)聯(lián)過(guò)程的方塊流程圖。
[0038] 圖8示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的四程重結(jié)晶級(jí)聯(lián)過(guò)程的圖示。
[0039] 圖9顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的酸洗步驟的一般流程圖。
[0040] 圖10顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的酸洗步驟的流程圖。
[0041] 圖11顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的描述何時(shí)在酸洗步驟中去除弱酸溶液的部分的 決策樹(shù)。
[0042] 圖12顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的酸洗步驟的流程圖。
[0043] 圖13顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的32塊156mm X 156mm坩堝的俯視圖。
[0044] 圖14顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的32塊156mm X 156mm錠的俯視圖。
[0045] 圖15顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的坩堝100的側(cè)視圖。
[0046] 圖16示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的用于硅的定向凝固的裝置的模具、外夾套和絕 緣層的橫截面圖。
[0047] 圖17示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的用于硅的定向凝固的裝置的模具、外夾套和絕 緣層的橫截面圖。
[0048] 圖18示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的用于硅的定向凝固的裝置的加熱器的橫截面 圖。
[0049] 圖19示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的包括設(shè)置于模具頂部的加熱器的用于硅的定向 凝固的裝置的3D投影。
[0050] 圖20示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的用于硅的定向凝固的裝置的加熱器的等距視 圖。
[0051] 圖21示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的用于硅的定向凝固的裝置的模具的等距視圖。
[0052] 圖22示出了根據(jù)一些實(shí)施方案的通過(guò)本發(fā)明的裝置和方法產(chǎn)生的硅錠。

【具體實(shí)施方式】
[0053] 現(xiàn)在將詳細(xì)參照所公開(kāi)的主題的某些權(quán)利要求，所述權(quán)利要求的實(shí)施例在所附附 圖中示出。盡管所公開(kāi)的主題將結(jié)合列舉的權(quán)利要求進(jìn)行描述，但應(yīng)了解它們不旨在將所 公開(kāi)的主題局限于那些權(quán)利要求。相反，所公開(kāi)的主題旨在涵蓋可包括于由權(quán)利要求書(shū)限 定的目前公開(kāi)的主題的范圍內(nèi)的替代形式、改變和等同形式。
[0054] 說(shuō)明書(shū)中提及"一個(gè)實(shí)施方案"、"實(shí)施方案"、"示例性實(shí)施方案"等表示所述實(shí)施 方案可包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但每個(gè)實(shí)施方案可不必包括所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特 性。而且，這種短語(yǔ)不必指相同的實(shí)施方案。此外，當(dāng)特定特征、結(jié)構(gòu)或特性結(jié)合實(shí)施方案 描述時(shí)，無(wú)論是否明確描述，均認(rèn)為影響與其他實(shí)施方案相關(guān)的這種特征、結(jié)構(gòu)或特性在本 領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)。
[0055] 在本文中，除非另外指出，否則術(shù)語(yǔ)"一種"用于包括一種或超過(guò)一種，術(shù)語(yǔ)"或"用 于指非排他的"或"。另外，應(yīng)了解本文所用的不另外限定的的措辭或術(shù)語(yǔ)僅為了描述的目 的，而不是為了限制的目的。此外，在本文中引用的所有公布、專利和專利文件以全文引用 的方式并入本文，如同被單獨(dú)以引用方式并入一樣。如果有在本文和以引用方式并入的那 些文件不一致的用法，則應(yīng)認(rèn)為被引入的引文中的用法補(bǔ)充本文的用法，對(duì)于矛盾的不一 致，則本文的用法主導(dǎo)。
[0056] 在本文描述的制造方法中，步驟可在不偏離本發(fā)明的原理下以任何順序進(jìn)行，除 了當(dāng)明確敘述事件或操作次序時(shí)。權(quán)利要求書(shū)中大意是首先進(jìn)行步驟，然后隨后進(jìn)行數(shù)個(gè) 其他步驟的記載應(yīng)理解為意指第一步驟在任何其他步驟之前進(jìn)行，但其他步驟可以以任何 合適的順序進(jìn)行，除非在其他步驟內(nèi)進(jìn)一步記載順序。例如，記載"步驟A、步驟B、步驟C、步 驟D和步驟E"的權(quán)利要求要素應(yīng)理解為意指首先進(jìn)行步驟A，最后進(jìn)行步驟E，且步驟B、C 和D可在步驟A和E之間以任何順序進(jìn)行，且順序仍然落入所要求保護(hù)的過(guò)程的文字范圍 內(nèi)。給定步驟或步驟的子組也可重復(fù)，或者與其他步驟同時(shí)進(jìn)行。在另一例子中，記載"步 驟A、步驟B、步驟C、步驟D和步驟E"的權(quán)利要求要素可理解為意指首先進(jìn)行步驟A，接著 進(jìn)行步驟B，接著進(jìn)行步驟C，接著進(jìn)行步驟D，且最后進(jìn)行步驟E。
[0057] 此外，指定步驟可同時(shí)進(jìn)行，除非明確的權(quán)利要求語(yǔ)言敘述它們分開(kāi)進(jìn)行。例如， 進(jìn)行X的所主張的步驟和進(jìn)行Y的所主張的步驟可在單次操作內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，且所得方法將 落入所主張的方法的文字范圍內(nèi)。
[0058] 定義
[0059] 除非上下文明確另外指出，否則單數(shù)形式"一種"和"所述"可包括復(fù)數(shù)的指示對(duì) 象。
[0060] 如本文所用，在一些實(shí)施例中，應(yīng)用于諸如"母液"、"晶體"、"熔融混合物"、"混合 物"、"沖洗溶液"、"熔融硅"等的其他術(shù)語(yǔ)的諸如"第一"、"第二"、"第三"等的術(shù)語(yǔ)簡(jiǎn)單地 用作區(qū)分步驟的通用術(shù)語(yǔ)，且本身不表示步驟的優(yōu)先次序或步驟的順序，除非明確指出。例 如，在一些實(shí)施例中，"第三母液"可為要素，而第一或第二母液可不為所述實(shí)施例的要素。 在其他實(shí)施例中，第一、第二和第三母液均為實(shí)施例的要素。
[0061] 術(shù)語(yǔ)"約"可允許數(shù)值或范圍內(nèi)的一定程度的變化；例如，所述值或所述范圍極限 的10%內(nèi)，5%內(nèi)或1%內(nèi)。當(dāng)給出連續(xù)值的范圍或列表時(shí)，除非另外指出，也公開(kāi)了在該范 圍內(nèi)的任意值或在給定連續(xù)值之間的任意值。
[0062] 本文所用的術(shù)語(yǔ)"溶劑"指可溶解固體、液體或氣體的液體。溶劑的非限制性的例 子為熔融金屬、聚硅氧烷（silicone)、有機(jī)化合物、水、醇、離子液體和超臨界流體。
[0063] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)"獨(dú)立地選自"指所引用的組相同、不同或其混合，除非上下文明 確另外指出。因此，在該定義下，短語(yǔ)"X1、X2和X3獨(dú)立地選自稀有氣體"包括如下情況：其 中例如X1、X2和X3均相同，其中X1、X 2和X3均不同，其中X1和X2相同但X3不同，以及其他 類似的排列。
[0064] 本文所用的術(shù)語(yǔ)"空氣"指氣體的混合物，其具有與通常在地面從大氣中獲取的氣 體的天然組成大約相同的組成。在一些實(shí)施例中，空氣從周圍環(huán)境中獲取。空氣具有包含 大約78%的氮?dú)狻?1 %的氧氣、1 %的氬氣和0. 04%的二氧化碳以及少量其他氣體的組成。
[0065] 本文所用的術(shù)語(yǔ)"室溫"指環(huán)境溫度，其可為例如約15°C和約28°C之間。
[0066] 如本文所用，"混合物"指彼此物理接觸的兩種或更多種物質(zhì)的組合。例如，與化學(xué) 反應(yīng)相反，混合物的組分可物理組合。
[0067] 如本文所用，"熔化"指當(dāng)物質(zhì)暴露于充分的熱量時(shí)由固體轉(zhuǎn)變至液體。
[0068] 如本文所用，"提純"指感興趣的化學(xué)物質(zhì)與外來(lái)物質(zhì)或污染物質(zhì)物理分離或化學(xué) 分離。
[0069] 如本文所用，"接觸"指觸碰、發(fā)生接觸或者使物質(zhì)直接靠近的行為。
[0070] 如本文所用，"結(jié)晶"包括從溶液中形成物質(zhì)的晶體（結(jié)晶材料）的過(guò)程。所述過(guò) 程通過(guò)冷卻進(jìn)料流或添加降低所需產(chǎn)物的溶解度的沉淀劑而使其形成晶體，從而將產(chǎn)物通 常以極純凈的形式從液體進(jìn)料流中分離。然后，通過(guò)傾析、過(guò)濾、離心或其他方法從剩余液 體中分離純的固體晶體。
[0071] 如本文所用，"結(jié)晶"包括在固體中原子的規(guī)則幾何排列。
[0072] 如本文所用，"分離"指將物質(zhì)從另一種物質(zhì)中去除的過(guò)程（例如，將固體或液體從 混合物中去除）。所述過(guò)程可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的技術(shù)，例如，傾析混合 物、從混合物中撇除一種或多種液體、離心混合物、從混合物中過(guò)濾固體，或者它們的組合。
[0073] 如本文所用，"母液"意指在從固體在液體中的溶液的混合物中移出固體（例如晶 體）之后獲得的固體或液體。取決于去除的徹底程度，所述母液可包含不定量的這些固體。
[0074] 如本文所用，"硅"指符號(hào)為Si并且原子序數(shù)為14的化學(xué)元素。如本文所用，"冶 金級(jí)硅"或"MG硅"或"MG Si"指相對(duì)較純（例如至少約96. Owt. % )的硅。
[0075] 如本文所用，"熔融物"指被熔化的物質(zhì)，其中熔化為將固體物質(zhì)加熱至其轉(zhuǎn)變成 液體的點(diǎn)（稱為熔點(diǎn)）的過(guò)程。
[0076] 如本文所用，"溶劑金屬"指在加熱時(shí)可有效地溶解硅，從而形成熔融液體的一種 或多種金屬或其合金。合適的示例性溶劑金屬包括例如銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鋁、鎘、鎵、銦、 鎂、鉛、它們的合金，以及它們的組合。
[0077] 如本文所用，"合金"指兩種或更多種元素的均相混合物，所述兩種或更多種元素 中的至少一種為金屬，并且所得材料具有金屬性質(zhì)。所得金屬物質(zhì)通常具有與其組分不同 的性質(zhì)（有時(shí)顯著不同）。
[0078] 如本文所用，"液相線"指相圖上的線，在所述線以上，給定的物質(zhì)在液相下穩(wěn)定。 最通常地，所述線表示轉(zhuǎn)變溫度。取決于所述物質(zhì)，液相線可為直線，或者其可為曲線。液 相線最常用于二元體系，如固溶體（包括金屬合金）。所述液相線可與固相線形成對(duì)比。所 述液相線和固相線不必對(duì)齊或重疊；如果在液相線與固相線之間存在間隙，則在此間隙中， 所述物質(zhì)作為液體或固體均不穩(wěn)定。
[0079] 如本文所用，"固相線"指相圖上的線，在所述線以下，給定的物質(zhì)在固相下穩(wěn)定。 最通常地，所述線表示轉(zhuǎn)變溫度。取決于所述物質(zhì)，所述固相線可為直線，或者其可為曲線。 固相線最常用于二元體系，如固溶體（包括金屬合金）。所述固相線可與液相線形成對(duì)比。 固相線和液相線不必對(duì)齊或重疊。如果在固相線和液相線之間存在間隙，則在此間隙中，所 述物質(zhì)單獨(dú)作為固體或液體均不穩(wěn)定；例如，橄欖石（鎂橄欖石-鐵橄欖石）體系正是這種 情況。
[0080] 如本文所用，"浮渣"指浮在熔融金屬浴上的一定量的固體雜質(zhì)。浮渣通常在低熔 點(diǎn)的金屬或合金（如錫、鉛、鋅或鋁）熔融時(shí)出現(xiàn)，或者通過(guò)一種或多種金屬的氧化而出現(xiàn)。 可例如通過(guò)從表面撇除浮渣，從而去除浮渣。對(duì)于錫和鉛，浮渣也可通過(guò)添加氫氧化鈉丸粒 而去除，所述氫氧化鈉丸粒使氧化物溶解并形成熔渣。對(duì)于其他金屬，可添加鹽熔劑以分離 浮渣。浮渣與熔渣（熔渣為浮在合金之上的（粘性）液體）的區(qū)別在于為固體。
[0081] 如本文所用，"熔渣"指熔煉礦石以提純金屬的副產(chǎn)物。它們可被認(rèn)為是金屬氧化 物的混合物；然而，它們可含有金屬硫化物和元素形式的金屬原子。熔渣通常被用作金屬 熔煉中的廢物移除機(jī)制。在自然界中，金屬（如鐵、銅、鉛、鋁及其他金屬）的礦石以不純的 狀態(tài)存在，通常為被氧化的并與其他金屬的硅酸鹽混合。在熔煉過(guò)程中，當(dāng)?shù)V石暴露于高溫 時(shí)，這些雜質(zhì)與熔融金屬分離，并可被去除。被去除的化合物的集合為熔渣。熔渣也可為通 過(guò)設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的各種氧化物與其他材料的共混物，例如以提高所述金屬的提純。
[0082] 如本文所用，"惰性氣體"指在正常條件下無(wú)反應(yīng)性的任何氣體或氣體的組合。惰 性氣體不必為元素氣體，并且通常是分子氣體。類似于稀有氣體，無(wú)反應(yīng)性的傾向是由于在 所有惰性氣體中化合價(jià)（最外電子層）為完全的。惰性氣體可為稀有氣體但不必為稀有氣 體。示例性的惰性氣體包括氦氣（He)、氖氣（Ne)、氬氣（Ar)和氮?dú)猓∟ 2)。
[0083] 如本文所用，"定向凝固"指熔融金屬的凝固，使得發(fā)生凝固的部分可連續(xù)獲得進(jìn) 料金屬。
[0084] 如本文所用，"多晶硅"或"多_Si"指包括多個(gè)單晶硅晶體的材料。
[0085] 如本文所用，"單晶硅"指具有幾乎沒(méi)有缺陷或雜質(zhì)的單一且連續(xù)的晶格結(jié)構(gòu)的 硅。
[0086] 如本文所用，"錠"指澆鑄材料的塊體。在一些例子中，材料的形狀允許相對(duì)容易地 運(yùn)輸錠。例如，被加熱超過(guò)其熔點(diǎn)并被模制成棒或塊的金屬被稱為錠。
[0087] 如本文所用，"晶塊"指合成制得的單晶錠。例如，在切克勞斯基（Czochralski)或 "CZ"法中，使用晶種來(lái)產(chǎn)生更大的晶體或錠。將此晶種浸入純的熔融硅中并緩慢提取。所 述熔融硅以結(jié)晶的方式在所述晶種上生長(zhǎng)。隨著晶種被提取，晶體生長(zhǎng)，并最終產(chǎn)生大的圓 形晶塊。
[0088] 如本文所用，"任選的"指完成或存在，或者未完成或不存在的某事物。例如，任選 的步驟為或進(jìn)行或不進(jìn)行的步驟。在另一例子中，任選的成分為存在或不存在的成分。
[0089] 如本文所用，"酸溶液"指含有任意濃度的酸的溶液。
[0090] 如本文所用，"三氯化鋁"指A1C13。
[0091] 如本文所用，"間歇"指不連續(xù)制備或使用；在單個(gè)操作中制備或使用的某事物。
[0092] 如本文所用，"料箱"指用于保持、運(yùn)輸、儲(chǔ)存或使用材料的容器。料箱無(wú)需具有完 整固體本體，料箱可具有穿孔或孔穴。
[0093] 如本文所用，"連續(xù)"指非間歇制備或使用、不間斷的制造或使用。連續(xù)過(guò)程無(wú)需為 無(wú)限連續(xù)的，但應(yīng)該在含有該過(guò)程的方法操作時(shí)為基本上連續(xù)的。
[0094] 如本文所用，"晶體"指具有高度規(guī)則結(jié)構(gòu)的固體。晶體可通過(guò)元素或分子的凝固 而形成。
[0095] 如本文所用，"第一絡(luò)合物"、"第二絡(luò)合物"和"第三絡(luò)合物"指超過(guò)一種事物、特別 是材料、化合物或化學(xué)元素的組合。絡(luò)合物可為宏觀的，例如，所述術(shù)語(yǔ)不要求或禁止分子 或原子級(jí)的化學(xué)元素的組合。絡(luò)合物可具有不一致的分布。絡(luò)合物可為合金，或可含有合 金。
[0096] 如本文所用，"溶解化學(xué)品"指至少一種溶解化學(xué)品，并可指超過(guò)一種溶解化學(xué)品。 溶解化學(xué)品可指與至少一種雜質(zhì)反應(yīng)、溶解至少一種雜質(zhì)或它們的組合的化學(xué)品。
[0097] 如本文所用，"干燥"指至少部分去除水，并可指絕大部分水已從其去除的事物。 [0098] 如本文所用，"擠出"指從孔穴中擠壓出或推出，包括通過(guò)重力，包括通過(guò)由重力所 導(dǎo)致的液壓力，包括通過(guò)由重力所產(chǎn)生的液壓或通過(guò)其他方式而推出孔穴的固體。
[0099] 如本文所用，"新鮮水"指還未用于洗滌來(lái)自待提純的材料的雜質(zhì)或化學(xué)品的水。
[0100] 如本文所用，"頭部空間"指在某事物上方的空氣的體積，其通常但不必在封閉環(huán) 境中。
[0101] 如本文所用，"加熱器"指可將熱量賦予其他事物的設(shè)備。
[0102] 如本文所用，"待提純的材料"可為至少一種材料，并可為數(shù)種材料，且數(shù)種材料可 組合成合金、化學(xué)化合物、晶體或它們的組合。
[0103] 如本文所用，"混合物"指組合的兩種或更多種事物。所述組合可使得兩種事物之 間存在緊密接觸。
[0104] 如本文所用，"熔融"指液體，特別是在室溫下為固體的材料的液相。
[0105] 如本文所用，"過(guò)氧化物"指具有氧-氧單鍵的化合物，并包括過(guò)氧化氫。
[0106] 如本文所用，"pH"指溶液的酸度或堿度的量度。其近似溶解的氫離子（例如H+) 的摩爾濃度的底數(shù)為10的對(duì)數(shù)的負(fù)值。
[0107] 如本文所用，"聚氯化鋁"（也縮寫(xiě)為PAC)指式AlnCl(3n_m) (0H)_J^化合物。其也可 稱為堿式氯化錯(cuò)。
[0108] 如本文所用，"反應(yīng)"指與酸溶液或溶解溶液和不純的硅具有化學(xué)反應(yīng)或在酸溶液 或溶解溶液和不純的硅的環(huán)境中具有化學(xué)反應(yīng)，以溶解。
[0109] 如本文所用，"傳感器"指可檢測(cè)其他事物的特性或性質(zhì)的設(shè)備。
[0110] 如本文所用，"分離"指從另一事物中至少部分去除一種事物。
[0111] 如本文所用，"沉降槽"指一種槽，其設(shè)計(jì)為使固體材料沉降至底部，使得液體可從 槽中取出，所述液體相比于其進(jìn)入槽時(shí)含有更少的固體。在一些例子中，沉降槽可為圓錐 形，并可在底部具有閥以允許釋放固體。
[0112] 如本文所用，"比重"指相對(duì)于水密度的物質(zhì)密度。比重可指測(cè)得的物質(zhì)密度除以 在大約3. 98攝氏度和1個(gè)大氣壓下測(cè)得的水密度。
[0113] 如本文所用，"蒸汽"指氣態(tài)水或水蒸汽。
[0114] 如本文所用，"槽"指可以但不必在頂部開(kāi)放的容器。
[0115] 如本文所用，"閥"指允許或停止事物流動(dòng)通過(guò)其他事物的設(shè)備。
[0116] 如本文所用，"塊"指可為任意形狀的錠的一片。通常，塊為方形。
[0117] 如本文所用，"側(cè)面塊"指與錠的周邊共用一個(gè)側(cè)面的塊。
[0118] 如本文所用，"中心塊"指不與錠的周邊共用一個(gè)側(cè)面的塊。
[0119] 如本文所用，"拐角塊"指與錠的周邊共用兩個(gè)側(cè)面的塊。
[0120] 如本文所用，"涂層"指覆蓋另一材料的至少部分的材料的層，其中所述層可與其 覆蓋的材料一樣厚、更厚或更薄。
[0121] 如本文所用，"埋頭（counter-sunk) "指安裝螺絲釘、螺栓或類似硬件的一種方式， 其中使具有更寬圓周的第二圓錐形或半圓錐形孔穴更接近于大致在材料中的具有特定圓 周的主圓柱形孔穴以上的材料的表面，使得硬件不突出至其安裝的表面以上，或者使得相 比于不存在第二孔穴，硬件更少地突出至其安裝的表面以上。
[0122] 如本文所用，"鎖口（counter-bored)"指安裝螺絲釘、螺栓或類似硬件的一種方 式，其中使具有更寬圓周的第二圓柱形孔穴更接近于大致在材料中的具有特定圓周的主圓 柱形孔穴以上的材料的表面，使得硬件不突出至其安裝的表面以上，或者使得相比于不存 在第二孔穴，硬件更少地突出至其安裝的表面以上。
[0123] 如本文所用，"坩堝"指可容納熔融材料、可在材料熔化而變得熔融時(shí)容納材料，以 及可在材料凝固或結(jié)晶時(shí)容納熔融材料，或它們的組合的容器。
[0124] 如本文所用，"曲線"指大致彎曲或遵循大致弧狀形狀，且無(wú)需為完全彎曲的表面。 在估計(jì)表面是否彎曲時(shí)，考慮平均值，從而如果總體上表面遵循大致弧形，則在一些部分 (包括一個(gè)部分）、數(shù)個(gè)部分或所有部分中遵循一個(gè)或多個(gè)直線的表面可為彎曲表面。
[0125] 如本文所用，"網(wǎng)格"指至少兩個(gè)塊，所述塊的邊緣的圖案通常形成規(guī)則間隔的水 平和垂直線條的圖案。
[0126] 如本文所用，"內(nèi)角"指在兩個(gè)表面之間形成的角度，所述角度為兩個(gè)角度的更小 的角度。
[0127] 如本文所用，"平直側(cè)面"指大致直線、總體最小彎曲，且無(wú)需完全平直的側(cè)面。在 估計(jì)直線度時(shí)，考慮平均值，使得如果總體上側(cè)面沿著大致直線，則略微反復(fù)彎曲數(shù)次的側(cè) 面可為平直側(cè)面。
[0128] 如本文所用，"爐子"指具有用于加熱材料的隔室的機(jī)器、設(shè)備、裝置或其他結(jié)構(gòu)。
[0129] 如本文所用，"爐子容量"指爐子的隔室的體積。
[0130] 如本文所用，"周邊"指物體或形狀的外邊緣。
[0131] 如本文所用，"圓形"指不具有尖銳拐角的形狀，例如不具有90度拐角的形狀。圓 形形狀可為圓形或橢圓形。圓形形狀可包括邊緣修圓的方形形狀。
[0132] 如本文所用，"導(dǎo)管"指通過(guò)材料的管形孔穴，其中材料不必為管形。例如，通過(guò)一 塊材料的孔穴為導(dǎo)管。孔穴可具有比直徑更大的長(zhǎng)度。導(dǎo)管可通過(guò)在材料中包入管（包括 管道）而形成。
[0133] 如本文所用，"定向凝固"指使材料結(jié)晶，其在大約一個(gè)位置開(kāi)始，在大約線性方向 上（例如堅(jiān)直、水平，或垂直于表面）進(jìn)行，并在大約另一位置結(jié)束。如在該定義中所用，位 置可為點(diǎn)、面或彎曲面，包括環(huán)形或碗形。
[0134] 如本文所用，"風(fēng)扇"指可移動(dòng)空氣的任意設(shè)備或裝置。
[0135] 如本文所用，"加熱元件"指產(chǎn)生熱量的一片材料。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)使電流流 動(dòng)通過(guò)該材料時(shí)，加熱元件可產(chǎn)生熱量。
[0136] 如本文所用，"感應(yīng)加熱器"指經(jīng)由在材料中誘導(dǎo)電流而將熱量添加至所述材料的 加熱器。通常，通過(guò)使交流電行進(jìn)通過(guò)臨近待加熱的材料的金屬線圈而產(chǎn)生這種電流。
[0137] 如本文所用，"熔化"指發(fā)生從固體至液體，或至熔融材料的相變。
[0138] 如本文所用，"油"指在環(huán)境溫度下為液體、疏水性的，且具有300°C以上的沸點(diǎn)的 物質(zhì)。油的例子包括但不限于植物油和石油。
[0139] 如本文所用，"耐火材料"指在高溫下化學(xué)和物理穩(wěn)定的材料。耐火材料的例子包 括但不限于氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化硅、石墨，或它們的組合。
[0140] 如本文所用，"熱表面耐火材料"指耐火材料。
[0141] 如本文所用，"傳導(dǎo)耐火材料"指可導(dǎo)熱的耐火材料。
[0142] 如本文所用，"一個(gè)側(cè)面"或"多個(gè)側(cè)面"指一個(gè)或多個(gè)側(cè)面，除非另外指出，相比于 物體的一個(gè)或多個(gè)頂部或底部，其指物體的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面。
[0143] 如本文所用，"硅"指元素 Si，并可指任意純度程度的Si，但通常指至少50重量％ 純，優(yōu)選75重量％純，更優(yōu)選85重量％純，更優(yōu)選90重量％純，更優(yōu)選95重量％純，甚至 更優(yōu)選99重量％純的娃。
[0144] 如本文所用，"滑移面耐火材料"指減小摩擦并減小固體硅與定向凝固模具之間的 粘著的耐火材料。
[0145] 如本文所用，"管"指中空管道形材料。管通常具有大致匹配其外部形狀的內(nèi)部形 狀。管的內(nèi)部形狀可為任何合適的形狀，包括圓形、方形，或具有任意數(shù)量的側(cè)面的形狀，包 括非對(duì)稱形狀。
[0146] 如本文所用，"重結(jié)晶"指將不純的材料溶解于溶劑中，并將材料結(jié)晶出溶劑，使得 結(jié)晶出溶劑的材料具有比溶解于溶劑中的不純的材料更高的純度的過(guò)程。
[0147] 用于提鈍硅的方法
[0148] 本發(fā)明涉及硅的提純。本發(fā)明提供了一種用于提純硅的方法。參照?qǐng)D1，顯示了方 塊流程圖5,其給出了本發(fā)明的硅提純的方法的一般概觀。所述方法包括從包含鋁的熔融溶 劑中重結(jié)晶15起始材料硅10,以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體20。所述方法也包括用水性 酸溶液洗滌25最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體20,以提供最終經(jīng)酸洗的硅30。所述方法也包括定 向凝固35最終經(jīng)酸洗的硅30,以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體40。
[0149] 重結(jié)晶
[0150] 提純硅的方法包括從包含鋁的熔融溶劑中重結(jié)晶起始材料硅，以提供最終經(jīng)重結(jié) 晶的硅晶體。重結(jié)晶可為任何合適的重結(jié)晶過(guò)程，其中重結(jié)晶溶劑包含鋁，以提供比起始材 料硅更純的最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。在一些實(shí)施方案中，可進(jìn)行單次重結(jié)晶以將起始材料 硅轉(zhuǎn)化為最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。在其他實(shí)施方案中，在提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體之前 可將起始材料硅多次重結(jié)晶。在一些實(shí)施方案中，鋁溶劑可為純的，或可包含雜質(zhì)。鋁中的 雜質(zhì)可為硅或其他雜質(zhì)。在具有多次重結(jié)晶的實(shí)施方案中，重結(jié)晶可為級(jí)聯(lián)過(guò)程，其中鋁溶 劑可向后再循環(huán)通過(guò)過(guò)程，使得第一重結(jié)晶使用最不純的鋁作為重結(jié)晶溶劑，且最后重結(jié) 晶使用最純的鋁作為重結(jié)晶溶劑。當(dāng)硅晶體向前移動(dòng)通過(guò)級(jí)聯(lián)過(guò)程時(shí)，它們從更純的溶劑 金屬中重結(jié)晶。通過(guò)再循環(huán)鋁溶劑，浪費(fèi)達(dá)到最小。由于溶劑中和被重結(jié)晶的材料中的雜 質(zhì)的量可不利地影響產(chǎn)品的純度，因此使用最純的鋁溶劑用于最后重結(jié)晶有助于使最終經(jīng) 重結(jié)晶的硅晶體的純度達(dá)到最大。合適的重結(jié)晶的一些例子可見(jiàn)于以全文引用方式并入本 文的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)12/729,561。
[0151] 參照?qǐng)D2A，顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的重結(jié)晶硅的方法的方塊流程圖60。起始材 料硅的重結(jié)晶可包括使起始材料硅102與包含鋁的溶劑金屬126接觸106。所述接觸可足 以提供第一混合物108。所述方法可包括熔化110所述第一混合物。所述熔化110可足以 提供第一熔融混合物112。所述方法可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻可足以形 成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體132和母液126。所述方法可包括分離114最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶 體132和母液126。所述分離可提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體132。
[0152] 參照?qǐng)D2B，顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的重結(jié)晶硅的方法的方塊流程圖70。起始材 料硅的重結(jié)晶可包括使起始材料硅102與第一母液122接觸106。所述接觸106可足以提 供第一混合物108。所述方法可包括熔化110所述第一混合物。所述熔化可足以提供第一 熔融混合物112。所述方法可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻可足以形成第一硅 晶體120和第二母液104。所述方法可包括分離114所述第一硅晶體120和所述第二母液 104。所述分離可提供第一硅晶體120。所述方法可包括使所述第一硅晶體120與包含鋁 的第一溶劑金屬126接觸106。所述接觸106可足以提供第二混合物138。所述方法可包 括熔化110所述第二混合物138。所述熔化110可足以提供第二熔融混合物140。所述方 法可包括冷卻所述第二熔融混合物。所述冷卻可足以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體132和第 一母液122。所述方法也可包括分離114所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體132和所述第一母液 122,以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。應(yīng)了解，當(dāng)本文有關(guān)三程或更大重結(jié)晶級(jí)聯(lián)及其變化 的可適用的所有討論也適于單程重結(jié)晶實(shí)施方案（如圖2A中所示的實(shí)施方案）時(shí)，本文有 關(guān)三程或更大重結(jié)晶級(jí)聯(lián)及其變化的所有討論也適于雙程重結(jié)晶級(jí)聯(lián)實(shí)施方案（如圖2B 中所示的實(shí)施方案）。
[0153] 在一個(gè)實(shí)施方案中，起始材料硅的重結(jié)晶可包括使起始材料硅與第二母液接觸。 所述接觸可足以提供第一混合物。所述方法可包括熔化所述第一混合物。所述熔化可足以 提供第一熔融混合物。所述方法可包括冷卻所述第一熔融混合物，以形成第一硅晶體和第 三母液。所述方法可包括分離所述第一硅晶體和所述第三母液。所述分離可提供第一硅晶 體。所述方法可包括使所述第一硅晶體與第一母液接觸。所述接觸可足以提供第二混合物。 所述方法可包括熔化所述第二混合物。所述方法可足以提供第二熔融混合物。所述方法可 包括冷卻所述第二熔融混合物，以形成第二硅晶體和第二母液。所述方法可包括分離所述 第二硅晶體和所述第二母液。所述分離可提供第二硅晶體。所述方法可包括使所述第二硅 晶體與包含鋁的第一溶劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第三混合物。所述方法可包括熔 化所述第三混合物。所述熔化可足以提供第三熔融混合物。所述方法可包括冷卻所述第三 熔融混合物，以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和第一母液。所述方法可包括分離所述最終經(jīng) 重結(jié)晶的硅晶體和所述第一母液，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。
[0154] 參照?qǐng)D3、6和7,顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案的使用級(jí)聯(lián)過(guò)程重結(jié)晶硅的方法的方 塊流程圖100。起始材料硅102 (例如第一硅）可接觸106包含鋁的溶劑金屬（如第二母液 104)，以形成第一混合物108?？扇刍?10第一混合物108,以形成第一熔融混合物112?？?隨后將第一熔融混合物112冷卻并分離114成第一硅晶體120和母液（如第三母液116)。 可隨后從過(guò)程中取出并銷售118第三母液116以用于其他工業(yè)中，或者可將第三母液116 的全部或一部分與第二母液104 -起再循環(huán)144回。第三母液116具有價(jià)值的工業(yè)的一個(gè) 例子為用于鑄件的鋁硅合金的鋁鑄造工業(yè)。
[0155] 在一些實(shí)施方案中，原料或冶金級(jí)硅（例如起始材料硅）可包含例如小于約 15ppmw的硼，小于約lOppmw的硼，或小于約6ppmw的硼。溶劑金屬可為錯(cuò)。所述錯(cuò)可為 P1020鋁，并包含小于約1. Oppmw，小于約0. 6ppmw，或小于約0. 4ppmw的硼水平。
[0156] 硅或硅晶體與母液或溶劑金屬的接觸可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的 方式進(jìn)行。接觸的方式可包括將硅或硅晶體添加至母液，也可包括將母液添加至硅或硅晶 體。避免噴濺或避免材料損失的添加方法由預(yù)期的接觸方式涵蓋。可在攪拌或攪動(dòng)的情況 下或不在攪拌或攪動(dòng)的情況下進(jìn)行接觸。接觸可產(chǎn)生攪動(dòng)。接觸可設(shè)計(jì)為產(chǎn)生攪動(dòng)?？稍?加熱的情況下或不在加熱的情況下進(jìn)行接觸。接觸可產(chǎn)生熱量，可為吸熱的，或可不產(chǎn)生熱 量或熱量損失。
[0157] 任選的攪拌或攪動(dòng)可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的方式進(jìn)行。攪拌可包 括使用槳葉或其他攪拌設(shè)備的機(jī)械攪拌。攪動(dòng)可包括通過(guò)氣體的注入和鼓泡進(jìn)行攪動(dòng)，也 可包括容器的物理攪動(dòng)，包括打旋或搖動(dòng)。將一種材料添加至另一材料可導(dǎo)致攪動(dòng)，并可設(shè) 計(jì)添加的方式以產(chǎn)生攪動(dòng)。將液體注入另一液體也可產(chǎn)生攪動(dòng)。
[0158] 硅或硅晶體的混合物在母液或溶劑金屬中的熔化可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的 任何合適的方式進(jìn)行。熔化的方式可包括通過(guò)任何合適的方法將熱量添加至混合物，以引 起硅或硅晶體的所需熔化。在獲得熔融混合物之后，可繼續(xù)加熱。熔化的方式可在攪動(dòng)的 情況下或不在攪動(dòng)的情況下進(jìn)行。熔化的方式也可包括由于暴露于在足夠高的溫度下（例 如在硅或硅晶體的熔點(diǎn)處或熔點(diǎn)以上的溫度下）的母液或溶劑金屬而產(chǎn)生的硅或硅晶體 熔化；因此，使硅或硅晶體與母液或溶劑金屬接觸以產(chǎn)生混合物可與熔化硅或硅晶體的混 合物以提供熔融混合物的步驟組合?；旌衔锏娜刍瘻囟瓤蔀椴灰恢碌幕蚩勺兊?，隨著熔融 材料的組成改變而改變。
[0159] 將熱量添加至混合物的方法包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的方法。這些方 法包括例如，使用爐子加熱或者通過(guò)將熱氣體注入混合物中來(lái)加熱，或者使用由燃燒氣體 所產(chǎn)生的火焰來(lái)加熱?？墒褂酶袘?yīng)加熱。加熱的方法可為輻射加熱。加熱方法可利用待加 熱的材料的導(dǎo)電。還包括使用等離子體來(lái)加熱、使用放熱化學(xué)反應(yīng)來(lái)加熱或者使用地?zé)崮?來(lái)加熱。取決于硅的雜質(zhì)和母液的含量，硅或硅晶體與母液或溶劑金屬的混合可產(chǎn)生熱量 或吸收熱量，這在一些實(shí)施方案中可能導(dǎo)致對(duì)有利的熱源的相應(yīng)調(diào)整。
[0160] 任選地，在冷卻之前可將氣體注入熔融混合物中，包括氯氣、其他鹵素氣體或含鹵 素氣體，或者任何合適的氣體。熔融混合物的冷卻可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適 的方式進(jìn)行。包括通過(guò)移除熱源來(lái)冷卻，其包括通過(guò)暴露于室溫或暴露于熔融混合物的溫 度以下的溫度而進(jìn)行冷卻。包括通過(guò)倒入非爐子的容器，并允許在爐溫以下的溫度下冷卻， 從而進(jìn)行冷卻。在一些實(shí)施方案中，所述冷卻可為迅速的；然而，在其他實(shí)施方案中，所述 冷卻可為逐漸的，因此，可能有利的是將冷卻中的熔融混合物暴露于冷源，所述冷源僅遞增 地低于熔融混合物的當(dāng)前溫度。當(dāng)冷卻熔融混合物時(shí)，可逐漸降低冷源的溫度，并且在一 些情況中，這可通過(guò)在冷卻熔融混合物時(shí)靈敏監(jiān)測(cè)或常規(guī)監(jiān)測(cè)所述熔融混合物的溫度而實(shí) 現(xiàn)?？赏ㄟ^(guò)盡可能慢地冷卻混合物而改進(jìn)所得結(jié)晶硅的純度，因此，可預(yù)期本發(fā)明涵蓋了所 有合適的逐漸冷卻方式。還包括更快速的冷卻方法，包括冷凍機(jī)制。包括將容納熔融材料 的容器暴露于更冷的材料，所述更冷的材料例如比熔融混合物更冷的液體（如水），或者例 如另一熔融金屬，或者例如氣體（包括環(huán)境空氣或冷凍空氣）。包括將更冷的材料添加至熔 融混合物中，如添加另一種更冷的母液，或者添加更冷的溶劑金屬，或者添加另一種更冷的 材料，所述另一種更冷的材料可在之后從所述混合物中移出或者可留在所述混合物中。
[0161] 可預(yù)期將得自熔融混合物的冷卻和隨后的硅晶體和母液的分離的母液任選地再 循環(huán)至過(guò)程中的任何先前步驟。當(dāng)發(fā)生硅從母液中結(jié)晶時(shí)，通常至少一定量的硅將連同雜 質(zhì)一起保持溶解于母液中，其中希望所述雜質(zhì)保持溶解于所述母液中。將熔融混合物冷卻 至所有或大多數(shù)的硅為晶體的點(diǎn)在一些情況中是不可能的，或者可不利地影響所得硅晶體 的純度，或者可為低效的。在一些實(shí)施方案中，通過(guò)僅允許少于全部的硅或少于多數(shù)的硅從 熔融混合物中結(jié)晶出來(lái)而制得的硅晶體的純度可得以顯著改進(jìn)或得以至少部分改進(jìn)。相比 于組合熱母液和先前步驟中的母液，或者相比于再利用熱母液，加熱和熔化溶劑金屬所需 的能量可能是經(jīng)濟(jì)上低效的。相比于不將母液冷卻至這種低溫并接受較低的硅晶體收率但 隨后再循環(huán)所述母液，將熔融混合物冷卻至一定溫度以獲得一定產(chǎn)率的硅晶體所需的能量 可能是低效的。
[0162] 可預(yù)期，本發(fā)明的一些實(shí)施方案涵蓋了將所需材料和不需要的材料有利地留在母 液中；因此，在一些實(shí)施方案中，將再循環(huán)母液以在同一結(jié)晶步驟中或在之前的結(jié)晶步驟中 再次使用有時(shí)是有用的特征。通過(guò)再循環(huán)母液，仍然存在于母液的混合物中的硅得以保存， 并且相比于簡(jiǎn)單地拋棄所述母液或?qū)⑺瞿敢鹤鳛楦碑a(chǎn)品銷售，浪費(fèi)更少。在一些實(shí)施方 案中，相比于母液不具有經(jīng)再循環(huán)的母液，或者甚至相比于發(fā)生結(jié)晶的溶劑為純?nèi)軇┙饘伲?通過(guò)使用經(jīng)再循環(huán)的母液，或者通過(guò)使用其中具有一些經(jīng)再循環(huán)的母液的母液，可能獲得 相同純度程度或幾乎相同純度程度的硅晶體。因此，母液再循環(huán)的所有程度及其變體被涵 蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0163] 母液與硅固體的分離可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適方法來(lái)進(jìn)行。本文描 述的方法的實(shí)施方案涵蓋了從所需固體排出或抽出液體溶劑的任何變體。這些方法包括傾 析，或者從所需固體倒出母液。對(duì)于傾析，可通過(guò)重力，通過(guò)固體與自身的粘附或與容器側(cè) 面的粘附，通過(guò)使用選擇性保留固體的格柵或網(wǎng)狀分隔物，或者通過(guò)將物理壓力施加至固 體以使其留在適當(dāng)位置，從而將所需固體保留在適當(dāng)位置。分離方法包括離心分離。也包 括過(guò)濾，所述過(guò)濾使用任何過(guò)濾介質(zhì)，使用或不使用真空，并且使用或不使用壓力。也包括 化學(xué)方法，如溶解或溶劑的化學(xué)轉(zhuǎn)換，包括使用酸或堿。
[0164] 參照?qǐng)D3和7,第一硅晶體120可隨后任選地與第一母液122接觸106,以形成第 二混合物138。第二混合物138可任選地熔化，以形成第二熔融混合物140?？蓪⑺龅诙?熔融混合物任選地冷卻并分離114成第二硅晶體124和第二母液104。可隨后將所述第二 母液104導(dǎo)回136至所述過(guò)程中以接觸起始材料硅102,或者可將所述第二母液104的全部 或一部分再循環(huán)142回所述第一母液122。從接觸所述第一硅晶體到獲得第二硅晶體的步 驟是任選的，因?yàn)檫@些步驟可被跳過(guò)，或者這些步驟可進(jìn)行多次（例如1次、2次、3次、4次 等）。如果不進(jìn)行121這些步驟，則結(jié)晶可為雙程過(guò)程，且第一硅晶體120隨后與第一溶劑 金屬126接觸。
[0165] 在另一實(shí)施方案中，進(jìn)行從接觸所述第一硅晶體到獲得第二硅晶體的步驟。在這 些實(shí)施方案中，不進(jìn)行步驟121。因此，在將所述第一熔融混合物112冷卻并分離114成第 一娃晶體120和第三母液116之后，所述第一娃晶體120可隨后與第一母液122接觸106， 以形成第二混合物138。第二混合物138可熔化，以形成第二熔融混合物140?？蓪⑺龅?二熔融混合物冷卻并分離114成第二硅晶體124和第二母液104?？呻S后將所述第二母液 104導(dǎo)回136至所述過(guò)程中以接觸起始材料硅102,或者可將所述第二母液104的全部或一 部分再循環(huán)142回所述第一母液122。
[0166] 在另一實(shí)施方案中，獨(dú)立地進(jìn)行或不進(jìn)行從接觸所述第一硅晶體到獲得第二硅晶 體的步驟。因此，在將所述第一熔融混合物112冷卻并分離114成第一硅晶體120和第三 母液116之后，所述第一硅晶體120可隨后任選地與第一母液122接觸106,以形成第二混 合物138,或者可選擇地，所述第一硅晶體120可隨后與第一母液122接觸106,以形成第二 混合物138。所述第二混合物138可任選地熔化以形成第二熔融混合物140,或者可選擇 地，所述第二混合物138可熔化以形成第二熔融混合物140?？扇芜x地將所述第二熔融混合 物冷卻并分離114成第二硅晶體124和第二母液104,或者可選擇地，可將所述第二熔融混 合物冷卻并分離114成第二硅晶體124和第二母液104?？呻S后將所述第二母液104導(dǎo)回 136至所述過(guò)程中以接觸起始材料硅102,或者可將所述第二母液104的全部或一部分再循 環(huán)142回所述第一母液122。
[0167] 第二硅晶體124可與第一溶劑金屬126接觸，以形成第三混合物128。第三混合物 128可熔化110,以形成第三熔融混合物130。可隨后將所述第三熔融混合物130冷卻并分 離114成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體（例如第三硅晶體）132和第一母液122?？呻S后將所述第 一母液122的全部或一部分導(dǎo)回134至所述過(guò)程中，以接觸所述第一硅晶體120。可將所述 第一母液122的全部或一部分再循環(huán)123回所述第一溶劑金屬126。在本發(fā)明的一些實(shí)施 方案中，將母液122的全部或部分間歇或連續(xù)地再循環(huán)123回所述第一溶劑金屬126中可 導(dǎo)致要素（element) 126包含由于被母液稀釋而達(dá)不到完全純凈的溶劑金屬；母液的再循 環(huán)步驟的所有變體包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)?？蛇x擇地或另外地，可將所述第一母液的全部 或一部分再循環(huán)135回所述第二母液。
[0168] 在一些實(shí)施方案中，不進(jìn)行從接觸所述第一硅晶體到獲得第二硅晶體的步驟。因 此，在將所述第一熔融混合物112冷卻并分離114成第一硅晶體120和第三母液116之后， 所述第一硅晶體120可121與第一溶劑金屬126接觸106,以形成第三混合物128。第三混 合物128可熔化110,以形成第三熔融混合物130。可隨后將所述第三熔融混合物130冷卻 并分離114成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體132和第一母液122?？呻S后將所述第一母液122導(dǎo) 回134至所述過(guò)程中，以接觸所述第一硅晶體120?？蓪⑺龅谝荒敢?22的全部或一部分 再循環(huán)123回所述第一母液。
[0169] 產(chǎn)生第一硅晶體120可稱為第一程。形成第二硅晶體124可稱為第二程。類似地， 形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體132的所述方法的部分可稱為第三程。在本發(fā)明的方法中，所 預(yù)期的程數(shù)不受限制。
[0170] 為了更有效地使用母液，可通過(guò)增加從母液實(shí)現(xiàn)結(jié)晶的次數(shù)，通過(guò)增加從所述母 液回收的硅的量，或者通過(guò)增加進(jìn)入所述過(guò)程中的下一程之前的硅晶體的產(chǎn)率，從而進(jìn)行 重復(fù)進(jìn)程，并且在本發(fā)明的方法中所預(yù)期的一程的重復(fù)次數(shù)不受限制。如果進(jìn)行一個(gè)重復(fù) 進(jìn)程，則在重復(fù)該進(jìn)程時(shí)可全部或部分地再使用各自的母液。重復(fù)進(jìn)程可連續(xù)進(jìn)行或并列 進(jìn)行。如果重復(fù)進(jìn)程連續(xù)進(jìn)行，則所述進(jìn)程可在單個(gè)容器中進(jìn)行，或者所述進(jìn)程可連續(xù)地在 數(shù)個(gè)容器中進(jìn)行。如果重復(fù)進(jìn)程并列進(jìn)行，則可使用數(shù)個(gè)容器，從而允許數(shù)個(gè)結(jié)晶并列地發(fā) 生。術(shù)語(yǔ)"連續(xù)"和"并列"不旨在嚴(yán)格限制進(jìn)行步驟的次序，而是旨在大致地描述每次進(jìn) 行一個(gè)步驟，或幾乎同時(shí)進(jìn)行多個(gè)步驟。
[0171] 重復(fù)進(jìn)程（例如第一程、第二程、第三程或任何程的重復(fù)）可更有效地利用數(shù)個(gè)具 有遞減純度的母液，包括通過(guò)在一程中再使用母液的全部或部分。為了使已有的母液更純， 一種方法可為將另外的溶劑金屬（所述另外的溶劑金屬比母液更純）添加至母液。將另一 種更純的母液（如源自例如所述過(guò)程中之后的結(jié)晶步驟的母液）添加至母液中可為另一種 增加母液純度的方法。已在特定進(jìn)程中使用的母液的部分或全部也可被拋棄，或者在之前 的進(jìn)程中使用，或者在同一進(jìn)程的之前的重復(fù)中使用。
[0172] 進(jìn)程的重復(fù)和相應(yīng)的母液的再使用的一個(gè)可能的原因可為，對(duì)于整個(gè)過(guò)程的部分 或全部，使級(jí)聯(lián)步驟的質(zhì)量平衡?？蓪⒑线m純度的硅添加至級(jí)聯(lián)的任何階段，并且可與來(lái)自 先前進(jìn)程的硅一起加入，或者不與來(lái)自先前進(jìn)程的硅一起加入，如步驟的重復(fù)那樣，這樣做 的一個(gè)可能原因可為使級(jí)聯(lián)步驟的質(zhì)量平衡部分地或完全地守恒。
[0173] 在重復(fù)進(jìn)程中，母液可全部再使用，而不對(duì)所述母液的純度進(jìn)行任何提高?？蛇x 擇地，可通過(guò)使用更純的溶劑金屬或來(lái)自后續(xù)步驟的母液來(lái)提高母液的純度，從而在重復(fù) 進(jìn)程中部分地再使用具有提高的純度的母液。例如，可使用兩個(gè)不同的容器并列地重復(fù)第 一程，其中母液朝向所述過(guò)程的起點(diǎn)從所述進(jìn)程的第一次操作流動(dòng)至所述進(jìn)程的第一次重 復(fù)，在所述進(jìn)程的第一次操作和所述進(jìn)程的重復(fù)操作中均添加硅，并且從所述進(jìn)程的第一 次操作和所述進(jìn)程的重復(fù)中均移出硅以繼續(xù)送至后續(xù)的進(jìn)程。在另一實(shí)施例中，可使用兩 個(gè)不同的容器并列地重復(fù)第一程，其中母液中的部分朝向所述過(guò)程的起點(diǎn)從所述進(jìn)程的第 一次操作流動(dòng)至所述進(jìn)程的第一次重復(fù)，且母液的另一部分朝向所述過(guò)程的起點(diǎn)流動(dòng)至先 前的步驟而不在所述進(jìn)程的重復(fù)中再使用，在所述進(jìn)程的第一次操作和所述進(jìn)程的重復(fù)操 作中均加入硅，并且從所述進(jìn)程的第一次操作和所述進(jìn)程的重復(fù)中均移出硅以繼續(xù)送至后 續(xù)的進(jìn)程。
[0174] 另外，可使用一個(gè)容器連續(xù)地重復(fù)第一程，其中在第一結(jié)晶和分離之后，保留來(lái)自 所述進(jìn)程的所用母液中的部分以再使用，并添加來(lái)自之后進(jìn)程的一些母液，并且在所述重 復(fù)的進(jìn)程中使用另外的硅進(jìn)行另一結(jié)晶。在重復(fù)之后，可將母液完全移動(dòng)至另一先前步驟。 可選擇地，在重復(fù)之后，可將母液中的僅部分移動(dòng)至另一個(gè)先前步驟，并保留母液的其余部 分以在進(jìn)程中再使用?？蓪⒛敢褐械闹辽俨糠肿罱K移動(dòng)至先前步驟，否則該母液的雜質(zhì)可 能積累至不可接受的水平，而且所述級(jí)聯(lián)的質(zhì)量平衡也可能難以維持。在另一實(shí)施例中， 可使用一個(gè)容器連續(xù)地重復(fù)第一程，其中在第一結(jié)晶和分離之后，保留來(lái)自該進(jìn)程的所用 母液的全部以在所述重復(fù)進(jìn)程中再使用，并且在所述重復(fù)進(jìn)程中使用另外的硅進(jìn)行另一結(jié) 晶。
[0175] 后續(xù)的進(jìn)程可在同一容器或不同容器中進(jìn)行，或者如同先前的進(jìn)程進(jìn)行。例如，第 一程可在與第二程相同的容器中發(fā)生。或者，第一程可在與第二程不同的容器中發(fā)生。進(jìn) 程可在同一容器中重復(fù)。例如，第一程的第一次操作可在特定的容器中發(fā)生，那么所述第一 程的第一次重復(fù)可在同一容器中發(fā)生。在一些實(shí)施方案中，大規(guī)模加工的經(jīng)濟(jì)性可能會(huì)使 得在多個(gè)后續(xù)或同時(shí)的進(jìn)程中再使用同一容器是有利的。在一些實(shí)施方案中，可能在經(jīng)濟(jì) 上有益的是從容器到容器移動(dòng)液體而非移動(dòng)固體，因此，本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋了再使用 容器的所有變體，還涵蓋了使用不同容器的所有變體。因此，后續(xù)的進(jìn)程可在與先前進(jìn)程不 同的容器中進(jìn)行。重復(fù)進(jìn)程可在與該進(jìn)程的之前操作相同的容器中進(jìn)行。
[0176] 當(dāng)母液朝向所述過(guò)程的起點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，所述母液的雜質(zhì)增至更高濃度，包括硼和其 他雜質(zhì)的更高濃度。在每個(gè)結(jié)晶（形成晶體）步驟中，可根據(jù)需要再使用母液以在整個(gè)過(guò) 程平衡質(zhì)量。再使用的次數(shù)可隨所用的溶劑金屬（例如鋁）與硅的比例、所需的化學(xué)以及 所需的系統(tǒng)通量而變化。
[0177] 如以下更深入地描述，在提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體之后，可通過(guò)使用酸、堿或其 他化學(xué)品溶解殘余溶劑金屬或者從晶體中去除殘余溶劑金屬。任何粉末、剩余的溶劑金屬 或外來(lái)污染物也可通過(guò)機(jī)械方法去除。鹽酸（HC1)可用于將溶劑金屬?gòu)寞B片（cascaded flake)或晶體中溶出。廢HC1可作為聚氯化鋁（PAC)或氯化鋁銷售以處理廢水或飲用水 等。為了將鋁從片料中溶出，可使用具有多個(gè)槽的逆流系統(tǒng)，所述逆流系統(tǒng)在相反的方向上 移動(dòng)從清潔至臟的片料，以及從清潔至廢的酸?？墒褂么鼮V室從片料中取出松散的粉末，并 且可在酸浸之后使用V形坡口槽和振動(dòng)器（vibration)從片料中分離粉末球、外來(lái)污染物 或未溶解的鋁。
[0178] 在本文公開(kāi)的方法的過(guò)程中的任何時(shí)刻，可熔化硅晶體或片料。氣體或熔渣可與 熔融硅接觸?？蓪⒓s0. 5-50wt%的熔渣添加至硅。例如，可利用包含一定量的Si02的熔 渣。片料可在爐子中熔化，所述爐子可包括熔渣添加，并且熔渣添加可在片料熔化之前或之 后進(jìn)行。可使用熔渣添加熔化片料。片料可在真空、惰性氣氛或標(biāo)準(zhǔn)氣氛下熔化。可將氬 氣泵送通過(guò)爐子以產(chǎn)生氬氣層，或者可使用真空爐子。片料可熔化至約14KTC以上。熔融 硅可保持在約1450°C至約1700°C之間。在將熔融硅保持在爐子中的同時(shí)，或者在注入氣體 的過(guò)程中，可在造渣過(guò)程中從浴表面去除熔渣或浮渣。在一些實(shí)施例中，可隨后將熔融硅倒 入模具以用于定向凝固。熔融硅可首先過(guò)濾通過(guò)陶瓷過(guò)濾器。
[0179] 母液可使用陶瓷泡沫過(guò)濾器過(guò)濾，或者可在所述過(guò)程的任何階段注入氣體。污染 物（如硼或磷）較少的陶瓷材料為可用于容納和熔化熔融硅的材料的例子。例如，氣體可 為氧氣、氬氣、水、氫氣、氮?dú)?、氯氣或含有可用的這些化合物的其他氣體，或它們的組合。氣 體可注射通過(guò)噴槍、旋轉(zhuǎn)脫氣器或多孔塞進(jìn)入熔融硅。可將100%氧氣注入熔融硅中。氣體 可注射約30分鐘至約12小時(shí)。氣體可在造渣之前、造渣之后或造渣過(guò)程中注入。氣體可 為以30-401711^11注射通過(guò)噴槍進(jìn)入熔融硅達(dá)4小時(shí)的100%氧氣。
[0180] 參照?qǐng)D4和圖5,顯示了根據(jù)一些實(shí)施方案利用三程級(jí)聯(lián)來(lái)重結(jié)晶第一材料的方 法的圖200。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，第一材料為硅，且溶劑金屬為鋁?？蓪⑵鹗疾牧瞎?16 進(jìn)料至第一程204重結(jié)晶過(guò)程的起點(diǎn)?？蓪⒐?16隨后地或同時(shí)地進(jìn)料至第一程202過(guò) 程的第一次重復(fù)中。第一程202和204可在同一爐子中連續(xù)進(jìn)行，其中將一定百分比的母 液224返回至或留在同一爐子中，并將一定百分比的母液214去除?？蛇x擇地，第一程202 和204可在不同爐子中進(jìn)行。來(lái)自單程的所得片料可從202和204的每一個(gè)中移出并合并 成218,或者可將得自過(guò)程202的片料進(jìn)料至過(guò)程204中，且得自過(guò)程204的片料變成片料 218?？蓪⑺玫膯纬唐?18進(jìn)料至第二程208和206過(guò)程中，所述第二程208和206過(guò) 程產(chǎn)生第二程片料220。第二程206和208可在同一爐子中進(jìn)行。連續(xù)地，一定百分比的母 液224可在爐子中再熔化，且一定百分比的母液224可被送至單程204。第二程206和208 可在不同爐子中進(jìn)行。圖4和5示出了同時(shí)進(jìn)入第二程的第一次操作208和第二程的第一 次重復(fù)206中的片料218,以及離開(kāi)過(guò)程步驟202和204以進(jìn)入第三程210的第二程片料 220 ;然而，這些步驟可連續(xù)地發(fā)生?？呻S后將第二程片料220進(jìn)料至第三程210重結(jié)晶過(guò) 程，以制備第三程片料222 (例如最終經(jīng)重結(jié)晶的硅）。新的溶劑金屬212在所述過(guò)程中起 始于第三程210,并且在母液224中以與硅相反的方向進(jìn)料通過(guò)所述過(guò)程，從而得到可作為 有用的副產(chǎn)品售出的共晶液或母液214。以此方式，母液224中的溶劑金屬的純度降低，并 且在與純度增加的硅218、220、222相反的方向上流過(guò)系統(tǒng)。
[0181] 酸洗
[0182] 提純硅的方法包括用水性酸溶液洗滌最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體，以提供最終經(jīng)酸洗 的硅。在洗滌步驟中，使用水性酸溶液的任何合適的洗滌可用于提供最終經(jīng)酸洗的硅。在 一些實(shí)施方案中，使用級(jí)聯(lián)溶解和洗滌過(guò)程。洗滌步驟（包括溶解和洗滌過(guò)程）可含有單 個(gè)或多個(gè)階段。水和溶解化學(xué)品可朝向過(guò)程的起點(diǎn)再循環(huán)通過(guò)所述過(guò)程。盡管在以下示例 性實(shí)施方案中描述了一系列步驟（包括酸洗、水洗和干燥）以由重結(jié)晶步驟的最終經(jīng)重結(jié) 晶的硅晶體制備最終經(jīng)酸洗的硅，但應(yīng)了解，從最終經(jīng)重結(jié)晶的硅溶解鋁或其他不希望的 雜質(zhì)以產(chǎn)生最終經(jīng)酸洗的硅的任何合適的過(guò)程作為本發(fā)明的方法的酸洗步驟的實(shí)施方案 的實(shí)施例被涵蓋。合適的酸洗步驟的一些例子可見(jiàn)于以全文引用方式并入本文的美國(guó)專利 申請(qǐng)系列號(hào)12/760, 222。
[0183] 參照?qǐng)D9,顯示了本發(fā)明的洗滌步驟的一個(gè)具體實(shí)施方案2100的一般流程圖，其 采用最終經(jīng)結(jié)晶的硅作為起始材料，并制得最終經(jīng)酸洗的硅作為產(chǎn)物。當(dāng)水2128和溶解化 學(xué)品2134可在相反或向后的方向上移動(dòng)通過(guò)過(guò)程時(shí)，不純材料2101 (作為最終經(jīng)重結(jié)晶 的硅晶體起始）可在向前的方向上移動(dòng)通過(guò)所述過(guò)程。不純材料2102可通過(guò)開(kāi)始溶解過(guò) 程2106而進(jìn)入酸洗過(guò)程2104。溶解過(guò)程2106可包括多個(gè)級(jí)聯(lián)溶解階段，包括溶解階段一 2108和溶解階段二2110。溶解過(guò)程2106可選擇性地溶解待提純的材料中的一種或多種雜 質(zhì)，或者與待提純的材料中的一種或多種雜質(zhì)反應(yīng)。接著，待提純的材料可離開(kāi)2112溶解 過(guò)程2106,并進(jìn)入洗滌過(guò)程2114。洗滌過(guò)程2114可包括多個(gè)級(jí)聯(lián)階段，包括第一洗滌階段 2116和第二洗滌階段2118。經(jīng)洗滌的材料可隨后離開(kāi)2120洗滌過(guò)程，并進(jìn)入2120干燥 過(guò)程2122。在干燥之后，材料可離開(kāi)2124干燥過(guò)程2122,從而提供經(jīng)干燥的經(jīng)提純的材料 2126 (例如最終經(jīng)酸洗的硅）。
[0184] 盡管如上所述溶解過(guò)程可包括多個(gè)級(jí)聯(lián)階段，但溶解過(guò)程可以可選擇地包括一個(gè) 溶解階段。來(lái)自洗滌過(guò)程的沖洗水和水性酸可進(jìn)入單個(gè)溶解階段，從而形成所需濃度的水 性酸。為了保持單個(gè)溶解階段的pH、體積、濃度或比重，可將酸溶液完全或部分轉(zhuǎn)移出單個(gè) 溶解階段和溶解過(guò)程。開(kāi)始所述過(guò)程的不純材料可直接進(jìn)入單個(gè)溶解階段。另外，超過(guò)兩 個(gè)溶解階段可以可選擇地包括于溶解過(guò)程中。溶解過(guò)程的最后階段通?？蔀槠渲刑砑觼?lái)自 洗滌過(guò)程的沖洗水和本體溶解化學(xué)品以形成強(qiáng)酸溶液的過(guò)程。
[0185] 盡管如上所述洗滌過(guò)程可包括多個(gè)級(jí)聯(lián)階段，但洗滌過(guò)程可以可選擇地包括一個(gè) 洗滌階段。新鮮水可進(jìn)入單個(gè)溶解階段，來(lái)自溶解過(guò)程的待洗滌的材料可直接進(jìn)入單個(gè)洗 滌階段。在單個(gè)溶解階段中分離材料和沖洗水之后，沖洗水可直接進(jìn)入溶解過(guò)程。另外，超 過(guò)兩個(gè)洗滌階段可以可選擇地包括于洗滌過(guò)程中。洗滌過(guò)程的最后階段可通常為其中可添 加新鮮水的過(guò)程。
[0186] 當(dāng)待提純的材料通過(guò)溶解過(guò)程時(shí)，溶解過(guò)程可允許選擇性地溶解多種雜質(zhì)，或者 允許選擇性地與多種雜質(zhì)反應(yīng)?？蛇x擇地，當(dāng)待提純的材料通過(guò)溶解過(guò)程時(shí)，溶解過(guò)程可允 許選擇性地溶解一種雜質(zhì)，或者允許選擇性地與一種雜質(zhì)反應(yīng)。
[0187] 干燥可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的方式進(jìn)行。干燥可包括通過(guò)如下方 式干燥：將空氣吹過(guò)材料、諸如通過(guò)真空將空氣抽吸過(guò)材料、使用加熱、離心力、浸漬或沉浸 于與水不溶混的有機(jī)溶劑中、搖動(dòng)、允許滴干，或它們的組合。任何合適數(shù)量的干燥過(guò)程被 涵蓋于本發(fā)明的實(shí)施方案內(nèi)。
[0188] 仍然參照?qǐng)D9,當(dāng)待提純的材料在向前的方向上移動(dòng)通過(guò)過(guò)程時(shí)，水2128可進(jìn)入 2130洗滌過(guò)程2114的末端。水可通過(guò)洗滌過(guò)程2114,從而從經(jīng)提純的材料中去除酸和經(jīng) 溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)；因此，含有酸和經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)的水可離開(kāi)2132洗滌階段2114。 水可進(jìn)入2132溶解過(guò)程2106的末端。在溶解過(guò)程2106中，水可與足以產(chǎn)生所需濃度的溶 解溶液的量的本體酸2134組合。溶解溶液可通過(guò)溶解過(guò)程2106,從而當(dāng)其溶解待提純的 材料中的雜質(zhì)并與所述雜質(zhì)反應(yīng)時(shí)變成逐漸減弱的酸溶液。酸溶液可離開(kāi)2136溶解過(guò)程 2106,從而提供含有經(jīng)溶解和/或經(jīng)反應(yīng)的雜質(zhì)的酸溶液2138。
[0189] 酸可為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的酸。酸可包括在任何合適溶劑中的任何 合適濃度的酸。酸可包括 HC1、H2P04、H2S04、HF、HN0 3、HBr、Η3Ρ02、Η3Ρ03、Η 3Ρ04、Η3Ρ05、Η4Ρ 206、 h4p2o7、h5p3o 1(i，或它們的組合。酸溶液中的至少一者可包含過(guò)氧化物化合物，如h2o2。
[0190] 雜質(zhì)可僅溶解于酸溶液中而不反應(yīng)?？蛇x擇地，雜質(zhì)可僅通過(guò)酸溶液反應(yīng)而不溶 解?？蛇x擇地，雜質(zhì)可使用酸溶液溶解并反應(yīng)。另外，雜質(zhì)可首先溶解，然后與酸溶液反應(yīng)， 使得雜質(zhì)在溶解之前不明顯與酸反應(yīng)。另外，雜質(zhì)可首先反應(yīng)，然后由酸溶液溶解，使得雜 質(zhì)在與酸反應(yīng)之前不明顯溶解。與酸溶液反應(yīng)可包括轉(zhuǎn)化成不同的化合物或與不同的元素 或化合物的組合。因此，在雜質(zhì)在溶解之前首先反應(yīng)的情況中，所述溶解可能特征在于，由 于在溶解之前雜質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化而溶解化合物而非雜質(zhì)。
[0191] 在不純材料2102進(jìn)入2104溶解過(guò)程2106之后，材料可進(jìn)入2140第一溶解階段 2108,并可與更弱的酸溶液組合以提供混合物?？墒共患兊牟牧虾退崛芤涸谧銐虻臏囟认?混合足夠的時(shí)間，以使酸溶液至少部分溶解雜質(zhì)或與雜質(zhì)至少部分反應(yīng)?？呻S后分離所述 組合，使得含有經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)的酸溶液可保持在第一溶解階段2108中，或者可部分 或全部離開(kāi)2144所述階段，且雜質(zhì)中的至少一些已反應(yīng)或溶解掉的材料可離開(kāi)2146第一 溶解階段2108。可將來(lái)自洗滌過(guò)程的水部分或全部添加2148至第二溶解階段2110,并可將 酸2134的部分添加2149至溶解過(guò)程，所述酸2134的部分可進(jìn)入2150第二溶解階段2110， 并足以在第二溶解階段2110中產(chǎn)生所需濃度的溶解溶液。待提純的材料可進(jìn)入2146第二 溶解階段2110,并與更強(qiáng)的溶解溶液組合以提供混合物?？墒共患兊牟牧虾退崛芤涸谧銐?的溫度下混合足夠的時(shí)間，以使酸溶液至少部分溶解雜質(zhì)或與雜質(zhì)至少部分反應(yīng)。可隨后 分離所述組合，使得含有經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)的酸溶液可保持在第二溶解階段2110中，或 者可部分或全部離開(kāi)2142所述階段，且雜質(zhì)中的至少一些已反應(yīng)或溶解掉的材料可離開(kāi) 2152第二溶解階段2110,并隨后可離開(kāi)2112溶解過(guò)程2106。
[0192] 如上所述的足夠的時(shí)間或足夠的溫度可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的 時(shí)間或溫度。時(shí)間的足夠性可由組合的物理過(guò)程以及反應(yīng)或溶解時(shí)間的局限性決定。使用 溶解溶液使雜質(zhì)反應(yīng)或溶解作為放熱反應(yīng)或溶解時(shí)可產(chǎn)生熱量。可選擇地，使用溶解溶液 使雜質(zhì)反應(yīng)或溶解作為吸熱反應(yīng)或溶解時(shí)可降低熱量。可在某些實(shí)施方案中使用由溶解或 反應(yīng)所產(chǎn)生或帶走的熱量，以協(xié)助控制反應(yīng)的足夠溫度。在其他實(shí)施方案中，可通過(guò)加熱或 冷凍或其他熱量控制方法抵消由溶解或反應(yīng)所產(chǎn)生或帶走的熱量，以獲得足夠的溫度。可 有時(shí)超過(guò)足夠的時(shí)間而不會(huì)不利地影響所述方法。同樣地，比足以完全、大部分或超過(guò)至少 部分溶解雜質(zhì)或與雜質(zhì)反應(yīng)的時(shí)間更短的時(shí)間在本發(fā)明中可有時(shí)仍然是足夠的時(shí)間。溶解 或反應(yīng)的溫度可影響足夠的時(shí)間量。同樣地，所用的時(shí)間量可影響被認(rèn)為足夠的溫度。
[0193] 在材料進(jìn)入2112洗滌過(guò)程2114之后，材料可進(jìn)入2154第一洗滌階段2116,并可 與含有一些酸和經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)的沖洗溶液組合。可使材料和沖洗溶液在足夠的溫 度下混合足夠的時(shí)間，以使經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)或者溶解化學(xué)品中的至少一些進(jìn)入沖洗溶 液?？呻S后分離所述組合，使得含有經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)或者酸的沖洗溶液可保持在第一 洗滌階段2116中或者可部分或完全離開(kāi)2158第一洗滌階段2116,并可隨后部分或完全離 開(kāi)洗滌過(guò)程2114。經(jīng)反應(yīng)或溶解的雜質(zhì)或者酸中的一些已洗掉的材料可離開(kāi)2160第一洗 滌階段2116,并可進(jìn)入2160第二洗滌階段2118,其中其可與由進(jìn)入2130洗滌過(guò)程2114并 隨后進(jìn)入2162第二洗滌階段2118的水進(jìn)料2162的第二沖洗溶液組合。可使材料和沖洗 溶液在足夠的溫度下混合足夠的時(shí)間，以使經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)或者酸中的至少一些進(jìn)入 沖洗溶液。可隨后分離所述組合，使得含有經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)或者酸的沖洗溶液可保持 在第二洗滌階段2118中或者可部分或全部離開(kāi)2156第二洗滌階段2118,且經(jīng)反應(yīng)或溶解 的雜質(zhì)或者酸中的一些已洗掉的材料可離開(kāi)2164第二洗滌階段2118,并隨后可離開(kāi)2120 溶解過(guò)程2114。
[0194] 在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的方法進(jìn)行組合 以形成混合物。組合包括澆注、浸漬、沉浸、將兩個(gè)流澆注在一起、共混，或任何其他合適的 方法。在本發(fā)明的實(shí)施方案中混合可包括通過(guò)任何合適的方法混合，包括通過(guò)攪動(dòng)、攪拌、 將氣體注入液體中以產(chǎn)生攪拌、浸漬、茶包浸漬（tea-bagging)、重復(fù)茶包浸漬，或通過(guò)在無(wú) 任何攪動(dòng)或極略微攪動(dòng)的情況下簡(jiǎn)單地將組合材料置于一起，或它們的任意組合。攪動(dòng)可 與組合方法一致。
[0195] 在本發(fā)明的實(shí)施方案中，組合可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的方法分 離，包括傾析、過(guò)濾，或從含液體的槽中移出含有固體的穿孔籃或料箱，并使液體中的至少 一些排出至槽中，或它們的組合。
[0196] 在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述過(guò)程的任意階段的溫度可受到加熱器或冷卻器的影 響。
[0197] 參照?qǐng)D10,顯示了在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中用于酸洗硅的方法2200的流 程圖。第一硅-鋁絡(luò)合物2202 (例如最終經(jīng)重結(jié)晶的硅）和弱酸溶液2206可組合2204和 2208,以提供第一混合物2210?？稍试S第一混合物2210在足夠的溫度下存在足夠的時(shí)間， 使得第一絡(luò)合物2202至少部分與弱酸溶液2206反應(yīng)，其中反應(yīng)可包括溶解。第一混合物 2210可隨后分離2212和2214,從而提供第二硅-鋁絡(luò)合物2216和弱酸溶液2206。接著， 第二硅-鋁絡(luò)合物2216和中等酸溶液2218可組合2220和2222,以提供第二混合物2224。 可允許第二混合物2224在足夠的溫度下存在足夠的時(shí)間，使得第二絡(luò)合物2216至少部分 與中等酸溶液2218反應(yīng)，其中反應(yīng)可包括溶解。第二混合物2224可隨后分離2226和2228， 從而提供第三硅-鋁絡(luò)合物2230和中等酸溶液2218。接著，第三硅-鋁絡(luò)合物2230和強(qiáng) 酸溶液2232可組合2234和2236,以提供第三混合物2238。可允許第三混合物2238在足 夠的溫度下存在足夠的時(shí)間，使得第三絡(luò)合物2230至少部分與強(qiáng)酸溶液2232反應(yīng)，其中反 應(yīng)可包括溶解。第三混合物2238可隨后分離2240和2242,從而提供第一硅2244和強(qiáng)酸溶 液2232。第一硅2244和第一沖洗溶液2246可隨后組合2248和2250,從而提供第四混合 物2252?？墒沟谒幕旌衔?252在足夠的溫度下存在足夠的時(shí)間，使得可作為第一硅2244 的部分的經(jīng)溶解或反應(yīng)的雜質(zhì)或者酸溶液中的至少一些進(jìn)入第一沖洗溶液2246。第四混 合物2252可隨后分離2254和2256,從而提供第二硅2258和第一沖洗溶液2246。第二硅 2258和第二沖洗溶液2260可隨后組合2262和2264,從而提供第五混合物2266?？墒沟谖?混合物2266在足夠的溫度下存在足夠的時(shí)間，使得可作為第二硅2258的部分的經(jīng)溶解或 反應(yīng)的雜質(zhì)或者酸溶液中的至少一些進(jìn)入第二沖洗溶液2260。第五混合物2266可隨后分 離2268和2270,從而提供濕的經(jīng)提純的硅2272和第二沖洗溶液2260。濕的經(jīng)提純的硅可 隨后充分干燥2274,以提供2276經(jīng)提純的硅2278。
[0198] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，包括相關(guān)單個(gè)或多個(gè)階段、多個(gè)或單個(gè)雜質(zhì)、干燥方 法、任意順序的溶解或反應(yīng)、足夠的時(shí)間和溫度以及分離的圖9的之前討論同樣適用于圖 10所示的實(shí)施方案。
[0199] 盡管上述實(shí)施方案在溶解過(guò)程中具有三個(gè)溶解階段，但本發(fā)明的實(shí)施方案也涵蓋 僅具有一個(gè)溶解階段或具有任何合適數(shù)量的溶解階段的溶解過(guò)程。而且，盡管上述實(shí)施方 案在洗滌過(guò)程中具有兩個(gè)洗滌階段，但本發(fā)明的實(shí)施方案也涵蓋僅具有一個(gè)洗滌階段或具 有任何合適數(shù)量的洗滌階段的洗滌過(guò)程。同樣地，盡管上述實(shí)施方案具有一個(gè)干燥過(guò)程，但 本發(fā)明的實(shí)施方案也涵蓋任何合適數(shù)量的干燥過(guò)程。
[0200] 硅-鋁絡(luò)合物（例如最終經(jīng)重結(jié)晶的硅，或本發(fā)明的實(shí)施方案中的任何硅-鋁絡(luò) 合物）可包括硅晶體，和硅與鋁的合金。組合以提供混合物并隨后分離的一系列步驟中的 至少一者可提供相比于進(jìn)入所述系列步驟的硅或硅-鋁絡(luò)合物更純的硅或硅-鋁絡(luò)合物。 與酸溶液組合以提供混合物并隨后分離的一系列步驟中的至少一者可提供相比于進(jìn)入所 述系列步驟的硅-鋁絡(luò)合物具有更少的鋁的硅。
[0201] 仍然參照?qǐng)D10所示的具體實(shí)施方案，可將新鮮水2280添加2282至第二沖洗溶液 2260,以保持第二沖洗溶液2260的體積?？蓪⒌诙_洗溶液2260的部分轉(zhuǎn)移2284至第 一沖洗溶液2246,以保持第一沖洗溶液2246的體積。可將第一沖洗溶液2246的部分轉(zhuǎn)移 2286至強(qiáng)酸溶液2232,以保持強(qiáng)酸溶液2232的pH、保持強(qiáng)酸溶液2232的體積、保持強(qiáng)酸溶 液2232的比重，或它們的組合?？蓪⒈倔w酸溶液2288的部分添加2290至強(qiáng)酸溶液2232,以 保持強(qiáng)酸溶液2232的pH、保持強(qiáng)酸溶液2232的體積、保持強(qiáng)酸溶液2232的比重，或它們的 組合。本體酸溶液可為例如HC1。本體酸溶液可為32% HC1。本體酸溶液可為任何合適濃 度的酸。強(qiáng)酸溶液2232可具有例如大約-0.5至0.0之間的pH和大約1.01-1. 15的比重。 可將強(qiáng)酸溶液2232的部分轉(zhuǎn)移2292至中等酸溶液2218,以保持中等酸溶液2218的pH、保 持中等酸溶液2218的體積、保持中等酸溶液2218的比重，或它們的組合。中等酸溶液可具 有例如大約0. 0至3. 0之間的pH和大約1. 05-1. 3的比重?？蓪⒅械人崛芤?218的部分 轉(zhuǎn)移2294至弱酸溶液2206,以保持弱酸溶液2206的pH、保持弱酸溶液2206的體積、保持 弱酸溶液2206的比重，或它們的組合?？扇コ?296弱酸溶液2206的部分，以保持弱酸溶液 2206的pH和比重。弱酸溶液2206可具有例如大約1. 0至3. 0之間的pH和大約1. 2-1. 4 的比重?？蓪⑷跛崛芤?206的去除部分轉(zhuǎn)移2296至聚氯化鋁槽2297。聚氯化鋁槽2297 可具有例如大約1. 5至2. 5之間的pH和大約1. 3的比重。PAC槽2297也可具有例如大約 1. 2-1.4的比重?？蓪?lái)自弱酸溶液上方的氣體（其可包括氫氣（H2)、蒸汽和酸氣（例如 HC1氣體））轉(zhuǎn)移2298至洗滌器2299,以在釋放至環(huán)境中之前去除雜質(zhì)。中等酸溶液、強(qiáng)酸 溶液或沖洗溶液中的至少一者上方的頂部空間可連接至弱酸溶液上方的頂部空間，使得從 弱酸溶液的頂部空間去除的氣體包括源自弱酸溶液以及中等酸溶液、強(qiáng)酸溶液或第一或第 二沖洗溶液中的至少一者的蒸汽或氣體。
[0202] 本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋任選地將來(lái)自任意沖洗階段的新鮮水或沖洗水的部分轉(zhuǎn) 移至任意溶液，以保持或調(diào)節(jié)該溶液的pH、體積或比重。盡管本文給出了在三個(gè)階段酸洗 中的三個(gè)酸槽的pH和比重以及PAC槽的具體例子，但應(yīng)了解，pH和比重的范圍和值可與這 些例子明顯不同，并可仍然作為本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋。同樣地，標(biāo)注"強(qiáng)"、"中等"和"弱" 旨在表示酸溶液的強(qiáng)度之間的關(guān)系，而不旨在將任何特定酸溶液限定至pH或比重的特定 值或范圍。因此，在具有兩個(gè)酸洗階段的實(shí)施方案中（其中酸溶液被稱為"弱"和"強(qiáng)"）， 兩個(gè)酸溶液可特征在于強(qiáng)酸溶液，盡管酸溶液之間的關(guān)系為使得一種酸溶液（"強(qiáng)"）比另 一種（"弱"）更強(qiáng)。同樣地，在具有兩個(gè)酸洗階段的實(shí)施方案中（其中酸溶液被稱為"弱" 和"強(qiáng)"），兩個(gè)酸溶液可特征在于弱或中等強(qiáng)度的酸溶液，盡管酸溶液之間的關(guān)系為使得一 種酸溶液（"弱"）比另一種（"強(qiáng)"）更弱。
[0203] 在一些實(shí)施方案中，在分離步驟之前，可使硅和沖洗溶液混合大約24小時(shí)。在一 些實(shí)施方案中，在分離步驟之前，可使硅和沖洗溶液混合大約1小時(shí)。在一些實(shí)施方案中， 干燥步驟可進(jìn)行至少3小時(shí)。本發(fā)明的步驟的時(shí)間可包括任何合適的時(shí)間。
[0204] 酸溶液、混合物和沖洗溶液中的至少一者可在槽中?？墒褂媚蜏睾湍突瘜W(xué)的料箱 從槽中轉(zhuǎn)移硅-鋁絡(luò)合物、第一和第二硅和濕的和干的經(jīng)提純的硅，所述料箱具有孔穴以 允許流體進(jìn)出料箱。料箱可在分離過(guò)程中排干。至少一個(gè)酸溶液槽可容納兩個(gè)料箱?？稍O(shè) 置其中可進(jìn)行組合和分離的一系列步驟的至少一個(gè)槽，從而當(dāng)內(nèi)容物達(dá)到某一高度時(shí)，所 述內(nèi)容物溢出至其中進(jìn)行組合和分離的之前系列步驟的槽中。包括溢流出口和溢流入口的 槽可具有設(shè)置于槽的相對(duì)側(cè)上的溢流出口和溢流入口。酸溶液、混合物和沖洗溶液中的至 少一者可在沉降槽中。固體可從沉降槽中移出。固體的移出可包括打開(kāi)槽底部的閥門(mén)，以 使固體從槽底部擠出。固體的去除可包括從槽中排出液體，并從槽底部手動(dòng)地或機(jī)械地取 出固體。
[0205] 本發(fā)明的實(shí)施方案不僅涵蓋每個(gè)級(jí)聯(lián)步驟使用一個(gè)槽，還涵蓋整個(gè)過(guò)程使用單個(gè) 槽，以及使用比級(jí)聯(lián)中的步驟更少的槽。例如，一個(gè)槽可用于多個(gè)酸溶解步驟，然后一個(gè)槽 可用于沖洗步驟。例如，兩個(gè)槽可用于多個(gè)酸溶解步驟，且兩個(gè)槽可用于沖洗步驟。另一實(shí) 施例包括使用一個(gè)槽用于一個(gè)或多個(gè)酸溶解步驟，并使用同一個(gè)槽用于一個(gè)或多個(gè)沖洗步 驟?？蓪⑺崛芤汉蜎_洗溶液添加至容納硅-鋁絡(luò)合物或硅的槽中以用于沖洗。一旦酸溶解 或沖洗步驟完成，則可將溶液從槽中取出并移動(dòng)至儲(chǔ)存位置或者丟棄，并可將下一溶液添 加至槽中以開(kāi)始下一級(jí)聯(lián)步驟。容納片料的一個(gè)或多個(gè)槽可為沉降槽。保持溶液的pH、t匕 重和體積可在容納片料的一個(gè)或多個(gè)槽中、在用于每一特定溶液的儲(chǔ)存位置中，或在上述 兩者中進(jìn)行。硅-鋁絡(luò)合物、第一和第二硅和濕的和干的經(jīng)提純的硅可以以任何合適的方 式（包括使用耐溫和耐化學(xué)的料箱，所述料箱具有孔穴以允許流體進(jìn)出料箱）容納于一個(gè) 或多個(gè)特定的槽中。可在將溶液轉(zhuǎn)移出時(shí)當(dāng)料箱在槽的內(nèi)部之時(shí)，或者通過(guò)將料箱提升出 槽以使料箱內(nèi)部的溶液流回至槽中，從而在分離過(guò)程中排干所述料箱。槽可容納兩個(gè)料箱 或任何合適數(shù)量的料箱，包括一個(gè)料箱。酸溶液、混合物或沖洗溶液中的至少一者的儲(chǔ)存位 置可為沉降槽。固體可從沉降槽中移出。固體的移出可包括打開(kāi)槽底部的閥門(mén)，以使固體 從槽底部擠出。固體的去除可包括從槽中排出液體，并從槽底部手動(dòng)或機(jī)械地取出固體。
[0206] 與沖洗溶液組合以提供混合物并隨后分離的一系列步驟中的至少一者可提供相 比于進(jìn)入所述系列步驟的硅具有更少的酸溶液與鋁的反應(yīng)產(chǎn)物的硅。
[0207] 干的經(jīng)提純的硅可具有大約1000-3000份/百萬(wàn)份重量的鋁。第一、第二或第三 硅-鋁絡(luò)合物、第一或第二硅、濕的硅，或干的經(jīng)提純的硅中的至少一者可獨(dú)立地為大約 400至1000kg。第一、第二或第三硅-鋁絡(luò)合物、第一或第二硅、濕的硅，或干的經(jīng)提純的硅 中的至少一者可獨(dú)立地為大約600至800kg。第一、第二或第三硅-鋁絡(luò)合物、第一或第二 硅、濕的硅，或干的經(jīng)提純的硅中的至少一者可獨(dú)立地為大約650至750kg。
[0208] 上述pH和比重的具體范圍為本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方案。本發(fā)明的實(shí)施 方案涵蓋方法的各個(gè)階段的任何合適范圍的pH或比重。例如，在三步驟酸溶解中，強(qiáng)酸溶 液可具有大約-〇. 5至4的pH，中等酸溶液可具有大約0. 0至4的pH，且弱酸溶液可具有大 約0. 0至5的pH。在另一實(shí)施例中，強(qiáng)酸溶液可具有大約-0. 5至1的pH，中等酸溶液可具 有大約0. 0至3的pH，且弱酸溶液可具有大約1. 0至4. 0的pH。在另一實(shí)施例中，強(qiáng)酸溶液 可具有大約-〇. 5至0. 0的pH，中等酸溶液可具有大約0. 0至2. 5的pH，且弱酸溶液可具有 大約1. 5至3. 0的pH。在另一實(shí)施例中，在兩階段酸溶解中，強(qiáng)酸溶液可具有大約-0. 5至 4的pH，且弱酸可具有大約0. 0至5的pH。在另一實(shí)施例中，對(duì)于兩階段酸溶解，強(qiáng)酸溶液 可具有大約-〇. 5至3的pH，且弱酸可具有大約0. 0至4的pH。在另一實(shí)施例中，對(duì)于兩階 段酸溶解，強(qiáng)酸溶液可具有大約-〇. 5至1. 0的pH，且弱酸可具有大約1. 0至3. 0的pH?？?預(yù)期，本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋保持更強(qiáng)和更弱的溶液之間的關(guān)系的pH的所有合適的變化。
[0209] 同樣地，例如，在三步驟酸洗中，強(qiáng)酸溶液可具有大約1.01至1.4的比重，中等酸 溶液可具有大約1. 01-1. 4的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 01-1. 4的比重。在另一實(shí)施例 中，強(qiáng)酸溶液可具有大約1. 01-1. 3的比重，中等酸溶液可具有大約1. 01-1. 2的比重，且弱 酸溶液可具有大約1. 1-1. 4的比重。在另一實(shí)施例中，強(qiáng)酸溶液可具有大約1. 01-1. 10的 比重，中等酸溶液可具有大約1. 05-1. 15的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 2-1. 4的比重。 在另一實(shí)施例中，強(qiáng)酸溶液可具有大約1.05的比重，中等酸溶液可具有大約1.09的比重， 且弱酸溶液可具有大約1. 3的比重。在另一實(shí)施例中，對(duì)于兩階段酸溶解，強(qiáng)酸溶液可具有 大約1. 01-1. 4的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 01-1. 4的比重。在另一實(shí)施例中，對(duì)于兩 階段酸溶解，強(qiáng)酸溶液可具有大約1. 01-1. 3的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 01-1. 4的比 重。在另一實(shí)施例中，對(duì)于兩階段酸溶解，強(qiáng)酸溶液可具有大約1. 01-1. 2的比重，且弱酸溶 液可具有大約1. 1-1. 4的比重。預(yù)期本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋比重的所有合適的變化。
[0210] 單獨(dú)的任何步驟的去除部分以保持pH、體積、比重或它們的組合可作為間歇過(guò)程 或作為連續(xù)過(guò)程進(jìn)行。可使用傳感器來(lái)檢測(cè)液體高度、pH、比重、流速、溫度或它們的組合中 的任意一者?？捎糜跈z測(cè)適于通過(guò)本發(fā)明的方法來(lái)調(diào)節(jié)性質(zhì)的溶液的任何特性的任何合適 的傳感器設(shè)備包括于本發(fā)明的實(shí)施方案內(nèi)。適合用于連續(xù)過(guò)程中的傳感器可不同于適合用 于間歇過(guò)程中的那些傳感器。
[0211] 詞語(yǔ)"部分"的使用不旨在以任何方式將本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍限定至間歇過(guò) 程。此外，極其小的部分可在連續(xù)過(guò)程中連續(xù)去除；因此，詞語(yǔ)"部分"不將本發(fā)明局限于間 歇過(guò)程。
[0212] 弱酸的經(jīng)去除的部分可包括聚氯化鋁。弱酸的經(jīng)去除的部分可包括三氯化鋁。弱 酸溶液的經(jīng)去除的部分可包括鋁與HC1、水或它們的組合的反應(yīng)產(chǎn)物。第一聚氯化鋁槽可包 括沉降槽。聚氯化鋁槽的內(nèi)容物的部分可從槽的頂部轉(zhuǎn)移至另一聚氯化鋁槽的中部，其中 下一聚氯化鋁槽包括沉降槽。可使用一系列沉降槽重復(fù)將液體從沉降槽的頂部轉(zhuǎn)移至另一 沉降槽的中部的步驟，直至來(lái)自一系列沉降槽中的最后的沉降槽的液體基本上不含固體材 料?？墒褂靡幌盗谐两挡壑貜?fù)將液體從沉降槽的頂部轉(zhuǎn)移至另一沉降槽的中部的步驟，直 至來(lái)自一系列沉降槽中的最后的沉降槽的液體基本上不含用于水提純過(guò)程中的固體材料。
[0213] 參照?qǐng)D11，決策樹(shù)2300描述了在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中何時(shí)去除弱酸溶 液的部分?？商岢龊螘r(shí)將弱酸的部分轉(zhuǎn)移至聚氯化鋁槽的詢問(wèn)。首先，如果弱酸槽是否具 有大于1. 5的pH的詢問(wèn)2304的答案為否，2306,則可允許鋁溶解或反應(yīng)在弱酸槽中繼續(xù)， 2308 ;如果答案為是，2310,則詢問(wèn)弱酸槽的比重值，2312。如果弱酸槽是否具有大于1. 3的 pH的詢問(wèn)2312的答案為是，2314,則詢問(wèn)PAC槽中的剩余空間，2316。如果PAC儲(chǔ)存槽中是 否具有充足的空間的詢問(wèn)2316的答案為否，2318,則可將1000L從PAC儲(chǔ)存槽轉(zhuǎn)移至替代 PAC儲(chǔ)存槽2320,并且可隨后再次詢問(wèn)PAC槽中的剩余空間，2316。如果PAC儲(chǔ)存槽中是否 具有充足的空間的詢問(wèn)2316的答案為是，2322,則可將500L弱酸轉(zhuǎn)移至PAC儲(chǔ)存槽，2324。 如果弱酸槽是否具有大于1. 3的pH的詢問(wèn)2312的答案為否，2326,則可詢問(wèn)弱酸槽的pH， 2328。如果弱酸槽的pH是否低于1. 8的詢問(wèn)2328的答案為是，2330,則可允許鋁溶解或反 應(yīng)在弱酸槽中繼續(xù)，2308 ;如果答案為否，2332,則可詢問(wèn)弱酸槽中的剩余空間，2334。如果 弱酸槽中是否具有足夠的空間用于添加液體的詢問(wèn)2334的答案為是，2336,則可將中等酸 的部分添加至弱酸以使pH下降至1. 8,并且再次詢問(wèn)弱酸槽的pH，2328。如果弱酸槽中是 否具有足夠的空間用于添加液體的詢問(wèn)2334的答案為否，2340,則可將500L弱酸從弱酸槽 轉(zhuǎn)移至PAC儲(chǔ)存槽，342,并且可再次詢問(wèn)弱酸槽的pH，2328。在達(dá)到允許鋁消化繼續(xù)的決策 2308之后，或者在達(dá)到將500L弱酸轉(zhuǎn)移至PAC儲(chǔ)存槽的決策2324之后，從詢問(wèn)2302重新 開(kāi)始決策樹(shù)。通常，當(dāng)在決策樹(shù)中達(dá)到將500L弱酸從弱酸槽轉(zhuǎn)移至PAC儲(chǔ)存槽的行動(dòng)2342 時(shí)，PAC溶液的品質(zhì)可能降低。通常，當(dāng)在決策樹(shù)中達(dá)到將500L弱酸轉(zhuǎn)移至PAC儲(chǔ)存槽的行 動(dòng)2324時(shí)，PAC溶液的品質(zhì)可得以改進(jìn)。然而，本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋產(chǎn)生更低品質(zhì)的PAC 溶液以及高品質(zhì)的PAC溶液的方法。應(yīng)了解，在具有兩個(gè)酸洗步驟的本發(fā)明的實(shí)施方案中， 決策框2338將指示將強(qiáng)酸溶液添加至弱酸槽，以使pH下降至1. 8。
[0214] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，在圖11中示出的決策樹(shù)中顯示的一系列步驟不限于在 圖中作為例子給出的具體pH水平或轉(zhuǎn)移體積。用于做出決策的pH水平或分別的轉(zhuǎn)移體積 可明顯不同于給出的具體實(shí)施例并且仍然由本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋。例如，決策框2304可 詢問(wèn)弱酸槽的pH是否超過(guò)約1. 0。在另一實(shí)施例中，決策框2304可詢問(wèn)弱酸槽的pH是否 超過(guò)約1.3。在另一實(shí)施例中，決策框2304可詢問(wèn)弱酸槽的pH是否超過(guò)約1.8。在另一實(shí) 施例中，決策框2312可詢問(wèn)弱酸槽的比重是否大于大約1. 1。在另一實(shí)施例中，決策框2312 可詢問(wèn)弱酸槽的比重是否大于大約1.2。在另一實(shí)施例中，決策框2312可詢問(wèn)弱酸槽的比 重是否大于大約1. 4。在另一實(shí)施例中，決策框2328可詢問(wèn)弱酸槽是否具有小于大約1. 6 的pH。在另一實(shí)施例中，決策框2328可詢問(wèn)弱酸槽的pH是否具有小于大約1.7的pH。在 另一實(shí)施例中，決策框2328可詢問(wèn)弱酸槽的pH是否具有小于大約2.0的pH。在另一實(shí)施 例中，決策框2338可添加溶液，直至弱酸溶液的pH達(dá)到大約1. 6。在另一實(shí)施例中，決策框 2338可添加溶液，直至弱酸溶液的pH達(dá)到大約1.7。在另一實(shí)施例中，決策框2338可添加 溶液，直至弱酸溶液的pH達(dá)到大約2. 0。在另一實(shí)施例中，在決策框2342或2324中轉(zhuǎn)移的 體積可為大約250L。在另一實(shí)施例中，在決策框2342或2324中轉(zhuǎn)移的體積可為大約750L。 在另一實(shí)施例中，在決策框2342或2324中轉(zhuǎn)移的體積可為大約1000L。在另一實(shí)施例中， 在決策框2320中轉(zhuǎn)移的體積可為大約750L。在另一實(shí)施例中，在決策框2320中轉(zhuǎn)移的體 積可為大約1250L。預(yù)期本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋pH和轉(zhuǎn)移體積的所有合適的變化。
[0215] 上述聚氯化鋁槽可含有任何合適的材料，并且不僅限于聚氯化鋁溶液。
[0216] 參照?qǐng)D12,顯示了在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中用于酸洗硅的方法2400的流 程圖。第一硅-鋁絡(luò)合物2402 (例如最終經(jīng)重結(jié)晶的硅）和弱酸溶液2406可組合2404和 2408,以提供第一混合物2410。可允許第一混合物2410在足夠的溫度下存在足夠的時(shí)間， 使得第一絡(luò)合物2402至少部分與弱酸溶液2406反應(yīng)，其中反應(yīng)可包括溶解?？呻S后分離 2412和2414第一混合物2410 (具有可能的組合和分離的插入步驟），從而提供第三硅-鋁 絡(luò)合物2430和弱酸溶液2406。接著，第三硅-鋁絡(luò)合物2430和強(qiáng)酸溶液2432可組合2434 和2436,以提供第三混合物2438?？稍试S第三混合物2438在足夠的溫度下存在足夠的時(shí) 間，使得第三絡(luò)合物2430至少部分與強(qiáng)酸溶液2432反應(yīng)，其中反應(yīng)可包括溶解。第三混合 物2438可隨后分離2440和2442,從而提供第一硅2444和強(qiáng)酸溶液2432。第一硅2444和 第一沖洗溶液2446可隨后組合2448和2450,從而提供第四混合物2452?？墒沟谒幕旌衔?2452在足夠的溫度下存在足夠的時(shí)間，使得可作為第一硅2444的部分的經(jīng)溶解或反應(yīng)的 雜質(zhì)或者酸溶液中的至少一些進(jìn)入第一沖洗溶液2446?？呻S后分離2454和2456第四混合 物2452 (具有可能的組合和分離的插入步驟），從而提供濕的經(jīng)提純的硅2472和第一沖洗 溶液2460。濕的經(jīng)提純的硅可隨后充分干燥2474,以提供2476經(jīng)提純的硅2478 (例如最 終經(jīng)酸洗的硅）。
[0217] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，包括相關(guān)單個(gè)或多個(gè)階段、多個(gè)或單個(gè)雜質(zhì)、干燥方 法、任意順序的溶解或反應(yīng)、足夠的時(shí)間和溫度以及分離的圖9的之前討論同樣適用于圖 12所示的實(shí)施方案。
[0218] 盡管上述實(shí)施方案在溶解過(guò)程中具有兩個(gè)溶解階段，但本發(fā)明的實(shí)施方案也涵蓋 僅具有一個(gè)溶解階段或具有任何合適數(shù)量的溶解階段（例如一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè) 溶解階段）的溶解過(guò)程。而且，盡管上述實(shí)施方案在洗滌過(guò)程中具有一個(gè)洗滌階段，但本發(fā) 明的實(shí)施方案也涵蓋具有任何合適數(shù)量的洗滌階段（例如一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)沖 洗階段）的洗滌過(guò)程。同樣地，盡管上述實(shí)施方案具有一個(gè)干燥過(guò)程，但本發(fā)明的實(shí)施方案 也涵蓋任何合適數(shù)量的干燥過(guò)程。
[0219] 仍然參照?qǐng)D12所示的具體實(shí)施方案，可將新鮮水2480添加2482至第一沖洗溶液 2460,以保持第一沖洗溶液2460的體積。可將第一沖洗溶液2446的部分轉(zhuǎn)移2486至強(qiáng)酸 溶液2432,以保持強(qiáng)酸溶液2432的pH、保持強(qiáng)酸溶液2432的體積、保持強(qiáng)酸溶液2432的比 重，或它們的組合?？蓪⒈倔w酸溶液2488的部分添加2490至強(qiáng)酸溶液2432,以保持強(qiáng)酸溶 液2432的pH、保持強(qiáng)酸溶液2432的體積、保持強(qiáng)酸溶液2432的比重，或它們的組合。本體 酸溶液可為例如HC1。本體酸溶液可為32% HC1。本體酸溶液可為任何合適濃度的酸?？?將強(qiáng)酸溶液2432的部分轉(zhuǎn)移2492至弱酸溶液2406,以保持弱酸溶液2406的pH、保持弱酸 溶液2406的體積、保持弱酸溶液2406的比重，或它們的組合?？扇コ?496弱酸溶液2406 的部分，以保持弱酸溶液2406的pH和比重?？蓪⑷跛崛芤?406的去除部分轉(zhuǎn)移2496至 聚氯化鋁槽2497。聚氯化鋁槽2497可具有例如大約1. 5至2. 5之間的pH和大約1. 3的比 重。PAC槽2497也可具有例如大約1.2-1. 4的比重。可將來(lái)自弱酸溶液上方的氣體（其可 包括氫氣（H2)、蒸汽和酸氣（例如HC1氣體））轉(zhuǎn)移2498至洗滌器2499,以在釋放至環(huán)境 中之前去除雜質(zhì)。中等酸溶液、強(qiáng)酸溶液或沖洗溶液中的至少一者上方的頂部空間可連接 至弱酸溶液上方的頂部空間，使得從弱酸溶液的頂部空間去除的氣體包括源自弱酸溶液以 及中等酸溶液、強(qiáng)酸溶液或第一或第二沖洗溶液中的至少一者的蒸汽或氣體。
[0220] 以上關(guān)于三階段酸溶解過(guò)程的變量的全部討論也同樣適用于兩階段酸溶解過(guò)程， 或者適用于具有任何數(shù)量的溶解或沖洗階段的過(guò)程。因此，具有一個(gè)或兩個(gè)或更多個(gè)溶解 階段和具有一個(gè)或兩個(gè)或更多個(gè)洗滌階段的本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋任選地將新鮮水或沖 洗水的部分從任何沖洗階段轉(zhuǎn)移至任何溶液，以保持或調(diào)節(jié)該溶液的pH、體積或比重。"強(qiáng)" 和"弱"標(biāo)識(shí)為相對(duì)指示，而不限制于某一 pH范圍?？墒褂萌魏螖?shù)量的槽（包括一個(gè)）進(jìn) 行所述過(guò)程。液體的轉(zhuǎn)移可以以間歇或連續(xù)方式進(jìn)行。本發(fā)明的實(shí)施方案涵蓋用于階段的 pH或比重的任何合適的值。
[0221] 定向凝固
[0222] 用于提純硅的方法也包括定向凝固最終經(jīng)酸洗的硅，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅 晶體。定向凝固可為允許硅的提純，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體的任何合適的定向 凝固。定向凝固可在定向凝固裝置中發(fā)生，所述定向凝固裝置可包括任何定向凝固裝置， 包括本文描述的那些，并包括標(biāo)準(zhǔn)已知的定向凝固裝置。用于定向凝固的合適的坩堝、裝 置和方法的一些例子可見(jiàn)于以全文引用方式并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/716, 889和 No. 12/947, 936 中。
[0223] 當(dāng)硅在定向凝固過(guò)程中凝固時(shí)，雜質(zhì)往往優(yōu)選保留在熔融相中，而不是與凝固相 一起結(jié)晶出來(lái)?？赏ㄟ^(guò)在錠凝固（例如凝結(jié)）時(shí)在硅上施加溫度梯度或在硅中引發(fā)溫度梯 度，從而定向凝固所述錠。硅可從錠的底部至頂部定向凝固。例如，可在錠的頂部提供熱量， 以形成或協(xié)助形成溫度梯度，或者可在錠的底部提供冷卻，以形成或協(xié)助形成溫度梯度。在 一些實(shí)施例中，硅可定向凝固成例如約1-3噸的大的數(shù)噸的錠。
[0224] 在定向凝固過(guò)程中，由于雜質(zhì)往往留在熔融相中，因此凝固的熔融相的最后部分 通常包括與定向凝固的硅的其余部分相比最高濃度的雜質(zhì)。因此，在定向凝固之后，可去除 "最后凝結(jié)"的硅的一部分。"最后凝結(jié)"的硅可指在樣品錠或晶塊中最后凝固并且含有最 多雜質(zhì)的硅；因此，去除硅的所述部分可有助于制備總體更純的硅（例如，其中經(jīng)修整的硅 的平均純度高于修整前的硅的平均純度）。在一些實(shí)施例中，可去除最后凝結(jié)的硅的約5至 約 30%。
[0225] 通過(guò)從底部到頂部定向凝固并去除例如所形成的硅錠中的每一個(gè)的頂部的約5% 至約30%，從而可重復(fù)定向凝固過(guò)程一次或多次。在錠的頂部凝結(jié)之前，可例如經(jīng)由澆注或 抽吸而去除錠的頂部。最后凝結(jié)的部分可被切除，或者可被折斷。可在任何進(jìn)程下將最后 凝結(jié)的硅再循環(huán)至所述過(guò)程中?？蓪⒔?jīng)定向凝固的錠的側(cè)面和底部切除并再循環(huán)回所述過(guò) 程。在步驟中的任意者之間，可使用介質(zhì)（如噴砂或噴冰）噴射固體硅的表面或蝕刻固體 硅的表面。由于例如每種元素不同的分離系數(shù)，因此每個(gè)另外的定向凝固步驟可進(jìn)一步提 純硅。如上步驟中的任意者可重復(fù)一次或多次。
[0226] 提供爐子容量的有效利用的坩堝
[0227] 在一些實(shí)施方案中，硅的熔化或硅的定向凝固或上述兩者可在坩堝中進(jìn)行，所述 坩堝設(shè)計(jì)為提供對(duì)爐子容量的有效利用。在一些實(shí)施方案中，坩堝可大致匹配其中制備熔 融硅的爐子的內(nèi)部形狀。
[0228] 參照?qǐng)D13,顯示了本發(fā)明的坩堝的一個(gè)實(shí)施方案（坩堝3100)的俯視圖。坩堝 3100包括用于制備錠的內(nèi)部3102。參照?qǐng)D14,顯示了坩堝3100中的錠3200的俯視圖。錠 3200可包括在熔融材料經(jīng)過(guò)凝固、結(jié)晶或它們的組合之后修整掉的周邊3201的部分。所述 錠3200包括多個(gè)塊3202?？墒褂们懈钤O(shè)備由錠3200形成塊3202。錠可包括硅。熔融材料 可包括熔融硅。塊3202以網(wǎng)格設(shè)置于錠3200內(nèi)。坩堝3100的外部形狀大致匹配其中制 得錠的爐子的內(nèi)部形狀，所述爐子可為具有內(nèi)部隔室的爐子，所述內(nèi)部隔室具有大致圓形 的形狀。通過(guò)大致匹配爐子的內(nèi)部形狀，坩堝3100可適合爐子中的更大量的熔融材料，因 此可更有效地利用爐子的容量。通過(guò)大致匹配大致圓形的爐子的內(nèi)部形狀，坩堝3100可產(chǎn) 生錠3200,相比于可以使用具有方形形狀的坩堝而從爐子中產(chǎn)生的塊的數(shù)量，所述錠3200 提供更大數(shù)量的塊3202。當(dāng)相比于來(lái)自方形形狀的坩堝的錠中的網(wǎng)格時(shí)，在錠3200中，相 對(duì)于拐角塊的百分比，側(cè)面塊或中心塊的百分比可更大，且相對(duì)于中心塊的百分比，側(cè)面塊 的百分比可得以增加。參見(jiàn)表2。當(dāng)相比于方形形狀的坩堝時(shí)，來(lái)自坩堝3100的錠3200中 的拐角塊的百分比降低。
[0229] 表 1 :
[0230]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于提純娃的方法，其包括： 從包含鋁的熔融溶劑中重結(jié)晶起始材料硅，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體； 用水性酸溶液洗滌所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體，以提供最終經(jīng)酸洗的硅；以及 定向凝固所述最終經(jīng)酸洗的硅，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括噴砂或噴冰所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶體， 以提供經(jīng)噴砂或噴冰的最終經(jīng)定向凝固的硅晶體，其中所述經(jīng)噴砂或噴冰的最終經(jīng)定向凝 固的硅晶體的平均純度大于所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶體的平均純度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括去除所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶 體的一部分，以提供經(jīng)修整的最終經(jīng)定向凝固的硅晶體，其中所述經(jīng)修整的最終經(jīng)定向凝 固的硅晶體的平均純度大于所述最終經(jīng)定向凝固的硅晶體的平均純度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中起始材料硅的重結(jié)晶包括： 使所述起始材料硅與包含鋁的溶劑金屬充分接觸，以提供第一混合物； 充分熔化所述第一混合物，以提供第一熔融混合物； 充分冷卻所述第一熔融混合物，以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和母液；以及 分離所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和所述母液，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中起始材料硅的重結(jié)晶包括： 使所述起始材料硅與第一母液充分接觸，以提供第一混合物； 充分熔化所述第一混合物，以提供第一熔融混合物； 充分冷卻所述第一熔融混合物，以形成第一硅晶體和第二母液； 分離所述第一硅晶體和第二母液，以提供第一硅晶體； 使所述第一硅晶體與包含鋁的第一溶劑金屬充分接觸，以提供第二混合物； 充分熔化所述第二混合物，以提供第二熔融混合物； 充分冷卻所述第二熔融混合物，以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和第一母液；以及 分離所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和所述第一母液，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中起始材料硅的重結(jié)晶包括： 使所述起始材料硅與第二母液充分接觸，以提供第一混合物； 充分熔化所述第一混合物，以提供第一熔融混合物； 冷卻所述第一熔融混合物，以形成第一硅晶體和第三母液； 分離所述第一硅晶體和第三母液，以提述第一硅晶體； 使所述第一硅晶體與第一母液充分接觸，以提供第二混合物； 充分熔化所述第二混合物，以提供第二熔融混合物； 冷卻所述第二熔融混合物，以形成第二硅晶體和第二母液； 分離所述第二硅晶體和第二母液，以提述第二硅晶體； 使所述第二硅晶體與包含鋁的第一溶劑金屬充分接觸，以提供第三混合物； 充分熔化所述第三混合物，以提供第三熔融混合物； 冷卻所述第三熔融混合物，以形成最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和第一母液；以及 分離所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體和所述第一母液，以提供最終經(jīng)重結(jié)晶的硅晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌包括： 充分組合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與酸溶液，以使得所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅至少部分與 所述酸溶液反應(yīng)，從而提供第一混合物；以及 分離所述第一混合物，以提供最終經(jīng)酸洗的硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌包括： 充分組合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與酸溶液，以使得所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅至少部分與 所述酸溶液反應(yīng)，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供經(jīng)酸洗的硅和酸溶液； 組合所述經(jīng)酸洗的硅與沖洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供濕的經(jīng)提純的硅和沖洗溶液；以及 充分干燥所述濕的經(jīng)提純的硅，以提供最終經(jīng)酸洗的硅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌包括： 充分組合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與弱酸溶液，以使得第一絡(luò)合物至少部分與所述弱酸 溶液反應(yīng)，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供第三硅-鋁絡(luò)合物和弱酸溶液； 充分組合所述第三硅-鋁絡(luò)合物與強(qiáng)酸溶液，以使得第三絡(luò)合物至少部分與所述強(qiáng)酸 溶液反應(yīng)，從而提供第三混合物； 分離所述第三混合物，以提供第一硅和強(qiáng)酸溶液； 組合所述第一硅與第一沖洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供濕的經(jīng)提純的硅和第一沖洗溶液；以及 充分干燥所述濕的經(jīng)提純的硅，以提供最終經(jīng)酸洗的硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其還包括： 分離所述第一混合物，以提供第二硅-鋁絡(luò)合物和弱酸溶液； 充分組合所述第二硅-鋁絡(luò)合物與中等酸溶液，以使得第二絡(luò)合物至少部分與所述中 等酸溶液反應(yīng)，從而提供第二混合物；以及 分離所述第二混合物，以提供第三硅-鋁絡(luò)合物和中等酸溶液。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9-10中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括： 分離所述第四混合物，以提供第二硅和第一沖洗溶液； 組合所述第二硅與第二沖洗溶液，以提供第五混合物；以及 分離所述第五混合物，以提供濕的硅和第二沖洗溶液。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌包括： 充分組合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與弱HC1溶液，以使得第一絡(luò)合物至少部分與所述弱 HC1溶液反應(yīng)，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供第三硅-鋁絡(luò)合物和弱HC1溶液； 充分組合所述第三硅-鋁絡(luò)合物與強(qiáng)HC1溶液，以使得第三絡(luò)合物至少部分與所述強(qiáng) HC1溶液反應(yīng)，從而提供第三混合物； 分離所述第三混合物，以提供第一硅和強(qiáng)HC1溶液； 組合所述第一硅與第一沖洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供濕的經(jīng)提純的硅和第一沖洗溶液； 充分干燥所述濕的經(jīng)提純的硅，以提供最終經(jīng)酸洗的硅； 從弱HC1溶液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱HC1溶液的pH和比重； 將強(qiáng)HC1溶液的部分轉(zhuǎn)移至弱HC1溶液，以保持弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體積、 中等HC1溶液的比重，或它們的組合； 將本體HC1溶液的部分添加至強(qiáng)HC1溶液，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體 積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合； 將第一沖洗溶液的部分轉(zhuǎn)移至強(qiáng)HC1溶液，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體 積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合； 將新鮮的水添加至第二沖洗溶液中，以保持第二沖洗溶液的體積。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)重結(jié)晶的硅的洗滌包括： 充分組合所述最終經(jīng)重結(jié)晶的硅與弱HC1溶液，以使得第一絡(luò)合物至少部分與所述弱 HC1溶液反應(yīng)，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供第二硅-鋁絡(luò)合物和弱HC1溶液； 充分組合所述第二硅-鋁絡(luò)合物與中等HC1溶液，以使得第二絡(luò)合物至少部分與所述 中等HC1溶液反應(yīng)，從而提供第二混合物； 分離所述第二混合物，以提供第三硅-鋁絡(luò)合物和中等HC1溶液； 充分組合所述第三硅-鋁絡(luò)合物與強(qiáng)HC1溶液，以使得第三絡(luò)合物至少部分與所述強(qiáng) HC1溶液反應(yīng)，從而提供第三混合物； 分離所述第三混合物，以提供第一硅和強(qiáng)HC1溶液； 組合所述第一硅與第一沖洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供第二硅和第一沖洗溶液； 組合所述第二硅與第二沖洗溶液，以提供第五混合物； 分離所述第五混合物，以提供濕的經(jīng)提純的硅和第二沖洗溶液； 充分干燥所述濕的經(jīng)提純的硅，以提供最終經(jīng)酸洗的硅； 從弱HC1溶液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱HC1溶液的pH和比重； 將中等HC1溶液的部分轉(zhuǎn)移至弱HC1溶液，以保持弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體 積、弱HC1溶液的比重，或它們的組合； 將強(qiáng)HC1溶液的部分轉(zhuǎn)移至中等HC1溶液，以保持中等HC1溶液的pH、中等HC1溶液的 體積、中等HC1溶液的比重，或它們的組合； 將本體HC1溶液的部分添加至強(qiáng)HC1溶液，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體 積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合； 將第一沖洗溶液的部分轉(zhuǎn)移至強(qiáng)HC1溶液，以保持強(qiáng)HC1溶液的pH、強(qiáng)HC1溶液的體 積、強(qiáng)HC1溶液的比重，或它們的組合； 將第二沖洗溶液的部分轉(zhuǎn)移至第一沖洗溶液，以保持第一沖洗溶液的體積； 將新鮮的水添加至第二沖洗溶液中，以保持第二沖洗溶液的體積。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括兩 個(gè)連續(xù)定向凝固，以提供最終經(jīng)定向凝固的硅晶體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括在 坩堝中進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固，所述坩堝包括： 用于制備錠的內(nèi)部，其中所述錠包括多個(gè)塊；和 與爐子的內(nèi)部形狀大致匹配的外部形狀，其中制得熔融材料，所述熔融材料凝固以形 成所述錠。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述塊包括網(wǎng)格，其中相比于在方形坩堝中的 網(wǎng)格，相對(duì)于拐角塊的百分比的側(cè)面塊或中心塊的百分比得以增加。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述坩堝的周邊包括大約8個(gè)主要 側(cè)面，其中所述8個(gè)側(cè)面包括兩組具有大約相等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的第一側(cè)面，和兩組具有 大約相等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的第二側(cè)面，其中所述第一側(cè)面與所述第二側(cè)面交替。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括使 用坩堝進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固，所述坩堝包括： 用于制備徒的內(nèi)部； 與爐子的內(nèi)部形狀大致匹配的外部形狀，其中制得熔融材料，所述熔融材料凝固以形 成所述錠； 其中所述錠包括多個(gè)塊； 其中所述多個(gè)塊包括網(wǎng)格； 其中相比于可使用具有方形形狀的坩堝從爐子產(chǎn)生的塊的數(shù)量，與爐子的內(nèi)部形狀匹 配的外部形狀允許產(chǎn)生更大數(shù)量的塊； 其中所述爐子的內(nèi)部形狀包括大致圓形的形狀；且 其中所述坩堝的周邊包括大約8個(gè)主要側(cè)面，其中所述8個(gè)側(cè)面包括兩組具有大約相 等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的長(zhǎng)側(cè)，和兩組具有大約相等長(zhǎng)度的大致相對(duì)的短側(cè)，其中所述長(zhǎng)側(cè)與 所述短側(cè)交替。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括在 裝置中進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固，所述裝置包括： 包括至少一種耐火材料的定向凝固模具； 外夾套；和 至少部分設(shè)置在所述定向凝固模具與所述外夾套之間的絕緣層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括： 提供定向凝固裝置，其中所述裝置包括 包括至少一種耐火材料的定向凝固模具； 外夾套；和 至少部分設(shè)置在所述定向凝固模具與所述外夾套之間的絕緣層； 至少部分熔化所述最終經(jīng)酸洗的硅，以提供第一熔融硅；以及 在所述定向凝固模具中定向凝固所述第一熔融硅，以提供第二硅。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其還包括在所述定向凝固模具上設(shè)置加熱器，包括 在所述定向凝固模具上設(shè)置選自加熱元件和感應(yīng)加熱器的一個(gè)或多個(gè)加熱構(gòu)件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固包括使 用裝置進(jìn)行最終經(jīng)酸洗的硅的定向凝固，所述裝置包括： 定向凝固模具，所述定向凝固模具包括 耐火材料； 頂層，所述頂層包括滑移面耐火材料，所述頂層構(gòu)造為在從模具中移出經(jīng)定向凝固的 硅時(shí)保護(hù)所述定向凝固模具的剩余部分免于損壞； 外夾套，所述外夾套包括鋼； 絕緣層，所述絕緣層包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫 毛料，或它們的混合物，所述絕緣層至少部分設(shè)置在所述定向凝固模具的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁 與所述外夾套的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁之間； 其中所述定向凝固模具的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁包括氧化鋁； 其中所述定向凝固模具的底部包括碳化硅、石墨，或它們的組合；以及 頂部加熱器，所述頂部加熱器包括 一個(gè)或多個(gè)加熱構(gòu)件，所述加熱構(gòu)件中的每一個(gè)包括加熱元件或感應(yīng)加熱器； 其中所述加熱元件包括碳化娃、二娃化鑰、石墨，或它們的組合； 絕緣件，所述絕緣件包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫 毛料，或它們的組合；和 外夾套，所述外夾套包括不銹鋼； 其中所述絕緣件至少部分設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)加熱構(gòu)件與頂部加熱器外夾套之間， 其中所述裝置構(gòu)造為超過(guò)兩次用于硅的定向凝固。
【文檔編號(hào)】B24C1/08GK104204311SQ201380014927
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月26日
【發(fā)明者】A·蒂雷納, D·史密斯, D·達(dá)斯特吉里, F·G·基施特, A·圖米洛, 張春暉, K·歐納德杰拉 申請(qǐng)人:思利科材料有限公司