專利名稱：光電分類設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體材料光電分類的一種設(shè)備和一種方法。
為了生產(chǎn)太陽能電池或諸如存儲元件或微處理器這類電子元件，需要高純度的半導(dǎo)體材料。在最理想的情況中，這種材料所含的雜質(zhì)應(yīng)該只有故意加入的摻雜劑。因此希望有害雜質(zhì)的濃度盡量地小。經(jīng)?？吹降那闆r是，即使對于制作得具有高純度的半導(dǎo)體材料，在為獲得最終產(chǎn)品而作進(jìn)一步加工的過程中也會(huì)被重新污染。因此，為了重新獲得原來的純度，不得不需要進(jìn)行一次又一次的復(fù)雜的凈化步驟。進(jìn)入到半導(dǎo)體材料晶格中的外來金屬原子會(huì)擾亂電荷分布，降低最終元件的性能甚至導(dǎo)致其失效。所以，特別應(yīng)該防止金屬雜質(zhì)所造成的半導(dǎo)體材料污染。這一點(diǎn)對于電子工業(yè)中使用極為頻繁的硅來說特別重要。高純度的硅例如通過對具有高度揮發(fā)性因而容易用蒸餾法純化的硅化合物，例如三氯硅烷，進(jìn)行熱分解而獲得。在該情形中，硅是以多晶棒的形式得到的，典型的直徑從70mm至300mm，典型的長度從500mm至2500mm。大多數(shù)的硅棒用來制作甘鍋拉伸單晶、硅條或硅片，或者制作多晶硅太陽能電池基底材料。因?yàn)檫@些產(chǎn)品都是用高純度的熔融硅制作的，所有必需在坩堝內(nèi)熔化固體的硅。為了使這一操作盡量有效，在把大體積的固體硅塊，例如上述的多晶硅棒熔化之前需要把它們粉碎。由于粉碎是用金屬碾碎工具，例如顎式軋碎機(jī)或滾動(dòng)粉碎機(jī)、鋼錘或鑿碎機(jī)來進(jìn)行的，所以一般會(huì)造成半導(dǎo)體材料的表面污染。
利用機(jī)械工具，例如粉碎機(jī)或鋼錘等的通常半導(dǎo)體材料粉碎方法會(huì)使半導(dǎo)體材料變成各種大小的碎塊。由于處理工程上的原因，許多半導(dǎo)體材料，例如原始的多晶硅，需要有特定的碎塊尺寸分布才可進(jìn)行熔化操作。因?yàn)椴辉试S有任何雜質(zhì)與半導(dǎo)體材料一起進(jìn)入坩堝，所以對粉碎處理和分類處理都需要提出一些非常特殊的要求，以保證不會(huì)出現(xiàn)來自金屬工具，例如篩選設(shè)備的外來金屬原子的污染。這一事實(shí)排除了使用商業(yè)上可購得的普通篩選設(shè)備。當(dāng)利用金屬材料的振動(dòng)篩進(jìn)行篩選時(shí)，堅(jiān)硬而有尖銳邊緣的硅碎塊將使篩底高度磨損，從而導(dǎo)致不可接受的硅表面污染，不得不需要采用復(fù)雜的凈化方法。因此，當(dāng)今都采用底部用硅做成的篩。然而，硅部件斷裂的高度危險(xiǎn)性需要高費(fèi)用來更換。篩選方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是存在這樣的高度危險(xiǎn)性，即篩網(wǎng)因硅碎塊的不規(guī)則顆粒形狀而被堵塞。
因?yàn)檫@些原因，人們研究了采用無篩網(wǎng)的分類方法，例如液選分類方法。由于所需的取舍分界點(diǎn)約在厘米量級，所以不能采用氣選分類方法，否則為此而所需的高氣流速度加上被篩選材料的尖銳邊緣將使設(shè)備受到高度磨損。雖然在水中進(jìn)行液選分類磨損問題不嚴(yán)重，但這時(shí)硅碎塊的不規(guī)則顆粒形狀將導(dǎo)致非常不精確的取舍分界點(diǎn)，例如，即使某些葉片狀硅碎塊的幾何尺寸應(yīng)使它們歸屬于粗顆粒類，但由于它們的沉降速度比較低，它們?nèi)詴?huì)懸浮在細(xì)顆粒材料之中。而且，對于這種“濕”分類方法，連續(xù)供料是十分困難的。
這樣，上面提到的所有分類方法都明顯的缺點(diǎn)，它們不是會(huì)污染被篩選材料，就是會(huì)引起堵塞，或者不具有足夠的取舍分界點(diǎn)精度。
因此，本發(fā)明的目的是提供可以避免以往技術(shù)缺點(diǎn)的一種設(shè)備和一種方法，尤其是提供用來對特別是硅的半導(dǎo)體材料進(jìn)行分類的一種設(shè)備和一種方法，其中半導(dǎo)體材料只受到最低程度的金屬原子污染，能設(shè)定恰當(dāng)精度的取舍點(diǎn)，只有盡可能小的磨損，并且根本不含有可能被阻塞的孔眼。通過本發(fā)明，這個(gè)目的令人驚奇地達(dá)到了。
附

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
本發(fā)明的主題是一種用來對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的設(shè)備，該設(shè)備含有一個(gè)分散裝置2和一個(gè)滑面3，其中滑面3相對于水平面的角度是可調(diào)節(jié)的，分散裝置2和滑面3各自都一個(gè)用與待分類的半導(dǎo)體相同的材料所做的表面；一個(gè)輻射源5，被分類材料通過它的輻射束路徑4下落；以及一形狀識別裝置6，它把被分類材料的形狀發(fā)送給一個(gè)控制單元7，后者控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8。
該設(shè)備最好用于按照顆粒大小來分類例如硅、鍺或砷化鎳這樣的堅(jiān)硬脆性半導(dǎo)體材料。它最好用來對硅分類，該設(shè)備也可以用來把半導(dǎo)體材料分成兩種或更多種顆粒大小的碎塊。
該設(shè)備的設(shè)計(jì)使得，被分類材料1首先被輸送到一個(gè)用來分散、最好同時(shí)還用傳送的裝置上，這個(gè)裝置最好是一個(gè)振動(dòng)傳送器。該振動(dòng)傳送器最好有一個(gè)能使半導(dǎo)體材料碎塊分散開的振動(dòng)，并把它們向滑面3的方向傳送。不過，也能夠以已分散的形式把材料放到一個(gè)傳送器上?；?相對于水平面的角度是可調(diào)節(jié)的；該角度根據(jù)碎塊和表面之間的磨擦系數(shù)設(shè)定，其范圍最好能使碎塊在重力作用下向下滑動(dòng)。該角度的設(shè)定范圍是20°至80°，最好是30°至70°。用來分散并最好還用來傳送的裝置2和滑面3的設(shè)計(jì)使得被分類半導(dǎo)體材料的表面不與異類材料相接觸。這最好通過對該用來分散并最好還用來傳送的裝置2和滑面3用與被分類半導(dǎo)體相同的材料進(jìn)行鍍層。分散裝置2和滑面3也可以整個(gè)地用相應(yīng)的半導(dǎo)體材料做成。因此，對于硅的情形，這意味著它們可以鍍以硅，或者也可以用硅做成。在滑面上，材料碎塊將自動(dòng)地排列成使其重心盡可能低的狀態(tài)。這意味著當(dāng)它們通過了滑面3后在自由下落過程中它們的最大投影表面將面對著輻射源5。滑面3和轉(zhuǎn)向裝置8之間的下落高度最好是5cm至20cm，特別是10cm。輻射源5和形狀識別裝置6大致布置在該下落距離的中點(diǎn)，材料碎塊在輻射源5和形狀識別裝置6之間運(yùn)動(dòng)。材料碎塊和輻射源5之間的距離最好是50cm至120cm，特別是70cm，而材料碎塊和形狀識別裝置6之間的距離最好是5cm至12cm，特別是6cm。輻射源5最好是一個(gè)電磁輻射源，例如發(fā)射400nm至700nm范圍內(nèi)的可見光的激光器或燈。也可以發(fā)射紅外區(qū)、紫外區(qū)、或X射線區(qū)的電磁輻射。形狀識別裝置6最好是一個(gè)高分辨率傳感器，它可以是一個(gè)用來探測可見光、紅外輻射、紫外輻射或X射線的攝影機(jī)。這個(gè)傳感器與控制單元7相連接，后者對所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。控制單元7最好是一個(gè)計(jì)算機(jī)?？刂茊卧?利用一個(gè)預(yù)定的程序控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8。在此情形中，包括控制單元7和形狀識別裝置6的識別系統(tǒng)能探測到一個(gè)特定的顆粒尺寸或一個(gè)顆粒尺寸范圍。截取適當(dāng)顆粒尺寸或顆粒尺寸范圍的轉(zhuǎn)向裝置8最好是一個(gè)噴嘴，它最好能噴出氣體或液體，對于氣體則最好是空氣或惰性氣體，例如氮，噴射壓力高于大氣壓，最好是3bar(巴)至10bar，尤其是6bar。對于液體則最好是高純度水，其導(dǎo)電率最好低于0.14μS(微面西門子)，尤其是低于0.08μS，噴射壓力最好是2bar至20bar。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，太大的材料碎塊被用水噴流粉碎，其壓力最好是1500bar至5000bar，尤其是3500bar。轉(zhuǎn)向裝置8可以只有一個(gè)噴嘴，當(dāng)許多材料碎塊互相平行地通過輻射源5的輻射束下落時(shí)，轉(zhuǎn)向裝置8也可以包含多個(gè)噴嘴，它們互相相鄰排列，最好排列成一行，各噴嘴間的間隔最好是3mm至150mm，尤其是9mm。具有所希望顆粒尺寸或顆粒尺寸范圍的被轉(zhuǎn)向后的材料碎塊最好通過一個(gè)分離裝置9收集到一個(gè)收集容器10中，而未被轉(zhuǎn)向的材料碎塊則被收集在一個(gè)收集容器11中。至少收集容器的內(nèi)部表面都是用與被分類半導(dǎo)體相同的材料做成的，或者兩收集容器全部用這種材料做成。可以利用另加的識別系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向裝置把兩個(gè)已分離的材料流進(jìn)一步分成幾種顆粒類別。同樣，也可以按照表面參數(shù)來進(jìn)行分類。設(shè)置另外的分離裝置9也能夠把材料分離成多個(gè)顆粒類別，在該情形中，下落路徑被一些具有不同強(qiáng)度的轉(zhuǎn)向效果，最好是不同強(qiáng)度的空氣噴流，所分段。這種分離裝置9的表面最好鍍有與被分類半導(dǎo)體相同的材料，或者整個(gè)裝置完全由這種材料做成。
本發(fā)明的另一個(gè)主題是一種利用根據(jù)本發(fā)明的光電分類設(shè)備進(jìn)行半導(dǎo)體材料的光電分類的方法，被分類材料在一個(gè)分散裝置2上被分散，后者的表面上有與被分類半導(dǎo)體相同的材料，然后被分類材料在一個(gè)滑面3上向下滑行，后者的表面上也有與被分類半導(dǎo)體相同的材料，滑面相對于水平面的角度是可調(diào)節(jié)的，使得被分類材料重心盡可能地低，并且在離開了滑面3之后，以這種狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)輻射源5的輻射束路徑4，一個(gè)形狀識別裝置6把被分類材料的形狀傳送給一個(gè)控制單元7，后者根據(jù)預(yù)先設(shè)定的準(zhǔn)則去控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8，轉(zhuǎn)向裝置8使被分類材料轉(zhuǎn)向分離。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法中，經(jīng)過了分碎的材料1，本情形中它是半導(dǎo)體材料，在一個(gè)分散裝置2中被傳向一個(gè)滑面3，滑面3的角度根據(jù)被分類半導(dǎo)體材料和表面鍍層之間的磨擦系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得被分類半導(dǎo)體材料最好能在重力作用下向下滑動(dòng)。在這個(gè)過程中，形狀不規(guī)則的半導(dǎo)體材料將自動(dòng)排列成使其重心盡量低的狀態(tài)，也即其最大投影表面面對著滑面3的狀態(tài)。經(jīng)過了粉碎的材料在排列成這種狀態(tài)并離開了滑面3之后，將通過包括輻射源5和形狀識別裝置6的識別系統(tǒng)，也即通過輻射源5的輻射束路徑4，并被形狀識別裝置6探測，后者最好具有0.1mm至20mm的光學(xué)分辨率，尤其是具有0.5mm至10mm的光學(xué)分辨率，這樣獲得的數(shù)據(jù)由控制單元7評估。被分類半導(dǎo)體材料通過識別系統(tǒng)的下落時(shí)間為0.05s至1s，尤其最好是0.1s至0.2s。根據(jù)由半導(dǎo)體材料的測得的縱向尺度或投影表面與設(shè)定的分離準(zhǔn)則之間的相對關(guān)系所決定的應(yīng)有偏轉(zhuǎn)情況，將至少激活一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8，該裝置例如利用空氣噴流使例如所有太小的半導(dǎo)體材料碎塊轉(zhuǎn)向，從而把它們偏轉(zhuǎn)出它們原來的下落路徑。分離裝置9將分離兩類碎塊，分別收集到分離收集容器10和11中。
根據(jù)本發(fā)明的方法與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的結(jié)合所具有的優(yōu)點(diǎn)是，進(jìn)行分類時(shí)不會(huì)引起污染；最好是以連續(xù)可變的方式對15mm至150mm范圍內(nèi)的碎塊進(jìn)行分類。不過，也可以這樣來設(shè)定截獲得10mm至20mm范圍內(nèi)的顆粒，或者截獲某一指定百分比的某種顆粒尺寸的顆粒，同時(shí)混入有一定百分比的另一指定顆粒尺寸的顆粒。用這個(gè)方法可以精確地按照購貨者的要求來確定可調(diào)節(jié)的裝填費(fèi)用，這些購貨者為了裝填坩堝以進(jìn)行例如拉單晶處理而需要特定的顆粒尺寸分布。
示例根據(jù)本發(fā)明的光電分類設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例具有例如500mm的工作寬度，0.5mm的光學(xué)分辨率，以及一個(gè)間隔為8mm的噴嘴陣列，它能夠以30mm的顆粒分離尺寸和陡銳的取舍點(diǎn)用1t/h(噸/小時(shí))的體積流量對一堆不同尺寸的多晶體硅碎塊進(jìn)行分類。
權(quán)利要求
1.一種用于對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的設(shè)備，其中該設(shè)備含有一個(gè)分散裝置2和一個(gè)滑面3，滑面3相對于水平面的角度是可調(diào)節(jié)的，分散裝置2和滑面3各自都有一個(gè)用與被分類半導(dǎo)體材料相同的材料做成的表面；一個(gè)輻射源5，被分類材料通過它的輻射束路徑4下落；以及一個(gè)形狀識別裝置6，它把被分類材料的形狀發(fā)送給一個(gè)控制單元7，后者控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中滑面3的角度為20°至80°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中分散裝置2和滑面3的表面用硅做成。
4.一種用于對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的方法，其中被分類材料在一個(gè)分散裝置2上被分散，后者的表面由與被分類半導(dǎo)體材料相同的材料做成，分散后的被分類材料在一個(gè)滑面3上向下滑行，后者的表面用與被分類半導(dǎo)體材料相同的材料做成，滑面相對于水平面的角度是可調(diào)節(jié)的，使得被分類材料的重心盡量地低，當(dāng)處于這種排列狀態(tài)的被分類材料離開滑面后將通過一個(gè)輻射源5的輻射束路徑4，一個(gè)形狀識別裝置6把被分類材料的形狀發(fā)送給一個(gè)控制單元7，后者根據(jù)預(yù)定的準(zhǔn)則去控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8，該轉(zhuǎn)向裝置8使被分類材料轉(zhuǎn)向分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的方法，其中滑面的角度設(shè)置在20°至80°的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的用于對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的方法，其中被分類的半導(dǎo)體材料是硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的用于對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的方法，其中太大的半導(dǎo)體材料再用水噴流另外粉碎。
全文摘要
一種用于對半導(dǎo)體材料進(jìn)行光電分類的設(shè)備,其中該設(shè)備含有:一個(gè)分散裝置2和一個(gè)滑面3,滑面3相對于水平面的角度是可調(diào)節(jié)的,分散裝置2和滑面3各自都有一個(gè)用與被分類半導(dǎo)體材料相同的材料所做成的表面;一個(gè)輻射源5,被分類材料通過它的輻射束路徑4下落;以及一個(gè)形狀識別裝置6,它把被分類材料的形狀發(fā)送給一個(gè)控制單元7,后者控制至少一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置8。
文檔編號B07C5/04GK1198966SQ9810180
公開日1998年11月18日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者馬托伊斯·尚茨, 弗朗茨·克普爾, 迪爾克·弗勒特曼 申請人:瓦克化學(xué)有限公司