[发明专利]用于生产固结的和纯化的材料的方法

说明书

背景技术

对于生产高纯度材料的需求在持续增加，所述的高纯度材料例如硅、钛、铁、镍、硼、镓等。例如，对于用于半导体和太阳能电池工业的高品位(highgrade)的纯硅存在剧增的需求。此外，诸如钛、TiV4Al6和类似合金之类的坚硬而质轻的特种合金被广泛地应用于航空航天和国防工业中。当前用于生产诸如硅和钛之类的高纯度材料的制造方法是能源密集的、昂贵的和产生大量过剩产品(例如，Si或Ti细粉)，这些过剩产品是不能售卖的或是需要大量回收处理的。 

例如，在很多情况下，硅和钛二者的生产都会造成产生大量的硅粉或者钛粉末，这在进一步高品位材料的生产中通常是不能用的。举例来说，硅生产的三氯硅烷的方法使用灯丝型反应器(filament type reactor)，需要超过100Kwh/kg硅，该方法中冶金级的硅与HCl接触以生产三氯硅烷，然后再通过氢气还原将三氯硅烷转变回纯硅。为了尽力减少能量消耗，使用新的流化床反应器，但是这种反应器会生产出约20％不能用的细粉，所述细粉很难被固结并因此导致不但生产出高纯度的电子级小球，而且还产生10-20％具有亚微米级平均粒径的细硅粉。在Ti工业中，Kroll方法被例如Armstrong方法的其它方法所取代来生产高品位的钛，该方法也导致产生大量过剩的同样具有亚微米级平均粒径的钛粉。同样地，TiO₂的电化学还原导致产生很细颗粒的Ti。 

很难在进一步的高品位材料的生产中使用这种细粉颗粒的硅和钛粉，因为细粉颗粒物质具有高的表面/体积面积比(surface to volume area)，其使得该材料为优良的热绝缘体。因此，因为在固结过程中施用的热量不易被传到颗粒的核心，而是被分散在块体材料的整个表面，所以很难固结这些材料。关于这些反应材料(例如金属)的纯化和固结的另一个问题在于这些金属的细粉非常易与空气中的氧气反应，从而在金属颗粒表面生成一个厚的氧化物覆盖层，该氧化物覆盖层进一步阻止了金属颗粒固结。

因此，需要一种方法，该方法利用在生产高品位、纯固结的材料中的这种细粉，其可通过常规方法被进一步加工成有用的形式，所述的常规方法例如挤压、锻造、研磨、加工。本发明满足那些和其它这种需求。 

发明内容

本发明的方面包括用于生产纯化的半导体或金属材料的一些方法。在一个实施方式中，所述方法包括将材料的颗粒组合物(例如，一种金属)与卤化物混合以制备材料-卤化物的混合物。然后在一个容器内加热所述混合物至高于该材料熔点的温度，在那个温度所述容器是化学稳定和物理稳定的。将熔融的混合物分成材料层及卤化物层，并冷却。然后将卤化物层从该材料层分离出来，并因此制得纯化的半导体或金属材料。还提供纯化材料晶体，其通过这些方法制得成形为锭和/或锥形、薄片、或带状，以及采用这些产品的硅芯片和太阳电池板。 

附图说明

根据通常的惯例，附图的各种特征可不按比例绘制。更为合适的是，为了清楚起见可以任意地扩展或缩小各种特征的尺寸。附图包括下述图： 

图1图解说明了根据本发明的一个实施方式的流程图。 

图2示出了一个含有根据本发明的半导体/金属材料和卤化物的坩埚。 

图3-5示出了根据本发明的方法所固结的硅颗粒细粉的尺寸。 

在进一步描述本发明之前，应该理解的是本发明不被限于所描述的具体实施方式，因为其当然会变化。还应理解的是在此所使用的术语仅仅是出于描述具体实施方式的目的，和不意欲被限定。除非另有所指，在此所用的所有技术术语和科学术语都具有与本发明所属领域技术人员通常的理解相同的意义。 

当提供一个数值范围时，应该理解的是介于该范围的上下限间的每一个中间值(除非文中明显地另有所指，所述中间值是下限单位的十分之一)和其它所说明的或者在所说明范围中的中间值都被包括在本发明内。这些较小范围的上下限可独立地被包括在该较小的范围中，和在所说明范围内明确地排除极限值的条件下也被包括在本发明内。当所说明的范围包括一个或两个极限值时，排除了那些所包括的极限值的其中之一或两个的范围也被包括在本发明内。

在整个本申请中，引用了各种出版物、专利和公布的专利申请。被这个申请所引用的这些出版物、专利和公布的专利申请的公开内容在此被全部引入本公开中作为参考。出版物、专利或公布的专利申请的申请人的在此引用不被所述出版物、专利或公布的专利申请的申请人承认作为现有技术。