[发明专利]锌气体的供给方法以及供给装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种供给锌气体的方法及装置。尤其涉及一种以经控制的供给速度供给过度加热的锌气体的方法及装置。

背景技术

近年来，为防止地球暖化，应对新的电力需求的技术，对太阳光发电的关注日益提高。太阳光发电中利用使用单晶硅或多晶硅的太阳电池的方法为主流，应对太阳光发电装置的需求的所预期的急速增加，而要求廉价地大量地供给作为主要材料的高纯度硅。

现在，商业上供给的高纯度硅是藉由西门子法而制造。此方法是制造成本中电力成本所占的比重较大、且由于为批次式制造而生产效率较差的方法。而且，亦必需：用作原料的三氯硅烷的制造设备，以及从自藉由西门子法制造高纯度硅的步骤排出的分解气体中将未反应的三氯硅烷、氢气及作为副产物而产生的四氯化硅等分离、回收、处理的附带设备。若考虑到该些情况，则西门子法不适合作为廉价地大量地制造高纯度硅的方法。

制造高纯度硅的方法之一有藉由锌气体还原四氯化硅而制造高纯度硅的锌还原法。藉由锌还原法的高纯度硅的制造是直至1960年代虽然还是小规模但已经在商业上实施。然而，西门子法在开发、实用化后，并未在商业上藉由锌还原法制造高纯度硅。藉由西门子法制造的高纯度硅的电气特性比当时藉由锌还原法制造的高纯度硅更好，并且对高纯度硅的需求主要是用于半导体，量有限，因此虽然为高成本但大多藉由西门子法进行制造，并延续至今。

廉价地大量地制造高纯度硅的技术研究一直在持续地实施并报告（非专利文献1）。此报告的结论是，组合以下制造步骤的方法与西门子法相比、且与其他方法相比，具有以最低廉的制造成本制造高纯度硅的可能性。此方法是包括：

（1）在流动层中藉由锌气体还原四氯化硅，使所生成的硅于所投入的种硅上成长而抽出的高纯度硅的制造步骤；

（2）将作为副产物而产生的氯化锌气体、未反应的锌气体及未反应的四氯化硅气体自流动层反应装置的上部连续地抽出，藉由冷凝装置将氯化锌及锌制成混合液体而捕获，并与未反应的四氯化硅分离的分离回收步骤；

（3）将冷凝的氯化锌及锌的混合液体送至熔融盐电解装置，进行电解而回收氯与锌的步骤；以及

（4）将回收的氯、与硅酸（SiO₂）及碳、或与金属硅反应，而制造四氯化硅的步骤；并循环使用经熔融盐电解的锌的方法。而且，藉由此高纯度硅制造方法，设计生产50吨/年的高纯度硅的试用制造装置而估算制造成本，与其他方法相比能够以最低成本制造。

参考此报告书所记载的方法，指出各步骤的问题点，进行将藉由锌还原法制造高纯度硅加以具体化的研究。例如揭示有，在藉由锌气体还原四氯化硅气体而制造高纯度硅的步骤中，使用纵型反应器，在反应器内供给四氯化硅气体与锌气体，在四氯化硅供给喷嘴的前端部生成高纯度硅，再使高纯度硅朝向下方而成长的方法（专利文献1）。然而，为了制造大量的高纯度硅，而必需一边控制大量的锌气体一边供给的方法及其装置，但并未揭示其具体的方法。

供给锌气体的方法揭示有，使用柱塞将熔体锌导入至锌气体产生器，与配置于锌气体产生器内部且自外部感应加热的石墨托盘接触而加热，并产生与利用柱塞的导入量相对应的锌气体的方法（非专利文献1）。但，此方法中，锌气体的产生速度受到来自石墨托盘的导热量限定，难以取得较大的每单位时间的产生量。另外，石墨托盘等以碳为主成分的装置材料会使碳混合存在于锌气体中，因此欠佳，而且会使石墨所含的磷（P）或铁（Fe）等重金属成分混合存在，因此欠佳。另外，所导入的全部熔体锌会发生气体化，熔体锌中所存在的杂质的多数亦会气体化而一同存在于锌气体中，因此会对使用此锌气体并藉由锌还原法而制造的高纯度硅的电气特性造成影响。

并且揭示：在由石英制作的装置内连续地投入预先纯化的金属粒体，再将所投入的金属粒体自外部进行感应加热而制成熔融金属，使相当于所投入的量的熔融金属流下至蒸发容器内，并将流下的熔融金属自外部加热而使其全部蒸发而产生金属气体的装置（专利文献2）。但，此构成中由于必须将预先投入的金属纯化处理至必需的纯度，并且获取不了大量来自蒸发容器外部的加热量，因此蒸发量受到限定，无法使每单位时间的产生量增大而产生金属气体。