[发明专利]用于生产硅和器件的方法及系统

权利要求书

1.一种生产硅的方法，包括：

a)提供硅或硅材料、包括氢气或能够与硅或硅材料进行反应以形成硅烷的材料的氢源、能够加速反应和/或降低反应温度的催化剂、以及可选择的一种惰性气体；

b)通过硅或含硅化合物与氢源在催化剂下的气化反应生产包括硅烷和氢气的气体混合物；

c)将气化后生成的气体混合物的温度降低至低于800℃以下、以避免硅烷的分解；

d)将硅烷和氢气，可选择的还有一种惰性气体同时从气体混合物中分离、以形成一个共同纯化的硅烷混合物，其他杂质每种少于5％。

2.根据权利要求1所述的方法，更进一步可包括：

h)通过分解在共同纯化的硅烷混合物中硅烷生产硅或硅器件和转化共同纯化的硅烷混合物成为含有氢气反应气体尾气混合物；

i)将反应过的含有氢气气体尾气混合物返回作为氢源；

j)回收催化剂并返回到气化步骤再循环利用。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂包括下列至少一种：金属、金属合金、金属氧化物、金属盐、金属氢化物、或含有金属的化合物，其中，所述金属是选自由贵金属元素、碱金属和碱土金属元素、过渡金属元素、稀土类金属元素、和低熔点金属元素组成的元素的群组。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂是选自贵金属、碱金属、过渡金属、稀土金属、和低熔点金属组成的群组中的金属或金属合金。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅材料包含单质硅、硅合金和含硅的化合物中的至少一个；而硅合金包括一个或更多的贵金属元素，碱金属和碱土金属元素，和过渡金属元素，稀土类金属元素，和低熔点金属元素。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅材料，包括单质硅，硅合金和含硅的化合物包括锭形式、板坯、大块、棒、颗粒、粉末、熔体、在液体中的悬浮液、和气相蒸汽。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢源是下列中的一个或任意几个的混合物：

e)氢气(H₂或D₂，HD)；

f)在酸、金属氢化物、或游离酸中的氢离子；

g)通过电化学方法产生的氢离子；

h)由直流等离子体、微波、射频(RF)、热丝和发光的放电等等离子体或它们的组合产生的氢原子(可选择地，有惰性气体如Ar)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体混合物的骤冷是在它们从反应器出来之后，通过硅烷混合物本身作为冷却介质快速热交换或使压力迅速下降或以避免硅烷分解。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提纯是通过精馏，吸收或过滤进行分离。

10.根据权利要求1所述的硅产品，其中，所述多晶硅的生产过程是一个大型集约的流动床粒状多晶硅、或蒸汽到的液体、或西门子反应器系统中的硅生产。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述应用是用于大规模约式或定点的现场分布式应用。

12.根据权利要求2所述的催化气化，其中，所述反应器类型包括固定填充床，喷动床、流化床、用于硅粉末的移动床、或搅拌床和用于熔体的滴流床。

13.根据权利要求1的方法，其中，所述反应条件是：

温度：-30-3000℃；

压力：0.001-1000Mpa；

惰性气体中的氢气含量：1-99.99999％；

输出气：氢中的硅烷0.5-99％；

气体停留时间：0.001-1000秒。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气化反应的催化剂被回收并再循环到原料中。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢气和惰性气体在应用结束后的回收和送到气化循环利用。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂可以被加载到硅和含硅化合物，包括硅合金粉末颗粒的表面，进入熔体或溶液。