溶融塩中でのシリカの直接電解還元による高純度シリコン製造

熔盐中直接电解还原二氧化硅生产高纯硅

基本信息

批准号：
15656191
负责人：
野平俊之
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

平成16年度までの研究により、850℃においては、直径数〜数十μm、長さ数十〜数百μmの結晶性の良い柱状Siが生成し、500℃においては、粒径数十nmのスポンジ状アモルファスSiが生成することが明らかにされた。このような結果を踏まえ、平成17年度は、従来の板状高純度SiO2に代わり、粉末状SiO2の還元を試みた。高純度粉末SiO2をペレット状へ成型し、さらにMo線を巻きつけて「SiO2接触型電極」とした。これを850℃の溶融CaCl2中で、電解還元が進行することが分かっている0.70〜1.20V(Ca2+/Ca)で定電位電解を行った。電解時間を5分間とした試料をSEMにより分析したところ、Mo線との接触箇所から還元が始まっている様子が明瞭に観察された。また、電解電位が卑なほど、還元速度が大きいことも示された。さらに、電解時間を1時間とした試料をSEMおよびXRDで分析したところ、板状SiO2のときと同様に直径数〜数十μm、長さ数十〜数百μmの結晶性の良い柱状Siが生成していることが示された。以上の結果より、粉末状SiO2の還元についても、反応メカニズムは板状SiO2のときと同様と考えられる。生成したシリコンをEDXを用いて分析したところ、Mo線に近い箇所ではMo濃度が高く、Mo-Si化合物の生成が示唆された。しかし、ペレット内部に生成したSiについては、純度が99.9%以上であることが示された。以上より、高純度Si製造のための導線としては、還元生成したSiと化合物を作りにくいもの、もしくは不純物とならないSi自身を使用する必要があることが分かった。

截至2004年的研究表明，在850℃时，形成直径为数μm至数十μm、长度为数十μm至数百μm的高度结晶的柱状硅，在500℃时，形成晶粒大小的柱状硅。可知生成了数十纳米的海绵状非晶硅。基于这些结果，2005年我们尝试还原粉状SiO2来代替传统的片状高纯SiO2。将高纯度 SiO2 粉末模制成颗粒，并进一步将 Mo 线缠绕在其周围，形成“SiO2 接触电极”。将其在850℃、0.70～1.20V（Ca2+/Ca）的电压下，在熔融CaCl2中进行恒电位电解，已知这会促进电解还原。当通过SEM分析电解时间为5分钟的样品时，可以清楚地观察到还原从与Mo丝的接触点开始。还表明，电解电势越低，还原率越高。此外，当我们使用SEM和XRD对电解时间为1小时的样品进行分析时，我们发现结晶度良好的柱状Si，其直径为几微米到几十微米，长度为几十微米到几百微米。发现，与板状SiO2的情况类似，表明它已生成。从以上结果可以认为，还原粉状SiO2的反应机理与还原片状SiO2的反应机理相同。当使用 EDX 分析生成的硅时，Mo 浓度在 Mo 线附近较高，表明形成了 Mo-Si 化合物。然而，球团内部产生的硅的纯度超过 99.9%。由上可知，为了制造高纯度Si，需要使用难以与通过还原生成的Si形成化合物的线材、或者本身不形成杂质的线材。