用於矽的提純的方法

2023-04-26 20:43:01

用於矽的提純的方法
【專利摘要】本發明涉及矽的提純。本發明提供了一種用於提純矽的方法。所述方法包括從包含鋁的熔融溶劑中重結晶起始材料矽，以提供最終經重結晶的矽晶體。所述方法也包括用水性酸溶液洗滌最終經重結晶的矽晶體，以提供最終經酸洗的矽。所述方法也包括定向凝固所述最終經酸洗的矽，以提供最終經定向凝固的矽晶體。
【專利說明】用於矽的提純的方法
[0001] 優先權要求
[0002] 本申請要求2012年1月26日提交的美國臨時專利申請No. 61/591,073的優先權 的權益，所述申請以全文引用方式併入本文。

【背景技術】
[0003] 矽的提純在許多商業和工業過程中是一個重要步驟。實現從矽經濟去除雜質而由 此增加矽的純度是這些過程的優化中的主要目標。然而，從矽分離雜質的有效方法（尤其 是大規模）通常難以捉摸且難以使用。
[0004] 目前通過使用太陽能電池將日光轉化為電能的能力而使用太陽能電池作為能源。 在這種光伏電池中，矽幾乎唯一地用作半導體材料。目前太陽能電池的使用的明顯局限性 與如下有關：將矽提純至足夠高的級別（例如太陽級），使得其可用於製造太陽能電池的成 本。鑑於目前的能量需求和供應局限性，存在對一種將冶金級（MG)矽（或具有比太陽級更 大的雜質的任何其他矽）提純至足夠高的級別，使得其可用於製造太陽能電池的更成本有 效的方式的巨大需要。
[0005] 用於製備提純矽的數種技術是已知的。這些技術中的大多數基於如下原理操作： 當矽從熔融溶液中凝固時，不希望的雜質趨於保持在熔融溶液中。例如，浮區技術可用於制 備單晶錠，並在固體材料中使用移動液體區，從而將雜質移動至材料的邊緣。在另一例子 中，Czochralski技術可用於製備單晶錠，並使用從溶液中緩慢取出的晶種，從而允許形成 矽的單晶柱並同時將雜質留在溶液中。在又一例子中，Bridgeman或換熱器技術可用於制 備多晶錠，並使用溫度梯度以引起定向凝固。
[0006] 矽的結晶為用於去除不希望的雜質的一種方法。在結晶中，將具有雜質的矽溶解 於溶劑中，然後使其從溶液中結晶出來，從而形成更純的矽。儘管結晶可為經濟的提純方 式，某些缺點可導致純度的損失和低效率。例如，在使用金屬溶劑（如鋁）結晶矽的過程中， 有價值的矽材料連同雜質一起留在鋁母液中。反覆嘗試極少地結晶矽可導致成比例增加的 矽損失。在另一例子中，矽可能不會幹淨地從鋁中結晶出來，而是首先作為相對較純的所需 材料結晶，然後在那些晶體上形成矽和雜質（如鋁）的組合。有時，在試圖使來自鋁溶液的 結晶矽的產率達到最大的情況中該作用可能加重。在其他情況中，矽和鋁的體系的本徵性 質使得在不希望的材料沉積在純的晶體上之前難以或不可能幹淨地停止結晶。即使在不希 望的材料在矽晶體的表面上結晶之前乾淨地停止結晶的情況中，當將矽晶體從母液中取出 時保持在矽晶體上的熔融母液可凝固，從而導致類似的不利影響。
[0007] 用於製備用於太陽能電池的矽晶體的各種技術在熔融製造階段過程中使用坩堝 來容納矽。然而，使用標準坩堝存在數個缺點。不幸地，由於例如當熔融矽凝固時熔融矽的 改變的尺寸或形狀，因此大多數坩堝在單次使用之後破裂。產生單晶錠的方法可包括使用 石英坩堝，所述石英坩堝為昂貴且易碎的材料。產生多晶錠的方法通常使用更大的坩堝，且 由於石英的費用，這些坩堝通常由更便宜的材料（如熔融石英或其他耐火材料）製得。盡 管由更便宜的材料製得，由熔融二氧化矽或其他耐火材料製得的大坩堝仍然製備昂貴，並 通常可能僅使用一次。坩堝的高花費和有限的壽命的組合限制了矽提純裝置和方法的經濟 效率。
[0008] 另外，與坩堝接觸或最接近坩堝的材料可在凝固時被坩堝或坩堝的塗層汙染；在 凝固完成之後，可從固體材料上修整掉該不純材料。通過使材料凝固成更大的形狀，可使在 過程中暴露於空氣或坩堝或其他汙染物的材料的表面積達到最小，因此可使通過修整掉由 汙染物導致不純的材料而浪費的材料達到最少。在另一例子中，通常具有最高汙染物濃度 的最後凍結的材料可位於凝固材料的表面處，通常在使用之前也從凝固材料上修整掉這些 表面。通過具有更小的表面積/體積比，通過使用更大的形狀而使所述浪費的材料達到最 少。更大規模的優點促進使用更大的坩堝用於從熔融材料形成錠，尤其是當所得錠的預期 用途需要高品質錠時。然而，更大的坩堝的使用可能需要購買更大的爐子，所述更大的爐子 可能花費更高。


【發明內容】

[0009] 本發明涉及矽的提純。本發明提供了一種用於提純矽的方法。所述方法包括從包 含鋁的熔融溶劑中重結晶起始材料矽，以提供最終經重結晶的矽晶體。所述方法也包括用 水性酸溶液洗滌所述最終經重結晶的矽晶體，以提供最終經酸洗的矽。所述方法也包括定 向凝固所述最終經酸洗的矽，以提供最終經定向凝固的矽晶體。
[0010] 本發明的實施方案包括益處和優點，如對於給定成本，在提純矽中的更低的雜質 量和更一致的雜質濃度。所述方法可以以給定成本提供具有更一致的品質的提純矽，這可 使所述方法的產品比其他方法的產品更有價值。所述方法比其他方法更有效。另一益處可 包括製備可用於產生更高品質的產品的提純矽，所述更高品質的產品比以類似成本製得的 其他提純矽產品更有價值。所述方法的實施方案可以以更低的成本提供優異品質的錠，所 述錠可被分成矽塊，所述矽塊具有比通過其他方法提供的那些總體更高的品質。如果用於 製備太陽能電池，衍生自錠的矽塊可以以更低的成本製備更有效的太陽能電池。
[0011] 在再循環結晶步驟中的母液的實施方案中，所述方法可浪費更少的待提純的矽， 並可更有效地利用鋁溶劑。對於酸洗步驟，離開過程的溶解的或反應的雜質可作為價值產 品銷售。在酸洗中，通過提純步驟再循環水性酸和水可節約材料、降低成本，並可減少廢物。 通過使用起始於最弱溶解混合物的在酸洗中的溶解的級聯步驟，放熱化學反應或溶解相比 於其他方法可更易於控制。相比於類似的坩堝和方法，坩堝和方法的一些實施方案也可在 給定爐子中在單個塊批次中製得更多的塊。在一個實例中，定向凝固裝置的可重用性可有 助於使所述方法能夠提供提純矽的更經濟有效的方式。定向凝固裝置的可重用性可有助於 減少廢物，並可提供使用更大的坩堝用於定向凝固的更經濟的方式。在一些實施方案中，定 向凝固和方法總體可受益於規模經濟。另外，存在於定向凝固裝置的一些實施方案中的加 熱器提供了 一種加熱矽、保持矽的溫度、控制矽的冷卻或它們的組合的便利有效的方式，這 可允許精確控制溫度梯度和矽的相應的定向凝固。
[0012] 本發明提供了一種用於提純矽的方法。所述方法包括從包含鋁的熔融溶劑中重結 晶起始材料矽，以提供最終經重結晶的矽晶體。所述方法包括用水性酸溶液洗滌所述最終 經重結晶的矽晶體，以提供最終經酸洗的矽。所述方法也包括定向凝固所述最終經酸洗的 矽，以提供最終經定向凝固的矽晶體。
[0013] 在一些實施方案中，用於提純矽的方法還可包括噴砂或噴冰所述最終經定向凝固 的矽晶體，以提供經噴砂或噴冰的最終經定向凝固的矽晶體。所述經噴砂或噴冰的最終經 定向凝固的矽晶體的平均純度大於所述最終經定向凝固的矽晶體的平均純度。
[0014] 在一些實施方案中，用於提純矽的方法還可包括去除所述最終經定向凝固的矽晶 體的一部分，以提供經修整的最終經定向凝固的矽晶體。所述經修整的最終經定向凝固的 矽晶體的平均純度大於所述最終經定向凝固的矽晶體的平均純度。
[0015] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，起始材料矽的重結晶可包括使起始材料 矽與包含鋁的溶劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第一混合物。起始材料矽的重結晶也可 包括熔化所述第一混合物。所述第一混合物的熔化可足以提供第一熔融混合物。重結晶也 可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻可足以形成最終經重結晶的矽晶體和母液。起 始材料矽的重結晶也可包括分離所述最終經重結晶的矽晶體和所述母液。所述分離可提供 最終經重結晶的娃晶體。
[0016] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，起始材料矽的重結晶可包括使起始材料 矽與第一母液接觸。所述接觸可足以提供第一混合物。重結晶也可包括熔化所述第一混合 物。所述熔化可足以提供第一熔融混合物。重結晶也可包括冷卻所述第一熔融混合物。所 述冷卻可足以形成第一矽晶體和第二母液。重結晶可包括分離所述第一矽晶體和所述第二 母液。所述分離可提供第一矽晶體。重結晶也可包括使所述第一矽晶體與包含鋁的第一溶 劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第二混合物。重結晶也可包括熔化所述第二混合物。所 述熔化可足以提供第二熔融混合物。重結晶也可包括冷卻所述第二熔融混合物。所述冷卻 可足以形成最終經重結晶的矽晶體和第一母液。起始材料矽的重結晶也可包括分離所述最 終經重結晶的矽晶體和所述第一母液。所述分離可提供最終經重結晶的矽晶體。
[0017] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，起始材料矽的重結晶可包括使起始材料 矽與第二母液接觸。所述接觸可足以提供第一混合物。重結晶可包括熔化所述第一混合物。 所述熔化可足以提供第一熔融混合物。重結晶可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻 可形成第一矽晶體和第三母液。重結晶也可包括分離所述第一矽晶體和所述第三母液。所 述分離可提供第一矽晶體。重結晶也可包括使所述第一矽晶體與第一母液接觸。所述接觸 可足以提供第二混合物。重結晶也可包括熔化所述第二混合物。所述熔化可足以提供第二 熔融混合物。重結晶也可包括冷卻所述第二熔融混合物。所述冷卻可形成第二矽晶體和第 二母液。重結晶可包括分離所述第二矽晶體和所述第二母液。所述分離可提供第二矽晶體。 重結晶可包括使所述第二矽晶體與包含鋁的第一溶劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第三 混合物。重結晶可包括熔化所述第三混合物。所述熔化可足以提供第三熔融混合物。重結 晶可包括冷卻所述第三熔融混合物。所述冷卻可形成最終經重結晶的矽晶體和第一母液。 起始材料矽的重結晶也可包括分離所述最終經重結晶的矽晶體和所述第一母液。所述分離 可提供最終經重結晶的矽晶體。
[0018] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經重結晶的矽的洗滌可包括充分組 合所述最終經重結晶的矽與酸溶液，以使所述最終經重結晶的矽至少部分與所述酸溶液反 應。所述組合可提供第一混合物。所述洗滌也可包括分離所述第一混合物。所述分離可提 供最終經酸洗的矽。
[0019] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經重結晶的矽的洗滌可包括充分組 合所述最終經重結晶的矽與酸溶液，以使所述最終經重結晶的矽至少部分與所述酸溶液反 應。所述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供 經酸洗的矽和酸溶液。所述洗滌可包括組合所述經酸洗的矽與衝洗溶液。所述組合可提供 第四混合物。所述洗滌可包括分離所述第四混合物。所述分離可提供溼的經提純的矽和衝 洗溶液。所述洗滌可包括乾燥所述溼的經提純的矽。所述乾燥可足以提供最終經酸洗的矽。
[0020] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經重結晶的矽的洗滌可包括充分組 合所述最終經重結晶的矽與弱酸溶液，以使第一絡合物至少部分與所述弱酸溶液反應。所 述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供第三 矽-鋁絡合物和弱酸溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第三矽-鋁絡合物與強酸溶液， 以使所述第三絡合物至少部分與所述強酸溶液反應。所述組合可提供第三混合物。所述洗 滌可包括分離所述第三混合物。所述分離可提供第一矽和強酸溶液。所述洗滌可包括組合 所述第一矽與第一衝洗溶液。所述組合可提供第四混合物。所述洗滌可包括分離所述第四 混合物。所述分離可提供溼的經提純的矽和第一衝洗溶液。所述洗滌可包括乾燥所述溼的 經提純的矽。所述乾燥可足以提供最終經酸洗的矽。在一些實施方案中，洗滌的方法還可 包括分離所述第一混合物，以提供第二矽-鋁絡合物和弱酸溶液；充分組合所述第二矽-鋁 絡合物與中等酸溶液，以使所述第二絡合物至少部分與所述中等酸溶液反應，從而提供第 二混合物；以及分離所述第二混合物，以提供第三矽-鋁絡合物和中等酸溶液。在一些實施 方案中，洗滌的方法還可包括分離所述第四混合物，以提供第二矽和第一衝洗溶液；組合所 述第二矽與第二衝洗溶液，以提供第五混合物；以及分離所述第五混合物，以提供溼的矽和 第二衝洗溶液。
[0021] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經重結晶的矽的洗滌可包括充分組 合所述最終經重結晶的矽與弱HC1溶液，以使第一絡合物至少部分與所述弱HC1溶液反應。 所述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供第 三矽-鋁絡合物和弱HC1溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第三矽-鋁絡合物與強HC1 溶液，以使所述第三絡合物至少部分與所述強HC1溶液反應。所述組合可提供第三混合物。 所述洗滌可包括分離所述第三混合物。所述分離可提供第一矽和強HC1溶液。所述洗滌可 包括組合所述第一矽與第一衝洗溶液。所述組合可提供第四混合物。所述洗滌可包括分離 所述第四混合物。所述分離可提供溼的經提純的矽和第一衝洗溶液。所述洗滌可包括乾燥 所述溼的經提純的矽。所述乾燥可足以提供最終經酸洗的矽。所述洗滌可包括從弱HC1溶 液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱HC1溶液的pH和比重。所述洗滌可包括將強HC1溶 液的部分轉移至弱HC1溶液，以保持弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體積、中等HC1溶液的 比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將本體HC1溶液的部分添加至強HC1溶液，以保持強 HC1溶液的pH、強HC1溶液的體積、強HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將 第一衝洗溶液的部分添加至強HC1溶液中，以保持強HC1溶液的pH、強HC1溶液的體積、強 HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌也可包括將新鮮的水添加至第二衝洗溶液中，以 保持第二衝洗溶液的體積。
[0022] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經重結晶的矽的洗滌可包括充分組 合所述最終經重結晶的矽與弱HC1溶液，以使第一絡合物至少部分與所述弱HC1溶液反應。 所述組合可提供第一混合物。所述洗滌可包括分離所述第一混合物。所述分離可提供第二 矽-鋁絡合物和弱HC1溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第二矽-鋁絡合物與中等HC1 溶液，以使所述第二絡合物至少部分與所述中等HC1溶液反應。所述組合可提供第二混合 物。所述洗滌可包括分離所述第二混合物。所述分離可提供第三矽-鋁絡合物和中等HC1 溶液。所述洗滌可包括充分組合所述第三矽-鋁絡合物與強HC1溶液，以使所述第三絡合 物至少部分與所述強HC1溶液反應。所述組合可提供第三混合物。所述洗滌可包括分離所 述第三混合物。所述分離可提供第一矽和強HC1溶液。所述洗滌可包括組合所述第一矽與 第一衝洗溶液。所述組合可提供第四混合物。所述洗滌可包括分離所述第四混合物。所述 分離可提供第二矽和第一衝洗溶液。所述洗滌可包括組合所述第二矽與第二衝洗溶液。所 述組合可提供第五混合物。所述洗滌可包括分離所述第五混合物。所述分離可提供溼的經 提純的矽和第二衝洗溶液。所述洗滌可包括乾燥所述溼的經提純的矽。所述乾燥可足以 提供最終經酸洗的矽。所述洗滌可包括從弱HC1溶液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱 HC1溶液的pH和比重。所述洗滌可包括將中等HC1溶液的部分轉移至弱HC1溶液，以保持 弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體積、弱HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括 將強HC1溶液的部分轉移至中等HC1溶液，以保持中等HC1溶液的pH、中等HC1溶液的體 積、中等HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將本體HC1溶液的部分添加至強 HC1溶液，以保持強HC1溶液的pH、強HC1溶液的體積、強HC1溶液的比重，或它們的組合。 所述洗滌可包括將第一衝洗溶液的部分添加至強HC1溶液，以保持強HC1溶液的pH、強HC1 溶液的體積、強HC1溶液的比重，或它們的組合。所述洗滌可包括將第二衝洗溶液的部分轉 移至第一衝洗溶液，以保持第一衝洗溶液的體積。所述洗滌也可包括將新鮮的水添加至第 二衝洗溶液中，以保持第二衝洗溶液的體積。
[0023] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經酸洗的矽的定向凝固包括兩個連 續定向凝固，以提供最終經定向凝固的矽晶體。
[0024] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經酸洗的矽的定向凝固包括在坩堝 中進行最終經酸洗的矽的定向凝固。所述坩堝可包括用於製備錠的內部。所述坩堝可製得 的錠可包括多個塊。所述坩堝也可包括與爐子的內部形狀大致匹配的外部形狀，其中製得 熔融材料，所述熔融材料凝固以形成所述錠。在一些實施方案中，所述錠的塊可形成網格， 其中相比於在方形坩堝中的網格，相對於拐角塊的百分比的側面塊或中心塊的百分比得以 增加。在一些實施方案中，坩堝的周邊可包括大約8個主要側面，其中所述8個側面包括兩 組具有大約相等長度的大致相對的第一側面，和兩組具有大約相等長度的大致相對的第二 側面，其中所述第一側面與所述第二側面交替。
[0025] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經酸洗的矽的定向凝固包括在坩堝 中進行最終經酸洗的矽的定向凝固，所述坩堝包括用於製備錠的內部。所述坩堝可包括與 爐子的內部形狀大致匹配的外部形狀，其中製得熔融材料，所述熔融材料凝固以形成所述 錠。所述錠可包括多個塊。包括於錠中的多個塊可形成網格。相比於可使用具有方形形狀 的坩堝從爐子產生的塊的數量，與爐子的內部形狀匹配的坩堝的外部形狀可允許產生更大 數量的塊。爐子的內部形狀可包括大致圓形的形狀。坩堝的周邊包括大約8個主側面，其 中所述8個側面包括兩組具有大約相等長度的大致相對的長側，和兩組具有大約相等長度 的大致相對的短側。所述長側與短側交替。
[0026] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經酸洗的矽的定向凝固包括在裝置 中進行最終經酸洗的矽的定向凝固，所述裝置包括定向凝固模具。所述定向凝固模具可包 括至少一種耐火材料。所述裝置可包括外夾套。所述裝置可包括絕緣層。所述絕緣層可至 少部分設置在所述定向凝固模具與所述外夾套之間。
[0027] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經酸洗的矽的定向凝固可包括提供 定向凝固裝置。所述裝置可包括定向凝固模具，所述定向凝固模具包括至少一種耐火材料。 所述裝置可包括外夾套。所述裝置也可包括絕緣層，所述絕緣層可至少部分設置在所述定 向凝固模具與所述外夾套之間。所述定向凝固可包括至少部分熔化所述最終經酸洗的矽。 所述熔化可提供第一熔融矽。所述定向凝固也可包括在所述定向凝固模具中定向凝固所述 第一熔融矽。所述定向凝固可提供第二矽。在一些實施方案中，所述定向凝固也可包括將 加熱器設置於所述定向凝固模具上。所述設置可包括將選自加熱元件和感應加熱器的一個 或多個加熱構件設置於所述定向凝固模具上。
[0028] 在用於提純矽的方法的一些實施方案中，最終經酸洗的矽的定向凝固可包括提供 定向凝固裝置。所述裝置可包括定向凝固模具。所述定向凝固模具可包括耐火材料。所述 定向凝固模具可包括頂層。所述頂層可包括滑移面耐火材料。所述頂層可構造為在從模具 中移出經定向凝固的矽時保護所述定向凝固模具的剩餘部分免於損壞。所述定向凝固模具 可包括外夾套。所述外夾套可包括鋼。所述定向凝固模具可包括絕緣層。所述絕緣層可包 括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫毛料，或它們的混合物。絕緣 層可至少部分設置在所述定向凝固模具的一個或多個側壁與所述外夾套的一個或多個側 壁之間。所述定向凝固模具的一個或多個側壁可包括氧化鋁。所述定向凝固模具的底部可 包括碳化矽、石墨，或它們的組合。所述裝置也可包括頂部加熱器。所述頂部加熱器可包括 一個或多個加熱構件。所述加熱構件中的每一個可包括加熱元件或感應加熱器。所述加熱 元件可包括碳化矽、二矽化鑰、石墨，或它們的組合。所述頂部加熱器可包括絕緣件。所述 絕緣件可包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫毛料，或它們的 組合。所述頂部加熱器可包括外夾套。所述外夾套可包括不鏽鋼。所述絕緣件可至少部分 設置在一個或多個加熱構件與頂部加熱器外夾套之間。所述裝置可構造為超過兩次用於矽 的定向凝固。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 在不必按比例繪製的圖中，在數個視圖中，相同的數字描述實質上類似的部件。具 有不同字母後綴的相同的數字表示實質上類似的部件的不同情況。附圖以舉例的方式而非 限制的方式通常示出了本說明書中所述的各種實施方案。
[0030] 圖1示出了根據一些實施方案的提純矽的方法的方塊流程圖。
[0031] 圖2A示出了根據一些實施方案的單程重結晶的方塊流程圖。
[0032] 圖2B示出了根據一些實施方案的雙程重結晶的方塊流程圖。
[0033] 圖3示出了根據一些實施方案的三程重結晶級聯過程的方塊流程圖。
[0034] 圖4示出了根據一些實施方案的三程重結晶級聯過程的圖示。
[0035] 圖5示出了根據一些實施方案的三程重結晶級聯過程的圖示。
[0036] 圖6示出了根據一些實施方案的重結晶級聯過程的第一程細節。
[0037] 圖7示出了根據一些實施方案的三程重結晶級聯過程的方塊流程圖。
[0038] 圖8示出了根據一些實施方案的四程重結晶級聯過程的圖示。
[0039] 圖9顯示了根據一些實施方案的酸洗步驟的一般流程圖。
[0040] 圖10顯示了根據一些實施方案的酸洗步驟的流程圖。
[0041] 圖11顯示了根據一些實施方案的描述何時在酸洗步驟中去除弱酸溶液的部分的 決策樹。
[0042] 圖12顯示了根據一些實施方案的酸洗步驟的流程圖。
[0043] 圖13顯示了根據一些實施方案的32塊156mm X 156mm坩堝的俯視圖。
[0044] 圖14顯示了根據一些實施方案的32塊156mm X 156mm錠的俯視圖。
[0045] 圖15顯示了根據一些實施方案的坩堝100的側視圖。
[0046] 圖16示出了根據一些實施方案的用於矽的定向凝固的裝置的模具、外夾套和絕 緣層的橫截面圖。
[0047] 圖17示出了根據一些實施方案的用於矽的定向凝固的裝置的模具、外夾套和絕 緣層的橫截面圖。
[0048] 圖18示出了根據一些實施方案的用於矽的定向凝固的裝置的加熱器的橫截面 圖。
[0049] 圖19示出了根據一些實施方案的包括設置於模具頂部的加熱器的用於矽的定向 凝固的裝置的3D投影。
[0050] 圖20示出了根據一些實施方案的用於矽的定向凝固的裝置的加熱器的等距視 圖。
[0051] 圖21示出了根據一些實施方案的用於矽的定向凝固的裝置的模具的等距視圖。
[0052] 圖22示出了根據一些實施方案的通過本發明的裝置和方法產生的矽錠。

【具體實施方式】
[0053] 現在將詳細參照所公開的主題的某些權利要求，所述權利要求的實施例在所附附 圖中示出。儘管所公開的主題將結合列舉的權利要求進行描述，但應了解它們不旨在將所 公開的主題局限於那些權利要求。相反，所公開的主題旨在涵蓋可包括於由權利要求書限 定的目前公開的主題的範圍內的替代形式、改變和等同形式。
[0054] 說明書中提及"一個實施方案"、"實施方案"、"示例性實施方案"等表示所述實施 方案可包括特定特徵、結構或特性，但每個實施方案可不必包括所述特定特徵、結構或特 性。而且，這種短語不必指相同的實施方案。此外，當特定特徵、結構或特性結合實施方案 描述時，無論是否明確描述，均認為影響與其他實施方案相關的這種特徵、結構或特性在本 領域技術人員的知識範圍內。
[0055] 在本文中，除非另外指出，否則術語"一種"用於包括一種或超過一種，術語"或"用 於指非排他的"或"。另外，應了解本文所用的不另外限定的的措辭或術語僅為了描述的目 的，而不是為了限制的目的。此外，在本文中引用的所有公布、專利和專利文件以全文引用 的方式併入本文，如同被單獨以引用方式併入一樣。如果有在本文和以引用方式併入的那 些文件不一致的用法，則應認為被引入的引文中的用法補充本文的用法，對於矛盾的不一 致，則本文的用法主導。
[0056] 在本文描述的製造方法中，步驟可在不偏離本發明的原理下以任何順序進行，除 了當明確敘述事件或操作次序時。權利要求書中大意是首先進行步驟，然後隨後進行數個 其他步驟的記載應理解為意指第一步驟在任何其他步驟之前進行，但其他步驟可以以任何 合適的順序進行，除非在其他步驟內進一步記載順序。例如，記載"步驟A、步驟B、步驟C、步 驟D和步驟E"的權利要求要素應理解為意指首先進行步驟A，最後進行步驟E，且步驟B、C 和D可在步驟A和E之間以任何順序進行，且順序仍然落入所要求保護的過程的文字範圍 內。給定步驟或步驟的子組也可重複，或者與其他步驟同時進行。在另一例子中，記載"步 驟A、步驟B、步驟C、步驟D和步驟E"的權利要求要素可理解為意指首先進行步驟A，接著 進行步驟B，接著進行步驟C，接著進行步驟D，且最後進行步驟E。
[0057] 此外，指定步驟可同時進行，除非明確的權利要求語言敘述它們分開進行。例如， 進行X的所主張的步驟和進行Y的所主張的步驟可在單次操作內同時進行，且所得方法將 落入所主張的方法的文字範圍內。
[0058] 定義
[0059] 除非上下文明確另外指出，否則單數形式"一種"和"所述"可包括複數的指示對 象。
[0060] 如本文所用，在一些實施例中，應用於諸如"母液"、"晶體"、"熔融混合物"、"混合 物"、"衝洗溶液"、"熔融矽"等的其他術語的諸如"第一"、"第二"、"第三"等的術語簡單地 用作區分步驟的通用術語，且本身不表示步驟的優先次序或步驟的順序，除非明確指出。例 如，在一些實施例中，"第三母液"可為要素，而第一或第二母液可不為所述實施例的要素。 在其他實施例中，第一、第二和第三母液均為實施例的要素。
[0061] 術語"約"可允許數值或範圍內的一定程度的變化；例如，所述值或所述範圍極限 的10%內，5%內或1%內。當給出連續值的範圍或列表時，除非另外指出，也公開了在該範 圍內的任意值或在給定連續值之間的任意值。
[0062] 本文所用的術語"溶劑"指可溶解固體、液體或氣體的液體。溶劑的非限制性的例 子為熔融金屬、聚矽氧烷（silicone)、有機化合物、水、醇、離子液體和超臨界流體。
[0063] 如本文所用，術語"獨立地選自"指所引用的組相同、不同或其混合，除非上下文明 確另外指出。因此，在該定義下，短語"X1、X2和X3獨立地選自稀有氣體"包括如下情況：其 中例如X1、X2和X3均相同，其中X1、X 2和X3均不同，其中X1和X2相同但X3不同，以及其他 類似的排列。
[0064] 本文所用的術語"空氣"指氣體的混合物，其具有與通常在地面從大氣中獲取的氣 體的天然組成大約相同的組成。在一些實施例中，空氣從周圍環境中獲取。空氣具有包含 大約78%的氮氣、21 %的氧氣、1 %的氬氣和0. 04%的二氧化碳以及少量其他氣體的組成。
[0065] 本文所用的術語"室溫"指環境溫度，其可為例如約15°C和約28°C之間。
[0066] 如本文所用，"混合物"指彼此物理接觸的兩種或更多種物質的組合。例如，與化學 反應相反，混合物的組分可物理組合。
[0067] 如本文所用，"熔化"指當物質暴露於充分的熱量時由固體轉變至液體。
[0068] 如本文所用，"提純"指感興趣的化學物質與外來物質或汙染物質物理分離或化學 分離。
[0069] 如本文所用，"接觸"指觸碰、發生接觸或者使物質直接靠近的行為。
[0070] 如本文所用，"結晶"包括從溶液中形成物質的晶體（結晶材料）的過程。所述過 程通過冷卻進料流或添加降低所需產物的溶解度的沉澱劑而使其形成晶體，從而將產物通 常以極純淨的形式從液體進料流中分離。然後，通過傾析、過濾、離心或其他方法從剩餘液 體中分離純的固體晶體。
[0071] 如本文所用，"結晶"包括在固體中原子的規則幾何排列。
[0072] 如本文所用，"分離"指將物質從另一種物質中去除的過程（例如，將固體或液體從 混合物中去除）。所述過程可使用本領域技術人員已知的任何合適的技術，例如，傾析混合 物、從混合物中撇除一種或多種液體、離心混合物、從混合物中過濾固體，或者它們的組合。
[0073] 如本文所用，"母液"意指在從固體在液體中的溶液的混合物中移出固體（例如晶 體）之後獲得的固體或液體。取決於去除的徹底程度，所述母液可包含不定量的這些固體。
[0074] 如本文所用，"矽"指符號為Si並且原子序數為14的化學元素。如本文所用，"冶 金級矽"或"MG矽"或"MG Si"指相對較純（例如至少約96. Owt. % )的矽。
[0075] 如本文所用，"熔融物"指被熔化的物質，其中熔化為將固體物質加熱至其轉變成 液體的點（稱為熔點）的過程。
[0076] 如本文所用，"溶劑金屬"指在加熱時可有效地溶解矽，從而形成熔融液體的一種 或多種金屬或其合金。合適的示例性溶劑金屬包括例如銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鋁、鎘、鎵、銦、 鎂、鉛、它們的合金，以及它們的組合。
[0077] 如本文所用，"合金"指兩種或更多種元素的均相混合物，所述兩種或更多種元素 中的至少一種為金屬，並且所得材料具有金屬性質。所得金屬物質通常具有與其組分不同 的性質（有時顯著不同）。
[0078] 如本文所用，"液相線"指相圖上的線，在所述線以上，給定的物質在液相下穩定。 最通常地，所述線表示轉變溫度。取決於所述物質，液相線可為直線，或者其可為曲線。液 相線最常用於二元體系，如固溶體（包括金屬合金）。所述液相線可與固相線形成對比。所 述液相線和固相線不必對齊或重疊；如果在液相線與固相線之間存在間隙，則在此間隙中， 所述物質作為液體或固體均不穩定。
[0079] 如本文所用，"固相線"指相圖上的線，在所述線以下，給定的物質在固相下穩定。 最通常地，所述線表示轉變溫度。取決於所述物質，所述固相線可為直線，或者其可為曲線。 固相線最常用於二元體系，如固溶體（包括金屬合金）。所述固相線可與液相線形成對比。 固相線和液相線不必對齊或重疊。如果在固相線和液相線之間存在間隙，則在此間隙中，所 述物質單獨作為固體或液體均不穩定；例如，橄欖石（鎂橄欖石-鐵橄欖石）體系正是這種 情況。
[0080] 如本文所用，"浮渣"指浮在熔融金屬浴上的一定量的固體雜質。浮渣通常在低熔 點的金屬或合金（如錫、鉛、鋅或鋁）熔融時出現，或者通過一種或多種金屬的氧化而出現。 可例如通過從表面撇除浮渣，從而去除浮渣。對於錫和鉛，浮渣也可通過添加氫氧化鈉丸粒 而去除，所述氫氧化鈉丸粒使氧化物溶解並形成熔渣。對於其他金屬，可添加鹽熔劑以分離 浮渣。浮渣與熔渣（熔渣為浮在合金之上的（粘性）液體）的區別在於為固體。
[0081] 如本文所用，"熔渣"指熔煉礦石以提純金屬的副產物。它們可被認為是金屬氧化 物的混合物；然而，它們可含有金屬硫化物和元素形式的金屬原子。熔渣通常被用作金屬 熔煉中的廢物移除機制。在自然界中，金屬（如鐵、銅、鉛、鋁及其他金屬）的礦石以不純的 狀態存在，通常為被氧化的並與其他金屬的矽酸鹽混合。在熔煉過程中，當礦石暴露於高溫 時，這些雜質與熔融金屬分離，並可被去除。被去除的化合物的集合為熔渣。熔渣也可為通 過設計而產生的各種氧化物與其他材料的共混物，例如以提高所述金屬的提純。
[0082] 如本文所用，"惰性氣體"指在正常條件下無反應性的任何氣體或氣體的組合。惰 性氣體不必為元素氣體，並且通常是分子氣體。類似於稀有氣體，無反應性的傾向是由於在 所有惰性氣體中化合價（最外電子層）為完全的。惰性氣體可為稀有氣體但不必為稀有氣 體。示例性的惰性氣體包括氦氣（He)、氖氣（Ne)、氬氣（Ar)和氮氣（N 2)。
[0083] 如本文所用，"定向凝固"指熔融金屬的凝固，使得發生凝固的部分可連續獲得進 料金屬。
[0084] 如本文所用，"多晶矽"或"多_Si"指包括多個單晶矽晶體的材料。
[0085] 如本文所用，"單晶矽"指具有幾乎沒有缺陷或雜質的單一且連續的晶格結構的 矽。
[0086] 如本文所用，"錠"指澆鑄材料的塊體。在一些例子中，材料的形狀允許相對容易地 運輸錠。例如，被加熱超過其熔點並被模製成棒或塊的金屬被稱為錠。
[0087] 如本文所用，"晶塊"指合成製得的單晶錠。例如，在切克勞斯基（Czochralski)或 "CZ"法中，使用晶種來產生更大的晶體或錠。將此晶種浸入純的熔融矽中並緩慢提取。所 述熔融矽以結晶的方式在所述晶種上生長。隨著晶種被提取，晶體生長，並最終產生大的圓 形晶塊。
[0088] 如本文所用，"任選的"指完成或存在，或者未完成或不存在的某事物。例如，任選 的步驟為或進行或不進行的步驟。在另一例子中，任選的成分為存在或不存在的成分。
[0089] 如本文所用，"酸溶液"指含有任意濃度的酸的溶液。
[0090] 如本文所用，"三氯化鋁"指A1C13。
[0091] 如本文所用，"間歇"指不連續製備或使用；在單個操作中製備或使用的某事物。
[0092] 如本文所用，"料箱"指用於保持、運輸、儲存或使用材料的容器。料箱無需具有完 整固體本體，料箱可具有穿孔或孔穴。
[0093] 如本文所用，"連續"指非間歇製備或使用、不間斷的製造或使用。連續過程無需為 無限連續的，但應該在含有該過程的方法操作時為基本上連續的。
[0094] 如本文所用，"晶體"指具有高度規則結構的固體。晶體可通過元素或分子的凝固 而形成。
[0095] 如本文所用，"第一絡合物"、"第二絡合物"和"第三絡合物"指超過一種事物、特別 是材料、化合物或化學元素的組合。絡合物可為宏觀的，例如，所述術語不要求或禁止分子 或原子級的化學元素的組合。絡合物可具有不一致的分布。絡合物可為合金，或可含有合 金。
[0096] 如本文所用，"溶解化學品"指至少一種溶解化學品，並可指超過一種溶解化學品。 溶解化學品可指與至少一種雜質反應、溶解至少一種雜質或它們的組合的化學品。
[0097] 如本文所用，"乾燥"指至少部分去除水，並可指絕大部分水已從其去除的事物。 [0098] 如本文所用，"擠出"指從孔穴中擠壓出或推出，包括通過重力，包括通過由重力所 導致的液壓力，包括通過由重力所產生的液壓或通過其他方式而推出孔穴的固體。
[0099] 如本文所用，"新鮮水"指還未用於洗滌來自待提純的材料的雜質或化學品的水。
[0100] 如本文所用，"頭部空間"指在某事物上方的空氣的體積，其通常但不必在封閉環 境中。
[0101] 如本文所用，"加熱器"指可將熱量賦予其他事物的設備。
[0102] 如本文所用，"待提純的材料"可為至少一種材料，並可為數種材料，且數種材料可 組合成合金、化學化合物、晶體或它們的組合。
[0103] 如本文所用，"混合物"指組合的兩種或更多種事物。所述組合可使得兩種事物之 間存在緊密接觸。
[0104] 如本文所用，"熔融"指液體，特別是在室溫下為固體的材料的液相。
[0105] 如本文所用，"過氧化物"指具有氧-氧單鍵的化合物，並包括過氧化氫。
[0106] 如本文所用，"pH"指溶液的酸度或鹼度的量度。其近似溶解的氫離子（例如H+) 的摩爾濃度的底數為10的對數的負值。
[0107] 如本文所用，"聚氯化鋁"（也縮寫為PAC)指式AlnCl(3n_m) (0H)_J^化合物。其也可 稱為鹼式氯化錯。
[0108] 如本文所用，"反應"指與酸溶液或溶解溶液和不純的矽具有化學反應或在酸溶液 或溶解溶液和不純的矽的環境中具有化學反應，以溶解。
[0109] 如本文所用，"傳感器"指可檢測其他事物的特性或性質的設備。
[0110] 如本文所用，"分離"指從另一事物中至少部分去除一種事物。
[0111] 如本文所用，"沉降槽"指一種槽，其設計為使固體材料沉降至底部，使得液體可從 槽中取出，所述液體相比於其進入槽時含有更少的固體。在一些例子中，沉降槽可為圓錐 形，並可在底部具有閥以允許釋放固體。
[0112] 如本文所用，"比重"指相對於水密度的物質密度。比重可指測得的物質密度除以 在大約3. 98攝氏度和1個大氣壓下測得的水密度。
[0113] 如本文所用，"蒸汽"指氣態水或水蒸汽。
[0114] 如本文所用，"槽"指可以但不必在頂部開放的容器。
[0115] 如本文所用，"閥"指允許或停止事物流動通過其他事物的設備。
[0116] 如本文所用，"塊"指可為任意形狀的錠的一片。通常，塊為方形。
[0117] 如本文所用，"側面塊"指與錠的周邊共用一個側面的塊。
[0118] 如本文所用，"中心塊"指不與錠的周邊共用一個側面的塊。
[0119] 如本文所用，"拐角塊"指與錠的周邊共用兩個側面的塊。
[0120] 如本文所用，"塗層"指覆蓋另一材料的至少部分的材料的層，其中所述層可與其 覆蓋的材料一樣厚、更厚或更薄。
[0121] 如本文所用，"埋頭（counter-sunk) "指安裝螺絲釘、螺栓或類似硬體的一種方式， 其中使具有更寬圓周的第二圓錐形或半圓錐形孔穴更接近於大致在材料中的具有特定圓 周的主圓柱形孔穴以上的材料的表面，使得硬體不突出至其安裝的表面以上，或者使得相 比於不存在第二孔穴，硬體更少地突出至其安裝的表面以上。
[0122] 如本文所用，"鎖口（counter-bored)"指安裝螺絲釘、螺栓或類似硬體的一種方 式，其中使具有更寬圓周的第二圓柱形孔穴更接近於大致在材料中的具有特定圓周的主圓 柱形孔穴以上的材料的表面，使得硬體不突出至其安裝的表面以上，或者使得相比於不存 在第二孔穴，硬體更少地突出至其安裝的表面以上。
[0123] 如本文所用，"坩堝"指可容納熔融材料、可在材料熔化而變得熔融時容納材料，以 及可在材料凝固或結晶時容納熔融材料，或它們的組合的容器。
[0124] 如本文所用，"曲線"指大致彎曲或遵循大致弧狀形狀，且無需為完全彎曲的表面。 在估計表面是否彎曲時，考慮平均值，從而如果總體上表面遵循大致弧形，則在一些部分 (包括一個部分）、數個部分或所有部分中遵循一個或多個直線的表面可為彎曲表面。
[0125] 如本文所用，"網格"指至少兩個塊，所述塊的邊緣的圖案通常形成規則間隔的水 平和垂直線條的圖案。
[0126] 如本文所用，"內角"指在兩個表面之間形成的角度，所述角度為兩個角度的更小 的角度。
[0127] 如本文所用，"平直側面"指大致直線、總體最小彎曲，且無需完全平直的側面。在 估計直線度時，考慮平均值，使得如果總體上側面沿著大致直線，則略微反覆彎曲數次的側 面可為平直側面。
[0128] 如本文所用，"爐子"指具有用於加熱材料的隔室的機器、設備、裝置或其他結構。
[0129] 如本文所用，"爐子容量"指爐子的隔室的體積。
[0130] 如本文所用，"周邊"指物體或形狀的外邊緣。
[0131] 如本文所用，"圓形"指不具有尖銳拐角的形狀，例如不具有90度拐角的形狀。圓 形形狀可為圓形或橢圓形。圓形形狀可包括邊緣修圓的方形形狀。
[0132] 如本文所用，"導管"指通過材料的管形孔穴，其中材料不必為管形。例如，通過一 塊材料的孔穴為導管。孔穴可具有比直徑更大的長度。導管可通過在材料中包入管（包括 管道）而形成。
[0133] 如本文所用，"定向凝固"指使材料結晶，其在大約一個位置開始，在大約線性方向 上（例如堅直、水平，或垂直於表面）進行，並在大約另一位置結束。如在該定義中所用，位 置可為點、面或彎曲面，包括環形或碗形。
[0134] 如本文所用，"風扇"指可移動空氣的任意設備或裝置。
[0135] 如本文所用，"加熱元件"指產生熱量的一片材料。在一些實施方案中，當使電流流 動通過該材料時，加熱元件可產生熱量。
[0136] 如本文所用，"感應加熱器"指經由在材料中誘導電流而將熱量添加至所述材料的 加熱器。通常，通過使交流電行進通過臨近待加熱的材料的金屬線圈而產生這種電流。
[0137] 如本文所用，"熔化"指發生從固體至液體，或至熔融材料的相變。
[0138] 如本文所用，"油"指在環境溫度下為液體、疏水性的，且具有300°C以上的沸點的 物質。油的例子包括但不限於植物油和石油。
[0139] 如本文所用，"耐火材料"指在高溫下化學和物理穩定的材料。耐火材料的例子包 括但不限於氧化鋁、氧化矽、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋯、氧化鉻、碳化矽、石墨，或它們的組合。
[0140] 如本文所用，"熱表面耐火材料"指耐火材料。
[0141] 如本文所用，"傳導耐火材料"指可導熱的耐火材料。
[0142] 如本文所用，"一個側面"或"多個側面"指一個或多個側面，除非另外指出，相比於 物體的一個或多個頂部或底部，其指物體的一個或多個側面。
[0143] 如本文所用，"矽"指元素 Si，並可指任意純度程度的Si，但通常指至少50重量％ 純，優選75重量％純，更優選85重量％純，更優選90重量％純，更優選95重量％純，甚至 更優選99重量％純的娃。
[0144] 如本文所用，"滑移面耐火材料"指減小摩擦並減小固體矽與定向凝固模具之間的 粘著的耐火材料。
[0145] 如本文所用，"管"指中空管道形材料。管通常具有大致匹配其外部形狀的內部形 狀。管的內部形狀可為任何合適的形狀，包括圓形、方形，或具有任意數量的側面的形狀，包 括非對稱形狀。
[0146] 如本文所用，"重結晶"指將不純的材料溶解於溶劑中，並將材料結晶出溶劑，使得 結晶出溶劑的材料具有比溶解於溶劑中的不純的材料更高的純度的過程。
[0147] 用於提鈍矽的方法
[0148] 本發明涉及矽的提純。本發明提供了一種用於提純矽的方法。參照圖1，顯示了方 塊流程圖5,其給出了本發明的矽提純的方法的一般概觀。所述方法包括從包含鋁的熔融溶 劑中重結晶15起始材料矽10,以提供最終經重結晶的矽晶體20。所述方法也包括用水性 酸溶液洗滌25最終經重結晶的矽晶體20,以提供最終經酸洗的矽30。所述方法也包括定 向凝固35最終經酸洗的矽30,以提供最終經定向凝固的矽晶體40。
[0149] 重結晶
[0150] 提純矽的方法包括從包含鋁的熔融溶劑中重結晶起始材料矽，以提供最終經重結 晶的矽晶體。重結晶可為任何合適的重結晶過程，其中重結晶溶劑包含鋁，以提供比起始材 料矽更純的最終經重結晶的矽晶體。在一些實施方案中，可進行單次重結晶以將起始材料 矽轉化為最終經重結晶的矽晶體。在其他實施方案中，在提供最終經重結晶的矽晶體之前 可將起始材料矽多次重結晶。在一些實施方案中，鋁溶劑可為純的，或可包含雜質。鋁中的 雜質可為矽或其他雜質。在具有多次重結晶的實施方案中，重結晶可為級聯過程，其中鋁溶 劑可向後再循環通過過程，使得第一重結晶使用最不純的鋁作為重結晶溶劑，且最後重結 晶使用最純的鋁作為重結晶溶劑。當矽晶體向前移動通過級聯過程時，它們從更純的溶劑 金屬中重結晶。通過再循環鋁溶劑，浪費達到最小。由於溶劑中和被重結晶的材料中的雜 質的量可不利地影響產品的純度，因此使用最純的鋁溶劑用於最後重結晶有助於使最終經 重結晶的矽晶體的純度達到最大。合適的重結晶的一些例子可見於以全文引用方式併入本 文的美國專利申請系列號12/729,561。
[0151] 參照圖2A，顯示了根據一些實施方案的重結晶矽的方法的方塊流程圖60。起始材 料矽的重結晶可包括使起始材料矽102與包含鋁的溶劑金屬126接觸106。所述接觸可足 以提供第一混合物108。所述方法可包括熔化110所述第一混合物。所述熔化110可足以 提供第一熔融混合物112。所述方法可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻可足以形 成最終經重結晶的矽晶體132和母液126。所述方法可包括分離114最終經重結晶的矽晶 體132和母液126。所述分離可提供最終經重結晶的矽晶體132。
[0152] 參照圖2B，顯示了根據一些實施方案的重結晶矽的方法的方塊流程圖70。起始材 料矽的重結晶可包括使起始材料矽102與第一母液122接觸106。所述接觸106可足以提 供第一混合物108。所述方法可包括熔化110所述第一混合物。所述熔化可足以提供第一 熔融混合物112。所述方法可包括冷卻所述第一熔融混合物。所述冷卻可足以形成第一矽 晶體120和第二母液104。所述方法可包括分離114所述第一矽晶體120和所述第二母液 104。所述分離可提供第一矽晶體120。所述方法可包括使所述第一矽晶體120與包含鋁 的第一溶劑金屬126接觸106。所述接觸106可足以提供第二混合物138。所述方法可包 括熔化110所述第二混合物138。所述熔化110可足以提供第二熔融混合物140。所述方 法可包括冷卻所述第二熔融混合物。所述冷卻可足以形成最終經重結晶的矽晶體132和第 一母液122。所述方法也可包括分離114所述最終經重結晶的矽晶體132和所述第一母液 122,以提供最終經重結晶的矽晶體。應了解，當本文有關三程或更大重結晶級聯及其變化 的可適用的所有討論也適於單程重結晶實施方案（如圖2A中所示的實施方案）時，本文有 關三程或更大重結晶級聯及其變化的所有討論也適於雙程重結晶級聯實施方案（如圖2B 中所示的實施方案）。
[0153] 在一個實施方案中，起始材料矽的重結晶可包括使起始材料矽與第二母液接觸。 所述接觸可足以提供第一混合物。所述方法可包括熔化所述第一混合物。所述熔化可足以 提供第一熔融混合物。所述方法可包括冷卻所述第一熔融混合物，以形成第一矽晶體和第 三母液。所述方法可包括分離所述第一矽晶體和所述第三母液。所述分離可提供第一矽晶 體。所述方法可包括使所述第一矽晶體與第一母液接觸。所述接觸可足以提供第二混合物。 所述方法可包括熔化所述第二混合物。所述方法可足以提供第二熔融混合物。所述方法可 包括冷卻所述第二熔融混合物，以形成第二矽晶體和第二母液。所述方法可包括分離所述 第二矽晶體和所述第二母液。所述分離可提供第二矽晶體。所述方法可包括使所述第二矽 晶體與包含鋁的第一溶劑金屬接觸。所述接觸可足以提供第三混合物。所述方法可包括熔 化所述第三混合物。所述熔化可足以提供第三熔融混合物。所述方法可包括冷卻所述第三 熔融混合物，以形成最終經重結晶的矽晶體和第一母液。所述方法可包括分離所述最終經 重結晶的矽晶體和所述第一母液，以提供最終經重結晶的矽晶體。
[0154] 參照圖3、6和7,顯示了根據一些實施方案的使用級聯過程重結晶矽的方法的方 塊流程圖100。起始材料矽102 (例如第一矽）可接觸106包含鋁的溶劑金屬（如第二母液 104)，以形成第一混合物108。可熔化110第一混合物108,以形成第一熔融混合物112。可 隨後將第一熔融混合物112冷卻並分離114成第一矽晶體120和母液（如第三母液116)。 可隨後從過程中取出並銷售118第三母液116以用於其他工業中，或者可將第三母液116 的全部或一部分與第二母液104 -起再循環144回。第三母液116具有價值的工業的一個 例子為用於鑄件的鋁矽合金的鋁鑄造工業。
[0155] 在一些實施方案中，原料或冶金級矽（例如起始材料矽）可包含例如小於約 15ppmw的硼，小於約lOppmw的硼，或小於約6ppmw的硼。溶劑金屬可為錯。所述錯可為 P1020鋁，並包含小於約1. Oppmw，小於約0. 6ppmw，或小於約0. 4ppmw的硼水平。
[0156] 矽或矽晶體與母液或溶劑金屬的接觸可以以本領域技術人員已知的任何合適的 方式進行。接觸的方式可包括將矽或矽晶體添加至母液，也可包括將母液添加至矽或矽晶 體。避免噴濺或避免材料損失的添加方法由預期的接觸方式涵蓋。可在攪拌或攪動的情況 下或不在攪拌或攪動的情況下進行接觸。接觸可產生攪動。接觸可設計為產生攪動。可在 加熱的情況下或不在加熱的情況下進行接觸。接觸可產生熱量，可為吸熱的，或可不產生熱 量或熱量損失。
[0157] 任選的攪拌或攪動可以以本領域技術人員已知的任何合適的方式進行。攪拌可包 括使用槳葉或其他攪拌設備的機械攪拌。攪動可包括通過氣體的注入和鼓泡進行攪動，也 可包括容器的物理攪動，包括打旋或搖動。將一種材料添加至另一材料可導致攪動，並可設 計添加的方式以產生攪動。將液體注入另一液體也可產生攪動。
[0158] 矽或矽晶體的混合物在母液或溶劑金屬中的熔化可以以本領域技術人員已知的 任何合適的方式進行。熔化的方式可包括通過任何合適的方法將熱量添加至混合物，以引 起矽或矽晶體的所需熔化。在獲得熔融混合物之後，可繼續加熱。熔化的方式可在攪動的 情況下或不在攪動的情況下進行。熔化的方式也可包括由於暴露於在足夠高的溫度下（例 如在矽或矽晶體的熔點處或熔點以上的溫度下）的母液或溶劑金屬而產生的矽或矽晶體 熔化；因此，使矽或矽晶體與母液或溶劑金屬接觸以產生混合物可與熔化矽或矽晶體的混 合物以提供熔融混合物的步驟組合。混合物的熔化溫度可為不一致的或可變的，隨著熔融 材料的組成改變而改變。
[0159] 將熱量添加至混合物的方法包括本領域技術人員已知的任何合適的方法。這些方 法包括例如，使用爐子加熱或者通過將熱氣體注入混合物中來加熱，或者使用由燃燒氣體 所產生的火焰來加熱。可使用感應加熱。加熱的方法可為輻射加熱。加熱方法可利用待加 熱的材料的導電。還包括使用等離子體來加熱、使用放熱化學反應來加熱或者使用地熱能 來加熱。取決於矽的雜質和母液的含量，矽或矽晶體與母液或溶劑金屬的混合可產生熱量 或吸收熱量，這在一些實施方案中可能導致對有利的熱源的相應調整。
[0160] 任選地，在冷卻之前可將氣體注入熔融混合物中，包括氯氣、其他滷素氣體或含滷 素氣體，或者任何合適的氣體。熔融混合物的冷卻可以以本領域技術人員已知的任何合適 的方式進行。包括通過移除熱源來冷卻，其包括通過暴露於室溫或暴露於熔融混合物的溫 度以下的溫度而進行冷卻。包括通過倒入非爐子的容器，並允許在爐溫以下的溫度下冷卻， 從而進行冷卻。在一些實施方案中，所述冷卻可為迅速的；然而，在其他實施方案中，所述 冷卻可為逐漸的，因此，可能有利的是將冷卻中的熔融混合物暴露於冷源，所述冷源僅遞增 地低於熔融混合物的當前溫度。當冷卻熔融混合物時，可逐漸降低冷源的溫度，並且在一 些情況中，這可通過在冷卻熔融混合物時靈敏監測或常規監測所述熔融混合物的溫度而實 現。可通過儘可能慢地冷卻混合物而改進所得結晶矽的純度，因此，可預期本發明涵蓋了所 有合適的逐漸冷卻方式。還包括更快速的冷卻方法，包括冷凍機制。包括將容納熔融材料 的容器暴露於更冷的材料，所述更冷的材料例如比熔融混合物更冷的液體（如水），或者例 如另一熔融金屬，或者例如氣體（包括環境空氣或冷凍空氣）。包括將更冷的材料添加至熔 融混合物中，如添加另一種更冷的母液，或者添加更冷的溶劑金屬，或者添加另一種更冷的 材料，所述另一種更冷的材料可在之後從所述混合物中移出或者可留在所述混合物中。
[0161] 可預期將得自熔融混合物的冷卻和隨後的矽晶體和母液的分離的母液任選地再 循環至過程中的任何先前步驟。當發生矽從母液中結晶時，通常至少一定量的矽將連同雜 質一起保持溶解於母液中，其中希望所述雜質保持溶解於所述母液中。將熔融混合物冷卻 至所有或大多數的矽為晶體的點在一些情況中是不可能的，或者可不利地影響所得矽晶體 的純度，或者可為低效的。在一些實施方案中，通過僅允許少於全部的矽或少於多數的矽從 熔融混合物中結晶出來而製得的矽晶體的純度可得以顯著改進或得以至少部分改進。相比 於組合熱母液和先前步驟中的母液，或者相比於再利用熱母液，加熱和熔化溶劑金屬所需 的能量可能是經濟上低效的。相比於不將母液冷卻至這種低溫並接受較低的矽晶體收率但 隨後再循環所述母液，將熔融混合物冷卻至一定溫度以獲得一定產率的矽晶體所需的能量 可能是低效的。
[0162] 可預期，本發明的一些實施方案涵蓋了將所需材料和不需要的材料有利地留在母 液中；因此，在一些實施方案中，將再循環母液以在同一結晶步驟中或在之前的結晶步驟中 再次使用有時是有用的特徵。通過再循環母液，仍然存在於母液的混合物中的矽得以保存， 並且相比於簡單地拋棄所述母液或將所述母液作為副產品銷售，浪費更少。在一些實施方 案中，相比於母液不具有經再循環的母液，或者甚至相比於發生結晶的溶劑為純溶劑金屬， 通過使用經再循環的母液，或者通過使用其中具有一些經再循環的母液的母液，可能獲得 相同純度程度或幾乎相同純度程度的矽晶體。因此，母液再循環的所有程度及其變體被涵 蓋於本發明的範圍內。
[0163] 母液與矽固體的分離可通過本領域技術人員已知的任何合適方法來進行。本文描 述的方法的實施方案涵蓋了從所需固體排出或抽出液體溶劑的任何變體。這些方法包括傾 析，或者從所需固體倒出母液。對於傾析，可通過重力，通過固體與自身的粘附或與容器側 面的粘附，通過使用選擇性保留固體的格柵或網狀分隔物，或者通過將物理壓力施加至固 體以使其留在適當位置，從而將所需固體保留在適當位置。分離方法包括離心分離。也包 括過濾，所述過濾使用任何過濾介質，使用或不使用真空，並且使用或不使用壓力。也包括 化學方法，如溶解或溶劑的化學轉換，包括使用酸或鹼。
[0164] 參照圖3和7,第一矽晶體120可隨後任選地與第一母液122接觸106,以形成第 二混合物138。第二混合物138可任選地熔化，以形成第二熔融混合物140。可將所述第二 熔融混合物任選地冷卻並分離114成第二矽晶體124和第二母液104。可隨後將所述第二 母液104導回136至所述過程中以接觸起始材料矽102,或者可將所述第二母液104的全部 或一部分再循環142回所述第一母液122。從接觸所述第一矽晶體到獲得第二矽晶體的步 驟是任選的，因為這些步驟可被跳過，或者這些步驟可進行多次（例如1次、2次、3次、4次 等）。如果不進行121這些步驟，則結晶可為雙程過程，且第一矽晶體120隨後與第一溶劑 金屬126接觸。
[0165] 在另一實施方案中，進行從接觸所述第一矽晶體到獲得第二矽晶體的步驟。在這 些實施方案中，不進行步驟121。因此，在將所述第一熔融混合物112冷卻並分離114成第 一娃晶體120和第三母液116之後，所述第一娃晶體120可隨後與第一母液122接觸106， 以形成第二混合物138。第二混合物138可熔化，以形成第二熔融混合物140。可將所述第 二熔融混合物冷卻並分離114成第二矽晶體124和第二母液104。可隨後將所述第二母液 104導回136至所述過程中以接觸起始材料矽102,或者可將所述第二母液104的全部或一 部分再循環142回所述第一母液122。
[0166] 在另一實施方案中，獨立地進行或不進行從接觸所述第一矽晶體到獲得第二矽晶 體的步驟。因此，在將所述第一熔融混合物112冷卻並分離114成第一矽晶體120和第三 母液116之後，所述第一矽晶體120可隨後任選地與第一母液122接觸106,以形成第二混 合物138,或者可選擇地，所述第一矽晶體120可隨後與第一母液122接觸106,以形成第二 混合物138。所述第二混合物138可任選地熔化以形成第二熔融混合物140,或者可選擇 地，所述第二混合物138可熔化以形成第二熔融混合物140。可任選地將所述第二熔融混合 物冷卻並分離114成第二矽晶體124和第二母液104,或者可選擇地，可將所述第二熔融混 合物冷卻並分離114成第二矽晶體124和第二母液104。可隨後將所述第二母液104導回 136至所述過程中以接觸起始材料矽102,或者可將所述第二母液104的全部或一部分再循 環142回所述第一母液122。
[0167] 第二矽晶體124可與第一溶劑金屬126接觸，以形成第三混合物128。第三混合物 128可熔化110,以形成第三熔融混合物130。可隨後將所述第三熔融混合物130冷卻並分 離114成最終經重結晶的矽晶體（例如第三矽晶體）132和第一母液122。可隨後將所述第 一母液122的全部或一部分導回134至所述過程中，以接觸所述第一矽晶體120。可將所述 第一母液122的全部或一部分再循環123回所述第一溶劑金屬126。在本發明的一些實施 方案中，將母液122的全部或部分間歇或連續地再循環123回所述第一溶劑金屬126中可 導致要素（element) 126包含由於被母液稀釋而達不到完全純淨的溶劑金屬；母液的再循 環步驟的所有變體包括於本發明的範圍內。可選擇地或另外地，可將所述第一母液的全部 或一部分再循環135回所述第二母液。
[0168] 在一些實施方案中，不進行從接觸所述第一矽晶體到獲得第二矽晶體的步驟。因 此，在將所述第一熔融混合物112冷卻並分離114成第一矽晶體120和第三母液116之後， 所述第一矽晶體120可121與第一溶劑金屬126接觸106,以形成第三混合物128。第三混 合物128可熔化110,以形成第三熔融混合物130。可隨後將所述第三熔融混合物130冷卻 並分離114成最終經重結晶的矽晶體132和第一母液122。可隨後將所述第一母液122導 回134至所述過程中，以接觸所述第一矽晶體120。可將所述第一母液122的全部或一部分 再循環123回所述第一母液。
[0169] 產生第一矽晶體120可稱為第一程。形成第二矽晶體124可稱為第二程。類似地， 形成最終經重結晶的矽晶體132的所述方法的部分可稱為第三程。在本發明的方法中，所 預期的程數不受限制。
[0170] 為了更有效地使用母液，可通過增加從母液實現結晶的次數，通過增加從所述母 液回收的矽的量，或者通過增加進入所述過程中的下一程之前的矽晶體的產率，從而進行 重複進程，並且在本發明的方法中所預期的一程的重複次數不受限制。如果進行一個重複 進程，則在重複該進程時可全部或部分地再使用各自的母液。重複進程可連續進行或並列 進行。如果重複進程連續進行，則所述進程可在單個容器中進行，或者所述進程可連續地在 數個容器中進行。如果重複進程並列進行，則可使用數個容器，從而允許數個結晶並列地發 生。術語"連續"和"並列"不旨在嚴格限制進行步驟的次序，而是旨在大致地描述每次進 行一個步驟，或幾乎同時進行多個步驟。
[0171] 重複進程（例如第一程、第二程、第三程或任何程的重複）可更有效地利用數個具 有遞減純度的母液，包括通過在一程中再使用母液的全部或部分。為了使已有的母液更純， 一種方法可為將另外的溶劑金屬（所述另外的溶劑金屬比母液更純）添加至母液。將另一 種更純的母液（如源自例如所述過程中之後的結晶步驟的母液）添加至母液中可為另一種 增加母液純度的方法。已在特定進程中使用的母液的部分或全部也可被拋棄，或者在之前 的進程中使用，或者在同一進程的之前的重複中使用。
[0172] 進程的重複和相應的母液的再使用的一個可能的原因可為，對於整個過程的部分 或全部，使級聯步驟的質量平衡。可將合適純度的矽添加至級聯的任何階段，並且可與來自 先前進程的矽一起加入，或者不與來自先前進程的矽一起加入，如步驟的重複那樣，這樣做 的一個可能原因可為使級聯步驟的質量平衡部分地或完全地守恆。
[0173] 在重複進程中，母液可全部再使用，而不對所述母液的純度進行任何提高。可選 擇地，可通過使用更純的溶劑金屬或來自後續步驟的母液來提高母液的純度，從而在重複 進程中部分地再使用具有提高的純度的母液。例如，可使用兩個不同的容器並列地重複第 一程，其中母液朝向所述過程的起點從所述進程的第一次操作流動至所述進程的第一次重 復，在所述進程的第一次操作和所述進程的重複操作中均添加矽，並且從所述進程的第一 次操作和所述進程的重複中均移出矽以繼續送至後續的進程。在另一實施例中，可使用兩 個不同的容器並列地重複第一程，其中母液中的部分朝向所述過程的起點從所述進程的第 一次操作流動至所述進程的第一次重複，且母液的另一部分朝向所述過程的起點流動至先 前的步驟而不在所述進程的重複中再使用，在所述進程的第一次操作和所述進程的重複操 作中均加入矽，並且從所述進程的第一次操作和所述進程的重複中均移出矽以繼續送至後 續的進程。
[0174] 另外，可使用一個容器連續地重複第一程，其中在第一結晶和分離之後，保留來自 所述進程的所用母液中的部分以再使用，並添加來自之後進程的一些母液，並且在所述重 復的進程中使用另外的矽進行另一結晶。在重複之後，可將母液完全移動至另一先前步驟。 可選擇地，在重複之後，可將母液中的僅部分移動至另一個先前步驟，並保留母液的其餘部 分以在進程中再使用。可將母液中的至少部分最終移動至先前步驟，否則該母液的雜質可 能積累至不可接受的水平，而且所述級聯的質量平衡也可能難以維持。在另一實施例中， 可使用一個容器連續地重複第一程，其中在第一結晶和分離之後，保留來自該進程的所用 母液的全部以在所述重複進程中再使用，並且在所述重複進程中使用另外的矽進行另一結 晶。
[0175] 後續的進程可在同一容器或不同容器中進行，或者如同先前的進程進行。例如，第 一程可在與第二程相同的容器中發生。或者，第一程可在與第二程不同的容器中發生。進 程可在同一容器中重複。例如，第一程的第一次操作可在特定的容器中發生，那麼所述第一 程的第一次重複可在同一容器中發生。在一些實施方案中，大規模加工的經濟性可能會使 得在多個後續或同時的進程中再使用同一容器是有利的。在一些實施方案中，可能在經濟 上有益的是從容器到容器移動液體而非移動固體，因此，本發明的實施方案涵蓋了再使用 容器的所有變體，還涵蓋了使用不同容器的所有變體。因此，後續的進程可在與先前進程不 同的容器中進行。重複進程可在與該進程的之前操作相同的容器中進行。
[0176] 當母液朝向所述過程的起點移動時，所述母液的雜質增至更高濃度，包括硼和其 他雜質的更高濃度。在每個結晶（形成晶體）步驟中，可根據需要再使用母液以在整個過 程平衡質量。再使用的次數可隨所用的溶劑金屬（例如鋁）與矽的比例、所需的化學以及 所需的系統通量而變化。
[0177] 如以下更深入地描述，在提供最終經重結晶的矽晶體之後，可通過使用酸、鹼或其 他化學品溶解殘餘溶劑金屬或者從晶體中去除殘餘溶劑金屬。任何粉末、剩餘的溶劑金屬 或外來汙染物也可通過機械方法去除。鹽酸（HC1)可用於將溶劑金屬從疊片（cascaded flake)或晶體中溶出。廢HC1可作為聚氯化鋁（PAC)或氯化鋁銷售以處理廢水或飲用水 等。為了將鋁從片料中溶出，可使用具有多個槽的逆流系統，所述逆流系統在相反的方向上 移動從清潔至髒的片料，以及從清潔至廢的酸。可使用袋濾室從片料中取出鬆散的粉末，並 且可在酸浸之後使用V形坡口槽和振動器（vibration)從片料中分離粉末球、外來汙染物 或未溶解的鋁。
[0178] 在本文公開的方法的過程中的任何時刻，可熔化矽晶體或片料。氣體或熔渣可與 熔融矽接觸。可將約0. 5-50wt%的熔渣添加至矽。例如，可利用包含一定量的Si02的熔 渣。片料可在爐子中熔化，所述爐子可包括熔渣添加，並且熔渣添加可在片料熔化之前或之 後進行。可使用熔渣添加熔化片料。片料可在真空、惰性氣氛或標準氣氛下熔化。可將氬 氣泵送通過爐子以產生氬氣層，或者可使用真空爐子。片料可熔化至約14KTC以上。熔融 矽可保持在約1450°C至約1700°C之間。在將熔融矽保持在爐子中的同時，或者在注入氣體 的過程中，可在造渣過程中從浴表面去除熔渣或浮渣。在一些實施例中，可隨後將熔融矽倒 入模具以用於定向凝固。熔融矽可首先過濾通過陶瓷過濾器。
[0179] 母液可使用陶瓷泡沫過濾器過濾，或者可在所述過程的任何階段注入氣體。汙染 物（如硼或磷）較少的陶瓷材料為可用於容納和熔化熔融矽的材料的例子。例如，氣體可 為氧氣、氬氣、水、氫氣、氮氣、氯氣或含有可用的這些化合物的其他氣體，或它們的組合。氣 體可注射通過噴槍、旋轉脫氣器或多孔塞進入熔融矽。可將100%氧氣注入熔融矽中。氣體 可注射約30分鐘至約12小時。氣體可在造渣之前、造渣之後或造渣過程中注入。氣體可 為以30-401711^11注射通過噴槍進入熔融矽達4小時的100%氧氣。
[0180] 參照圖4和圖5,顯示了根據一些實施方案利用三程級聯來重結晶第一材料的方 法的圖200。在一個具體實施方案中，第一材料為矽，且溶劑金屬為鋁。可將起始材料矽216 進料至第一程204重結晶過程的起點。可將矽216隨後地或同時地進料至第一程202過 程的第一次重複中。第一程202和204可在同一爐子中連續進行，其中將一定百分比的母 液224返回至或留在同一爐子中，並將一定百分比的母液214去除。可選擇地，第一程202 和204可在不同爐子中進行。來自單程的所得片料可從202和204的每一個中移出並合併 成218,或者可將得自過程202的片料進料至過程204中，且得自過程204的片料變成片料 218。可將所得的單程片料218進料至第二程208和206過程中，所述第二程208和206過 程產生第二程片料220。第二程206和208可在同一爐子中進行。連續地，一定百分比的母 液224可在爐子中再熔化，且一定百分比的母液224可被送至單程204。第二程206和208 可在不同爐子中進行。圖4和5示出了同時進入第二程的第一次操作208和第二程的第一 次重複206中的片料218,以及離開過程步驟202和204以進入第三程210的第二程片料 220 ;然而，這些步驟可連續地發生。可隨後將第二程片料220進料至第三程210重結晶過 程，以製備第三程片料222 (例如最終經重結晶的矽）。新的溶劑金屬212在所述過程中起 始於第三程210,並且在母液224中以與矽相反的方向進料通過所述過程，從而得到可作為 有用的副產品售出的共晶液或母液214。以此方式，母液224中的溶劑金屬的純度降低，並 且在與純度增加的矽218、220、222相反的方向上流過系統。
[0181] 酸洗
[0182] 提純矽的方法包括用水性酸溶液洗滌最終經重結晶的矽晶體，以提供最終經酸洗 的矽。在洗滌步驟中，使用水性酸溶液的任何合適的洗滌可用於提供最終經酸洗的矽。在 一些實施方案中，使用級聯溶解和洗滌過程。洗滌步驟（包括溶解和洗滌過程）可含有單 個或多個階段。水和溶解化學品可朝向過程的起點再循環通過所述過程。儘管在以下示例 性實施方案中描述了一系列步驟（包括酸洗、水洗和乾燥）以由重結晶步驟的最終經重結 晶的矽晶體製備最終經酸洗的矽，但應了解，從最終經重結晶的矽溶解鋁或其他不希望的 雜質以產生最終經酸洗的矽的任何合適的過程作為本發明的方法的酸洗步驟的實施方案 的實施例被涵蓋。合適的酸洗步驟的一些例子可見於以全文引用方式併入本文的美國專利 申請系列號12/760, 222。
[0183] 參照圖9,顯示了本發明的洗滌步驟的一個具體實施方案2100的一般流程圖，其 採用最終經結晶的矽作為起始材料，並製得最終經酸洗的矽作為產物。當水2128和溶解化 學品2134可在相反或向後的方向上移動通過過程時，不純材料2101 (作為最終經重結晶 的矽晶體起始）可在向前的方向上移動通過所述過程。不純材料2102可通過開始溶解過 程2106而進入酸洗過程2104。溶解過程2106可包括多個級聯溶解階段，包括溶解階段一 2108和溶解階段二2110。溶解過程2106可選擇性地溶解待提純的材料中的一種或多種雜 質，或者與待提純的材料中的一種或多種雜質反應。接著，待提純的材料可離開2112溶解 過程2106,並進入洗滌過程2114。洗滌過程2114可包括多個級聯階段，包括第一洗滌階段 2116和第二洗滌階段2118。經洗滌的材料可隨後離開2120洗滌過程，並進入2120乾燥 過程2122。在乾燥之後，材料可離開2124乾燥過程2122,從而提供經乾燥的經提純的材料 2126 (例如最終經酸洗的矽）。
[0184] 儘管如上所述溶解過程可包括多個級聯階段，但溶解過程可以可選擇地包括一個 溶解階段。來自洗滌過程的衝洗水和水性酸可進入單個溶解階段，從而形成所需濃度的水 性酸。為了保持單個溶解階段的pH、體積、濃度或比重，可將酸溶液完全或部分轉移出單個 溶解階段和溶解過程。開始所述過程的不純材料可直接進入單個溶解階段。另外，超過兩 個溶解階段可以可選擇地包括於溶解過程中。溶解過程的最後階段通常可為其中添加來自 洗滌過程的衝洗水和本體溶解化學品以形成強酸溶液的過程。
[0185] 儘管如上所述洗滌過程可包括多個級聯階段，但洗滌過程可以可選擇地包括一個 洗滌階段。新鮮水可進入單個溶解階段，來自溶解過程的待洗滌的材料可直接進入單個洗 滌階段。在單個溶解階段中分離材料和衝洗水之後，衝洗水可直接進入溶解過程。另外，超 過兩個洗滌階段可以可選擇地包括於洗滌過程中。洗滌過程的最後階段可通常為其中可添 加新鮮水的過程。
[0186] 當待提純的材料通過溶解過程時，溶解過程可允許選擇性地溶解多種雜質，或者 允許選擇性地與多種雜質反應。可選擇地，當待提純的材料通過溶解過程時，溶解過程可允 許選擇性地溶解一種雜質，或者允許選擇性地與一種雜質反應。
[0187] 乾燥可通過本領域技術人員已知的任何合適的方式進行。乾燥可包括通過如下方 式乾燥：將空氣吹過材料、諸如通過真空將空氣抽吸過材料、使用加熱、離心力、浸漬或沉浸 於與水不溶混的有機溶劑中、搖動、允許滴幹，或它們的組合。任何合適數量的乾燥過程被 涵蓋於本發明的實施方案內。
[0188] 仍然參照圖9,當待提純的材料在向前的方向上移動通過過程時，水2128可進入 2130洗滌過程2114的末端。水可通過洗滌過程2114,從而從經提純的材料中去除酸和經 溶解或反應的雜質；因此，含有酸和經溶解或反應的雜質的水可離開2132洗滌階段2114。 水可進入2132溶解過程2106的末端。在溶解過程2106中，水可與足以產生所需濃度的溶 解溶液的量的本體酸2134組合。溶解溶液可通過溶解過程2106,從而當其溶解待提純的 材料中的雜質並與所述雜質反應時變成逐漸減弱的酸溶液。酸溶液可離開2136溶解過程 2106,從而提供含有經溶解和/或經反應的雜質的酸溶液2138。
[0189] 酸可為本領域技術人員已知的任何合適的酸。酸可包括在任何合適溶劑中的任何 合適濃度的酸。酸可包括 HC1、H2P04、H2S04、HF、HN0 3、HBr、Η3Ρ02、Η3Ρ03、Η 3Ρ04、Η3Ρ05、Η4Ρ 206、 h4p2o7、h5p3o 1(i，或它們的組合。酸溶液中的至少一者可包含過氧化物化合物，如h2o2。
[0190] 雜質可僅溶解於酸溶液中而不反應。可選擇地，雜質可僅通過酸溶液反應而不溶 解。可選擇地，雜質可使用酸溶液溶解並反應。另外，雜質可首先溶解，然後與酸溶液反應， 使得雜質在溶解之前不明顯與酸反應。另外，雜質可首先反應，然後由酸溶液溶解，使得雜 質在與酸反應之前不明顯溶解。與酸溶液反應可包括轉化成不同的化合物或與不同的元素 或化合物的組合。因此，在雜質在溶解之前首先反應的情況中，所述溶解可能特徵在於，由 於在溶解之前雜質的化學轉化而溶解化合物而非雜質。
[0191] 在不純材料2102進入2104溶解過程2106之後，材料可進入2140第一溶解階段 2108,並可與更弱的酸溶液組合以提供混合物。可使不純的材料和酸溶液在足夠的溫度下 混合足夠的時間，以使酸溶液至少部分溶解雜質或與雜質至少部分反應。可隨後分離所述 組合，使得含有經溶解或反應的雜質的酸溶液可保持在第一溶解階段2108中，或者可部分 或全部離開2144所述階段，且雜質中的至少一些已反應或溶解掉的材料可離開2146第一 溶解階段2108。可將來自洗滌過程的水部分或全部添加2148至第二溶解階段2110,並可將 酸2134的部分添加2149至溶解過程，所述酸2134的部分可進入2150第二溶解階段2110， 並足以在第二溶解階段2110中產生所需濃度的溶解溶液。待提純的材料可進入2146第二 溶解階段2110,並與更強的溶解溶液組合以提供混合物。可使不純的材料和酸溶液在足夠 的溫度下混合足夠的時間，以使酸溶液至少部分溶解雜質或與雜質至少部分反應。可隨後 分離所述組合，使得含有經溶解或反應的雜質的酸溶液可保持在第二溶解階段2110中，或 者可部分或全部離開2142所述階段，且雜質中的至少一些已反應或溶解掉的材料可離開 2152第二溶解階段2110,並隨後可離開2112溶解過程2106。
[0192] 如上所述的足夠的時間或足夠的溫度可包括本領域技術人員已知的任何合適的 時間或溫度。時間的足夠性可由組合的物理過程以及反應或溶解時間的局限性決定。使用 溶解溶液使雜質反應或溶解作為放熱反應或溶解時可產生熱量。可選擇地，使用溶解溶液 使雜質反應或溶解作為吸熱反應或溶解時可降低熱量。可在某些實施方案中使用由溶解或 反應所產生或帶走的熱量，以協助控制反應的足夠溫度。在其他實施方案中，可通過加熱或 冷凍或其他熱量控制方法抵消由溶解或反應所產生或帶走的熱量，以獲得足夠的溫度。可 有時超過足夠的時間而不會不利地影響所述方法。同樣地，比足以完全、大部分或超過至少 部分溶解雜質或與雜質反應的時間更短的時間在本發明中可有時仍然是足夠的時間。溶解 或反應的溫度可影響足夠的時間量。同樣地，所用的時間量可影響被認為足夠的溫度。
[0193] 在材料進入2112洗滌過程2114之後，材料可進入2154第一洗滌階段2116,並可 與含有一些酸和經溶解或反應的雜質的衝洗溶液組合。可使材料和衝洗溶液在足夠的溫 度下混合足夠的時間，以使經溶解或反應的雜質或者溶解化學品中的至少一些進入衝洗溶 液。可隨後分離所述組合，使得含有經溶解或反應的雜質或者酸的衝洗溶液可保持在第一 洗滌階段2116中或者可部分或完全離開2158第一洗滌階段2116,並可隨後部分或完全離 開洗滌過程2114。經反應或溶解的雜質或者酸中的一些已洗掉的材料可離開2160第一洗 滌階段2116,並可進入2160第二洗滌階段2118,其中其可與由進入2130洗滌過程2114並 隨後進入2162第二洗滌階段2118的水進料2162的第二衝洗溶液組合。可使材料和衝洗 溶液在足夠的溫度下混合足夠的時間，以使經溶解或反應的雜質或者酸中的至少一些進入 衝洗溶液。可隨後分離所述組合，使得含有經溶解或反應的雜質或者酸的衝洗溶液可保持 在第二洗滌階段2118中或者可部分或全部離開2156第二洗滌階段2118,且經反應或溶解 的雜質或者酸中的一些已洗掉的材料可離開2164第二洗滌階段2118,並隨後可離開2120 溶解過程2114。
[0194] 在本發明的實施方案中，可通過本領域技術人員已知的任何合適的方法進行組合 以形成混合物。組合包括澆注、浸漬、沉浸、將兩個流澆注在一起、共混，或任何其他合適的 方法。在本發明的實施方案中混合可包括通過任何合適的方法混合，包括通過攪動、攪拌、 將氣體注入液體中以產生攪拌、浸漬、茶包浸漬（tea-bagging)、重複茶包浸漬，或通過在無 任何攪動或極略微攪動的情況下簡單地將組合材料置於一起，或它們的任意組合。攪動可 與組合方法一致。
[0195] 在本發明的實施方案中，組合可通過本領域技術人員已知的任何合適的方法分 離，包括傾析、過濾，或從含液體的槽中移出含有固體的穿孔籃或料箱，並使液體中的至少 一些排出至槽中，或它們的組合。
[0196] 在本發明的實施方案中，所述過程的任意階段的溫度可受到加熱器或冷卻器的影 響。
[0197] 參照圖10,顯示了在本發明的一個具體實施方案中用於酸洗矽的方法2200的流 程圖。第一矽-鋁絡合物2202 (例如最終經重結晶的矽）和弱酸溶液2206可組合2204和 2208,以提供第一混合物2210。可允許第一混合物2210在足夠的溫度下存在足夠的時間， 使得第一絡合物2202至少部分與弱酸溶液2206反應，其中反應可包括溶解。第一混合物 2210可隨後分離2212和2214,從而提供第二矽-鋁絡合物2216和弱酸溶液2206。接著， 第二矽-鋁絡合物2216和中等酸溶液2218可組合2220和2222,以提供第二混合物2224。 可允許第二混合物2224在足夠的溫度下存在足夠的時間，使得第二絡合物2216至少部分 與中等酸溶液2218反應，其中反應可包括溶解。第二混合物2224可隨後分離2226和2228， 從而提供第三矽-鋁絡合物2230和中等酸溶液2218。接著，第三矽-鋁絡合物2230和強 酸溶液2232可組合2234和2236,以提供第三混合物2238。可允許第三混合物2238在足 夠的溫度下存在足夠的時間，使得第三絡合物2230至少部分與強酸溶液2232反應，其中反 應可包括溶解。第三混合物2238可隨後分離2240和2242,從而提供第一矽2244和強酸溶 液2232。第一矽2244和第一衝洗溶液2246可隨後組合2248和2250,從而提供第四混合 物2252。可使第四混合物2252在足夠的溫度下存在足夠的時間，使得可作為第一矽2244 的部分的經溶解或反應的雜質或者酸溶液中的至少一些進入第一衝洗溶液2246。第四混 合物2252可隨後分離2254和2256,從而提供第二矽2258和第一衝洗溶液2246。第二矽 2258和第二衝洗溶液2260可隨後組合2262和2264,從而提供第五混合物2266。可使第五 混合物2266在足夠的溫度下存在足夠的時間，使得可作為第二矽2258的部分的經溶解或 反應的雜質或者酸溶液中的至少一些進入第二衝洗溶液2260。第五混合物2266可隨後分 離2268和2270,從而提供溼的經提純的矽2272和第二衝洗溶液2260。溼的經提純的矽可 隨後充分乾燥2274,以提供2276經提純的矽2278。
[0198] 本領域技術人員將認識到，包括相關單個或多個階段、多個或單個雜質、乾燥方 法、任意順序的溶解或反應、足夠的時間和溫度以及分離的圖9的之前討論同樣適用於圖 10所示的實施方案。
[0199] 儘管上述實施方案在溶解過程中具有三個溶解階段，但本發明的實施方案也涵蓋 僅具有一個溶解階段或具有任何合適數量的溶解階段的溶解過程。而且，儘管上述實施方 案在洗滌過程中具有兩個洗滌階段，但本發明的實施方案也涵蓋僅具有一個洗滌階段或具 有任何合適數量的洗滌階段的洗滌過程。同樣地，儘管上述實施方案具有一個乾燥過程，但 本發明的實施方案也涵蓋任何合適數量的乾燥過程。
[0200] 矽-鋁絡合物（例如最終經重結晶的矽，或本發明的實施方案中的任何矽-鋁絡 合物）可包括矽晶體，和矽與鋁的合金。組合以提供混合物並隨後分離的一系列步驟中的 至少一者可提供相比於進入所述系列步驟的矽或矽-鋁絡合物更純的矽或矽-鋁絡合物。 與酸溶液組合以提供混合物並隨後分離的一系列步驟中的至少一者可提供相比於進入所 述系列步驟的矽-鋁絡合物具有更少的鋁的矽。
[0201] 仍然參照圖10所示的具體實施方案，可將新鮮水2280添加2282至第二衝洗溶液 2260,以保持第二衝洗溶液2260的體積。可將第二衝洗溶液2260的部分轉移2284至第 一衝洗溶液2246,以保持第一衝洗溶液2246的體積。可將第一衝洗溶液2246的部分轉移 2286至強酸溶液2232,以保持強酸溶液2232的pH、保持強酸溶液2232的體積、保持強酸溶 液2232的比重，或它們的組合。可將本體酸溶液2288的部分添加2290至強酸溶液2232,以 保持強酸溶液2232的pH、保持強酸溶液2232的體積、保持強酸溶液2232的比重，或它們的 組合。本體酸溶液可為例如HC1。本體酸溶液可為32% HC1。本體酸溶液可為任何合適濃 度的酸。強酸溶液2232可具有例如大約-0.5至0.0之間的pH和大約1.01-1. 15的比重。 可將強酸溶液2232的部分轉移2292至中等酸溶液2218,以保持中等酸溶液2218的pH、保 持中等酸溶液2218的體積、保持中等酸溶液2218的比重，或它們的組合。中等酸溶液可具 有例如大約0. 0至3. 0之間的pH和大約1. 05-1. 3的比重。可將中等酸溶液2218的部分 轉移2294至弱酸溶液2206,以保持弱酸溶液2206的pH、保持弱酸溶液2206的體積、保持 弱酸溶液2206的比重，或它們的組合。可去除2296弱酸溶液2206的部分，以保持弱酸溶液 2206的pH和比重。弱酸溶液2206可具有例如大約1. 0至3. 0之間的pH和大約1. 2-1. 4 的比重。可將弱酸溶液2206的去除部分轉移2296至聚氯化鋁槽2297。聚氯化鋁槽2297 可具有例如大約1. 5至2. 5之間的pH和大約1. 3的比重。PAC槽2297也可具有例如大約 1. 2-1.4的比重。可將來自弱酸溶液上方的氣體（其可包括氫氣（H2)、蒸汽和酸氣（例如 HC1氣體））轉移2298至洗滌器2299,以在釋放至環境中之前去除雜質。中等酸溶液、強酸 溶液或衝洗溶液中的至少一者上方的頂部空間可連接至弱酸溶液上方的頂部空間，使得從 弱酸溶液的頂部空間去除的氣體包括源自弱酸溶液以及中等酸溶液、強酸溶液或第一或第 二衝洗溶液中的至少一者的蒸汽或氣體。
[0202] 本發明的實施方案涵蓋任選地將來自任意衝洗階段的新鮮水或衝洗水的部分轉 移至任意溶液，以保持或調節該溶液的pH、體積或比重。儘管本文給出了在三個階段酸洗 中的三個酸槽的pH和比重以及PAC槽的具體例子，但應了解，pH和比重的範圍和值可與這 些例子明顯不同，並可仍然作為本發明的實施方案涵蓋。同樣地，標註"強"、"中等"和"弱" 旨在表示酸溶液的強度之間的關係，而不旨在將任何特定酸溶液限定至pH或比重的特定 值或範圍。因此，在具有兩個酸洗階段的實施方案中（其中酸溶液被稱為"弱"和"強"）， 兩個酸溶液可特徵在於強酸溶液，儘管酸溶液之間的關係為使得一種酸溶液（"強"）比另 一種（"弱"）更強。同樣地，在具有兩個酸洗階段的實施方案中（其中酸溶液被稱為"弱" 和"強"），兩個酸溶液可特徵在於弱或中等強度的酸溶液，儘管酸溶液之間的關係為使得一 種酸溶液（"弱"）比另一種（"強"）更弱。
[0203] 在一些實施方案中，在分離步驟之前，可使矽和衝洗溶液混合大約24小時。在一 些實施方案中，在分離步驟之前，可使矽和衝洗溶液混合大約1小時。在一些實施方案中， 乾燥步驟可進行至少3小時。本發明的步驟的時間可包括任何合適的時間。
[0204] 酸溶液、混合物和衝洗溶液中的至少一者可在槽中。可使用耐溫和耐化學的料箱 從槽中轉移矽-鋁絡合物、第一和第二矽和溼的和幹的經提純的矽，所述料箱具有孔穴以 允許流體進出料箱。料箱可在分離過程中排乾。至少一個酸溶液槽可容納兩個料箱。可設 置其中可進行組合和分離的一系列步驟的至少一個槽，從而當內容物達到某一高度時，所 述內容物溢出至其中進行組合和分離的之前系列步驟的槽中。包括溢流出口和溢流入口的 槽可具有設置於槽的相對側上的溢流出口和溢流入口。酸溶液、混合物和衝洗溶液中的至 少一者可在沉降槽中。固體可從沉降槽中移出。固體的移出可包括打開槽底部的閥門，以 使固體從槽底部擠出。固體的去除可包括從槽中排出液體，並從槽底部手動地或機械地取 出固體。
[0205] 本發明的實施方案不僅涵蓋每個級聯步驟使用一個槽，還涵蓋整個過程使用單個 槽，以及使用比級聯中的步驟更少的槽。例如，一個槽可用於多個酸溶解步驟，然後一個槽 可用於衝洗步驟。例如，兩個槽可用於多個酸溶解步驟，且兩個槽可用於衝洗步驟。另一實 施例包括使用一個槽用於一個或多個酸溶解步驟，並使用同一個槽用於一個或多個衝洗步 驟。可將酸溶液和衝洗溶液添加至容納矽-鋁絡合物或矽的槽中以用於衝洗。一旦酸溶解 或衝洗步驟完成，則可將溶液從槽中取出並移動至儲存位置或者丟棄，並可將下一溶液添 加至槽中以開始下一級聯步驟。容納片料的一個或多個槽可為沉降槽。保持溶液的pH、t匕 重和體積可在容納片料的一個或多個槽中、在用於每一特定溶液的儲存位置中，或在上述 兩者中進行。矽-鋁絡合物、第一和第二矽和溼的和幹的經提純的矽可以以任何合適的方 式（包括使用耐溫和耐化學的料箱，所述料箱具有孔穴以允許流體進出料箱）容納於一個 或多個特定的槽中。可在將溶液轉移出時當料箱在槽的內部之時，或者通過將料箱提升出 槽以使料箱內部的溶液流回至槽中，從而在分離過程中排乾所述料箱。槽可容納兩個料箱 或任何合適數量的料箱，包括一個料箱。酸溶液、混合物或衝洗溶液中的至少一者的儲存位 置可為沉降槽。固體可從沉降槽中移出。固體的移出可包括打開槽底部的閥門，以使固體 從槽底部擠出。固體的去除可包括從槽中排出液體，並從槽底部手動或機械地取出固體。
[0206] 與衝洗溶液組合以提供混合物並隨後分離的一系列步驟中的至少一者可提供相 比於進入所述系列步驟的矽具有更少的酸溶液與鋁的反應產物的矽。
[0207] 幹的經提純的矽可具有大約1000-3000份/百萬份重量的鋁。第一、第二或第三 矽-鋁絡合物、第一或第二矽、溼的矽，或幹的經提純的矽中的至少一者可獨立地為大約 400至1000kg。第一、第二或第三矽-鋁絡合物、第一或第二矽、溼的矽，或幹的經提純的矽 中的至少一者可獨立地為大約600至800kg。第一、第二或第三矽-鋁絡合物、第一或第二 矽、溼的矽，或幹的經提純的矽中的至少一者可獨立地為大約650至750kg。
[0208] 上述pH和比重的具體範圍為本發明的一個或多個具體實施方案。本發明的實施 方案涵蓋方法的各個階段的任何合適範圍的pH或比重。例如，在三步驟酸溶解中，強酸溶 液可具有大約-〇. 5至4的pH，中等酸溶液可具有大約0. 0至4的pH，且弱酸溶液可具有大 約0. 0至5的pH。在另一實施例中，強酸溶液可具有大約-0. 5至1的pH，中等酸溶液可具 有大約0. 0至3的pH，且弱酸溶液可具有大約1. 0至4. 0的pH。在另一實施例中，強酸溶液 可具有大約-〇. 5至0. 0的pH，中等酸溶液可具有大約0. 0至2. 5的pH，且弱酸溶液可具有 大約1. 5至3. 0的pH。在另一實施例中，在兩階段酸溶解中，強酸溶液可具有大約-0. 5至 4的pH，且弱酸可具有大約0. 0至5的pH。在另一實施例中，對於兩階段酸溶解，強酸溶液 可具有大約-〇. 5至3的pH，且弱酸可具有大約0. 0至4的pH。在另一實施例中，對於兩階 段酸溶解，強酸溶液可具有大約-〇. 5至1. 0的pH，且弱酸可具有大約1. 0至3. 0的pH。可 預期，本發明的實施方案涵蓋保持更強和更弱的溶液之間的關係的pH的所有合適的變化。
[0209] 同樣地，例如，在三步驟酸洗中，強酸溶液可具有大約1.01至1.4的比重，中等酸 溶液可具有大約1. 01-1. 4的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 01-1. 4的比重。在另一實施例 中，強酸溶液可具有大約1. 01-1. 3的比重，中等酸溶液可具有大約1. 01-1. 2的比重，且弱 酸溶液可具有大約1. 1-1. 4的比重。在另一實施例中，強酸溶液可具有大約1. 01-1. 10的 比重，中等酸溶液可具有大約1. 05-1. 15的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 2-1. 4的比重。 在另一實施例中，強酸溶液可具有大約1.05的比重，中等酸溶液可具有大約1.09的比重， 且弱酸溶液可具有大約1. 3的比重。在另一實施例中，對於兩階段酸溶解，強酸溶液可具有 大約1. 01-1. 4的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 01-1. 4的比重。在另一實施例中，對於兩 階段酸溶解，強酸溶液可具有大約1. 01-1. 3的比重，且弱酸溶液可具有大約1. 01-1. 4的比 重。在另一實施例中，對於兩階段酸溶解，強酸溶液可具有大約1. 01-1. 2的比重，且弱酸溶 液可具有大約1. 1-1. 4的比重。預期本發明的實施方案涵蓋比重的所有合適的變化。
[0210] 單獨的任何步驟的去除部分以保持pH、體積、比重或它們的組合可作為間歇過程 或作為連續過程進行。可使用傳感器來檢測液體高度、pH、比重、流速、溫度或它們的組合中 的任意一者。可用於檢測適於通過本發明的方法來調節性質的溶液的任何特性的任何合適 的傳感器設備包括於本發明的實施方案內。適合用於連續過程中的傳感器可不同於適合用 於間歇過程中的那些傳感器。
[0211] 詞語"部分"的使用不旨在以任何方式將本發明的實施方案的範圍限定至間歇過 程。此外，極其小的部分可在連續過程中連續去除；因此，詞語"部分"不將本發明局限於間 歇過程。
[0212] 弱酸的經去除的部分可包括聚氯化鋁。弱酸的經去除的部分可包括三氯化鋁。弱 酸溶液的經去除的部分可包括鋁與HC1、水或它們的組合的反應產物。第一聚氯化鋁槽可包 括沉降槽。聚氯化鋁槽的內容物的部分可從槽的頂部轉移至另一聚氯化鋁槽的中部，其中 下一聚氯化鋁槽包括沉降槽。可使用一系列沉降槽重複將液體從沉降槽的頂部轉移至另一 沉降槽的中部的步驟，直至來自一系列沉降槽中的最後的沉降槽的液體基本上不含固體材 料。可使用一系列沉降槽重複將液體從沉降槽的頂部轉移至另一沉降槽的中部的步驟，直 至來自一系列沉降槽中的最後的沉降槽的液體基本上不含用於水提純過程中的固體材料。
[0213] 參照圖11，決策樹2300描述了在本發明的一個具體實施方案中何時去除弱酸溶 液的部分。可提出何時將弱酸的部分轉移至聚氯化鋁槽的詢問。首先，如果弱酸槽是否具 有大於1. 5的pH的詢問2304的答案為否，2306,則可允許鋁溶解或反應在弱酸槽中繼續， 2308 ;如果答案為是，2310,則詢問弱酸槽的比重值，2312。如果弱酸槽是否具有大於1. 3的 pH的詢問2312的答案為是，2314,則詢問PAC槽中的剩餘空間，2316。如果PAC儲存槽中是 否具有充足的空間的詢問2316的答案為否，2318,則可將1000L從PAC儲存槽轉移至替代 PAC儲存槽2320,並且可隨後再次詢問PAC槽中的剩餘空間，2316。如果PAC儲存槽中是否 具有充足的空間的詢問2316的答案為是，2322,則可將500L弱酸轉移至PAC儲存槽，2324。 如果弱酸槽是否具有大於1. 3的pH的詢問2312的答案為否，2326,則可詢問弱酸槽的pH， 2328。如果弱酸槽的pH是否低於1. 8的詢問2328的答案為是，2330,則可允許鋁溶解或反 應在弱酸槽中繼續，2308 ;如果答案為否，2332,則可詢問弱酸槽中的剩餘空間，2334。如果 弱酸槽中是否具有足夠的空間用於添加液體的詢問2334的答案為是，2336,則可將中等酸 的部分添加至弱酸以使pH下降至1. 8,並且再次詢問弱酸槽的pH，2328。如果弱酸槽中是 否具有足夠的空間用於添加液體的詢問2334的答案為否，2340,則可將500L弱酸從弱酸槽 轉移至PAC儲存槽，342,並且可再次詢問弱酸槽的pH，2328。在達到允許鋁消化繼續的決策 2308之後，或者在達到將500L弱酸轉移至PAC儲存槽的決策2324之後，從詢問2302重新 開始決策樹。通常，當在決策樹中達到將500L弱酸從弱酸槽轉移至PAC儲存槽的行動2342 時，PAC溶液的品質可能降低。通常，當在決策樹中達到將500L弱酸轉移至PAC儲存槽的行 動2324時，PAC溶液的品質可得以改進。然而，本發明的實施方案涵蓋產生更低品質的PAC 溶液以及高品質的PAC溶液的方法。應了解，在具有兩個酸洗步驟的本發明的實施方案中， 決策框2338將指示將強酸溶液添加至弱酸槽，以使pH下降至1. 8。
[0214] 本領域技術人員將了解，在圖11中示出的決策樹中顯示的一系列步驟不限於在 圖中作為例子給出的具體pH水平或轉移體積。用於做出決策的pH水平或分別的轉移體積 可明顯不同於給出的具體實施例並且仍然由本發明的實施方案涵蓋。例如，決策框2304可 詢問弱酸槽的pH是否超過約1. 0。在另一實施例中，決策框2304可詢問弱酸槽的pH是否 超過約1.3。在另一實施例中，決策框2304可詢問弱酸槽的pH是否超過約1.8。在另一實 施例中，決策框2312可詢問弱酸槽的比重是否大於大約1. 1。在另一實施例中，決策框2312 可詢問弱酸槽的比重是否大於大約1.2。在另一實施例中，決策框2312可詢問弱酸槽的比 重是否大於大約1. 4。在另一實施例中，決策框2328可詢問弱酸槽是否具有小於大約1. 6 的pH。在另一實施例中，決策框2328可詢問弱酸槽的pH是否具有小於大約1.7的pH。在 另一實施例中，決策框2328可詢問弱酸槽的pH是否具有小於大約2.0的pH。在另一實施 例中，決策框2338可添加溶液，直至弱酸溶液的pH達到大約1. 6。在另一實施例中，決策框 2338可添加溶液，直至弱酸溶液的pH達到大約1.7。在另一實施例中，決策框2338可添加 溶液，直至弱酸溶液的pH達到大約2. 0。在另一實施例中，在決策框2342或2324中轉移的 體積可為大約250L。在另一實施例中，在決策框2342或2324中轉移的體積可為大約750L。 在另一實施例中，在決策框2342或2324中轉移的體積可為大約1000L。在另一實施例中， 在決策框2320中轉移的體積可為大約750L。在另一實施例中，在決策框2320中轉移的體 積可為大約1250L。預期本發明的實施方案涵蓋pH和轉移體積的所有合適的變化。
[0215] 上述聚氯化鋁槽可含有任何合適的材料，並且不僅限於聚氯化鋁溶液。
[0216] 參照圖12,顯示了在本發明的一個具體實施方案中用於酸洗矽的方法2400的流 程圖。第一矽-鋁絡合物2402 (例如最終經重結晶的矽）和弱酸溶液2406可組合2404和 2408,以提供第一混合物2410。可允許第一混合物2410在足夠的溫度下存在足夠的時間， 使得第一絡合物2402至少部分與弱酸溶液2406反應，其中反應可包括溶解。可隨後分離 2412和2414第一混合物2410 (具有可能的組合和分離的插入步驟），從而提供第三矽-鋁 絡合物2430和弱酸溶液2406。接著，第三矽-鋁絡合物2430和強酸溶液2432可組合2434 和2436,以提供第三混合物2438。可允許第三混合物2438在足夠的溫度下存在足夠的時 間，使得第三絡合物2430至少部分與強酸溶液2432反應，其中反應可包括溶解。第三混合 物2438可隨後分離2440和2442,從而提供第一矽2444和強酸溶液2432。第一矽2444和 第一衝洗溶液2446可隨後組合2448和2450,從而提供第四混合物2452。可使第四混合物 2452在足夠的溫度下存在足夠的時間，使得可作為第一矽2444的部分的經溶解或反應的 雜質或者酸溶液中的至少一些進入第一衝洗溶液2446。可隨後分離2454和2456第四混合 物2452 (具有可能的組合和分離的插入步驟），從而提供溼的經提純的矽2472和第一衝洗 溶液2460。溼的經提純的矽可隨後充分乾燥2474,以提供2476經提純的矽2478 (例如最 終經酸洗的矽）。
[0217] 本領域技術人員將認識到，包括相關單個或多個階段、多個或單個雜質、乾燥方 法、任意順序的溶解或反應、足夠的時間和溫度以及分離的圖9的之前討論同樣適用於圖 12所示的實施方案。
[0218] 儘管上述實施方案在溶解過程中具有兩個溶解階段，但本發明的實施方案也涵蓋 僅具有一個溶解階段或具有任何合適數量的溶解階段（例如一個、兩個、三個、四個或五個 溶解階段）的溶解過程。而且，儘管上述實施方案在洗滌過程中具有一個洗滌階段，但本發 明的實施方案也涵蓋具有任何合適數量的洗滌階段（例如一個、兩個、三個、四個或五個衝 洗階段）的洗滌過程。同樣地，儘管上述實施方案具有一個乾燥過程，但本發明的實施方案 也涵蓋任何合適數量的乾燥過程。
[0219] 仍然參照圖12所示的具體實施方案，可將新鮮水2480添加2482至第一衝洗溶液 2460,以保持第一衝洗溶液2460的體積。可將第一衝洗溶液2446的部分轉移2486至強酸 溶液2432,以保持強酸溶液2432的pH、保持強酸溶液2432的體積、保持強酸溶液2432的比 重，或它們的組合。可將本體酸溶液2488的部分添加2490至強酸溶液2432,以保持強酸溶 液2432的pH、保持強酸溶液2432的體積、保持強酸溶液2432的比重，或它們的組合。本體 酸溶液可為例如HC1。本體酸溶液可為32% HC1。本體酸溶液可為任何合適濃度的酸。可 將強酸溶液2432的部分轉移2492至弱酸溶液2406,以保持弱酸溶液2406的pH、保持弱酸 溶液2406的體積、保持弱酸溶液2406的比重，或它們的組合。可去除2496弱酸溶液2406 的部分，以保持弱酸溶液2406的pH和比重。可將弱酸溶液2406的去除部分轉移2496至 聚氯化鋁槽2497。聚氯化鋁槽2497可具有例如大約1. 5至2. 5之間的pH和大約1. 3的比 重。PAC槽2497也可具有例如大約1.2-1. 4的比重。可將來自弱酸溶液上方的氣體（其可 包括氫氣（H2)、蒸汽和酸氣（例如HC1氣體））轉移2498至洗滌器2499,以在釋放至環境 中之前去除雜質。中等酸溶液、強酸溶液或衝洗溶液中的至少一者上方的頂部空間可連接 至弱酸溶液上方的頂部空間，使得從弱酸溶液的頂部空間去除的氣體包括源自弱酸溶液以 及中等酸溶液、強酸溶液或第一或第二衝洗溶液中的至少一者的蒸汽或氣體。
[0220] 以上關於三階段酸溶解過程的變量的全部討論也同樣適用於兩階段酸溶解過程， 或者適用於具有任何數量的溶解或衝洗階段的過程。因此，具有一個或兩個或更多個溶解 階段和具有一個或兩個或更多個洗滌階段的本發明的實施方案涵蓋任選地將新鮮水或衝 洗水的部分從任何衝洗階段轉移至任何溶液，以保持或調節該溶液的pH、體積或比重。"強" 和"弱"標識為相對指示，而不限制於某一 pH範圍。可使用任何數量的槽（包括一個）進 行所述過程。液體的轉移可以以間歇或連續方式進行。本發明的實施方案涵蓋用於階段的 pH或比重的任何合適的值。
[0221] 定向凝固
[0222] 用於提純矽的方法也包括定向凝固最終經酸洗的矽，以提供最終經定向凝固的矽 晶體。定向凝固可為允許矽的提純，以提供最終經定向凝固的矽晶體的任何合適的定向 凝固。定向凝固可在定向凝固裝置中發生，所述定向凝固裝置可包括任何定向凝固裝置， 包括本文描述的那些，並包括標準已知的定向凝固裝置。用於定向凝固的合適的坩堝、裝 置和方法的一些例子可見於以全文引用方式併入本文的美國專利申請No. 12/716, 889和 No. 12/947, 936 中。
[0223] 當矽在定向凝固過程中凝固時，雜質往往優選保留在熔融相中，而不是與凝固相 一起結晶出來。可通過在錠凝固（例如凝結）時在矽上施加溫度梯度或在矽中引發溫度梯 度，從而定向凝固所述錠。矽可從錠的底部至頂部定向凝固。例如，可在錠的頂部提供熱量， 以形成或協助形成溫度梯度，或者可在錠的底部提供冷卻，以形成或協助形成溫度梯度。在 一些實施例中，矽可定向凝固成例如約1-3噸的大的數噸的錠。
[0224] 在定向凝固過程中，由於雜質往往留在熔融相中，因此凝固的熔融相的最後部分 通常包括與定向凝固的矽的其餘部分相比最高濃度的雜質。因此，在定向凝固之後，可去除 "最後凝結"的矽的一部分。"最後凝結"的矽可指在樣品錠或晶塊中最後凝固並且含有最 多雜質的矽；因此，去除矽的所述部分可有助於製備總體更純的矽（例如，其中經修整的矽 的平均純度高於修整前的矽的平均純度）。在一些實施例中，可去除最後凝結的矽的約5至 約 30%。
[0225] 通過從底部到頂部定向凝固並去除例如所形成的矽錠中的每一個的頂部的約5% 至約30%，從而可重複定向凝固過程一次或多次。在錠的頂部凝結之前，可例如經由澆注或 抽吸而去除錠的頂部。最後凝結的部分可被切除，或者可被折斷。可在任何進程下將最後 凝結的矽再循環至所述過程中。可將經定向凝固的錠的側面和底部切除並再循環回所述過 程。在步驟中的任意者之間，可使用介質（如噴砂或噴冰）噴射固體矽的表面或蝕刻固體 矽的表面。由於例如每種元素不同的分離係數，因此每個另外的定向凝固步驟可進一步提 純矽。如上步驟中的任意者可重複一次或多次。
[0226] 提供爐子容量的有效利用的坩堝
[0227] 在一些實施方案中，矽的熔化或矽的定向凝固或上述兩者可在坩堝中進行，所述 坩堝設計為提供對爐子容量的有效利用。在一些實施方案中，坩堝可大致匹配其中製備熔 融矽的爐子的內部形狀。
[0228] 參照圖13,顯示了本發明的坩堝的一個實施方案（坩堝3100)的俯視圖。坩堝 3100包括用於製備錠的內部3102。參照圖14,顯示了坩堝3100中的錠3200的俯視圖。錠 3200可包括在熔融材料經過凝固、結晶或它們的組合之後修整掉的周邊3201的部分。所述 錠3200包括多個塊3202。可使用切割設備由錠3200形成塊3202。錠可包括矽。熔融材料 可包括熔融矽。塊3202以網格設置於錠3200內。坩堝3100的外部形狀大致匹配其中制 得錠的爐子的內部形狀，所述爐子可為具有內部隔室的爐子，所述內部隔室具有大致圓形 的形狀。通過大致匹配爐子的內部形狀，坩堝3100可適合爐子中的更大量的熔融材料，因 此可更有效地利用爐子的容量。通過大致匹配大致圓形的爐子的內部形狀，坩堝3100可產 生錠3200,相比於可以使用具有方形形狀的坩堝而從爐子中產生的塊的數量，所述錠3200 提供更大數量的塊3202。當相比於來自方形形狀的坩堝的錠中的網格時，在錠3200中，相 對於拐角塊的百分比，側面塊或中心塊的百分比可更大，且相對於中心塊的百分比，側面塊 的百分比可得以增加。參見表2。當相比於方形形狀的坩堝時，來自坩堝3100的錠3200中 的拐角塊的百分比降低。
[0229] 表 1 :
[0230]

【權利要求】
1. 一種用於提純娃的方法，其包括： 從包含鋁的熔融溶劑中重結晶起始材料矽，以提供最終經重結晶的矽晶體； 用水性酸溶液洗滌所述最終經重結晶的矽晶體，以提供最終經酸洗的矽；以及 定向凝固所述最終經酸洗的矽，以提供最終經定向凝固的矽晶體。
2. 根據權利要求1所述的方法，其還包括噴砂或噴冰所述最終經定向凝固的矽晶體， 以提供經噴砂或噴冰的最終經定向凝固的矽晶體，其中所述經噴砂或噴冰的最終經定向凝 固的矽晶體的平均純度大於所述最終經定向凝固的矽晶體的平均純度。
3. 根據權利要求1-2中任一項所述的方法，其還包括去除所述最終經定向凝固的矽晶 體的一部分，以提供經修整的最終經定向凝固的矽晶體，其中所述經修整的最終經定向凝 固的矽晶體的平均純度大於所述最終經定向凝固的矽晶體的平均純度。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中起始材料矽的重結晶包括： 使所述起始材料矽與包含鋁的溶劑金屬充分接觸，以提供第一混合物； 充分熔化所述第一混合物，以提供第一熔融混合物； 充分冷卻所述第一熔融混合物，以形成最終經重結晶的矽晶體和母液；以及 分離所述最終經重結晶的矽晶體和所述母液，以提供最終經重結晶的矽晶體。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其中起始材料矽的重結晶包括： 使所述起始材料矽與第一母液充分接觸，以提供第一混合物； 充分熔化所述第一混合物，以提供第一熔融混合物； 充分冷卻所述第一熔融混合物，以形成第一矽晶體和第二母液； 分離所述第一矽晶體和第二母液，以提供第一矽晶體； 使所述第一矽晶體與包含鋁的第一溶劑金屬充分接觸，以提供第二混合物； 充分熔化所述第二混合物，以提供第二熔融混合物； 充分冷卻所述第二熔融混合物，以形成最終經重結晶的矽晶體和第一母液；以及 分離所述最終經重結晶的矽晶體和所述第一母液，以提供最終經重結晶的矽晶體。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其中起始材料矽的重結晶包括： 使所述起始材料矽與第二母液充分接觸，以提供第一混合物； 充分熔化所述第一混合物，以提供第一熔融混合物； 冷卻所述第一熔融混合物，以形成第一矽晶體和第三母液； 分離所述第一矽晶體和第三母液，以提述第一矽晶體； 使所述第一矽晶體與第一母液充分接觸，以提供第二混合物； 充分熔化所述第二混合物，以提供第二熔融混合物； 冷卻所述第二熔融混合物，以形成第二矽晶體和第二母液； 分離所述第二矽晶體和第二母液，以提述第二矽晶體； 使所述第二矽晶體與包含鋁的第一溶劑金屬充分接觸，以提供第三混合物； 充分熔化所述第三混合物，以提供第三熔融混合物； 冷卻所述第三熔融混合物，以形成最終經重結晶的矽晶體和第一母液；以及 分離所述最終經重結晶的矽晶體和所述第一母液，以提供最終經重結晶的矽晶體。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其中最終經重結晶的矽的洗滌包括： 充分組合所述最終經重結晶的矽與酸溶液，以使得所述最終經重結晶的矽至少部分與 所述酸溶液反應，從而提供第一混合物；以及 分離所述第一混合物，以提供最終經酸洗的矽。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中最終經重結晶的矽的洗滌包括： 充分組合所述最終經重結晶的矽與酸溶液，以使得所述最終經重結晶的矽至少部分與 所述酸溶液反應，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供經酸洗的矽和酸溶液； 組合所述經酸洗的矽與衝洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供溼的經提純的矽和衝洗溶液；以及 充分乾燥所述溼的經提純的矽，以提供最終經酸洗的矽。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的方法，其中最終經重結晶的矽的洗滌包括： 充分組合所述最終經重結晶的矽與弱酸溶液，以使得第一絡合物至少部分與所述弱酸 溶液反應，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供第三矽-鋁絡合物和弱酸溶液； 充分組合所述第三矽-鋁絡合物與強酸溶液，以使得第三絡合物至少部分與所述強酸 溶液反應，從而提供第三混合物； 分離所述第三混合物，以提供第一矽和強酸溶液； 組合所述第一矽與第一衝洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供溼的經提純的矽和第一衝洗溶液；以及 充分乾燥所述溼的經提純的矽，以提供最終經酸洗的矽。
10. 根據權利要求9所述的方法，其還包括： 分離所述第一混合物，以提供第二矽-鋁絡合物和弱酸溶液； 充分組合所述第二矽-鋁絡合物與中等酸溶液，以使得第二絡合物至少部分與所述中 等酸溶液反應，從而提供第二混合物；以及 分離所述第二混合物，以提供第三矽-鋁絡合物和中等酸溶液。
11. 根據權利要求9-10中任一項所述的方法，其還包括： 分離所述第四混合物，以提供第二矽和第一衝洗溶液； 組合所述第二矽與第二衝洗溶液，以提供第五混合物；以及 分離所述第五混合物，以提供溼的矽和第二衝洗溶液。
12. 根據權利要求1-11中任一項所述的方法，其中最終經重結晶的矽的洗滌包括： 充分組合所述最終經重結晶的矽與弱HC1溶液，以使得第一絡合物至少部分與所述弱 HC1溶液反應，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供第三矽-鋁絡合物和弱HC1溶液； 充分組合所述第三矽-鋁絡合物與強HC1溶液，以使得第三絡合物至少部分與所述強 HC1溶液反應，從而提供第三混合物； 分離所述第三混合物，以提供第一矽和強HC1溶液； 組合所述第一矽與第一衝洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供溼的經提純的矽和第一衝洗溶液； 充分乾燥所述溼的經提純的矽，以提供最終經酸洗的矽； 從弱HC1溶液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱HC1溶液的pH和比重； 將強HC1溶液的部分轉移至弱HC1溶液，以保持弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體積、 中等HC1溶液的比重，或它們的組合； 將本體HC1溶液的部分添加至強HC1溶液，以保持強HC1溶液的pH、強HC1溶液的體 積、強HC1溶液的比重，或它們的組合； 將第一衝洗溶液的部分轉移至強HC1溶液，以保持強HC1溶液的pH、強HC1溶液的體 積、強HC1溶液的比重，或它們的組合； 將新鮮的水添加至第二衝洗溶液中，以保持第二衝洗溶液的體積。
13. 根據權利要求1-12中任一項所述的方法，其中最終經重結晶的矽的洗滌包括： 充分組合所述最終經重結晶的矽與弱HC1溶液，以使得第一絡合物至少部分與所述弱 HC1溶液反應，從而提供第一混合物； 分離所述第一混合物，以提供第二矽-鋁絡合物和弱HC1溶液； 充分組合所述第二矽-鋁絡合物與中等HC1溶液，以使得第二絡合物至少部分與所述 中等HC1溶液反應，從而提供第二混合物； 分離所述第二混合物，以提供第三矽-鋁絡合物和中等HC1溶液； 充分組合所述第三矽-鋁絡合物與強HC1溶液，以使得第三絡合物至少部分與所述強 HC1溶液反應，從而提供第三混合物； 分離所述第三混合物，以提供第一矽和強HC1溶液； 組合所述第一矽與第一衝洗溶液，以提供第四混合物； 分離所述第四混合物，以提供第二矽和第一衝洗溶液； 組合所述第二矽與第二衝洗溶液，以提供第五混合物； 分離所述第五混合物，以提供溼的經提純的矽和第二衝洗溶液； 充分乾燥所述溼的經提純的矽，以提供最終經酸洗的矽； 從弱HC1溶液中去除弱HC1溶液的部分，以保持弱HC1溶液的pH和比重； 將中等HC1溶液的部分轉移至弱HC1溶液，以保持弱HC1溶液的pH、弱HC1溶液的體 積、弱HC1溶液的比重，或它們的組合； 將強HC1溶液的部分轉移至中等HC1溶液，以保持中等HC1溶液的pH、中等HC1溶液的 體積、中等HC1溶液的比重，或它們的組合； 將本體HC1溶液的部分添加至強HC1溶液，以保持強HC1溶液的pH、強HC1溶液的體 積、強HC1溶液的比重，或它們的組合； 將第一衝洗溶液的部分轉移至強HC1溶液，以保持強HC1溶液的pH、強HC1溶液的體 積、強HC1溶液的比重，或它們的組合； 將第二衝洗溶液的部分轉移至第一衝洗溶液，以保持第一衝洗溶液的體積； 將新鮮的水添加至第二衝洗溶液中，以保持第二衝洗溶液的體積。
14. 根據權利要求1-13中任一項所述的方法，其中最終經酸洗的矽的定向凝固包括兩 個連續定向凝固，以提供最終經定向凝固的矽晶體。
15. 根據權利要求1-14中任一項所述的方法，其中最終經酸洗的矽的定向凝固包括在 坩堝中進行最終經酸洗的矽的定向凝固，所述坩堝包括： 用於製備錠的內部，其中所述錠包括多個塊；和 與爐子的內部形狀大致匹配的外部形狀，其中製得熔融材料，所述熔融材料凝固以形 成所述錠。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中所述塊包括網格，其中相比於在方形坩堝中的 網格，相對於拐角塊的百分比的側面塊或中心塊的百分比得以增加。
17. 根據權利要求15-16中任一項所述的方法，其中所述坩堝的周邊包括大約8個主要 側面，其中所述8個側面包括兩組具有大約相等長度的大致相對的第一側面，和兩組具有 大約相等長度的大致相對的第二側面，其中所述第一側面與所述第二側面交替。
18. 根據權利要求1-17中任一項所述的方法，其中最終經酸洗的矽的定向凝固包括使 用坩堝進行最終經酸洗的矽的定向凝固，所述坩堝包括： 用於製備徒的內部； 與爐子的內部形狀大致匹配的外部形狀，其中製得熔融材料，所述熔融材料凝固以形 成所述錠； 其中所述錠包括多個塊； 其中所述多個塊包括網格； 其中相比於可使用具有方形形狀的坩堝從爐子產生的塊的數量，與爐子的內部形狀匹 配的外部形狀允許產生更大數量的塊； 其中所述爐子的內部形狀包括大致圓形的形狀；且 其中所述坩堝的周邊包括大約8個主要側面，其中所述8個側面包括兩組具有大約相 等長度的大致相對的長側，和兩組具有大約相等長度的大致相對的短側，其中所述長側與 所述短側交替。
19. 根據權利要求1-18中任一項所述的方法，其中最終經酸洗的矽的定向凝固包括在 裝置中進行最終經酸洗的矽的定向凝固，所述裝置包括： 包括至少一種耐火材料的定向凝固模具； 外夾套；和 至少部分設置在所述定向凝固模具與所述外夾套之間的絕緣層。
20. 根據權利要求1-19中任一項所述的方法，其中最終經酸洗的矽的定向凝固包括： 提供定向凝固裝置，其中所述裝置包括 包括至少一種耐火材料的定向凝固模具； 外夾套；和 至少部分設置在所述定向凝固模具與所述外夾套之間的絕緣層； 至少部分熔化所述最終經酸洗的矽，以提供第一熔融矽；以及 在所述定向凝固模具中定向凝固所述第一熔融矽，以提供第二矽。
21. 根據權利要求20所述的方法，其還包括在所述定向凝固模具上設置加熱器，包括 在所述定向凝固模具上設置選自加熱元件和感應加熱器的一個或多個加熱構件。
22. 根據權利要求1-21中任一項所述的方法，其中最終經酸洗的矽的定向凝固包括使 用裝置進行最終經酸洗的矽的定向凝固，所述裝置包括： 定向凝固模具，所述定向凝固模具包括 耐火材料； 頂層，所述頂層包括滑移面耐火材料，所述頂層構造為在從模具中移出經定向凝固的 矽時保護所述定向凝固模具的剩餘部分免於損壞； 外夾套，所述外夾套包括鋼； 絕緣層，所述絕緣層包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫 毛料，或它們的混合物，所述絕緣層至少部分設置在所述定向凝固模具的一個或多個側壁 與所述外夾套的一個或多個側壁之間； 其中所述定向凝固模具的一個或多個側壁包括氧化鋁； 其中所述定向凝固模具的底部包括碳化矽、石墨，或它們的組合；以及 頂部加熱器，所述頂部加熱器包括 一個或多個加熱構件，所述加熱構件中的每一個包括加熱元件或感應加熱器； 其中所述加熱元件包括碳化娃、二娃化鑰、石墨，或它們的組合； 絕緣件，所述絕緣件包括絕緣磚、耐火材料、耐火材料的混合物、絕緣板、陶瓷紙、高溫 毛料，或它們的組合；和 外夾套，所述外夾套包括不鏽鋼； 其中所述絕緣件至少部分設置在一個或多個加熱構件與頂部加熱器外夾套之間， 其中所述裝置構造為超過兩次用於矽的定向凝固。
【文檔編號】B24C1/08GK104204311SQ201380014927
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年1月25日 優先權日:2012年1月26日
【發明者】A·蒂雷納, D·史密斯, D·達斯特吉裡, F·G·基施特, A·圖米洛, 張春暉, K·歐納德傑拉 申請人:思利科材料有限公司