[go: up one dir, main page]

WO2011099883A1 - Method for producing silicon - Google Patents

Method for producing silicon Download PDF

Info

Publication number
WO2011099883A1
WO2011099883A1 PCT/RU2010/000057 RU2010000057W WO2011099883A1 WO 2011099883 A1 WO2011099883 A1 WO 2011099883A1 RU 2010000057 W RU2010000057 W RU 2010000057W WO 2011099883 A1 WO2011099883 A1 WO 2011099883A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silicon
plasma
reactor
plasmatron
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2010/000057
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович ШИШОВ
Владимир Иванович КОМАРОВ
Андрей Яковлевич КОНОВАЛОВ
Александр Михайлович ХОВИВ
Олег Борисович ЯЦЕНКО
Алексей Сергеевич СУХОЧЕВ
Джон Максвелл КОПИСКИ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to PCT/RU2010/000057 priority Critical patent/WO2011099883A1/en
Publication of WO2011099883A1 publication Critical patent/WO2011099883A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/037Purification

Definitions

  • the present invention relates to a technology for producing silicon, namely, to use the plasma-chemical interaction of the starting compounds to obtain it, and may find application, for example, in semiconductor technology, in the photoelectronic industry in the manufacture of solar cells.
  • a method for producing silicon and its dioxide from silicon tetrachloride by plasma-chemical interaction using a low-temperature plasma, in particular a high-frequency induction plasma (A.N. Krasnov et al. Low-temperature plasma in metallurgy. Publishing House Metallurgy, 1976).
  • the method is energy-intensive and complicated in hardware design, receive not enough pure silicon.
  • a known method of producing silicon ( ⁇ . ⁇ . Tsvetkov, S. A. Panfilov. Low-temperature plasma in the recovery processes. Publishing House of Science, 1980, S. 16, 17, 228-235), including plasma-chemical interaction of the source gaseous compounds.
  • the energy of a low-temperature nonequilibrium microwave discharge plasma is used.
  • the plasma-forming gas both the gases involved in the chemical conversion and inert gases can be used.
  • the disadvantage of this method is the lack of pure silicon and high energy intensity.
  • a known method for the production of silicon comprising generating gas plasma in a reactor, injecting silica-containing raw materials and a solid carbon-containing reducing agent.
  • the plasma gas used is hydrogen and hydrocarbons, or an inert gas such as argon or nitrogen, or a mixture of a reducing and inert gas.
  • Silicon dioxide which is fed into the plasma, is taken in the form of powders, granules, pieces, pebbles, balls or briquettes.
  • the disadvantage of this method is the lack of purity of the obtained silicon.
  • a known method of producing silicon and its compounds consists in the reduction or decomposition of silicon compounds in the presence of reagents in the zone of low-temperature thermoequilibrium plasma, with the addition of a combustible mixture, for example, hydrogen and oxygen, into the reaction zone and activating gaseous reagents with ultraviolet radiation using a low-temperature plasma element with a sliding surface discharge, which is located inside the reaction, as a source of low-temperature plasma and UV radiation hydrochloric chamber.
  • a combustible mixture for example, hydrogen and oxygen
  • the reaction of the plasma-chemical transformation of the starting gaseous compounds is carried out using the heat of the combustion reaction of the combustible substances introduced into the reactor, with the initiation of the combustion reaction by an energy impulse from a sliding surface discharge, combining the energy of a nonequilibrium discharge plasma between the electrodes and hard ultraviolet radiation from the surface of the dielectric. It is impossible to evaluate the purity of the silicon obtained by this method, since the example is given only of obtaining silicon dioxide from its tetrachloride.
  • a known method for producing silicon comprising introducing powdered silicon nitride into the reaction zone and carrying out the thermal decomposition reaction with the formation of the target product and technically pure nitrogen.
  • powdered silicon nitride is continuously fed into a plasmatron reactor into a high-temperature stream of plasma-forming gases, mainly argon and hydrogen, in an argon stream.
  • a known method of producing polycrystalline silicon of high purity (RF patent M> 2367599, MGZH C01B 33/021, 2009), which consists in feeding a mixture of silicon-containing compounds with a carrier gas through a coaxial pipe with a central electrode.
  • a plasma discharge is ignited in a jet of cremated compounds between the central electrode and the pipe walls, and also between the central electrode and the target substrate.
  • Pyrolytic decomposition (monosilane) or reduction (silicon dioxide) with the release of polycrystalline silicon occurs in the plasma discharge zone.
  • the reaction mixture can be fed tangentially to the cylindrical surface of the pipe so that the silicon-containing compounds move in a spiral along the axis.
  • a feature of the method is the use of highly pure substances (pure silicon) in the materials from which the device for implementing the method is made. The method is energy intensive and complicated in hardware design.
  • the technical result is to reduce energy consumption and simplify its hardware design.
  • the method for producing silicon includes grinding the initial silicon-containing compound to a finely dispersed state with individual particle sizes less than 1 ⁇ m, injecting the obtained powder with a carrier gas into a high-temperature jet of plasma-forming gases of a plasmatron connected to the reactor and placed in a chamber in which create a vacuum, providing conditions for the evaporation and atomization of a silicon-containing compound with the formation of pure silicon atoms and volatile reaction products and by controlling the powder flow rate and the power of the plasmatron, the pure silicon condenses on the walls of the reactor and the substrate, and the volatiles were removed by vacuum.
  • Argon and hydrogen are used as carrier gases and plasma-forming gases
  • silicon dioxide in the form of artificial quartz or natural quartzite is used as silicon-containing compounds.
  • the process is carried out at a temperature in the reactor above 3000 ° C, a powder feed rate in the range from 1 to 10 cm 3 / s and a plasmatron power of 700–25000 W.
  • At least two jets of plasma-forming gases with a silicon-containing compound powder are simultaneously fed to the reactor at the same time as two parallel or oncoming or directed at an angle to each other.
  • a vortex motion of a silicon-containing compound is created in the plasmatron and reactor.
  • Silicon inert materials are used as the substrate, and silicon is deposited in the form of thin layers or films.
  • a vacuum is created in the chamber where the plasmatron and reactor are located.
  • the flow of plasma-forming gases (argon and hydrogen) from the plasmatron, together with a jet of finely divided silicon dioxide powder, is fed into a reactor in which silicon dioxide particles, being a dielectric, acquire an effective negative charge on their surface in an RF discharge and are bombarded by positively charged argon ions from the plasma are sprayed onto silicon and oxygen atoms.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for implementing the method. It includes:
  • This device provides various modes of plasma combustion and powder feed rates, the formation of plasma flows, the composition and structure of plasma-forming components and their interaction products.
  • the method is implemented as follows.
  • Chamber 1 with the plasmatron 3 and reactor 2 located in it, is pumped out with a vacuum pump 9 to a residual pressure of 5-10 "3 Pa.
  • a plasma-forming mixture of gases (argon and hydrogen) and silicon dioxide powder in the argon stream from device 5 are fed into reactor 2 at the same time. preliminarily crushed in the device 4 to particles no larger than 1 ⁇ m in size, setting the necessary process conditions using the device 6. Namely, the powder feed rate from the device 5 to the plasmatron 3 is from 1 cm / sec to 10 cm / sec and the power of the plasmatron 3 from 100 to 25000 W,
  • pure silicon condenses on the walls of the reactor 2 or the substrate 8, and the volatile reduction products are removed by device 7.
  • Example 1 The vacuum chamber 1 with the reactor 2 and the RF plasmatron 3 was pumped out
  • the powder feed rate was 1 CM j per second. They ignited the rf discharge of the plasma torch at a frequency of 13.56 MHz, power 700 watts.
  • the plasma jet of ionized gases and silicon dioxide powder are simultaneously blown into reactor 2, where they create a plasma vortex, while the particles of silicon dioxide are heated to temperatures above 3000 ° C due to the fact that they receive an effective negative charge in the RF discharge and are intensively bombarded by positively charged ions argon, and the energy of these ions is used both for heating and thermal evaporation of silicon dioxide particles, and for its atomization.
  • the particles of silicon dioxide are almost completely decomposed into silicon and oxygen atoms.
  • Oxygen is bound by hydrogen atoms and ions from the plasma, forms water vapor that is pumped out by the device 7, and the flow of silicon atoms partially partially ionized in the plasma is directed to the surface of the substrate 8, for example, from silicon, silicon dioxide, graphite, a refractory metal, and forms on it a powder or film of pure silicon, or, depending on the state of the substrate, a layer of the products of interaction with its material — carbides, silicides, etc.
  • the vacuum chamber 1 to a reactor 2 and RF plasma torches 3, arranged on opposite sides of reactor 2 was evacuated to a residual pressure of 5 x 10 "Pa, was fed into the reactor while the plasma forming gas mixture of Ar and H 2 and silica powder in an argon stream with particle sizes not more than 1 ⁇ m (-0, 1 ⁇ m).
  • the powder feed rate was 5 cm 3 per second. They ignited the rf discharge of the plasma torches at a frequency of 13.56 MHz and a power of 12150 watts.
  • the plasma jet of ionized gases and silicon dioxide powder are simultaneously blown into reactor 2, where they create a plasma vortex, while the particles of silicon dioxide are heated to temperatures above 3000 ° C due to the fact that they receive an effective negative charge in the RF discharge and are intensively bombarded by positively charged ions argon, and the energy of these ions is used both for heating and thermal evaporation of silicon dioxide particles, and for its atomization.
  • the particles of silicon dioxide are almost completely decomposed into silicon and oxygen atoms.
  • Oxygen is bound by hydrogen atoms and ions from the plasma, forms water vapor that is pumped out by device 7, and the flow of silicon atoms partially partially ionized in the plasma is directed to the surface of the substrate 8, for example, from silicon, silicon dioxide, graphite, a refractory metal, and forms a powder or a film of pure silicon, or, depending on the state of the substrate, a layer of the products of interaction with its material — carbides, silicides, etc.
  • a vacuum chamber 1 with reactor 2 and an RF plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5-10 3 Pa, a plasma-forming mixture of gases Ar and H 2 and silicon dioxide powder in an argon stream with particle sizes not exceeding 1 ⁇ m were fed to the reactor at the same time ( ⁇ 0, 1 ⁇ m).
  • the powder feed rate was 10 cm " per second.
  • the RF discharge of the plasma torch 3 was ignited at a frequency of 13.56 MHz and a power of 25000 W.
  • the plasma jet of ionized gases and silicon dioxide powder are blown into the reactor at the same time, where they create a plasma vortex, and the silicon dioxide particles are heated at volume to a temperature above 3000 ° C due to the fact that having received an effective negative charge in the RF discharge, they are intensively bombarded by positively charged argon ions, and the energy of these ions is used both for heating and thermal evaporation of silicon dioxide particles, and for its atomization.
  • the particles of silicon dioxide are almost completely decomposed into silicon and oxygen atoms.
  • Oxygen is bound by hydrogen atoms and ions from the plasma, forms water vapor that is pumped out by the device 7, and the flow of silicon atoms partially partially ionized in the plasma is directed to the surface of the substrate 8, for example, from silicon, silicon dioxide, graphite, a refractory metal, and forms on it a powder or film of pure silicon, or, depending on the state of the substrate, a layer of the products of interaction with its material — carbides, silicides, etc.
  • a vacuum chamber 1 with a reactor 2 and an arc plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5 ⁇ 10 ° Pa, a jet of silicon dioxide powder with a particle size of less than 1 ⁇ m (-0.1 ⁇ m) and a feed rate of 1 cm per second in a stream was simultaneously fed into the reactor argon with hydrogen and a plasma jet formed in the arc plasmatron 3 from argon and hydrogen at a discharge power of 700 watts.
  • plasma flows from a plasma torch and silicon dioxide powder create a plasma vortex in reactor 2, in which silicon dioxide particles are heated to T> 3000 ° C, evaporate and atomize, forming silicon and oxygen atoms and ions.
  • oxygen is bound by hydrogen from the plasma to water vapor, which is pumped out by the device 7, and silicon is directed to the surface of the corresponding substrates 8.
  • the bulk of the plasma discharge energy is spent on the thermal heating of the silicon dioxide powder and its evaporation.
  • the arc discharge is ignited outside the reaction zone, and the already formed jet of plasma and silicon dioxide is blown into the reactor, then such the mode allows one to sharply reduce the likelihood of contamination of the final products — silicon and its compounds with impurities from the material of the electrodes of the arc plasma torch, which is a significant advantage of the proposed method compared to the known methods, which also use the arc method of plasma excitation.
  • a vacuum chamber 1 with a reactor 2 and an arc plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5-10 '3 Pa, a jet of silicon dioxide powder with a particle size of less than 1 ⁇ m ( ⁇ 0.1 ⁇ m) and a feed rate of 5 cm 3 second in a stream of argon with hydrogen and a plasma jet formed in an arc plasmatron from argon and hydrogen at a discharge power of 12150 W.
  • plasma flows from a plasma torch and silicon dioxide powder create a plasma vortex in the reactor in which silicon dioxide particles are heated to T> 300 (HS, evaporate and atomize, forming silicon and oxygen atoms and ions.
  • Example 6 A vacuum chamber 1 with a reactor 2 and an arc plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5-10 "3 Pa, a jet of silicon dioxide powder with a particle size of less than 1 ⁇ m (-0, 1 ⁇ m) and a feed rate of 10 CM J B was simultaneously fed into reactor 2 second in a stream of argon with hydrogen and a plasma jet formed in argon plasma torch 3 from argon and hydrogen at a discharge power of 25,000 W.
  • the feed rate of silicon dioxide powder into the reactor is from 1 CM j / s to 10 cm 3 / s
  • silicon obtained by the proposed method can either form a powder or film of pure silicon on the surface with which it does not chemically interact under the conditions of its production, or form chemical compounds with the surface material of the substrate, for example, silicon carbide with the substrate graphite, metal silicides with substrates of these metals, refractory, for example, titanium silicide with a titanium substrate.
  • the fact that silicon obtained by the proposed method forms silicon carbide or metal silicides is a confirmation of its purity, since it is known that impurities, especially oxygen, interfere with the formation of these chemical compounds.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

The present invention pertains to the field of silicon production and, more specifically, to the use of the plasma chemical reaction of initial compounds to produce silicon, and can be used, for example, in semi-conductor technology and in the photo-electric industry for manufacturing solar panels. The technical result is that of reducing power consumption and simplifying implementation. The method for producing silicon comprises grinding an initial silicon-containing compound to a highly dispersed state in which the individual particles have a size of less than 1 micron, and injecting the resultant powder together with a carrier gas into the high-temperature stream of plasma-forming gases of a plasmatron connected with a reactor and provided in a chamber in which a vacuum is generated. The method comprises creating the conditions for the evaporation and pulverization of the silicon-containing compound so as to obtain pure silicon atoms and volatile reaction products by adjusting the powder feed rate and the plasmatron power, and the pure silicon is then condensed on the walls and the bed of the reactor while the volatile products are removed by means of the vacuum. The process is carried out at a temperature in the reactor higher than 3000°C, a powder feed rate of 1 to 10 cm3/sec., and a plasmatron power of 700 - 25000 W.

Description

Способ получения кремния  The method of producing silicon

Предлагаемое изобретение относи тся к технологии получения кремния, а именно использованию для его получения плазмохимического взаимодействия исходных соединений, и может найти применение, например, в полупроводниковой технике, в фотоэлектронной промышленности при изготовлении солнечных батарей.  The present invention relates to a technology for producing silicon, namely, to use the plasma-chemical interaction of the starting compounds to obtain it, and may find application, for example, in semiconductor technology, in the photoelectronic industry in the manufacture of solar cells.

Известен способ получения кремния и его двуокиси из тетрахлорида кремния путем плазмохимического взаимодействия с использованием низкотемпературной плаз ы, в частности высокочастотной индукционной плазмы (А.Н. Краснов и др. Низкотемпературная плазма в металлургии. Изд. Металлургия, 1976). Способ энергоемкий и сложный в аппаратном оформлении, получают недостаточно чистый кремний.  A method is known for producing silicon and its dioxide from silicon tetrachloride by plasma-chemical interaction using a low-temperature plasma, in particular a high-frequency induction plasma (A.N. Krasnov et al. Low-temperature plasma in metallurgy. Publishing House Metallurgy, 1976). The method is energy-intensive and complicated in hardware design, receive not enough pure silicon.

Известен способ получения кремния (ΙΌ.Β. Цветков, С. А. Панфилов. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. Изд. Наука, 1980, с.16, 17, 228-235), включающий плазмохимическое взаимодействие исходных газообразных соединений. Для плазмохимического процесса используют энергию низкотемпературной неравновесной плазмы СВЧ разряда. В качестве плазмообразующего газа могут быть использованы как газы, участвующие в химическом преобразовании, так и инертные газы. Недостатком способа является недостато ная чисто та кремния и высокая энергоемкость.  A known method of producing silicon (ΙΌ.Β. Tsvetkov, S. A. Panfilov. Low-temperature plasma in the recovery processes. Publishing House of Science, 1980, S. 16, 17, 228-235), including plasma-chemical interaction of the source gaseous compounds. For the plasma-chemical process, the energy of a low-temperature nonequilibrium microwave discharge plasma is used. As the plasma-forming gas, both the gases involved in the chemical conversion and inert gases can be used. The disadvantage of this method is the lack of pure silicon and high energy intensity.

Известен способ производства кремния (патент РФ N« 1602391 , МПК С01В 33/02, 1990) включающий генерирование газовой плазмы в реакторе, инжектирование кремнеземсодержащего сырья и твердого углеродсодержащего восстановителя. В качестве газа плазмы использую т водород и углеводороды, или инертный газ типа аргона или азота, или смесь восстанавливающего и инертного газа. Двуокись кремния, которую подают в плазму, берут в виде порошков, гранул, кусков, гальки, шариков или брикетов. Недостатком способа является недостаточная чистота полученного кремния. A known method for the production of silicon (RF patent N "1602391, IPC СВВ 33/02, 1990) comprising generating gas plasma in a reactor, injecting silica-containing raw materials and a solid carbon-containing reducing agent. The plasma gas used is hydrogen and hydrocarbons, or an inert gas such as argon or nitrogen, or a mixture of a reducing and inert gas. Silicon dioxide, which is fed into the plasma, is taken in the form of powders, granules, pieces, pebbles, balls or briquettes. The disadvantage of this method is the lack of purity of the obtained silicon.

Известен способ получения кремния и его соединений (патент РФ .153016, С01В 33/00, 2000) заключающийся в восстановлении или разложении соединений кремния в присутствии реагентов в зоне низкотемпературной термонеравновестной плазмы, с дополнительным введением в зону реакции горючей смеси, например водорода и кислорода, и активировании газообразных реагентов ультрафиолетовым излучением с использованием в качестве источника низкотемпературной плазмы и УФ- излучения элемента со скользящим поверхностным разрядом, который размещен внутри реакционной камеры. В данном способе для осуществления реакции плазмохимического превращения исходных газообразных соединений используют теплоту реакции горения вводимых в реактор горючих веществ, с инициированием реакции горения энергетическим импульсом от скользящего поверхностного разряда, сочетающем в себе энергию термонеравновесной плазмы разряда между электродами и жесткое ультрафиолетовое излучение с поверхности диэлек трика. Невозможно, оценить чистоту получаемого по данному способу кремния, гак как приведен пример только получения двуокиси кремния из его тетрахлорида.  A known method of producing silicon and its compounds (RF patent .153016, С01В 33/00, 2000) consists in the reduction or decomposition of silicon compounds in the presence of reagents in the zone of low-temperature thermoequilibrium plasma, with the addition of a combustible mixture, for example, hydrogen and oxygen, into the reaction zone and activating gaseous reagents with ultraviolet radiation using a low-temperature plasma element with a sliding surface discharge, which is located inside the reaction, as a source of low-temperature plasma and UV radiation hydrochloric chamber. In this method, the reaction of the plasma-chemical transformation of the starting gaseous compounds is carried out using the heat of the combustion reaction of the combustible substances introduced into the reactor, with the initiation of the combustion reaction by an energy impulse from a sliding surface discharge, combining the energy of a nonequilibrium discharge plasma between the electrodes and hard ultraviolet radiation from the surface of the dielectric. It is impossible to evaluate the purity of the silicon obtained by this method, since the example is given only of obtaining silicon dioxide from its tetrachloride.

Известен способ получения кремния (патент РФ No 2345949, МН С01 В 33/02, 2009), включающий введение в реакционную зону порошкообразного нитрида кремния и осущест вление реакции его термического разложения с образованием целевого продукта и технически чистого азота. В данном способе, в одном из вариантов, в реактор плазматрона в высокотемпературный по ток плазмообразующих газов, в основном аргона и водорода, непрерывно подаю т порошкообразный нитрид кремния в потоке аргона. Происходит мгновенное разложение нитрида кремния с образованием газообразного азота и кремния. Получают кремний полупроводниковой чистоты. j -> A known method for producing silicon (RF patent No. 2345949, MN C01 B 33/02, 2009), comprising introducing powdered silicon nitride into the reaction zone and carrying out the thermal decomposition reaction with the formation of the target product and technically pure nitrogen. In this method, in one embodiment, powdered silicon nitride is continuously fed into a plasmatron reactor into a high-temperature stream of plasma-forming gases, mainly argon and hydrogen, in an argon stream. The instant decomposition of silicon nitride with the formation of gaseous nitrogen and silicon. Silicon of semiconductor purity is obtained. j ->

Известен способ получения поликристаллического кремния высокой чистоты (патент РФ М>2367599, МГЖ С01В 33/021 , 2009), заключающийся в подаче смеси кремнийсодержаших соединений с несущим газом по коаксиальной трубе с центральным электродом. В струе кре нийсодержащих соединений между центральным электродом и стенками трубы, а также между центральным электродом и подложкой-мишенью зажигают плазменный разряд. В зоне плазменного разряда происходит пиролитическое разложение (моносилан) или восстановление (диоксид кремния) с выделением поликристаллического кремния. Реакционную смесь могут подавать по касательной к цилиндрической поверхности трубы, чтобы кремнийсодержащие соединения перемещались по спирали вдоль оси. Особенностью способа является использование особочистых веществ (чистого кремния) в материалах, из которых изготовляется устройство для реализации способа. Способ энергоемкий и сложный в аппаратном оформлении.  A known method of producing polycrystalline silicon of high purity (RF patent M> 2367599, MGZH C01B 33/021, 2009), which consists in feeding a mixture of silicon-containing compounds with a carrier gas through a coaxial pipe with a central electrode. A plasma discharge is ignited in a jet of cremated compounds between the central electrode and the pipe walls, and also between the central electrode and the target substrate. Pyrolytic decomposition (monosilane) or reduction (silicon dioxide) with the release of polycrystalline silicon occurs in the plasma discharge zone. The reaction mixture can be fed tangentially to the cylindrical surface of the pipe so that the silicon-containing compounds move in a spiral along the axis. A feature of the method is the use of highly pure substances (pure silicon) in the materials from which the device for implementing the method is made. The method is energy intensive and complicated in hardware design.

Технический результат заключается в сокращении энергозатрат и упрощении его аппаратурного оформления.  The technical result is to reduce energy consumption and simplify its hardware design.

Технический результа т достигается тем, что способ получения кремния включает измельчение исходного кремнийсодержащего соединения до высокодисперсного состояния с размерами отдельных частиц менее 1 мкм, инжектирование полученного порошка с газом-носителем в высокотемпературную струю плазмообразующих газов плазматрона, соединенного с реактором и помещенных в камеру, в которой создают вакуум, обеспечение условий для испарения и распыления кремнийсодержащего соединения с образованием атомов чистого кремния и летучих продуктов реакции, путем регулирования скорости подачи порошка и мощности плазматрона, при этом чистый кремний конденсируется на стенках реактора и подложки, а летучие продукты удаляются с помощью вакуума. В качестве газов-носителей и плазмообразующих газов используют аргон и водород, а в качестве кремнийсодержащих соединений двуокись кремния в виде искусственного кварца или природного кварцита. The technical result is achieved by the fact that the method for producing silicon includes grinding the initial silicon-containing compound to a finely dispersed state with individual particle sizes less than 1 μm, injecting the obtained powder with a carrier gas into a high-temperature jet of plasma-forming gases of a plasmatron connected to the reactor and placed in a chamber in which create a vacuum, providing conditions for the evaporation and atomization of a silicon-containing compound with the formation of pure silicon atoms and volatile reaction products and by controlling the powder flow rate and the power of the plasmatron, the pure silicon condenses on the walls of the reactor and the substrate, and the volatiles were removed by vacuum. Argon and hydrogen are used as carrier gases and plasma-forming gases, and silicon dioxide in the form of artificial quartz or natural quartzite is used as silicon-containing compounds.

Процесс ведут при температуре в реакторе свыше 3000°С, скорости подачи порошка в интервале от 1 до 10 см3/сек и мощности плазматрона 700- 25000 Вт. The process is carried out at a temperature in the reactor above 3000 ° C, a powder feed rate in the range from 1 to 10 cm 3 / s and a plasmatron power of 700–25000 W.

В реактор подают одновременно не менее двух параллельных или встречных или направленных под углом друг к другу струй плазмообразующих газов с порошком кремнийсодержащего соедирнения.  At least two jets of plasma-forming gases with a silicon-containing compound powder are simultaneously fed to the reactor at the same time as two parallel or oncoming or directed at an angle to each other.

В плазматроне и реакторе создают вихревое движение кремнийсодержащего соединения.  A vortex motion of a silicon-containing compound is created in the plasmatron and reactor.

В качестве подложки используют инертные к кремнию материалы, а кремний осаждают в виде тонких слоев или пленок.  Silicon inert materials are used as the substrate, and silicon is deposited in the form of thin layers or films.

В камере, где находится плазматрон и реактор, создают вакуум. Поток плазмообразующих газов (аргона и водорода) из плазматрона вместе со струей тонкоизмельченного порошка диоксида кремния подается в реактор, в котором частицы диоксида кремния, будучи диэлектриком, приобретают на своей поверхности в ВЧ-разряде эффективный отрицательный заряд, подвергаются бомбардировке положительно заряженными ионами аргона из плазмы, распыляются на атомы кремния и кислорода. Кислород, взаимодействуя с водородом, образует пары воды, которые Откачиваются из реактора и конденсируются за его пределами, а частицы чистого кремния оседают на внутренней поверхности реактора, образуя порошок или пленку, в зависимости от конкретного режима проведения процесса. Чистый кремний можно формировать на поверхности введенных в реактор подложек в виде тонких слоев или пленок, например, на подложках из кремния, диоксида кремния, нитрида кремния. Либо получа ть пленки его соединений с материалом подложки - подложка из графи та, тугоплавких материалов, например, титана. На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа. Оно включает: A vacuum is created in the chamber where the plasmatron and reactor are located. The flow of plasma-forming gases (argon and hydrogen) from the plasmatron, together with a jet of finely divided silicon dioxide powder, is fed into a reactor in which silicon dioxide particles, being a dielectric, acquire an effective negative charge on their surface in an RF discharge and are bombarded by positively charged argon ions from the plasma are sprayed onto silicon and oxygen atoms. Oxygen, interacting with hydrogen, forms water vapor, which is pumped out of the reactor and condensed beyond it, and pure silicon particles settle on the inner surface of the reactor, forming a powder or film, depending on the specific mode of the process. Pure silicon can be formed on the surface of substrates introduced into the reactor in the form of thin layers or films, for example, on substrates of silicon, silicon dioxide, silicon nitride. Or, to obtain films of its compounds with a substrate material — a substrate made of graphite, refractory materials, for example, titanium. Figure 1 shows a schematic diagram of a device for implementing the method. It includes:

- камеру 1  - camera 1

- реактор 2  - reactor 2

- плазматрон 3  - plasmatron 3

- устройство 4 для получения порошка диоксида кремния  - device 4 for producing silicon dioxide powder

- устройство 5 для подачи порошка в потоке аргона в плазматрон 3 - a device 5 for feeding powder in an argon stream into a plasmatron 3

- блок управления 6 - control unit 6

- устройство для удаления газов и паров 7  - device for removing gases and vapors 7

- подложку 8  - substrate 8

- вакуумный насос 9.  - vacuum pump 9.

Данное устройство обеспечивает различные режимы горения плазмы и скорости подачи порошка, формирование плазменных потоков, состав и структуру плазмообразующих компонентов и продуктов их взаимодействия.  This device provides various modes of plasma combustion and powder feed rates, the formation of plasma flows, the composition and structure of plasma-forming components and their interaction products.

Способ реализуется следующим образом.  The method is implemented as follows.

Камеру 1 , с находящими в ней плазматроном 3 и реактором 2, откачивают вакуумным насосом 9 до остаточного давления 5- 10"3 Па. Подают в реактор 2 одновременно плазмообразующую смесь газов (аргона и водорода) и порошок диоксида кремния в потоке аргона из устройства 5, предварительно измельченного в устройстве 4 до частиц размером не более 1 мкм. Задавая с помощью устройства 6 необходимые условия проведения процесса, а именно скорость подачи порошка из устройства 5 в плазматрон 3 в пределах от 1 см /сек до 10 см /сек и мощность плазматрона 3 от 100 до 25000 Вт, создают условия для испарения и распыления диоксида кремния с образованием атомов чистого кремния и продуктов восстановления диоксида кремния водородом (паров воды). При этом чистый кремний конденсируется на стенках реактора 2 или подложке 8, а летучие продукты восстановления удаляются с помощью устройства 7. Chamber 1, with the plasmatron 3 and reactor 2 located in it, is pumped out with a vacuum pump 9 to a residual pressure of 5-10 "3 Pa. A plasma-forming mixture of gases (argon and hydrogen) and silicon dioxide powder in the argon stream from device 5 are fed into reactor 2 at the same time. preliminarily crushed in the device 4 to particles no larger than 1 μm in size, setting the necessary process conditions using the device 6. Namely, the powder feed rate from the device 5 to the plasmatron 3 is from 1 cm / sec to 10 cm / sec and the power of the plasmatron 3 from 100 to 25000 W, The created conditions for vaporization and sputtering of silicon dioxide to form pure silicon atoms and silicon dioxide product recovery hydrogen (water vapor). Thus pure silicon condenses on the walls of the reactor 2 or the substrate 8, and the volatile reduction products are removed by device 7.

Пример 1 . Вакуумную камеру 1 с реактором 2 и ВЧ плазмотроном 3 откачивали Example 1 The vacuum chamber 1 with the reactor 2 and the RF plasmatron 3 was pumped out

3 —  3 -

до остаточного давления 5· 10" Па, подавали в реактор одновременно плазмообразующую смесь газов Аг и Н2 и порошок диоксида кремния в потоке аргона с размерами частиц не более 1 мкм . to a residual pressure of 5 · 10 " Pa, a plasma-forming mixture of gases Ar and H 2 and a powder of silicon dioxide in an argon stream with particle sizes of not more than 1 μm were simultaneously fed into the reactor.

Скорость подачи порошка составляла 1 CMj в секунду. Зажигали ВЧ разряд плазмотрона при частоте 13,56 МГц, мощности 700 Вт. Плазменная струя ионизированных газов и порошок диоксида кремния вдуваются одновременно в реактор 2, где создают плазменный вихрь, частицы диоксида кремния нагреваются при этом до температуры выше 3000°С за счет того, что получив в ВЧ-разряде эффективный отрицательный заряд, интенсивно бомбардируются положительно заряженными ионами аргона, причем энергия этих ионов идет как на разогрев и термическое испарение частиц диоксида кремния, так и на его распыление. В результате одновременного действия этих двух факторов частицы диоксида кремния практически полностью разлагаются на атомы кремния и кислорода. Кислород связывается атомами и ионами водорода из плазмы, образует пары воды, которые откачиваются устройством 7, а поток атомов кремния, частично ионизированных в плазме, направляется на поверхность подложки 8, например, из кремния, диоксида кремния, графита, тугоплавкого металла и формирует на ней порошок или пленку чистого кремния, либо, в зависимости от состояния подложки, слой продуктов взаимодействия с ее материалом- карбиды, силициды и т.д. The powder feed rate was 1 CM j per second. They ignited the rf discharge of the plasma torch at a frequency of 13.56 MHz, power 700 watts. The plasma jet of ionized gases and silicon dioxide powder are simultaneously blown into reactor 2, where they create a plasma vortex, while the particles of silicon dioxide are heated to temperatures above 3000 ° C due to the fact that they receive an effective negative charge in the RF discharge and are intensively bombarded by positively charged ions argon, and the energy of these ions is used both for heating and thermal evaporation of silicon dioxide particles, and for its atomization. As a result of the simultaneous action of these two factors, the particles of silicon dioxide are almost completely decomposed into silicon and oxygen atoms. Oxygen is bound by hydrogen atoms and ions from the plasma, forms water vapor that is pumped out by the device 7, and the flow of silicon atoms partially partially ionized in the plasma is directed to the surface of the substrate 8, for example, from silicon, silicon dioxide, graphite, a refractory metal, and forms on it a powder or film of pure silicon, or, depending on the state of the substrate, a layer of the products of interaction with its material — carbides, silicides, etc.

Пример 2.  Example 2

Вакуумную камеру 1 с реактором 2 и ВЧ плазмотронами 3, размещенными на противоположных сторонах реактора 2, откачивали до остаточного давления 5· 10" Па, подавали в реактор одновременно плазмообразующую смесь газов Аг и Н2 и порошок диоксида кремния в потоке аргона с размерами частиц не более 1 мкм (-0, 1 мкм). Скорость подачи порошка составляла 5 см3 в секунду. Зажигали ВЧ разряд плазмотронов при частоте 13,56 МГц, мощности 12150 Вт. Плазменная струя ионизированных газов и порошок диоксида кремния вдуваются одновременно в реактор 2, где создают плазменный вихрь, частицы диоксида кремния нагреваются при этом до температуры выше 3000°С за счет того, что получив в ВЧ-разряде эффективный отрицательный заряд, интенсивно бомбардируются положительно заряженными ионами аргона, причем энергия этих ионов идет как на разогрев и термическое испарение частиц диоксида кремния, так и на его распыление. В результате одновременного действия этих двух факторов частицы диоксида кремния практически полностью разлагаются на атомы кремния и кислорода. Кислород связывается атомами и ионами водорода из плазмы, образует пары воды, которые откачиваются устройством 7, а поток атомов кремния, частично ионизированных в плазме, направляе тся на поверхность подложки 8, например, из кремния, диоксида кремния, графита, тугоплавкого металла и формирует на ней порошок или пленку чистого кремния, либо, в зависимости от состояния подложки, слой продуктов взаимодействия с ее материалом- карбиды, силициды и т.д. The vacuum chamber 1 to a reactor 2 and RF plasma torches 3, arranged on opposite sides of reactor 2 was evacuated to a residual pressure of 5 x 10 "Pa, was fed into the reactor while the plasma forming gas mixture of Ar and H 2 and silica powder in an argon stream with particle sizes not more than 1 μm (-0, 1 μm). The powder feed rate was 5 cm 3 per second. They ignited the rf discharge of the plasma torches at a frequency of 13.56 MHz and a power of 12150 watts. The plasma jet of ionized gases and silicon dioxide powder are simultaneously blown into reactor 2, where they create a plasma vortex, while the particles of silicon dioxide are heated to temperatures above 3000 ° C due to the fact that they receive an effective negative charge in the RF discharge and are intensively bombarded by positively charged ions argon, and the energy of these ions is used both for heating and thermal evaporation of silicon dioxide particles, and for its atomization. As a result of the simultaneous action of these two factors, the particles of silicon dioxide are almost completely decomposed into silicon and oxygen atoms. Oxygen is bound by hydrogen atoms and ions from the plasma, forms water vapor that is pumped out by device 7, and the flow of silicon atoms partially partially ionized in the plasma is directed to the surface of the substrate 8, for example, from silicon, silicon dioxide, graphite, a refractory metal, and forms a powder or a film of pure silicon, or, depending on the state of the substrate, a layer of the products of interaction with its material — carbides, silicides, etc.

Пример 3.  Example 3

Вакуумную камеру 1 с реактором 2 и ВЧ плазмотроном 3 откачивали до остаточного давления 5- 10 3 Па, подавали в реактор одновременно плазмообразующую смесь газов Аг и Н2 и порошок диоксида кремния в потоке аргона с размерами частиц не более 1 мкм (~0, 1 мкм). A vacuum chamber 1 with reactor 2 and an RF plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5-10 3 Pa, a plasma-forming mixture of gases Ar and H 2 and silicon dioxide powder in an argon stream with particle sizes not exceeding 1 μm were fed to the reactor at the same time (~ 0, 1 μm).

Скорость подачи порошка составляла 10 см" в секунду. Зажигали ВЧ разряд плазмотрона 3 при частоте 13,56 МГц, мощности 25000 Вт. Плазменная струя ионизированных газов и порошок диоксида кремния вдуваются одновременно в реактор, где создают плазменный вихрь, частицы диоксида кремния нагреваются при э том до температуры выше 3000°С за счет того, что получив в ВЧ-разряде эффективный отрицательный заряд, интенсивно бомбардируются положительно заряженными ионами аргона, причем энергия этих ионов идет как на разогрев и термическое испарение частиц диоксида кремния, так и на его распыление. В результате одновременного действия этих двух факторов частицы диоксида кремния практически полностью разлагаются на атомы кремния и кислорода. Кислород связывается атомами и ионами водорода из плазмы, образует пары воды, которые откачиваются устройством 7, а поток атомов кремния, частично ионизированных в плазме, направляется на поверхность подложки 8, например, из кремния, диоксида кремния, графита, тугоплавкого металла и формирует на ней порошок или пленку чистого кремния, либо, в зависимости от состояния подложки, слой продуктов взаимодействия с ее материалом- карбиды, силициды и т.д. The powder feed rate was 10 cm " per second. The RF discharge of the plasma torch 3 was ignited at a frequency of 13.56 MHz and a power of 25000 W. The plasma jet of ionized gases and silicon dioxide powder are blown into the reactor at the same time, where they create a plasma vortex, and the silicon dioxide particles are heated at volume to a temperature above 3000 ° C due to the fact that having received an effective negative charge in the RF discharge, they are intensively bombarded by positively charged argon ions, and the energy of these ions is used both for heating and thermal evaporation of silicon dioxide particles, and for its atomization. As a result of the simultaneous action of these two factors, the particles of silicon dioxide are almost completely decomposed into silicon and oxygen atoms. Oxygen is bound by hydrogen atoms and ions from the plasma, forms water vapor that is pumped out by the device 7, and the flow of silicon atoms partially partially ionized in the plasma is directed to the surface of the substrate 8, for example, from silicon, silicon dioxide, graphite, a refractory metal, and forms on it a powder or film of pure silicon, or, depending on the state of the substrate, a layer of the products of interaction with its material — carbides, silicides, etc.

Пример 4.  Example 4

Вакуумную камеру 1 с реактором 2 и дуговым плазмотроном 3 откачивали до остаточного давления 5· 10° Па, в реактор подавали одновременно струю порошка диоксида кремния с размером частиц менее 1 мкм (-0,1 мкм) и скоростью подачи 1 см в секунду в потоке аргона с водородом и плазменную струю, сформированную в дуговом плазмотроне 3 из аргона и водорода при мощности разряда в 700 Вт. Как и в "Примере " 1 потоки плазмы из плазмотрона и порошка диоксида кремния создают в реакторе 2 плазменный вихрь, в котором частицы диоксида кремния нагреваются до Т>3000°С, испаряются и распыляются, образуя атомы и ионы кремния и кислорода. Причем кислород связывается водородом из плазмы в пары воды, которые откачиваются устройством 7, а кремний направляется на поверхность соответствующих подложек 8. В случае использования дугового плазмотрона основная часть энергии плазменного разряда идет на термический нагрев порошка диоксида кремния и его испарение. При этом, так как дуговой разряд зажигается вне реакционной зоны, а в реактор вдувается уже сформированная струя плазмы и диоксида кремния, то такой режим позволяет резко уменьшить вероятность загрязнения конечных продуктов— кремния и его соединений примесями из материала электродов дугового плазмотрона, что является существенным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными, где также используется дуговой способ возбуждения плазмы. A vacuum chamber 1 with a reactor 2 and an arc plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5 · 10 ° Pa, a jet of silicon dioxide powder with a particle size of less than 1 μm (-0.1 μm) and a feed rate of 1 cm per second in a stream was simultaneously fed into the reactor argon with hydrogen and a plasma jet formed in the arc plasmatron 3 from argon and hydrogen at a discharge power of 700 watts. As in Example 1, plasma flows from a plasma torch and silicon dioxide powder create a plasma vortex in reactor 2, in which silicon dioxide particles are heated to T> 3000 ° C, evaporate and atomize, forming silicon and oxygen atoms and ions. Moreover, oxygen is bound by hydrogen from the plasma to water vapor, which is pumped out by the device 7, and silicon is directed to the surface of the corresponding substrates 8. In the case of using an arc plasma torch, the bulk of the plasma discharge energy is spent on the thermal heating of the silicon dioxide powder and its evaporation. In this case, since the arc discharge is ignited outside the reaction zone, and the already formed jet of plasma and silicon dioxide is blown into the reactor, then such the mode allows one to sharply reduce the likelihood of contamination of the final products — silicon and its compounds with impurities from the material of the electrodes of the arc plasma torch, which is a significant advantage of the proposed method compared to the known methods, which also use the arc method of plasma excitation.

Пример 5.  Example 5

Вакуумную камеру 1 с реактором 2 и дуговым плазмотроном 3 откачивали до остаточного давления 5- 10'3 Па, в реактор 2 подавали одновременно струю порошка диоксида кремния с размером частиц менее 1 мкм (~0, 1 мкм) и скоростью подачи 5 см3 в секунду в потоке аргона с водородом и плазменную струю, сформированную в дуговом плазмотроне из аргона и водорода при мощности разряда в 12150 Вт. Как и в "Примере" 1 потоки плазмы из плазмотрона и порошка диоксида кремния создают в реакторе плазменный вихрь, в котором частицы диоксида кремния нагреваются до Т>300(ГС, испаряются и распыляются, образуя атомы и ионы кремния и кислорода. Причем кислород связывается водородом из плазмы в пары воды, которые откачиваются устройством 7, а кремний направляется на поверхность соответствующих подложек 8. В случае использования дугового плазмотрона основная часть энергии плазменного разряда идет на термический нагрев порошка диоксида кремния и его испарение. При этом, так как дуговой разряд зажигается вне реакционной зоны, а в реактор вдувается уже сформированная струя плазмы и диоксида кремния, то такой режим позволяет резко уменьшить вероятность загрязнения конечных продуктов— кремния и его соединений примесями из материала электродов дугового плазмотрона, что является сущес твенным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными, где также используется дуговой способ возбуждения плазмы. A vacuum chamber 1 with a reactor 2 and an arc plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5-10 '3 Pa, a jet of silicon dioxide powder with a particle size of less than 1 μm (~ 0.1 μm) and a feed rate of 5 cm 3 second in a stream of argon with hydrogen and a plasma jet formed in an arc plasmatron from argon and hydrogen at a discharge power of 12150 W. As in Example 1, plasma flows from a plasma torch and silicon dioxide powder create a plasma vortex in the reactor in which silicon dioxide particles are heated to T> 300 (HS, evaporate and atomize, forming silicon and oxygen atoms and ions. Moreover, oxygen is bound by hydrogen from plasma to water vapor, which are pumped out by device 7, and silicon is directed to the surface of the respective substrates 8. In the case of using an arc plasma torch, the bulk of the plasma discharge energy is spent on thermal heating of the silicon dioxide powder and e Moreover, since the arc discharge is ignited outside the reaction zone, and the already formed jet of plasma and silicon dioxide is blown into the reactor, this mode can drastically reduce the likelihood of contamination of the final products — silicon and its compounds by impurities from the material of the electrodes of the arc plasma torch, which It is an essential advantage of the proposed method in comparison with the known ones, where the arc method of plasma excitation is also used.

Пример 6. Вакуумную камеру 1 с реактором 2 и дуговым плазмотроном 3 откачивали до остаточного давления 5- 10"3 Па, в реактор 2 подавали одновременно струю порошка диоксида кремния с размером частиц менее 1 мкм (-0, 1 мкм ) и скоростью подачи 10 CMJ В секунду в потоке аргона с водородом и плазменную струю, сформированную в дуговом плазмотроне 3 из аргона и водорода при мощности разряда в 25000 Вт. Как и в "Примере " 1 потоки плазмы из плазмотрона и порошка диоксида кремния создают в реакторе плазменный вихрь, в котором частицы диоксида кремния нагреваются до Т>3000°С, испаряются и распыляются, образуя атомы и ионы кремния и кислорода. Причем кислород связывается водородом из плазмы в пары воды, которые откачиваются устройством 7, а кремний направляется на поверхность соответствующих подложек 8. В случае использования дугового плазмотрона основная час ть энергии плазменного разряда идет на термический нагрев порошка диоксида кремния и его испарение. При этом, так как дуговой разряд зажигается вне реакционной зоны, а в реактор вдувается уже сформированная струя плазмы и диоксида кремния, то такой режим позволяет резко уменьшить вероятность загрязнения конечных продуктов— кремния и его соединений примесями из материала электродов дугового плазмотрона, что является существенным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными, где также используется дуговой способ возбуждения плазмы. Example 6 A vacuum chamber 1 with a reactor 2 and an arc plasmatron 3 was pumped out to a residual pressure of 5-10 "3 Pa, a jet of silicon dioxide powder with a particle size of less than 1 μm (-0, 1 μm) and a feed rate of 10 CM J B was simultaneously fed into reactor 2 second in a stream of argon with hydrogen and a plasma jet formed in argon plasma torch 3 from argon and hydrogen at a discharge power of 25,000 W. As in “Example” 1, plasma flows from a plasma torch and silicon dioxide powder create a plasma vortex in the reactor in which particles silica are heated to T> 3000 ° C, using moreover, they atomize and atomize, forming atoms and ions of silicon and oxygen, with oxygen being bound by hydrogen from plasma to water vapor, which are pumped out by device 7, and silicon is directed to the surface of the corresponding substrates 8. In the case of using an arc plasma torch, the bulk of the plasma discharge energy is spent on thermal heating of silicon dioxide powder and its evaporation.At the same time, since the arc discharge is ignited outside the reaction zone, and an already formed plasma and silicon dioxide jet is blown into the reactor, this mode Will dramatically reduce the likelihood of contamination of final products- silicon compounds and impurities from the electrode material of the arc plasma torch, which is a significant advantage of the proposed method in comparison with the known, which also uses arc plasma excitation method.

Приведенные примеры показывают интервал параметров тех режимов, при которых реализуется предлагаемый способ: скорость подачи порошка диоксида кремния в реактор — от 1 CMj /сек до 10 см3/сек, и соответствующая мощность, которую должен развивать плазмотрон— ВЧ или дуговой, от 700 Вт при минимальной скорости подачи порошка— 1 см3/сек, до 25000 Вт при максимальной скорости подачи порошка - 10 см3/сек . В приведенных примерах показано, что кремний, получаемый предлагаемым способом, может, либо формировать порошок или пленку чистого кремния на поверхности, с которой он химически не взаимодействует при условиях его получения, либо формировать химические соединения с материалом поверхности подложки, например, карбид кремния с подложкой из графита, силициды металлов с подложками из этих металлов, тугоплавких, например, силицид титана с подложкой из титана. Тот факт, что кремний, получаемый предложенным способом, формирует карбид кремния или силициды металлов, является подтверждением его чистоты, так как известно, что примеси, особенно кислород, препятствуют формированию этих химических соединений. The above examples show the range of parameters of those modes in which the proposed method is implemented: the feed rate of silicon dioxide powder into the reactor is from 1 CM j / s to 10 cm 3 / s, and the corresponding power, which the plasmatron — RF or arc, must develop — from 700 W at a minimum powder feed rate of 1 cm 3 / s, up to 25,000 W at a maximum powder feed rate of 10 cm 3 / s. The above examples show that silicon obtained by the proposed method can either form a powder or film of pure silicon on the surface with which it does not chemically interact under the conditions of its production, or form chemical compounds with the surface material of the substrate, for example, silicon carbide with the substrate graphite, metal silicides with substrates of these metals, refractory, for example, titanium silicide with a titanium substrate. The fact that silicon obtained by the proposed method forms silicon carbide or metal silicides is a confirmation of its purity, since it is known that impurities, especially oxygen, interfere with the formation of these chemical compounds.

Claims

Формула изобретения Claim 1. Способ получения кремния, включающий измельчение исходного кремнийсодержащего соединения до высокодисперсного состояния с размерами отдельных частиц менее 1 мкм, инжектирование полученного порошка с газом-носителем в высокотемпературную струю плазмообразующих газов плазматрона, соединенного с реактором и помещенных в камеру в которой создают вакуум, обеспечение условий для испарения и распыления кремнийсодержащего соединения с образованием атомов чистого кремния и летучих продуктов реакции, путем регулирования скорости подачи порошка и мощности плазматрона, при этом чистый кремний конденсируется на стенках реактора и подложки, а летучие продукты удаляются с помощью вакуума.  1. A method of producing silicon, including grinding the original silicon-containing compound to a finely dispersed state with individual particle sizes less than 1 μm, injecting the obtained powder with a carrier gas into a high-temperature jet of plasma-forming gases of a plasmatron connected to a reactor and placed in a chamber in which a vacuum is created, providing conditions for evaporation and atomization of a silicon-containing compound with the formation of pure silicon atoms and volatile reaction products, by controlling the feed rate oroshka and power of the plasmatron, the pure silicon condenses on the walls of the reactor and the substrate, and the volatiles were removed by vacuum. 2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве газов-носителей и плазмообразующих газов используют аргон и водород, а в качестве кремнийсодержащих соединений двуокись кремния в виде искусственного кварца или природного кварцита.  2. The method according to claim 1, characterized in that argon and hydrogen are used as carrier gases and plasma forming gases, and silicon dioxide in the form of artificial quartz or natural quartzite is used as silicon-containing compounds. 3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что процесс ведут при температуре в реакторе свыше 3000°С, скорости подачи порошка в интервале от 1 до 10 см /сек и мощности плазматрона 700-25000 Вт.  3. The method according to claim 1, characterized in that the process is carried out at a temperature in the reactor above 3000 ° C, a powder feed rate in the range from 1 to 10 cm / s and a plasmatron power of 700-25000 watts. 4. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в реактор подают одновременно не менее двух параллельных или встречных или направленных под углом друг к другу струй плазмообразующих газов с порошком кремнийсодержащего соединения.  4. The method according to claim 1, characterized in that at least two jets of plasma-forming gases with a powder of a silicon-containing compound are supplied simultaneously to the reactor at least two parallel or oncoming or directed at an angle to each other. 5. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в плазматроне и реакторе создают вихревое движение кремнийсодержащего соединения.  5. The method according to claim 1, characterized in that in the plasmatron and the reactor create a vortex motion of a silicon-containing compound. 6. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в качестве подложки используют инертные к кремнию материал, а кремний осаждают в виде тонких слоев или пленок.  6. The method according to claim 1, characterized in that the substrate uses silicon inert material, and silicon is deposited in the form of thin layers or films.
PCT/RU2010/000057 2010-02-10 2010-02-10 Method for producing silicon Ceased WO2011099883A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2010/000057 WO2011099883A1 (en) 2010-02-10 2010-02-10 Method for producing silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2010/000057 WO2011099883A1 (en) 2010-02-10 2010-02-10 Method for producing silicon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011099883A1 true WO2011099883A1 (en) 2011-08-18

Family

ID=44367955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000057 Ceased WO2011099883A1 (en) 2010-02-10 2010-02-10 Method for producing silicon

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011099883A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111278769A (en) * 2018-07-25 2020-06-12 瓦克化学股份公司 Heat treatment of silicon particles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439410A (en) * 1981-10-20 1984-03-27 Skf Steel Engineering Aktiebolag Method of manufacturing silicon from powdered material containing silica
RU2342320C2 (en) * 2007-02-21 2008-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Method of obtaining polycrystalline silicon
RU2367599C2 (en) * 2006-11-10 2009-09-20 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Method for preparation of polycrystalline high-purity silicon and device thereof (versions)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4439410A (en) * 1981-10-20 1984-03-27 Skf Steel Engineering Aktiebolag Method of manufacturing silicon from powdered material containing silica
RU2367599C2 (en) * 2006-11-10 2009-09-20 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Method for preparation of polycrystalline high-purity silicon and device thereof (versions)
RU2342320C2 (en) * 2007-02-21 2008-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Method of obtaining polycrystalline silicon

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111278769A (en) * 2018-07-25 2020-06-12 瓦克化学股份公司 Heat treatment of silicon particles
CN111278769B (en) * 2018-07-25 2023-08-11 瓦克化学股份公司 Heat treatment of silicon particles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Nanofabrication by thermal plasma jets: From nanoparticles to low-dimensional nanomaterials
JP6752782B2 (en) Equipment and methods for plasma synthesis of graphite products containing graphene
JP5823375B2 (en) Plasma reactor and nanopowder synthesis process
Bardakhanov et al. Nanopowder production based on technology of solid raw substances evaporation by electron beam accelerator
EP1515798B1 (en) Process for preparing nanostructured materials of controlled surface chemistry
Yoshie et al. Novel method for C60 synthesis: A thermal plasma at atmospheric pressure
US20120027955A1 (en) Reactor and method for production of nanostructures
RU2455119C2 (en) Method to produce nanoparticles
RU2406592C2 (en) Method and device to produce nanopowders using transformer plasmatron
Li et al. Rapid preparation of aluminum nitride powders by using microwave plasma
KR101290659B1 (en) Preparation method of silicon oxide powder using thermal plasma, and the silicon oxide powder thereby
KR101092520B1 (en) Method for preparing indium-tin oxide nanopowder using thermal plasma
Yang et al. Fine Al 2 O 3 powder produced by radio-frequency plasma from aluminum dross
WO2016012365A1 (en) Process for modification of particles
Kim et al. Synthesis of nanocrystalline magnesium nitride (Mg3N2) powder using thermal plasma
KR101409160B1 (en) Manufacturing method of aluminum nitride nano powder
Li et al. Evolution of metal nitriding and hydriding reactions during ammonia plasma-assisted ball milling
WO2011099883A1 (en) Method for producing silicon
KR101558525B1 (en) The method for fabrication of silicone nano-particle by thermal plasma jet and the silicone nano-particle thereby
Sung et al. Two-stage plasma nitridation approach for rapidly synthesizing aluminum nitride powders
Qin et al. Synthesis of organic layer-coated copper nanoparticles in a dual-plasma process
KR101537216B1 (en) A making process of silicon powder Using Plasma Arc Discharge
Kakati et al. Study of a supersonic thermal plasma expansion process for synthesis of nanostructured TiO2
KR101395578B1 (en) Thermal plasma apparatus for manufacturing aluminum nitride powder
RU2414993C2 (en) Method of producing nanopowder using low-pressure transformer-type induction charge and device to this end

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10845875

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10845875

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1