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실리콘 결정의 산 세척정제

전문가 제언: ○ 실리콘(Si)의 영문표기 “silicon”은 규소를 뜻하고 실리콘 “silicone"표기는 (Si-O)n을 주사슬로 하는 규소중합체 화합물을 총칭하는 표현이다. 규소는 규석(SiO2)과 규산염(xM12O?ySiO2)의 형태로 지구 및 우주공간에 대량 존재한다. 규석과 코크스(C)를 아크로에 넣어 1600~1800℃로 가열하면 규석이 환원되어 공업용 규소가 얻어진다.

○ 고업용 규소는 불순물을 많이 포함하고 있다. 공업용 규소를 염화수소가스에서 380℃로 가열해서 35~37℃에서 분별증류하면 트리클로로실란(SiHCl3)이 얻어진다. SiHCl3을 수소로 환원하면 다결정실리콘(Si)이 생성한다. 다결정실리콘은 부분적으로 결정의 규칙성을 가지고 있다. 단결정과 비정질의 중간에 속하는 결정체이다.

○ 규소는 게르마늄(Ge)에 비하여 융점이 높고 용융상태에서는 화학적으로 매우 활성이라는 점에서 그 정제에는 고도의 기술을 필요로 한다. 규소정제에는 규석에서 만들어진 금속조제품을 정제하기 쉬운 형태의 화합물로 만들어 고순도 화합물을 열분해 또는 환원법에 의하여 다결정 규소를 제조한다.

○ 현재 공업화되어 있는 주요한 다결정규소 제조법을 보면 원료실리콘→조제실리콘→화합물실리콘→환원 또는 열분해→다결정실리콘의 순서로 이어진다. 환원에는 금속(주로 아연)과 수소가 사용된다. 열분해와 환원공정에서 실란이 원료물질로 사용될 때에는 1000℃의 온도에서 감압하여 다결정규소를 만든다.

○ 정제공정에서 적당한 단계에 물리적인 정제방법도 병행한다. 주로 사용하는 방법은 편석, 냉각, 대용융법 등이 있다. 원리적으로는 비슷하다. 특허에서 공업용 실리콘을 20여 단계를 거쳐 정제하는 내용을 담고 있다. 기존의 방법과 별 차이는 발견되지 않는다. GT-Solar제품 태양전지용 규소제조 반응로(GT-DSS240 furnace)를 소개하는 것으로 본다.

저자: chen, jian J. et al.
자료유형: 특허정보