一种颗粒硅表面氢原子的去除方法及装置

本发明涉及颗粒硅表面氢原子去除领域，具体而言，涉及一种颗粒硅表面氢原子的去除方法及装置。

背景技术：

1、目前高纯多晶硅的制备技术主要包括改良西门子法、流化床法等方法。改良西门子法为闭环式西门子法，利用金属硅粉末和hcl反应生成sihcl3后精馏提纯，之后通过h2还原沉积得到高纯多晶硅，改良西门子法目前占据最高的市场份额，但是该方法生产效率低、能耗高、固定投资高。流化床法一般使用sih4或sicl4作为硅源气、充入氢气作为载气，在500-700度经过化学气相沉积反应，在流化床内预先设置的硅粉上生长。随着反应的进行，在流化床底部不断排出长大的颗粒硅产品，同时生成少量约5％-15％的硅粉副产物。

2、流化床法设备结构简单、投资少、生产效率高，但是容易造成杂质污染使得产品纯度下降。由于颗粒硅比表面积大，生长过程中容易在其表面引入硅氢键，而将该类含氢的颗粒硅料用于拉制太阳能单晶棒时，颗粒硅在低压下熔化后，氢原子以气体形式从硅液中溢出，并在溢出过程中将硅液溅出至单晶炉中的石墨部件上，从而对炉内部件造成损坏，并且也会对硅晶体内部质量造成不良影响，这即所谓的“氢跳现象”。

3、目前行业主要采用高温加热(800℃以上)的方法除氢，这种方法处理时间长(达数个小时)、耗能大，并由此大幅增加了颗粒硅料的生产成本。颗粒硅料生产厂家为了节省这部分成本，只能选择放弃这种除氢方式，这导致目前在直拉单晶过程中仍然频繁产生氢跳现象。特别是在二次加料rcz和连续加料ccz的时候这种现象非常明显。基于以上问题，目前直拉单晶企业普遍把颗粒硅作为添加料使用，基本上将掺杂比例控制在30％以下，现下头部硅片厂的掺杂比例也只达到40％左右，影响颗粒硅料的大规模使用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种颗粒硅表面氢原子的去除方法，以解决常规方法去除颗粒硅表面氢原子处理时间长、耗能大、成本高以及去除效果一般的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种颗粒硅表面氢原子的去除方法，包括以下步骤：

3、s1：提供红外激光光源、工作台以及待去除表面氢原子的颗粒硅，所述颗粒硅铺设在所述工作台上，所述红外激光光源对准所述颗粒硅；

4、s2：打开所述红外激光光源后，控制所述红外激光光源射出的红外激光照射到所述颗粒硅上，所述红外激光的光强为100-300kw/m2，照射的时间为10-20分钟，照射结束后，完成颗粒硅表面氢原子的去除。

5、作为优选的方案，所述步骤s1中，所述颗粒硅通过堆叠的方式多层铺设在所述工作台上，且所述颗粒硅的铺设方式为从下到上依次递减。

6、作为优选的方案，所述步骤s2中，所述红外激光的光强为150-250kw/m2，照射的时间为12-18分钟。

7、作为优选的方案，所述步骤s2中，所述红外激光的光强为200kw/m2，照射的时间为15分钟。

8、作为优选的方案，所述步骤s2中，所述颗粒硅表面氢原子的去除率大于90％。

9、本发明要解决的另一个技术问题是，提供适用于上述方法的去除装置，以解决常规装置去颗粒硅表面氢原子效果差，成本高的问题。

10、为了解决上述问题，本发明提供了一种颗粒硅表面氢原子的去除装置，所述去除装置适用于所述的去除方法，所述去除装置包括红外激光光源以及工作台，所述工作台用于铺设颗粒硅，所述红外激光光源设置在所述工作台上方。

11、作为优选的方案，所述红外激光光源为一红外激光发生器。

12、本发明的一种颗粒硅表面氢原子的去除方法采用红外激光照射颗粒硅的除氢方法，通过红外激光产生的能量促使si—h键断裂，断裂后的h原子被结合成氢分子后扩散排出，而红外激光能量本身不足以破坏si-si键，即并不会破坏硅基体结构，从而能够选择性地除去颗粒硅表面的氢。此外，红外光能够透过硅材料，可确保将硅颗粒表面各个方向的硅氢键都照射并处理到。通过红外激光处理过程，能够在硅原料不需高温加热的情况下有选择性地移走氢原子，处理时间短、能耗低，相应能大幅降低处理成本，具有很强的应用前景。并且本发明的一种颗粒硅表面氢原子的去除方法能够有效缩短加热脱氢时间、节约能源；降低处理成本，加大颗粒硅的使用比例减少单晶拉制过程中的氢跳现象，提高硅晶体质量，降低单晶炉部件损耗率。

技术特征：

1.一种颗粒硅表面氢原子的去除方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的颗粒硅表面氢原子的去除方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述颗粒硅通过堆叠的方式多层铺设在所述工作台上，且所述颗粒硅的铺设方式为从下到上依次递减。

3.根据权利要求1所述的颗粒硅表面氢原子的去除方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述红外激光的光强为150-250kw/m2，照射的时间为12-18分钟。

4.根据权利要求1所述的颗粒硅表面氢原子的去除方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述红外激光的光强为200kw/m2，照射的时间为15分钟。

5.根据权利要求1所述的颗粒硅表面氢原子的去除方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述颗粒硅表面氢原子的去除率大于90％。

6.一种颗粒硅表面氢原子的去除装置，其特征在于：所述去除装置适用于权利要求1-5任一项所述的去除方法，所述去除装置包括红外激光光源以及工作台，所述工作台用于铺设颗粒硅，所述红外激光光源设置在所述工作台上方。

7.根据权利要求1所述的颗粒硅表面氢原子的去除装置，其特征在于：所述红外激光光源为一红外激光发生器。

技术总结
本发明提供了一种颗粒硅表面氢原子的去除方法，包括以下步骤：S1：提供红外激光光源、工作台以及待去除表面氢原子的颗粒硅，所述颗粒硅铺设在所述工作台上，所述红外激光光源对准所述颗粒硅；S2：打开所述红外激光光源后，控制所述红外激光光源射出的红外激光照射到所述颗粒硅上，所述红外激光的光强为100‑300kW/m2，照射的时间为10‑20分钟，照射结束后，完成颗粒硅表面氢原子的去除。本发明还包括了一种颗粒硅表面氢原子的去除装置。本发明提供了一种耗能低、成本低且去除效果好的颗粒硅表面氢原子的去除方法及装置。

技术研发人员：章金兵,胡动力,周小英
受保护的技术使用者：浙大宁波理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11