Silizium

Silizium in verschiedenen Reinheitsgraden wird für die Züchtung von Siliziumblöcken verwendet, die in einem Wafering genannten Prozess zu Wafern geschnitten werden. Für die Photovoltaik eignen sich kompositorisch reine polykristalline oder monokristalline Siliziumwafer. Für die Herstellung von Computerchips werden dislokationsfreie und extrem flache Einkristall-Siliziumwafer benötigt.

Herstellung von Siliziummetall

Metallurgisches Silizium wird kommerziell durch die Reaktion von hochreinem Siliziumdioxid mit Holz, Holzkohle und Kohle in einem Elektrolichtbogenofen unter Verwendung von Kohlenstoffelektroden hergestellt. Bei Temperaturen über 1900 °C (3.450 °F) reduziert Kohlenstoff Silizium zu Siliziummetall.

Weniger als 1 bis 2 % des metallurgischen Siliziums wird in hochreines Silizium für Elektronikanwendungen umgewandelt.

Herstellung von hochreinem Silizium

Trichlorsilan wird durch Umsetzung von wasserfreier Salzsäure (HCl) mit Siliziummetallpulver (Si) gewonnen. Die Reaktion findet entweder in einem Wirbelschichtreaktor (konventionelle Technik) oder in einem Graphitblockkonverter (neuere Technik) statt.

Salzsäure wird aus der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) gewonnen. Wasserfreie Salzsäure wird in der Regel durch das Durchleiten von Salzgas durch eine Trocknungskolonne mit mindestens 98-prozentiger Schwefelsäure hergestellt. Pulverförmiges metallurgisches Silizium wird mit wasserfreier Salzsäure (HCl) bei 300 °C (572 °F) in einem Wirbelschichtreaktor oder Graphitblockkonverter zu Trichlorsilan (SiHCl₃) umgesetzt.

Bei dieser Reaktion reagieren Verunreinigungen zu ihren Halogeniden (z. B. FeCl₃). SiHCl₃ hat einen niedrigen Siedepunkt und wird durch Destillation von den Verunreinigungen getrennt.

Schließlich wird das reine SiHCl₃ mit Wasserstoff bei 1100 °C innerhalb 200 bis 300 Stunden zu einer sehr reinen Form von Silizium umgesetzt. Die Reaktion findet in großen Vakuumkammern statt. Mit dem Siemens-Verfahren werden hochreine (10 N bis 11+ N) U-förmige Polysiliziumstäbe mit einem Durchmesser von 150 bis 200 mm hergestellt. Die Herstellung von Solarzellen erlaubt einen höheren Grad an Verunreinigungen als die Herstellung von integrierten Schaltungen.

Apparate und verfahrenstechnische Ausrüstung von GAB Neumann

Bei einigen Prozessen werden Graphitblöcke ähnlich der in Block-Wärmetauschern verwendeten Blöcke eingesetzt. Diese Graphitblöcke sind jedoch nicht mit Phenolharz imprägniert. Sie bestehen aus Rohgraphit. Diese Blöcke werden im Reaktor zu einem Stapel aufgeschichtet. Größe, Form und Anzahl der Blöcke können variieren. GAB Neumann produziert nicht imprägnierte Graphitblöcke für Hersteller von Reinstsilizium.

Bei der Herstellung von hochreinem Silizium werden große Mengen an Salzsäure verwendet und verarbeitet (Absorption, Desorption, Konzentration). GAB Neumann bietet Ringnut- und Blockkühler, Heizgeräte, Wärmeübertrager, Absorber, Verdampfern und Fraktionierkolonnen aus undurchlässigem Graphit für die Hersteller von pyrogener Kieselsäure. GAB Neumann bietet Herstellern von Reinstsilizium darüber hinaus Salzsäure-Rückgewinnungsanlagen und Erzeugungsanlagen für trockene Salzsäure an.

Zugehörige Produkte:

Graphit-Ringnut-Waermetauscher

Graphit-Ringnut-Hochleistung-Kondensatoren

Graphit-Ringnut-Partialkondensatoren

Graphit-Blockwärmetauscher

Isotherme Ringnut-Absorber

Kolonnen

Salzsäure-Rückgewinnung