高純度のシリコン（例えば、太陽光グレードまたは電子グレード）の生産には、高度な精製プロセスを通じて冶金グレードのシリコン（Mg-SI、〜98〜99％純度）を精製する必要があります。重要な方法は次のとおりです。
1. 水蓋精製（酸浸出）
プロセス：
粉砕されたMg-Siは、不純物（Fe、Al、CAなど）を溶解するために、酸の混合物（HCl、HF、またはHソン）で処理されます。
酸耐性反応器は、汚染を避けるために使用されます。
反応：
fe +2 hcl→fecl 2+ h2↑fe +2 hcl→fecl2+h2↑
結果：金属の不純物の約90％を除去し、純度を約99.9％に上げます。
2. 方向凝固
原理：不純物は、制御された冷却中に溶融相に集中します。
プロセス：
溶融シリコンは一端からゆっくりと冷却され、不純物が上部または端に移動するように強制します。
精製された中央セクションがカットされ、再利用されます。
効率：ホウ素（B）とリン（P）の不純物を100万分の1（ppm）レベルに低下させます。
3. 真空精製
プロセス：
溶融シリコンは、揮発性不純物を蒸発させるために真空下で加熱されます（例えば、al、ca、mg）。
揮発性酸化物（例えば、SIO）も形成され、逃げることがあります。
アプリケーション：光金属とガスの除去に効果的です。
4. ゾーン精製（フロートゾーンメソッド）
原理：局所的な溶融ゾーンはシリコンロッドを通り、不純物を運びます。
プロセス：
高純度の多結晶シリコンロッドは、無線周波数（RF）コイルを使用して加熱されます。
繰り返されるパスは、超純粋な単結晶シリコンを作成します。
純度： Achieves >99.9999％（半導体の場合は6n〜11n純度）。
5. シーメンスプロセス（化学蒸気堆積、CVD）
目的：太陽電池と電子機器用のポリシリコンを生産します。
ステップ：
塩素化：Mg-siはHClと反応してトリクロロジラン（SIHCL₃）を形成します。
si +3 hcl→sihcl 3+ h2si +3 hcl→sihcl3+h2
蒸留：Sihcl₃は、分数蒸留によって精製されます。
分解：高純度Sihcl₃は、加熱されたシリコンロッド（〜1,100度）で分解されます。
2SIHCL3→2SI +2 HCl+Cl22SIHCl3→2SI +2 HCl+Cl2
出力：Ultra-Pure Polysilicon（99.9999999％、9N）。
6. ElectroReFining
プロセス：
不純なシリコンは、溶融塩電解質のアノードとして使用されます（たとえば、cacl₂）。
電解によるカソードに純粋なシリコン堆積物。
アドバンテージ：ホウ素とリンの除去に効果的です。
7. スラグトリートメント
プロセス：溶融シリコンは、不純物を吸収するためにスラグ（例えば、cao-sio₂）と混合されています。
機構：不純物（例：b、p）は、化学的親和性のためにスラグ相に分割されます。
シリコン浄化における重要な課題：
ホウ素とリン除去：これらの要素は電気的にアクティブで、半導体性能を低下させます。
エネルギー強度：Siemensメソッドのようなプロセスには、かなりのエネルギーと費用のかかるインフラストラクチャが必要です。
コスト対純度トレードオフ：より高い純度（たとえば、電子グレード）は、指数関数的により多くのリソースを要求します。
純度レベルに基づくアプリケーション：
| 学年 | 純度 | アプリケーション |
|---|---|---|
| 冶金（MG-SI） | 98–99% | アルミニウム合金、シリコーン、化学物質 |
| ソーラーグレード（sog-si） | 99.9999% (6N) | 太陽光発電太陽電池 |
| 電子グレード（eg-si） | 99.9999999% (9N) | 半導体、マイクロチップ |
環境上の考慮事項：
酸浸出は、中和と安全な廃棄を必要とする有害廃棄物（例えば、HF）を生成します。
シーメンスプロセスは塩素副産物を生成し、閉ループリサイクルシステムを必要とします。
イノベーション：
流動化ベッドリアクター（FBR）：ソーラーグレードのシリコンのシーメンスプロセスに代わる低コストの代替。
アップグレードされた冶金シリコン（UMG-SI）：削減コストでの太陽アプリケーションの浸出、スラグ、および方向凝固を組み合わせます。
