一种重掺半导体废料的物理回收方法 【技术领域】
本发明涉及一种半导体废料的回收利用方法，特别是涉及一种重掺半导体废料的物理回收方法。
技术背景
现在随着太阳能电池的应用越来越广泛，用于制作太阳能电池的材料硅的需求量越来越大，半导体废料的回收越来越多，如何利用半导体废料越来越重要。但重掺半导体材料由于里面含有硼等杂质，目前还不能直接用于制作太阳能电池。虽然现在也有一些其它技术回收半导体材料，如中国专利局于2007.06.27公开的专利申请号200620103374.7发明名称《一种清除废硅片杂质的喷砂设备》发明技术，但该项发明技术只能对硅废料的表面杂质进行清理，无法将里面的“重掺”杂质分离出来。现在对重掺半导体废料的回收主要还是采用化学方法进行处理，但化学方法污染环境、能耗高、工艺复杂。因此，现在急需一种工艺简单、能耗低、对环境污染小的回收利用方法。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种效率高、工艺简单、成本低的重掺半导体废料的物理回收方法。
为此，本发明提供了一种重掺半导体废料的物理回收方法，所述方法是利用重掺半导体废料中硅与其中杂质的熔点和沸点的不同以及在不同压力、不同温度下蒸气压的不同，通过对重掺半导体废料进行蒸馏，将硅与其中的杂质进行分离，从而降低产品中杂质的含量，提高硅的纯度，使重掺半导体得到回收利用的方法。将重掺半导体废料放置在真空蒸馏装置的加热器里，通过在不同温度下进行加热的方式使重掺半导体废料中的硅或杂质分别处于气体蒸发状态，然后冷凝，从而将杂质与硅进行分离。为了更加有效地将硅与其中的杂质进行分离，通常采用蒸馏是精馏，因为精馏的分离效果更好，可以将沸点差别相差不大的杂质也非常完全地与硅进行分离。
在本发明提供的另一种重掺半导体废料的物理回收方法中，所述蒸馏是在真空状态下进行的。因为硅在高温特别是气态状态下容易与氧气进行反应，为了防止硅的氧化通常蒸馏或精馏都是在真空状态下进行的。同样，蒸馏也可以在是在惰性气体里进行的。所述惰性气体是氩气，当然在有些情况下也可以是氮气。采用何种条件主要取决于分离何种杂质。如分离磷等低沸点杂质时，硅处于残留物中不会变成蒸汽，在这种情况下采用氮气保护就可以了；但如果杂质是硼就必须是在真空状态下进行，一方面是为了降低硅蒸发的温度，另一方面也是为了防止硅的氧化。
在本发明提供的另一种重掺半导体废料的物理回收方法中，所述蒸馏是分步进行的，在低于硅的沸点或高于硅的沸点或等于硅的沸点的不同温度下进行，以除去不同的杂质。所述蒸馏是在温度低于硅的沸点下进行蒸馏，低沸点的杂质在馏出物中，硅及高沸点的杂质留在残留物中。这样得到的残留物中已基本除去低沸点的杂质，将所述残留物再次蒸馏，所述蒸馏是在温度高于硅的沸点下进行蒸馏，硅蒸发后冷凝成产品，沸点高于硅的杂质留在残留物中。同样，也可以先进行高温蒸馏，将硅及沸点先进行蒸馏与高沸点杂质进行分离，然后硅再与低沸点杂质分离，具体采用何种顺序要根据不同重掺半导体废料中的杂质种类或含量而定。当然也可以在同一个精馏塔中进行除去高沸点杂质和低沸点杂质，取中间的馏分物质。但是这样的操作从工艺上和设备上难度增加。
本发明提供的另一种重掺半导体废料的物理回收方法中，由于硅产品地纯度要求非常高，所以所述蒸馏或精馏是多次的，每蒸馏或精馏一次降低一次重掺半导体废料中的杂质，提高一次硅的纯度，通过多次蒸馏或精馏不断地提高硅的纯度，一直到能满足太阳能电池或其它半导体产品的质量要求为止。
本发明提供的另一种重掺半导体废料的物理回收方法中，虽然重掺半导体废料本身的纯度是非常高的，因为本来重掺半导体就是合格的半导体材料。但是，在回收过程中会受到各种污染，带来其它杂质等等，采用蒸馏回收可以降低其中的杂质含量，但对于有些与硅沸点或蒸气压比较接近的杂质，如果采用蒸馏就需要进行多次，如铁。但如果采用定向凝固方法就非常容易处理，如铁由于分凝系数非常小，所以采用定向凝固方法就非常容易从硅中分离，所以在有些情况下首先将重掺半导体废料经过定向凝固法提纯处理。根据具体的情况，有时将所述硅冷凝产品再采取定向凝固法除去其中的残留杂质。如将定向凝固法、区域熔炼技术与本发明进行联合，利用定向凝固、区域熔炼技术除去其中的金属杂质，利用本发明除去磷、硼杂质，充分发挥各自优势，可以降低成本提高产品质量。
本发明提供的重掺半导体废料的物理回收方法与现有方法相比具有以下优点：
1.无污染：由于分馏是物理分离方法，没有进行化学反应，所以无污染；
2.能耗低：由于是在真空中直接进行蒸发，所以能耗少；
3.成本低：减少了化学药品的使用，降低了生产成本。
下面通过附图描述本发明的实施例，可以更清楚地理解本发明的构思、方法。
【附图说明】
附图1是本发明提供的一种重掺半导体废料的物理回收方法的一个除去杂质硼的实施例示意图。
【具体实施方式】
参照附图1，附图1是本发明提供的一种重掺半导体废料的物理回收方法的一个除去杂质硼的实施例示意图：在真空罐1里的下面安装了加热器2，在加热器2的上面是坩埚4，重掺硅废料3放置在坩埚4里，冷凝器6上面放置硅冷凝容器5。真空泵通过真空抽出口7与真空罐1相连。当为了去除重掺半导体硅里的高沸点杂质硼时，将重掺硅废料3放置在坩埚4里，在真空状态下加热器2加热后，将温度控制在高于此压力下的硅的沸点而低于此压力下硼的沸点，此时重掺硅废料3里面的硅蒸发变成硅蒸汽，进入到硅冷凝容器5里，通过与冷凝器6进行热交换降低了温度，硅蒸汽在硅冷凝容器5里面冷凝成液体，最后成固体状态从真空罐中取出。达到将重掺废料中的硅与硼杂质分离，从而提纯硅的回收重掺半导体废料的目的。
上面所述实施例是对本发明进行说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思、方法和范围，都记载在本发明的权利要求书中。