高效液相外延生长提纯冶金硅的机理及强化机制研究

冶金法是一种新型的多晶硅制备技术，主要利用硅和杂质物理化学性质的差异，采用多步骤集成的方式去除杂质。其中定向凝固技术是去除金属杂质的重要手段，主要利用杂质在固液两相间的分凝效应达到提纯目的。但是受到固液界面杂质分配规律及杂质传质动力学的限制，一次定向凝固提纯效果不够，只能通过多次重复的方式提高多晶硅纯度，并且对分凝系数接近1的B、P等杂质无法去除。我们前期研究表明，在固态硅与含有第二组元的硅基合金熔体形成的固液界面处，杂质的分凝系数会明显降低，有利于提纯。本项目提出采用温度梯度区域熔炼法（TGZM）在Si-Al合金中生长初晶硅，在完成除杂的同时，整块分离初晶硅，解决合金凝固精炼中出现的初晶硅回收问题。探索了块体硅的结晶形核生长机制，明确了影响块体硅生长形貌及生长速率的各类因素，最后分析了杂质的分布情况及去除效率。同时研究了在Al-Si合金精炼工艺的基础上引入稳恒电流，利用电流带来的电迁移、焦耳热等多种效应对硅原子的作用，改变初晶的析出行为，加强杂质的分凝过程。为针对性去除冶金硅中的杂质提供理论基础。 2100433B

冶金法是一种新型的多晶硅制备技术，主要利用硅和杂质物理化学性质的差异，采用多步骤集成的方式去除杂质。其中定向凝固技术是去除金属杂质的重要手段，主要利用杂质在固液两相间的分凝效应达到提纯目的。但是受到固液界面杂质分配规律及杂质传质动力学的限制，一次定向凝固提纯效果不够，只能通过多次重复的方式提高多晶硅纯度，并且对分凝系数接近1的B、P等杂质无法去除。我们前期研究表明，在固态硅与含有第二组元的硅基合金熔体形成的固液界面处，杂质的分凝系数会明显降低，有利于提纯。因此本文提出液相外延生长提纯冶金硅的方法。使用硅基合金熔体作为冶金硅净化体系，通过合金介质增加杂质在固液两相中的热力学差异，降低杂质分凝系数，优化杂质的分离提纯过程；同时引入硅源，通过定向凝固调控晶体硅熔析生长，实现固液两相分离；在此基础上，引入电场强化手段，改善晶体生长可控性，强化杂质分凝去除。为针对性去除冶金硅中的杂质提供理论基础。

高效液相层析高压

液相色谱法以液体为流动相（称为载液），液体流经色谱柱，受到阻力较大，为了迅速地通过色谱柱，必须对载液施加高压。一般可达150～3.5万KPa。

高效液相层析高速

流动相在柱内的流速较经典色谱快得多，一般可达1～10ml/min。高效液相色谱法所需的分析时间较之经典液相色谱法少得多，一般少于 1h 。

高效液相层析高效

近来研究出许多新型固定相，使分离效率大大提高。

高效液相层析高灵敏度

高效液相色谱已广泛采用高灵敏度的检测器，进一步提高了分析的灵敏度。如荧光检测器灵敏度可达10-11g。另外，用样量小，一般几个微升。

高效液相层析适应范围宽

气相色谱法与高效液相色谱法的比较：气相色谱法虽具有分离能力好，灵敏度高，分析速度快，操作方便等优点，但是受技术条件的限制，沸点太高的物质或热稳定性差的物质都难于应用气相色谱法进行分析。而高效液相色谱法，只要求试样能制成溶液，而不需要气化，因此不受试样挥发性的限制。对于高沸点、热稳定性差、相对分子量大（大于 400 以上）的有机物（这些物质几乎占有机物总数的 75% ～ 80% ）原则上都可应用高效液相色谱法来进行分离、分析。 据统计，在已知化合物中，能用气相色谱分析的约占20%，而能用液相色谱分析的约占70～80%。

高效液相色谱按其固定相的性质可分为高效凝胶色谱、疏水性高效液相色谱、反相高效液相色谱、高效离子交换液相色谱、高效亲和液相色谱以及高效聚焦液相色谱等类型。用不同类型的高效液相色谱分离或分析各种化合物的原理基本上与相对应的普通液相层析的原理相似。其不同之处是高效液相色谱灵敏、快速、分辨率高、重复性好，且须在色谱仪中进行。

又名取向附生，它是指在一块单晶片上再生长一层单晶薄层,这个薄层在结构上要与原来的晶体(称为基片)相匹配。外延可分为同质外延和异质外延。像半导体材料的硅片再外延一层硅是属同质外延；如果在白宝石基片上外延硅，那就是异质外延了。

外延生长的方法，主要有气相外延和液相外延，也还有分子束外延等。外延生长在半导体材料研制方面应用很广，磁泡材料的发展也应用了外延方法。

气相外延 　材料在气相状况下沉积在单晶基片上，这种生长单晶薄膜的方法叫气相外延法，气相外延有开管和闭管两种方式，半导体制备中的硅外延和砷化镓外延，多半采用开管外延方式。

液相外延 　将用于外延的材料溶解在溶液中，使达到饱和，然后将单晶基片浸泡在这溶液中，再使溶液达到过饱和，这就导致材料不断地在基片上析出结晶。控制结晶层的厚度得到新的单晶薄膜。这样的工艺过程称为液相外延。这方法的优点是操作简单，生长温度较低，速率也较快，但在生长过程中很难控制杂质浓度的梯度等。半导体材料砷化镓的外延层，磁泡材料石榴石薄膜生长，多半用这种方法。