UMG-Si制备过程中加压湿法冶金高效除杂机理研究

冶金级硅(MG-Si)和超冶金级硅(UMG-Si)是制备太阳能级硅(SOG-Si)、电子级硅等硅材料的重要原料。以冶金级硅为原料除杂提纯获取超冶金级硅是制备太阳能级硅的重要中间环节。本项目以冶金级硅为研究对象，采用加压湿法冶金新技术，通过控制热力学和动力学条件，以达到高效去除冶金级硅中金属杂质以及杂质硼制备UMG-Si的目的。采用SEM、ICP-AES等现代分析检测手段，研究冶金级硅中杂质分布特征和规律。通过热力学分析、系统及优化实验，考察冶金级硅采用加压湿法冶金方法制备UMG-Si过程中技术参数对杂质去除效率的影响，优化参数。研究压力场下各因素及多元反应动力学参数对冶金级硅湿法提纯的影响，揭示压力场下金属杂质以及杂质硼反应过程的限制性环节、杂质去除的反应机理，并建立杂质去除的动力学模型。形成冶金级硅压力场下湿法除杂制备超冶金级硅的基础理论体系和技术，为冶金法制备太阳能级硅提供理论指导。

以冶金级硅为研究对象，采用SEM、ICP-AES等现代分析检测手段，研究冶金级硅中杂质分布特征和规律。利用现有基础热力学数据库、计算模型和绘图软件计算并绘制冶金级硅中金属杂质及非金属杂质硼的φ－pH图。通过热力学分析、系统及优化实验，考察冶金级硅采用加压湿法冶金方法制备UMG-Si过程中的技术参数对杂质去除效率的影响，优化技术参数。研究压力场下各因素及多元反应动力学技术参数对冶金级硅加压湿法提纯的影响规律，揭示压力场下金属杂质反应过程的限制性环节，利用SPSS软件建立金属杂质去除的动力学模型。研究压力场下各因素对加压湿法去除杂质B的影响规律。通过采用加压湿法冶金新技术，通过控制热力学和动力学条件，已达到高效去除冶金级硅中金属杂质以及杂质硼制备UMG-Si的目的。基于第一性原理，利用Materials studio 软件模拟计算冶金级硅中主要金属杂质对杂质B的相互作用，并模拟计算湿法除硼分子动力学，在原子尺度上解释湿法除硼本质及反应机理。在项目资助下在国内外核心刊物上共发表13篇文章，其中3篇SCI收录，3篇EI收录，授权专利3项。培养硕士研究生毕业4人，协助培养博士研究生毕业2人，培养硕士研究生在读4人，协助培养博士研究生在读1人。1人次参加高水平国际学术会议。邀请日本专家来华交流2次。