冶金硅熔析结晶分离B/P/金属等典型杂质技术基础

界面传质动力学控制与相间分配系数热力学限制是当前多晶硅制备过程的共性问题，尤其对于低浓度杂质B、P，现采用的化工冶金转化分离手段效率低、成本高。熔析结晶是高熔点材料低温高纯化的重要方法。针对冶金硅分离提纯过程"多相体系界面传质与分配系数瓶颈"的突出问题，本项目在对冶金硅中B/P/金属等典型关键杂质的赋存状态解析的基础上，通过硅－M（熔析介质）结晶分离试验考察杂质在熔析结晶提纯过程的演变、分离规律与净化效率；通过考察金属添加剂调控熔析介质特性和超重力外场辅助结晶过程，揭示冶金硅净化分离强化机理。获得杂质组分与硅相组分的界面分离动力学规律与杂质分配系数调变区间范围，建立冶金硅中典型杂质的选择性富集与选择性分离原理，掌握冶金硅中微量B、P杂质高效分离提纯的熔析结晶技术，提供解决硅材料中关键杂质的有效去除的添加剂与超重力场强化方法，为形成低温、高效短流程的冶金硅提纯技术奠定基础。

界面传质动力学控制与相间分配系数热力学限制是当前多晶硅制备过程的共性问题，尤其对于低浓度杂质B、P，现采用的化工冶金转化分离手段效率低、成本高。熔析结晶是高熔点材料低温高纯化的重要方法。针对冶金硅分离提纯过程“多相体系界面传质与分配系数瓶颈”的突出问题，本项目在对冶金硅中B/P/金属等典型关键杂质的赋存状态解析的基础上，通过硅－M（熔析介质）结晶分离试验考察获得了杂质在熔析结晶提纯过程的演变、分离规律与净化效率；根据冶金硅中杂质的物理赋存特征，系统研究了酸浸除杂的理论基础、添加剂以及混酸等复合浸出体系的强化作用，建立了具有普遍适用性的高效优质组合酸洗工艺。计算了熔析体系下杂质的分凝系数；研究了Sn-Si和Al-Si组合熔析体系对杂质的去除效果并重点探讨了杂质的去除机理；通过在熔析体系中添加金属Ti、Ca研究了其对B、P的强化去除效果以及杂质化学重构的过程；通过考察金属添加剂调控熔析介质特性和超重力外场辅助结晶过程，揭示了冶金硅净化分离强化机理。获得杂质组分与硅相组分的界面分离动力学规律与杂质分配系数调变区间范围，建立冶金硅中典型杂质的选择性富集与选择性分离原理，掌握冶金硅中微量B、P杂质高效分离提纯的熔析结晶技术，提供解决硅材料中关键杂质的有效去除的添加剂与超重力场强化方法，为形成低温、高效短流程的冶金硅提纯技术奠定基础。上述研究结果已在MMTB、IEC&R、S&P Tech.等领域权威期刊发表SCI论文6篇，EI论文3篇，核心期刊论文3篇，国际会议论文2篇。已投稿SCI论文3篇，EI论文2篇。申请发明专利7项，授权1项。培养硕士研究生7人、博士后1人。在本项目工作基础上，申请人将进一步探索复杂相组成、结构定量调控的理论和方法，揭示多元组分在精炼多相界面迁移和分配规律，建立新型晶体生长过程合金组元偏析机制和强化方法。