DE112009001931T5

DE112009001931T5 - Verfahren zur Reinigung eines Materials, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als Hauptkomponente enthält

Info

Publication number: DE112009001931T5
Application number: DE112009001931T
Authority: DE
Inventors: Kunio Saegusa; Hiroshi Tabuchi; Tomohiro MEGUMI
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2012-09-27
Also published as: TW201016602A; NO20110346A1; CA2733647A1; CN102119122A; US20110167961A1; JP2010275174A; WO2010018815A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die effiziente Gewinnung eines gereinigten Materials aus einem Material, das ein Halbmetallelement, wie Silicium, oder ein Metallelement als Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, Das Verfahren zur Reinigung eines Materials umfasst das Inkontaktbringen von einem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, mit einer Verbindung der folgenden Formel (1): AlX3 (1)worin X für ein Halogenatom steht; zum Entfernen des Fremdstoffs aus dem Material.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Materials, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält.
Technischer Hintergrund
Wenn Silicium in einem geschmolzenen Zustand mit Silicumtetrachloridgas in Kontakt gebracht wird, wird das Silicium chloriert und in den gasförmigen Zustand überführt. Es existieren Siliciumreinigungsverfahren, wobei das Siliciumchloridgas zurückgewonnen wird und das zurückgewonnene Gas gekühlt wird, um einen Teil des Gases als Silicium hoher Reinheit abzuscheiden (siehe Patentdokument 1).
Es wurde auch versucht, einen Fremdstoff aus Silicium durch Inkontaktbringen von Siliciumtetrachloridgas oder Chlorwasserstoffsäure mit geschmolzenem Silicium zu entfernen (siehe Patentdokumente 2–4).
Verweisliste
Patentliteratur

[Patentdokument 1]: ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung SHO 60-103016
[Patentdokument 2]: ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung SHO 63-103811
[Patentdokument 3]: ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung SHO 64-69507
[Patentdokument 4]: ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung SHO 64-76907

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch erfolgt das in Patentdokument 1 offenbarte Siliciumreinigungsverfahren derart, dass das Silicium als Ausgangsmaterial geschmolzen wird, dann Siliciumtetrachloridgas in das geschmolzene Silicium geblasen wird, das Silicium chloriert und in den gasförmigen Zustand überführt wird und das in den gasförmigen Zustand überführte Silicium zurückgewonnen und gekühlt wird, und daher ist die Reinigungsverfahrensweise hoch komplex. Ferner tritt, da das schließlich erhaltene Silicium der in den gasförmigen Zustand überführte Siliciumteil von dem geschmolzenen Silicium und der Teil des in den gasförmigen Zustand überführten Siliciums, der zu dem durch Kühlen abgeschiedenen Silicium wird, ist, das Problem einer geringen Ausbeute an gereinigtem Silicium auf.
Ferner führte die Verwendung von Siliciumtetrachloridgas oder Chlorwasserstoffsäure in der Siliciumreinigungsstufe zur Vergasung des zu reinigenden Siliciums und es war daher schwierig, gereinigtes Silicium effizient zu erhalten. Es wurde auch nach einem neuen Reinigungsverfahren für andere Halbmetallelemente oder Metallelemente als Silicium gesucht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die effiziente Gewinnung eines gereinigten Materials aus einem Material, das ein Halbmetallelement, wie Silicum, oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält und auch Fremdstoffe enthält.
Lösung des Problems
Das Verfahren zur Reinigung eines Materials gemäß der Erfindung umfasst eine Stufe, die das Inkontaktbringen von einem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, mit einer Verbindung der folgenden Formel (1): AlX₃ (1) worin X für ein Halogenatom steht;
zum Entfernen des Fremdstoffs aus dem Material umfasst.
Gemäß dem Verfahren zur Reinigung eines Materials gemäß der Erfindung wird ein Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, mit einer Verbindung der obigen Formel (1) in Kontakt gebracht, und dies ermöglicht eine effiziente Reinigung des Materials.
Vorzugsweise enthält das Material Silicium, Germanium, Kupfer oder Nickel als die Hauptkomponente und noch besser enthält das Material Silicium als die Hauptkomponente.
Wenn Silicium die Hauptkomponente ist, ist der Fremdstoff in dem Material vorzugsweise ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Germanium, Eisen, Bor, Zink, Kupfer, Nickel und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst.
Wenn die Hauptkomponente des Materials Germanium ist, ist der Fremdstoff vorzugsweise ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Eisen, Bor, Cobalt, Zink, Kupfer, Nickel und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst.
Wenn die Hauptkomponente des Materials Kupfer ist, ist der Fremdstoff vorzugsweise ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Bor, Zink, Nickel und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst.
Wenn die Hauptkomponente des Materials Nickel ist, ist der Fremdstoff vorzugsweise ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Kupfer, Bor, Zink und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst.
Vorzugsweise liegt das Material auch in einem geschmolzenen Zustand vor.
Wenn das Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, in einem geschmolzenen Zustand vorliegt, kann die Verbindung AlX₃ der obigen Formel (1) in ein Schmelzebad des Materials eingeführt werden, die Effizienz des Kontakts zwischen dem Fremdstoff und AlX₃ erhöht werden und eine Reaktion zwischen dem Fremdstoff und AlX₃ effizient erreicht werden. Dies kann Fremdstoffe in dem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, effizient verringern.
Vorzugsweise ist das Material ein Pulver, d. h. ein festes Pulver. Wenn das Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, ein Pulver ist, kann die Kontaktfläche zwischen dem Material und der Verbindung AlX₃ der obigen Formel (1) erhöht werden, mit anderen Worten die Effizienz des Kontakts zwischen einem Fremdstoff und AlX₃ erhöht werden und eine Reaktion zwischen dem Fremdstoff und AlX₃ effizient erreicht werden. Dies kann einen Fremdstoff in dem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, effizient verringern.
Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße des Pulvers 100 µm bis 5 mm und noch besser beträgt sie 0,5 mm bis 1 mm. Wenn die Teilchengröße weniger als 100 µm beträgt, wird die Handhabung schwierig und dies ist daher unerwünscht. Wenn die Teilchengröße 5 mm übersteigt, nimmt die spezifische Oberfläche ab, die Kontaktfläche zwischen der Verbindung AlX₃ der obigen Formel (1) und dem Material ab und die Reaktion schreitet nur unter Schwierigkeiten fort und dies ist daher unerwünscht.
Das Material enthält vorzugsweise Silicium zu 97 Masse-% oder mehr und stärker bevorzugt enthält das Material Silicium zu 99 Masse-% bis 99,99 Masse-%. Ein derartiges Material wird üblicherweise als Silicium metallurgischer Qualität bezeichnet und gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Fremdstoff aus einem derartigen Material effizient entfernt werden.
Wenn die Hauptkomponente des Materials beispielsweise Silicium ist, beträgt die Temperatur des Materials vorzugsweise 600°C oder mehr und weniger als 2000°C und noch besser 1420°C oder mehr und weniger als 2000°C. Wenn sie unter 600°C liegt, wird ein Entfernen des Fremdstoffs aus dem Silicium schwierig und dies ist daher unerwünscht. Der Schmelzpunkt von Silicium beträgt etwa 1410°C, und wenn die Temperatur des Materials mindestens 1420°C beträgt, liegt das Material in einem geschmolzenen Zustand vor. Wenn die Temperatur über 2000°C liegt, tritt aufgrund des Vergasens von Silicium ein Verlust in dem zu reinigenden Silicium auf, und dies ist daher unerwünscht.
Vorzugsweise ist die Verbindung AlX₃ der obigen Formel (1) ein Gas. Wenn AlX₃ ein Gas ist, ist es möglich, eine geeignete Reaktion mit dem Fremdstoff in dem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, zu erreichen.
Vorzugsweise liegt die gasförmige Verbindung AlX₃ der Formel (1) in einem Gasgemisch mit einem Inertgas vor. Wenn AlX₃ allein vorliegt, verbleibt eine größere Menge an nicht umgesetztem AlX₃ während der Reaktion zwischen dem AlX₃ und dem Fremdstoff in dem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, und wird, ohne in der Reaktion verwendet zu werden, aus dem System ausgetragen, und dies ist daher unerwünscht. Das Vorliegen von AlX₃ in einem Gasgemisch mit einem Inertgas ermöglicht eine geeignete Verdünnung des AlX₃, um die Menge an nicht umgesetztem AlX₃ zu steuern. Das heißt, dass die Menge von während der Reaktion zugeführtem AlX₃ verringert werden kann und eine Kostenverringerung für das Reaktionsverfahren erreicht werden kann. Vorzugsweise ist das Inertgas eines, das aus der Gruppe von Argon, Stickstoff und Helium ausgewählt ist, oder ein Gasgemisch, das zwei oder mehrere hiervon umfasst.
Vorzugsweise ist die Verbindung AlX₃ der obigen Formel (1) AlCl₃. Wenn AlCl₃ mit einem Fremdstoff M' in dem Material reagiert, wird es zu den Subhalogeniden AlCl₂ und AlCl reduziert. Wenn M' ein Element ist, das zweiwertige und einwertige Formen annimmt, sind M'Cl₂, M'Cl und dgl., die gebildete Chloride des Fremdstoffs M' sind, stabile chemische Spezies und ihre physikalischen Eigenschaften, wie Schmelzpunkt und Siedepunkt, sind deutlich verschieden von denen der Hauptkomponente M, sodass sie daher von dem Halbmetallelement M oder dem Metallelement M als der Hauptkomponente leicht abgetrennt und entfernt werden können. Dies ermöglicht eine Reinigung des Materials, das das Halbmetallelement M oder das Metallelement M als die Hauptkomponente enthält. Da AlCl₃ kaum eine Chlorierung und Vergasung des zu reinigenden Halbmetallelements M oder Metallelements M ermöglicht, kann das gereinigte Halbmetallelement M oder Metallelement M effizient erhalten werden.
Vorzugsweise ist die Verbindung der obigen Formel (1) AlCl₃, und vorzugsweise beträgt die Konzentration des AlCl₃ in dem Gasgemisch 10 Vol.-% oder mehr und nicht mehr als 40 Vol.-%. Wenn die Konzentration weniger als 10 Vol.-% beträgt, erfolgt fast keine Reaktion zwischen dem Fremdstoff und AlCl₃ in dem Material und dies ist daher unerwünscht. Wenn die Konzentration 40 Vol.-% übersteigt, besteht die Tendenz, dass ein Teil des AlCl₃ aus dem Reaktionssystem ausgetragen wird, ohne an der Reaktion teilzunehmen, und die Reaktion nicht effizient stattfindet, und dies ist daher unerwünscht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus einem Material, das ein Halbmetallelement, wie Silicium, oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, effizient ein gereinigtes Material erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Beziehung zwischen Temperatur und Gibbsscher freier Reaktionsenthalpie für jedes Element.
2 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung von 1.
3 zeigt ein Beispiel für eine Reinigungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Reinigung eines Materials.
4 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Reinigungsvorrichtung von 3.
Beschreibung von Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung für die Zeichnungen sind gleiche Bezugszahlen an einem gleichen oder entsprechenden Element angebracht und überlappende Beschreibungen sind weggelassen. Ferner stimmen Dimensionsverhältnisse in den einzelnen Zeichnungen nicht zwangsläufig mit den tatsächlichen Dimensionsverhältnissen überein.
Durch die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung eines Materials, wobei das Verfahren das Inkontakbringen eines Materials, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, mit einer Verbindung der folgenden Formel (1) umfasst: AlX₃ (1)
Hierbei steht X für ein Halogenatom.
Zunächst werden das zu reinigende Material und die für die Reinigung des Materials verwendete Verbindung erklärt.
Die Hauptkomponente des zu reinigenden Materials ist ein Halbmetallelement oder ein Metallelement. Ein Halbmetallelement oder Halbmetall ist ein Element, das als Nichtmetallelement klassifiziert wird, jedoch die Tendenzen eines Metallelements zeigt.
Halbmetallelemente umfassen Silicium, Germanium, Bor, Arsen, Antimon und Selen. Metallelemente umfassen Kupfer, Nickel, Tantal und Wolfram.
Die Hauptkomponente ist nicht speziell beschränkt, sofern sie ein Halbmetallelement oder ein Metallelement ist, doch ist sie vorzugsweise Silicium, Germanium, Kupfer oder Nickel und insbesondere Silicium, das einen hohen praktischen Nutzwert als ein in Solarzellen und dgl. verwendetes Material aufweist. In der vorliegenden Erfindung bedeutet die Hauptkomponente des zu reinigenden Materials eine Komponente von mindestens 90 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Materials.
Die zur Reinigung des Materials verwendete Verbindung ist eine Verbindung der allgemeinen Formel AlX₃. X steht für ein Halogenatom. Die Halogenatome umfassen Fluor, Chlor, Brom und Iod. AlX₃ steht vorzugsweise für AlF₃ oder AlCl₃, die eine niedrige Toxizität aufweisen, und unter dem Gesichtspunkt einer guten Verfügbarkeit und Stabilität des gebildeten Halogenids steht es vorzugsweise für AlCl₃, wobei X Cl ist. AlCl₃ muss ferner ein Anhydrid sein.
Vorzugsweise ist die Reinheit des AlX₃ möglichst hoch, wobei sie 99,9 Masse-% oder mehr beträgt, und noch besser beträgt sie 99,99 Masse-% oder mehr. Auch enthält AlX₃ vorzugsweise keinen Fremdstoff, der bei der Reaktionstemperatur den gleichen Gleichgewichtsgasdruck wie AlX₃ zeigt. Insbesondere weist AlX₃ vorzugsweise wenige Elemente wie B oder P auf.
Der Fremdstoff, der aus dem Material durch Inkontaktbringen des im vorhergehenden angegebenen, zu reinigenden Materials mit AlX₃ entfernt werden kann, wird nun erklärt.
Das Inkontaktbringen des Materials, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, mit der Verbindung der Formel (1) ergibt die Reaktion der im folgenden angegebenen chemischen Gleichungen (2) und (3). M(p) + AlX₃ ↔ MX_p + AlX_m (2) M'(q) + AlX₃ ↔ M'X_q + AlX_m (3)
In der chemischen Gleichung (2) steht M für das Halbmetallelement oder Metallelement als die Hauptkomponente des Materials und p für die Wertigkeit der Hauptkomponente M. In der chemischen Gleichung (3) steht M' für ein Fremdstoffelement in dem Material und q für die Wertigkeit des Fremdstoffs. X steht für ein Halogenatom und m beträgt 2 oder 1, was die Wertigkeit von Al nach der Reduktion darstellt.
Wenn der Fremdstoff M' ein Metall ist, variiert die Wertigkeit q des Fremdstoffelements in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur und der Metallart. Alkalimetalle, wie Lithium oder Natrium, weisen einen Wert von q = 1 auf, Elemente der Gruppe 2 und Erdalkalimetalle, wie Magnesium und Calcium, sowie Vanadium und Zink weisen einen Wert von q = 2 auf, Zirconium weist einen Wert von q = 4 auf, Titan weist Werte von q = 3 und 4 auf und Aluminium, Blei, Zinn, Mangan, Eisen, Nickel, Chrom, Gallium, Indium, Kupfer, Titan und Seltenerdmetalle weisen mehrere Werte von q = 1–3 auf. Wenn der Fremdstoff M' ein Halbmetallelement ist, weisen Silicium und Germanium Werte von q = 1–3 auf. Bor wird ebenfalls durch eine ähnliche Reaktion ein Chlorid. Bor weist einen Wert von q = 3 auf.
Die Gibbssche freie Enthalpie in der Gleichgewichtsreaktion der chemischen Gleichung (2) ist als ΔG_M angegeben und die Gibbssche freie Enthalpie in der Gleichgewichtsreaktion der chemischen Gleichung (3) ist als ΔG_M' angegeben. Die für die Gibbssche freie Enthalpie verwendeten Einheiten sind kJ/mol. Wenn die Werte von ΔG_M und ΔG_M' in den zwei Gleichgewichtsreaktionen verglichen werden, zeigt sich, dass die Reaktion mit einem niedrigeren Wert leichter in die Richtung nach rechts verläuft. Wenn ΔG_M' geringer als 0 ist, erfolgt die Reaktion der chemischen Gleichung (3) spontan und dies ist daher bevorzugt. Daher können die Bedingungen, die ein effizientes Entfernen des Fremdstoffs M' von der Hauptkomponente M ermöglichen, grob in die folgenden vier Bedingungen in Bezug auf (ΔG_M – ΔG_M') und ΔG_M' eingeteilt werden.
Bedingung (A): Die im folgenden angegebene Ungleichung (4) und die im folgenden angegebene Ungleichung (5) sind erfüllt.
Bedingung (B): Die im folgenden angegebene Ungleichung (6) und die im folgenden angegebene Ungleichung (5) sind erfüllt.
Bedingung (C): Die im folgenden angegebene Ungleichung (4) und die im folgenden angegebene Ungleichung (7) sind erfüllt.
Bedingung (D): Die im folgenden angegebene Ungleichung (6) und die im folgenden angegebene Ungleichung (7) sind erfüllt. ΔG_M' – ΔG_M < 0 (4) ΔG_M' < 0 (5) 0 < ΔG_M' – ΔG_M ≤ 100 (6) 0 ≤ ΔG_M' ≤ 50 (7)
Die einzelnen Bedingungen werden nun erklärt.
Bedingung (A)
Wenn die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' in einer Kombination vorliegen, die die Bedingung (A), d. h. die obigen Ungleichungen (4) und (5), erfüllt, ist es möglich, den Fremdstoff M' aus dem Material, das M als die Hauptkomponente enthält, effizient zu entfernen und das Material zu reinigen.
Insbesondere wird, wenn AlX₃ der obigen Formel (1) mit dem Material, das das Halbmetallelement M oder das Metallelement M als die Hauptkomponente und den Fremdstoff M' enthält, in Kontakt gebracht wird, durch die Reaktion der chemischen Gleichung (2) das dreiwertiges Al aufweisende AlX₃ zu zweiwertiges Al aufweisendem AlX₂ und einwertiges Al aufweisendem AlX, die durch AlX_m dargestellt werden, reduziert, während die Hauptkomponente M zu MX oxidiert wird, und durch die Reaktion der chemischen Gleichung (3) der Fremdstoff M' zu M'X_q oxidiert. Da die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' in einer Kombination vorliegen, die die Ungleichung (4) erfüllt, besteht die Tendenz, dass der Anteil des M'X_q-Produkts, bezogen auf den Reaktionsteilnehmer M', größer ist als der Anteil des MX_p-Produkts, bezogen auf den Reaktionsteilnehmer M. Anders ausgedrückt bildet die Hauptkomponente M die Halogenide MX_p mit größeren Schwierigkeiten als der Fremdstoff M', und daher besteht die Tendenz, dass die nicht umgesetzte Substanz M verbleibt. Ferner besteht, da die Ungleichung (5) erfüllt ist, die Tendenz, dass die Reaktion zur rechten Seite der chemischen Gleichung (3) spontan erfolgt.
Da die physikalischen Eigenschaften wie der Schmelzpunkt und der Siedepunkt von gebildetem M'X_q, MX_p, AlX_m und nicht umgesetztem AlX₃ von den physikalischen Eigenschaften der Hauptkomponente M deutlich verschieden sind, ist es möglich, M'X_q, MX_p, AlX_m und AlX₃ von dem Material, das M als die Hauptkomponente enthält, leicht abzutrennen und zu entfernen. Ferner weisen M'X_q und AlX_m, die die Hauptprodukte sind, eine geringe Reaktivität gegenüber dem Hauptkomponentenelement M auf, und das Halbmetallelement M oder das Metallelement M, die zu reinigen sind, werden durch AlX₃, M'X_q und AlX_m nicht ohne weiteres halogeniert. Dies ermöglicht eine Reinigung des Materials, das das Halbmetallement M oder das Metallelement M als die Hauptkomponente enthält. Das heißt, dass es möglich ist, den Fremdstoff M' von dem Halbmetallelement M oder dem Metallelement M als der Hauptkomponente effizient zu entfernen und das Halbmetallelement M oder das Metallelement M mit hoher Reinheit zu erhalten, ohne eine komplexe Verfahrensweise wie eine wiederholte Reduktion zu verwenden.
Bedingung (B)
sAuch wenn die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' die Bedingung (A) nicht erfüllen, ist es möglich, sofern die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' in einer Kombination vorliegen, die die Bedingung (B), d. h. die obigen Ungleichungen (6) und (5), erfüllt, den Fremdstoff M' aus dem Material, das M als die Hauptkomponente enthält, zu entfernen, wenn auch mit geringerer Effizienz als bei Bedingung (A). In diesem Fall besteht vermutlich, da die Ungleichung (4) nicht erfüllt ist, die Tendenz, dass der Anteil des Produkts M'X_q, bezogen auf den Reaktionsteilnehmer M', geringer als der Anteil des Produkts MX_p, bezogen auf den Reaktionsteilnehmer M ist, jedoch sind, da die Ungleichung (6) erfüllt ist, die Verhältnisse der Reaktion der chemischen Gleichung (2) und der chemischen Gleichung (3) vermutlich im wesentlichen einander gleich und da die Ungleichung (5) ebenfalls erfüllt ist, erfolgt die Reaktion des Fremdstoffs M' nach der chemischen Gleichung (3) spontan.
Bedingung (C)
Auch wenn die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' die Bedingung (A) nicht erfüllen, ist es möglich, sofern die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' in einer Kombination vorliegen, die die Bedingung (C), d. h. die obigen Ungleichungen (4) und (7) erfüllt, M' aus dem Material, das M als die Hauptkomponente enthält, zu entfernen, wenn auch mit geringerer Effizienz als bei Bedingung (A). In diesem Fall erfolgt die Reaktion der chemischen Gleichung (3) nicht ohne weiteres spontan, da die Ungleichung (5) nicht erfüllt ist, jedoch kann, da die Ungleichung (7) erfüllt ist, ein Einblasen von AlX₃ im Überschuss das Entfernen der kleinen. Menge eines Fremdstoffs M', der vorhanden ist, trotz eines gewissen Verlustes an dem Halbmetallatom M oder dem Metallatom M ermöglichen. Die Leichtigkeit des Entfernens ist etwa gleich der von Bedingung (B).
Bedingung (D)
Auch wenn die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' keine der Bedingungen (A), (B) oder (C) erfüllen, ist es möglich, sofern die Hauptkomponente M und der Fremdstoff M' in einer Kombination vorliegen, die die Bedingung (D), d. h. die obigen Ungleichungen (6) und (7), erfüllt, das M' aus dem Material, das M als die Hauptkomponente enthält, zu entfernen, wenngleich mit geringerer Effizienz als bei den Bedingungen (B) und (C). In diesem Fall wird angenommen, da die Ungleichung (6) erfüllt ist, dass die Verhältnisse der Reaktion der chemischen Gleichung (2) und der chemischen Gleichung (3) im wesentlichen einander gleich sind, und da die Ungleichung (7) erfüllt ist, kann das Einblasen von AlX₃ im Überschuss das Entfernen der kleinen Menge des Fremdstoffs M', der vorhanden ist, ermöglichen.
Das Fremdstoffelement M', das aus dem Material, das M als das Hauptkomponentenelement enthält, entfernt werden kann, wird nun unter Bezug auf 1 detailliert beschrieben. 1 zeigt die Gibbssche freie Reaktionsenthalpie ΔG [kJ/mol] bei verschiedenen Reaktionstemperaturen zwischen den einzelnen Elementen und AlX₃ (X = Cl).
Die Gibbssche freie Reaktionsenthalpie ΔG [kJ/mol] ist die Veränderung der Gibbsschen Energie vor und nach der Reaktion der folgenden chemischen Gleichung (8). Q(n) + nAlCl₃ ↔ QCl_n + nAlCl₂ (8)
In der Gleichung steht Q für die einzelnen Elemente und n für die Wertigkeit der einzelnen Elemente Q.
In den Fällen, in denen das einzelne Element Q in Abhängigkeit vom Reaktionstemperaturbereich verschiedene Wertigkeiten n annehmen kann, wurde die Gibbssche freie Reaktionsenthalpie ΔG_Q für QCl_n, das in den einzelnen Bereichen am stabilsten existiert, bestimmt.
1 zeigt die Gibbssche freie Enthalpie ΔG_Q für die Halogenierungsreaktion bei verschiedenen Temperaturen für die einzelnen Elemente Q. Das Element Q steht für Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Silicium, Germanium, Zinn, Blei, Titan, Zirconium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink oder Lanthan.
Wie in der chemischen Gleichung (8) angegeben ist, wird bei der Halogenierungsreaktion für die einzelnen Elemente Q eine Halogenierung (Oxidation) durch die Reduktion von AlCl₃ zu AlCl₂ angenommen. Daher kann der entfernte Fremdstoff unter Bedingungen bestimmt werden, bei denen das gebildete AlCl₂ in Al und AlCl₃ disproportioniert und Al nicht als neuer Fremdstoff in dem Material verbleibt. Insbesondere werden die Größenbeziehung zwischen den Änderungen der Gibbsschen freien Reaktionsenthalpie von zwei Elementen von den verschiedenen Elementen Q in einem Temperaturbereich von 600°C und höher, in dem die Änderung der Gibbsschen freien Reaktionsenthalpie ΔG_Al ≤ 0 für die Gleichgewichtsreaktion der folgenden chemischen Gleichung (9): Al + AlCl₃ ↔ 2AlCl₂ (9) beträgt, verglichen und die Kombinationen von der Hauptkomponente und einem Fremdstoff, der entfernt werden kann, bestimmt.
Das Fremdstoffelement M', das aus einem Material, das Silicium als die Hauptkomponente enthält, entfernt werden kann, wird nun beschrieben.
Die Alkalimetalle Lithium, Natrium, Kalium und Cäsium erfüllen die Bedingung (A) in dem Temperaturbereich von 600°C und darüber und können daher ohne weiteres aus Silicium entfernt werden. Da der Siedepunkt von Lithium etwa 1350°C beträgt, der von Natrium etwa 883°C beträgt, der von Kalium etwa 774°C beträgt und der von Cäsium etwa 678°C beträgt, kann jedes der Metalle bei dem jeweiligen Siedepunkt oder einer höheren Temperatur verdampft und entfernt werden, ohne AlX₃ mit dem Material zur Halogenierung in Kontakt zu bringen.
Magnesium als Element der Gruppe 2 und die Erdalkalimetalle Calcium, Strontium und Barium als Elemente der Gruppe 2 können ebenfalls ohne weiteres aus Silicium entfernt werden, da sie die Bedingung (A) in dem Temperaturbereich von 600°C und darüber erfüllen. Da der Siedepunkt von Magnesium etwa 1090°C beträgt, der von Calcium etwa 1480°C beträgt, der von Strontium etwa 1380°C beträgt und der von Barium etwa 1640°C beträgt, kann jedes der Metalle bei dem jeweiligen Siedepunkt oder einer höheren Temperatur verdampft und entfernt werden, ohne AlX₃ mit dem Material zur Halogenierung in Kontakt zu bringen. Indessen reagiert Magnesium mit Silicium derart, dass es bei hoher Temperatur als das Silicid MgSi₂ stabil existiert, doch kann dieses ebenfalls mit AlCl₃, wie im folgenden beschrieben, entfernt werden.
Das Seltenerdmetall Lanthan erfüllt ebenfalls die Bedingung (A) in einem Temperaturbereich von 600°C oder höher und nicht höher als 1900°C, und es ist daher bevorzugt, da es ohne weiteres aus Silicium entfernt werden kann.
Zirconium und Aluminium erfüllen die Bedingung (A) in einem Temperaturbereich von 600°C oder höher und nicht höher als 1900°C, und sie sind daher bevorzugt, da sie ohne weiteres aus Silicium entfernt werden können.
Die Bedingung (C) wird durch Titan in einem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 800°C, Gallium und Indium bei 600°C oder höher und weniger als 900°C, Vanadium bei 700°C oder höher und weniger als 950°C, Mangan bei 700°C oder höher und weniger als 1000°C, Zink bei 850°C oder höher und nicht höher als 900°C und Zinn bei 1150°C oder höher und weniger als 1450°C erfüllt, und diese können daher aus Silicium entfernt werden. Ferner wird die Bedingung (A) durch Titan bei 800°C oder höher und nicht höher als 1900°C, Gallium und Indium bei 900°C oder höher und nicht höher als 1900°C, Vanadium bei 950°C oder höher und nicht höher als 1700°C, Mangan bei 1000°C oder höher und nicht höher als 1700°C und Zinn bei 1450°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, und diese sind daher als Fremdstoff M', der aus Silicium entfernt werden soll, bevorzugt.
Zink weist einen Siedepunkt von etwa 907°C auf und es kann daher beim Siedepunkt oder bei einer höheren Temperatur entfernt werden, ohne AlX₃ mit dem Material zur Halogenierung in Kontakt zu bringen. Ferner ist Zinkchlorid nahe dem Schmelzpunkt von Silicium (etwa 1410°C) stabil, und da der Siedepunkt des Chlorids ausreichend niedriger als der Schmelzpunkt von Silicium ist, kann es ohne weiteres aus dem Material als Zinkchloriddampf entfernt werden.
Blei, Germanium, Eisen und Chrom werden nun unter Bezug auf 2, die eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs des Diagramms ist, das ΔG_M(Si) für Silicium zeigt, erklärt.
Blei erfüllt die Ungleichung (4): ΔG_M'(Pb) – ΔG_M(Si) < 0 in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1100°C, da jedoch ΔG_M'(Pb) > 50 (kJ/mol) gilt, ist es schwierig, Blei aus Silicium in diesem Temperaturbereich zu entfernen. Die Bedingung (B) wird in dem Temperaturbereich von 1100°C oder höher und weniger als 1450°C erfüllt, wodurch ein Entfernen aus Silicium möglich ist. Auch wird die Bedingung (A) bei 1450°C oder höher und weniger als 1500°C erfüllt, wodurch ein effizientes Entfernen möglich ist, während die Bedingung (C) bei 1500°C oder höher und nicht höher als 1700°C erfüllt ist, wodurch ein Entfernen möglich ist.
Germanium erfüllt die Ungleichung (4): ΔG_M'(Ge) – ΔG_M(Si) < 0 in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1150°C, da jedoch ΔG_M'(Ge) > 50 (kJ/mol) gilt, ist es schwierig, Germanium aus Silicium in diesem Temperaturbereich zu entfernen. Die Bedingung (C) ist in dem Temperaturbereich von 1150°C oder höher und weniger als 1250°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist, und die Bedingung (D) ist bei 1250°C oder höher und weniger als 1500°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist. Ferner ist die Bedingung (B) in dem Temperaturbereich von 1500°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, und daher kann ein effizienteres Entfernen, das beispielsweise eine Verringerung der verwendeten Menge von AlX₃ umfasst, im Vergleich zu einem Entfernen im Bereich von 1250°C oder höher und weniger als 1500°C durchgeführt werden.
Eisen erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(Fe) > 50 (kJ/mol) in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1200°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Jedoch ist die Bedingung (D) bei 1200°C oder höher und weniger als 1500°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist. Die Bedingung (B) ist bei 1500°C oder höher und weniger als 1650°C erfüllt, wodurch ein Entfernen leichter wird. Die Bedingung (A) ist bei 1650°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, wodurch ein effizienteres Entfernen von Fremdstoffen möglich ist.
Chrom erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(Cr) > 50 (kJ/mol) in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1150°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Jedoch ist die Bedingung (C) bei 1150°C oder höher und weniger als 1400°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist, während die Bedingung (A) in dem Temperaturbereich von 1400°C oder höher und nicht höher als 1700°C erfüllt ist, wodurch ein effizientes Entfernen aus Silicium möglich ist.
Bor erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(B) > 50 (kJ/mol) in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1300°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Jedoch ist die Bedingung (D) in dem Temperaturbereich von 1300°C oder höher und weniger als 1550°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist. Die Bedingung (B) ist bei 1550°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, und daher kann ein effizienteres Entfernen im Vergleich zu dem Temperaturbereich von 1300°C oder höher und weniger als 1550°C durchgeführt werden.
Kupfer erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(Ni) > 50 (kJ/mol) bei 600°C oder höher und weniger als 1550°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Die Bedingung (D) wird bei 1550°C oder höher und weniger als 1900°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist.
Nickel erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(Cu) > 50 (kJ/mol) bei 600°C oder höher und weniger als 1650°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Die Bedingung (D) wird bei 1650°C oder höher und weniger als 1900°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist.
Das Fremdstoffelement M', das aus einem Germanium als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden kann, wird nun beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, befindet sich die Gerade Temperatur-ΔG_Ge für Germanium nahe der Geraden Temperatur-ΔG_Si für Silicium. Wie im vorhergehenden erklärt wurde, wird das Fremdstoffelement M', das aus einem ein Element M als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden kann, auf der Basis der Größenbeziehung zwischen ΔG_M' und ΔG_M und der Größe des Absolutwerts von ΔG_M' und der Energiedifferenz zwischen ΔG_M' und ΔG_M bestimmt.
Infolgedessen kann ein Fremdstoffelement M', das aus einem Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden kann, generell aus einem Germanium als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden. Beispiele für Fremdstoffe, die in diesem Fall entfernt werden können, umfassen Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Zinn, Titan, Zirconium, Vanadium, Mangan, Kupfer, Nickel, Zink, Blei, Silicium, Eisen und Chrom. Ferner bildet Cobalt, das mit Silicium eine Legierung bildet und daher schwierig aus Silicium zu entfernen ist, mit Germanium keine Legierung und es kann daher aus einem Germanium als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden.
Die zur Entfernung der einzelnen Fremdstoffe M' geeigneten Bedingungen sind generell die gleichen wie zur Entfernung aus einem Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Material, doch werden Fälle, die etwas anders als die Entfernung aus einem Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Material sind und bisher nicht diskutiert wurden, im folgenden angegeben. Blei ist ein Element M', das die Bedingung (C) in dem Temperaturbereich von 1100°C oder höher und weniger als 1450°C erfüllt, und es kann daher aus Germanium entfernt werden. Auch ist die Bedingung (A) bei 1450°C oder höher und nicht höher als 1700°C erfüllt, wodurch ein effizientes Entfernen möglich ist.
Silicium erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(Si) > 50 (kJ/mol) in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1200°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Jedoch ist die Bedingung (D) in dem Temperaturbereich von 1200°C oder höher und weniger als 1250°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist. Auch ist die Bedingung (C) bei 1250°C oder höher und weniger als 1500°C erfüllt, wodurch ein noch leichteres Entfernen möglich ist, und die Bedingung (A) ist bei 1500°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, wodurch ein noch effizienteres Entfernen möglich ist.
Eisen erfüllt die Bedingung (D) in dem Temperaturbereich von 1200°C oder höher und weniger als 1500°C, wodurch dessen Entfernen möglich ist. Die Bedingung (A) ist bei 1500°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, wodurch ein effizientes Entfernen möglich ist.
Chrom erfüllt die Bedingung (C) bei 1150°C oder höher und weniger als 1400°C, wodurch dessen Entfernen möglich ist, während es die Bedingung (A) in dem Temperaturbereich von 1400°C oder höher und nicht höher als 1700°C erfüllt, wodurch dessen effizientes Entfernen möglich ist.
Cobalt erfüllt die Ungleichung ΔG_M'(Co) > 50 (kJ/mol) in dem Temperaturbereich von 600°C oder höher und weniger als 1500°C, und daher ist dessen Entfernung schwierig. Die Bedingung (D) ist in dem Temperaturbereich von 1500°C oder höher und weniger als 1800°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist. Ferner ist die Bedingung (B) bei 1800°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt, wodurch ein Entfernen möglich ist. Jedoch ist eine Temperatur von 1900°C oder höher nicht praktikabel, da dies auch zu einem hohen Verlust von Germanium führt.
Das Fremdstoffelement M', das aus einem Kupfer als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden kann, wird nun beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, befindet sich die Gerade Temperatur-ΔG_Cu für Kupfer über der Geraden Temperatur-ΔG_Ge für Germanium und der Geraden Temperatur-ΔG_Si für Silicium. Daher kann ein Fremdstoffelement M', das aus einem Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Material und einem Germanium als die Hauptkomponenten enthaltenden Material entfernt werden kann, aus einem Kupfer als die Hauptkomponenten enthaltenden Material entfernt werden.
Beispiele für Fremdstoffe, die in diesem Fall entfernt werden können, umfassen Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Gallium, Indium, Zinn, Titan, Zirconium, Vanadium, Mangan, Zink, Lanthan, Silicium, Germanium, Blei, Eisen, Bor, Chrom, Cobalt und Nickel. Die zur Entfernung der einzelnen Fremdstoffe M' geeigneten Bedingungen sind generell die gleichen wie zur Entfernung der einzelnen Fremdstoffe M' aus einem Silicium als die Hauptkomponenten enthaltenden Material oder zur Entfernung aus einem Germanium als die Hauptkomponente enthaltenden Material, doch werden Fälle, die etwas anders als die im vorhergehenden angegebenen sind und bisher nicht diskutiert wurden, im folgenden angegeben.
Die Bedingung (C) ist von Blei im Temperaturbereich von 1100°C oder höher und weniger als 1450°C, Germanium bei 1150°C oder höher und weniger als 1500°C, Silicium bei 1200°C oder höher und weniger als 1500°C, Eisen bei 1200°C oder höher und weniger als 1500°C, Bor bei 1300°C oder höher und weniger als 1550°C, Chrom bei 1150°C oder höher und weniger als 1400°C und Cobalt bei 1500°C oder höher und weniger als 1800°C erfüllt, wodurch deren Entfernung aus Kupfer möglich ist. Ferner erfüllt Nickel die Bedingung (D) in dem Temperaturbereich von 1650°C oder höher und nicht höher als 1900°C und es kann daher entfernt werden.
Ferner sind, da die Bedingung (A) von Chrom bei 1400°C oder höher und nicht höher als 1700°C, Blei bei 1450°C oder höher und nicht höher als 1700°C, Silicium, Germanium und Eisen bei 1500°C oder höher und nicht höher als 1900°C, Bor bei 1550°C oder höher und nicht höher als 1900°C und Cobalt bei 1800°C oder höher und nicht höher als 1900°C erfüllt ist, diese als der aus Kupfer zu entfernende Fremdstoff M' bevorzugt.
Das Fremdstoffelement M', das aus einem Nickel als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden kann, wird nun beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, befindet sich die Gerade Temperatur-ΔG_Ni für Nickel weiter oberhalb der Geraden Temperatur-ΔG_Cu für Kupfer. Daher kann ein Fremdstoffelement M', das aus einem Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Material, einem Germanium als die Hauptkomponenten enthaltenden Material oder einem Kupfer als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden kann, aus einem Nickel als die Hauptkomponente enthaltenden Material entfernt werden.
Beispiele für Fremdstoffe, die in diesem Fall entfernt werden können, umfassen Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Zinn, Titan, Zirconium, Vanadium, Mangan, Blei, Germanium, Silicium, Eisen, Zink, Chrom, Cobalt und Kupfer. Die zur Entfernung der einzelnen Fremdstoffe M' geeigneten Bedingungen sind generell die gleichen wie zur Entfernung der einzelnen Fremdstoffe M' aus einem Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Material, doch werden Fälle, die etwas anders als die im vorhergehenden angegebenen sind und bisher nicht diskutiert wurden, im folgenden angegeben.
Kupfer erfüllt die Bedingung (C) in dem Temperaturbereich von 1550°C oder höher und nicht höher als 1900°C und kann daher aus Nickel entfernt werden.
Es bestehen keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf die Menge des anderen Elements eines Fremdstoffs M' als das Element M als die Hauptkomponente, doch beträgt sie vorzugsweise nicht mehr als beispielsweise 5 Masse-%.
Ein derartiges Material, das ein Halbmetallelement M oder ein Metallelement M als die Hauptkomponente enthält und einen Fremdstoff M' enthält, kann insbesondere ein Halbmetallelementmaterial, das durch Reduktion des Gases eines Halbmetallelementchlorids mit einem Metall, wie Natrium oder Aluminium, oder mit Wasserstoff erhalten wurde, oder ein Metallmaterial, das durch oxidierendes Erschmelzen, elektrolytische Raffination, Kohlenstoffreduktion oder dgl. erhalten wurde, sein. Diese umfassen Siliciummaterialien, beispielsweise Siliciumschrott, die durch Reduktion eines Siliciumchloridgases, wie Siliciumtetrachlorid, mit Metallen, wie Aluminium, erhalten wurden, und Metallmaterialien, wie Germanium, die durch Reduktion von Chloriden erhalten wurden, und Kupfer oder Nickel, die durch oxidierendes Erschmelzen oder elektrolytische Raffination erhalten wurden. Für ein Silciummaterial ist es normalerweise möglich, Silicium mit einer Reinheit von 97 Masse-% oder größer und vorzugsweise 99 Masse-% oder größer und nicht größer als 99,99 Masse-%, was als ”metallurgische Qualität” bekannt ist, effizient zu reinigen.
Im Falle von Silicium enthalten derartige Materialien beispielsweise Fremdstoffe wie Lithium, Natrium, Kalium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Germanium, Eisen, Bor, Zink, Kupfer, Nickel und Seltenerdmetalle.
Im Falle von Germanium enthalten derartige Materialien Fremdstoffe wie Lithium, Natrium, Kalium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Eisen, Bor, Cobalt, Zink, Kupfer, Nickel und Seltenerdmetalle.
Im Falle von Kupfer enthalten derartige Materialien Fremdstoffe wie Lithium, Natrium, Kalium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Bor, Zink, Nickel und Seltenerdmetalle.
Im Falle von Nickel enthalten derartige Materialien Fremdstoffe wie Lithium, Natrium, Kalium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Kupfer, Bor, Zink und Seltenerdmetalle.
Wenn AlF₃ beispielsweise als das AlX₃ zur Reinigung eines Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Materials verwendet wird, ist es möglich, Lithium, Beryllium, Natrium, Kalium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Titan, Mangan, Blei und Lanthan zu entfernen.
Wenn AlBr₃ beispielsweise als das AlX₃ zur Reinigung eines Silicium als die Hauptkomponente enthaltenden Materials verwendet wird, ist es möglich, Lithium, Beryllium, Natrium, Kalium, Cäsium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Gallium, Indium, Germanium, Zinn, Blei, Mangan, Eisen, Titan und Lanthan zu entfernen.
Zur Entfernung eines Reaktionsprodukts aus einem Material ist es, da die Schmelzpunkte oder Siedepunkte der Halogenide deutlich niedriger als für das Material, das das Halbmetallelement oder Metallelement als die Hauptkomponente enthält, sind, beispielsweise möglich, das Material zu verflüssigen und das Halogenid als Gas abzutrennen oder das Material in den festen Zustand zu überführen und das Halogenid als Gas oder Flüssigkeit abzutrennen.
Durch Inkontaktbringen von AlCl₃ mit dem Material, das ein Halbmetallelement oder Metallelement als die Hauptkomponente enthält, in beispielsweise einem erhitzten geschmolzenen Zustand reagiert das AlCl₃ mit dem Fremdstoff in dem Material unter Bildung von AlCl₂ und AlCl, während auch die Fremdatomchloride M'Cl_q gebildet werden. Wenn beispielsweise die Fremdstoffe Alkalimetalle, wie Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium, Elemente der Gruppe 2, wie Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium, Erdalkalimetalle und Seltenerdmetalle sind, besteht die Tendenz, dass deren Chloride eine Schmelzflüssigkeit werden, und als Schmelzflüssigkeit bilden sie eine Schmelzflüssigkeitsphase, die von der Schmelzflüssigkeitsphase des Materials, das das Halbmetallelement als die Hauptkomponente enthält, verschieden ist, wodurch eine einfache Abtrennung möglich ist. Beispielsweise kann, nachdem die nach Phasen getrennte Flüssigkeit abgekühlt ist, der Feststoff gespült werden, sodass das Chlorid, wie ein Alkalimetallchlorid, ein Chlorid eines Elements der Gruppe 2, ein Erdalkalimetallchlorid oder ein Seltenerdmetallchlorid ohne weiteres in Wasser gelöst und abgetrennt werden kann.
Wenn der Fremdstoff Aluminium, Gallium, Indium, Germanium, Zinn, Blei, Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Titan, Zink, Bor, Silicium oder dgl. ist, weisen deren Chloride einen hohen Dampfdruck auf und es ist ohne weiteres möglich, diese in die Gasphase zusammen mit Aluminiumsubhalogeniden (Gasen) zu entfernen. Das Reinigungsverfahren ist daher sehr bequem.
Materialien, die ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und auch einen Fremdstoff enthalten, die durch die Erfindung gereinigt werden können, sind nicht auf die im vorhergehenden angegebenen Materialien beschränkt. Für einen beliebige Kombination einer Hauptkomponente M und eines Fremdstoffs M', das die im vorhergehenden angegebene Bedingung (A), Bedingung (B), Bedingung (C) oder Bedingung (D) erfüllt, kann der Fremdstoff M' aus der Hauptkomponente M entfernt werden. Insbesondere wenn die Bedingung (A) erfüllt ist, kann der Fremdstoff M' sehr effizient entfernt werden und das M als die Hauptkomponente enthaltende Material sehr effizient gereinigt werden. In Tabelle 1 sind nur die Hauptreaktionsformeln der chemischen Gleichungen (2) und (3) berücksichtigt, doch kann, wenn eine intermetallische Verbindung zwischen M und M' gebildet wird, das Gleichgewicht des Systems durch andere Reaktionsformeln und Gleichgewichtskonstanten deutlich beeinflusst werden. Jedoch liefert die Tabelle 1 ein ausreichend begründetes Maß für die Fähigkeit zur Reinigung der Hauptkomponente M und des Fremdstoffs M'.
Im übrigen umfasst die Reinigung des Halbmetallelements M oder des Metallelements M als der Hauptkomponente den Vorgang, dass bewirkt wird, dass eine Halogenierungsreaktion des Fremdstoffelements M' mit größerer Häufigkeit als eine Halogenierungsreaktion der Hauptkomponente M in einer Gleichgewichtsreaktion in dem System, in dem das Hauptkomponentenelement M und das Fremdstoffelement M' gleichzeitig vorhanden sind, erfolgt. Das heißt, dass Halogenide des Fremdstoffelements M' in größerer Menge als die Halogenide der Hauptkomponente M gebildet werden. Jedoch ist es in einigen Fällen nicht immer möglich, die Halogenide des Fremdstoffelements M' in größerer Menge als die Halogenide der Hauptkomponente M zu bilden. Trotzdem kann die tatsächliche Menge des Fremdstoffelements M' vor und nach der Reaktion verringert werden und es kann die Aussage getroffen werden, dass der Fremdstoff entfernt werden kann.
Die Gleichgewichtszusammensetzung in einem System, das Silicium als die Hauptkomponente, ein Fremdstoffelement M' und AlX₃ enthält, wurde als nächstes berechnet. Die Zusammensetzung chemischer Spezies in einem Reaktionssystem, das bei einer vorgegebenen Reaktionstemperatur Gleichgewicht erreicht hat, kann durch Berechnung auf der Basis der Gleichgewichtskonstante bestimmt werden. Hierbei wurde die Thermodynamikdatenbank MALT (MALT-Gruppe, vertrieben von Kagaku Gijutsu-Sha) zur Berechnung der Gleichgewichtskonstante unter Minimierung der freien Enthalpie des gesamten Systems verwendet und es wurden die Zusammensetzungen AlX₃, AlX₂, AlX, M, MX_p, M', M'X_q und dgl. bestimmt.
Berechnungsbeispiele A-1 bis A-9: Silicium-Aluminium-AlCl₃-System
Es wurde ein Fall mit Silicium (p = 1–3) als Halbmetallelement, Aluminium (q = 1–3) als Fremdstoff und AlCl₃ als AlX₃ betrachtet. Die Hauptkomponente Silicium wird halogeniert unter Bildung SiCl₃, SiCl₂ und SiCl, der Fremdstoff Al bildet AlCl₃, AlCl₂ und AlCl, und AlCl₃ wird reduziert unter Bildung von AlCl₂ und AlCl.

Für die Berechnungsbeispiele A-1 bis A-9 wurde die chemische Zusammensetzung im Gleichgewicht für Silicium, Aluminium und AlCl₃ mit den Molverhältnissen und Temperaturen, die in Tabelle 1 angegeben sind, in jedem System unter der Annahme von atmosphärischem Druck berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 1

Berechnungsbeispiel	Hauptkomponente M	Fremdstoff M'	AlCl₃ (mol)	Molverhältnis AlCl₃/Al	Temp. (°C)
Berechnungsbeispiel	Si (mol)	Al (mol)	AlCl₃ (mol)	Molverhältnis AlCl₃/Al	Temp. (°C)
A-1	95	5	5	1	1450
A-2	95	5	5		1500
A-3	95	5	5		1550
A-4	95	5	7,5	1,5	1450
A-5	95	5	7,5		1500
A-6	95	5	7,5		1550
A-7	95	5	10	2	1450
A-8	95	5	10		1500
A-9	95	5	10		1550

Tabelle 2

Berechnungsbeispiel	Al (flüssig) (mol)	Si (mol)	SiCl₃ (mol)	SiCl₂ (mol)	AlCl₃ (mol)	AlCl₂ (mol)	AlCl (mol)	Al (Gas) (mol)
A-1	0,848	95	0	0	0,0245	5,801	3,324	0,003
A-2	0,49	95	0	0,0002	0,0193	5,458	4,025	0,0056
A-3	0,099	95	0	0,0002	0,015	5,079	4,797	0,01
A-4	0	95	0	0,0011	0,0902	9,819	2,59	0,001
A-5	0	95	0	0,002	0,0963	9,804	2,598	0,001
A-6	0	95	0	0,004	0,102	9,789	2,607	0,002
A-7	0	94,965	0,001	0,034	0,637	13,654	0,709	0
A-8	0	94,94	0,0019	0,058	0,636	13,606	0,758	0
A-9	0	94,9	0,003	0,092	0,625	13,555	0,82	0

Es ist ersichtlich, dass bei einer Reaktionstemperatur von 1450°C–1550°C für alle Berechnungsbeispiele tatsächlich kein Verlust von Silicium erfolgt und der Aluminium-Fremdstoff selektiv in ein Gas eines Chlorids (Aluminiumsubhalogenids) umgewandelt und entfernt wird. Insbesondere kann bei Verwendung einer 1,5- bis 2-fachen Molmenge an AlCl₃, bezogen auf Aluminium, fast die gesamte Menge des Aluminiums aus Silicium entfernt werden.
Berechnungsbeispiele B-1 bis B-6: Silicium – andere Elementart als Aluminium(1)-AlCl₃-System

Die Gleichgewichtsberechnung wurde ebenfalls gemäß Berechnungsbeispiel A-1 unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen durchgeführt. Als Fremdstoffe in Silicium bei einer Reaktionstemperatur von 1350°C–1500°C wurden das Element der Gruppe 2 Beryllium, das Element der Gruppe 2 Magnesium, das in dem erwarteten Temperaturbereich in der Gasphase vorliegt, als Magnesiumsilicid, das eine Legierung aus Magnesium und Silicium ist, die als Festkörperphase stabil ist, und Calcium, Strontium und Barium, die Elemente der Gruppe 2 und auch Erdalkalimetalle sind, verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Es ist ersichtlich, dass die Chlorierung der Fremdstoffelemente selektiv erfolgt, auch mit einer grob äquimolaren Menge an AlCl₃, bezogen auf die Fremdstoffe. Tabelle 3

Berechnungsbeispiel	Si (mol)	Fremdstoffelement M'	M (mol)	AlCl₃ (mol)	Molverhältnis AlCl₃/M'	Temp. (°C)
B-1	100	Be	1	5	5	1450
B-2	99	MgSi₂	1	5	5	1500
B-3	100	Ca	1	1,5	1,5	1450
B-4	100	Ca	1	5	5	1450
B-5	100	Sr	1	5	5	1350
B-6	100	Ba	1	5	5	1450

Berechnungsbeispiele C-1 bis C-37: Silicium – andere Elementart als Aluminium (2) – AlCl₃ – System Gallium, Indium, Germanium, Zinn, Blei, Bor, Eisen, Nickel, Chrom, Titan, Kupfer, Zink, Mangan, Zirconium und Vanadium wurden als Fremdstoffelemente verwendet und eine Gleichgewichtsberechnung wurde gemäß Berechnungsbeispiel A-1 unter den in Tabelle 5 angegebenen Bedingungen durchgeführt. Die Fremdstoffe werden durch eine Reaktion zwischen dem die Fremdstoffe enthaltenden Silicium und der vorgegebenen Menge von AlCl₃ entfernt. Dies ist aus den Ergebnissen der Berechnungsbeispiele C-1 bis C-37, die in den folgenden Tabellen 5 und 6 angegeben sind, ersichtlich. Tabelle 5

Berechnungsbeispiel	Si (mol)	Fremdstoffelement M'	M (mol)	AlCl₃ (mol)	Molverhältnis AlCl₃/M'	Temp. (°C)
C-1	100	Ga	0,1	5	50	1500
C-2	100	In	0,1	5	50	1450
C-3	100	Ge	0,01	5	500	1200
C-4	100	Ge	0,1	5	50	1450
C-5	100	Sn	0,01	5	500	1200
C-6	99	Sn	1	5	5	1500
C-7	100	Pb	0,01	5	500	1200
C-8	99	Pb	1	5	5	1500
C-9	100	B	0,01	5	500	1450
C-10	100	B	0,01	5	500	1500
C-11	99,9	Fe	0,1	5	50	1500
C-12	99,9	Fe	0,1	5	50	1600
C-13	99,99	Fe	0,01	5	500	1500
C-14	99,99	Fe	0,01	5	500	1600
C-15	99,99	Ni	0,01	5	500	1500
C-16	99,99	Ni	0,01	5	500	1600
C-17	100	Cr	0,1	5	50	1500
C-18	100	Cr	0,1	5	50	1600
C-19	100	Cr	0,01	5	500	1600
C-20	100	Ti	0,01	5	500	1200
C-21	100	Ti	0,1	5	50	1500
C-22	100	Ti	0,1	5	50	1600
C-23	100	Cu	0,01	5	500	1200
C-24	100	Cu	0,1	5	50	1500
C-25	100	Cu	0,1	5	50	1600
C-26	100	Zn	0,1	5	50	1500
C-27	100	Zn	0,01	5	500	1500
C-28	100	Zn	0,01	5	500	1600
C-29	100	Mn	0,1	5	50	1500
C-30	100	Mn	0,01	5	500	1500
C-31	100	Mn	0,01	5	500	1600
C-32	100	Zr	0,1	5	50	1500
C-33	100	Zr	0,01	5	500	1500
C-34	100	Zr	0,01	5	500	1600
C-35	100	V	0,1	5	50	1500
C-36	100	V	0,01	5	500	1500
C-37	100	V	0,01	5	500	1600

Tabelle 6

Wenn Eisen entfernt werden soll, kann AlCl₃ (mol) bei 1500–1600°C in der mindestens 50-fachen Molmenge eingeblasen werden und vorzugsweise wird es in der mindestens 200-fachen Molmenge und noch besser in der mindestens 500-fachen Molmenge, bezogen auf das Eisen, eingeblasen. Wenn Chrom entfernt werden soll, kann AlCl₃ (mol) bei 1600°C in der mindestens 50-fachen Molmenge eingeblasen werden, und vorzugsweise wird es in der mindestens 200-fachen Molmenge und noch besser in der mindestens 500-fachen Molmenge, bezogen auf das Chrom, eingeblasen. Wenn Nickel entfernt werden soll, kann AlCl₃ (mol) bei 1600°C in der mindestens 500-fachen Molmenge in Bezug auf das Nickel eingeblasen werden. Wenn Kupfer entfernt werden soll, beträgt die Temperatur vorzugsweise 1600°C oder mehr. Zink, Mangan, Zirconium und Vanadium können unter Verwendung von AlCl₃ (mol) bei 1500–1600°C in der mindestens 50-fachen Molmenge, bezogen auf die Metallelemente, entfernt werden.
Berechnungsbeispiele D-1 bis D-33: Germanium-Metallelementart-AlCl₃-System

Gallium, Indium, Bor, Zinn, Aluminium, Eisen, Nickel, Chrom und Mangan wurden als Fremdstoffelemente verwendet, und eine Gleichgewichtsberechnung wurde gemäß Berechnungsbeispiel A-1 unter den in Tabelle 7 angegebenen Bedingungen durchgeführt. Die Fremdstoffe werden durch eine Reaktion zwischen dem die Fremdstoffe enthaltenden Germanium und der vorgegebenen Menge an AlCl₃ entfernt. Dies ist aus den Ergebnissen der Berechnungsbeispiele D-1 bis D-33, die in den folgenden Tabellen 7 und 8 angegeben sind, ersichtlich. Tabelle 7

Berechnungsbeispiel	Ge (mol)	Fremdstoffelement M'	M' (mol)	AlCl₃ (mol)	Molverhältnis AlCl₃/M'	Temp. (°C)
D-1	100	Ga	0,1	5	50	1500
D-2	100	Ga	0,01	5	500	1500
D-3	100	Ga	0,01	5	500	1600
D-4	100	In	0,1	5	50	1500
D-5	100	In	0,01	5	500	1500
D-6	100	In	0,01	5	500	1600
D-7	100	B	0,01	5	500	1500
D-8	100	B	0,001	5	5000	1500
D-9	100	B	0,01	5	500	1600
D-10	100	Sn	0,1	5	50	1500
D-11	100	Sn	0,01	5	500	1500
D-12	100	Sn	0,01	5	500	1600
D-13	100	Al	0,1	5	50	1000
D-14	100	Al	0,1	5	50	1200
D-15	100	Al	0,1	5	50	1400
D-16	100	Al	0,1	5	50	1600
D-17	100	Fe	0,1	5	50	1000
D-18	100	Fe	0,1	5	50	1200
D-19	100	Fe	0,1	5	50	1400
D-20	100	Fe	0,1	5	50	1600
D-21	100	Ni	0,1	5	50	1000
D-22	100	Ni	0,1	5	50	1200
D-23	100	Ni	0,1	5	50	1400
D-24	100	Ni	0,1	5	50	1600
D-25	100	Ni	0,01	5	500	1600
D-26	100	Cr	0,1	5	50	1000
D-27	100	Cr	0,1	5	50	1200
D-28	100	Cr	0,1	5	50	1400
D-29	100	Cr	0,1	5	50	1600
D-30	100	Mn	0,1	5	50	1000
D-31	100	Mn	0,1	5	50	1200
D-32	100	Mn	0,1	5	50	1400
D-33	100	Mn	0,1	5	50	1600

Wenn Eisen und Chrom entfernt werden sollen, kann AlCl₃ (mol) bei 1200°C oder höher in der mindestens 50-fachen Molmenge, bezogen auf das Eisen oder das Chrom, eingeblasen werden. Wenn Nickel entfernt werden soll, besteht die Tendenz, dass eine NiGe_x-Legierung bei 1000°C oder höher und nicht höher als 1600°C gebildet wird, und daher wird vorzugsweise AlCl₃ (mol) bei 1600°C oder höher in der mindestens 500-fachen Molmenge, bezogen auf das Nickel, eingeblasen.
Kontaktverfahren zur Reinigung
Das Verfahren des Inkontaktbringens des AlX₃ mit dem Material, das ein Halbmetallelement oder Metallelement als die Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält, wird nun detailliert unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
Es bestehen keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf den Zustand von AlX₃ und dem Material, das eine Halbmetallelement-Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält, wenn diese in Kontakt gebracht werden.
Beispielsweise kann das Material, das ein Halbmetallelement oder Metallelement als die Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält, in fester (beispielsweise Pulverform), flüssiger oder Gasform sein, doch liegt es unter dem Gesichtspunkt eines effizienten Kontakts zwischen den Fremdstoffen und AlX₃ vorzugsweise in flüssiger oder Gasform vor, und da zur Bildung eines Gases eine ziemlich hohe Temperatur notwendig ist, liegt es noch besser in flüssiger Form vor. Wenn das Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält, in fester Form vorliegt, ist es vorzugsweise ein Pulver unter dem Gesichtspunkt eines effizienten Kontakts mit AlX₃.
Wenn beispielsweise die Hauptkomponente des Materials Silicium ist, beträgt der Schmelzpunkt von Silicium etwa 1410°C, und eine Materialtemperatur von 1420°C oder höher bringt das Material in einen generell flüssigen oder geschmolzenen Zustand. Durch Senken des Materials auf unter 2000°C kann die Erzeugung von Siliciumgas verhindert werden, und dies ist daher bevorzugt.
Unter dem gleichen Gesichtspunkt beträgt, wenn die Hauptkomponente des Materials Germanium ist, der Schmelzpunkt von Germanium etwa 940°C und die Temperatur des Materials kann 950°C oder mehr betragen. Wenn die Hauptkomponente des Materials Kupfer ist, beträgt der Schmelzpunkt von Kupfer etwa 1080°C und die Temperatur des Materials kann 1090°C oder mehr betragen. Wenn die Hauptkomponente des Materials Nickel ist, beträgt der Schmelzpunkt von Nickel etwa 1450°C und die Temperatur des Materials kann 1460°C oder mehr betragen.
Das AlX₃ kann auch in der Form eines Festkörpers (beispielsweise ein Pulver), einer Flüssigkeit oder eines Gases vorliegen, doch liegt es unter dem Gesichtspunkt eines effizienten Kontakts zwischen den Fremdstoffen und AlX₃ vorzugsweise in der Form einer Flüssigkeit oder eines Gases vor, und insbesondere da AlX₃ üblicherweise Sublimationseigenschaften zeigt, was die Bildung einer Flüssigkeit schwierig macht, liegt es vorzugsweise in der Form eines Gases vor.
Insbesondere wird, wenn das AlX₃ eine Verbindung mit Sublimationseigenschaften, wie beispielsweise AlF₃ oder AlCl₃, ist, das AlX₃ vorzugsweise über dessen Sublimationspunkt zur Bildung eines Gases erhitzt. Auch wenn das AlX₃ eine Verbindung ohne Sublimationseigenschaften ist, wird unter dem Gesichtspunkt der Reaktivität mit den Fremdstoffen in dem Material das AlX₃ vorzugsweise auf eine Temperatur nahe dem Siedepunkt zur Bildung eines Gases erhitzt.
Besonders bevorzugt wird das Material verflüssigt und mit dem AlX₃ als Gas in Kontakt gebracht.
Es bestehen keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf das Verfahren des Inkontaktbringens des AlX₃ mit dem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält. Beispielsweise wird, wenn das eine eine Flüssigkeit und das andere ein Gas ist, vorzugsweise das Gas in die Flüssigkeit geblasen. Wenn beispielsweise AlCl₃ verwendet wird, wird vorzugsweise wasserfreies AlCl₃ auf eine Temperatur nahe dem Sublimationspunkt erhitzt und mit einem Inertgas wie Ar zum Einblasen in das geschmolzene Material weitertransportiert. Eine Kontrolle der Aufheiztemperatur der Verbindung wie AlCl₃ während dieser Zeit ermöglicht eine Kontrolle der Konzentration des AlX₃-Gases.
Wenn AlX₃ als Gas eingeführt werden soll, kann das für den Weitertransport verwendete Gas ein Inertgas, wie He, Ar oder N₂, und/oder ein reduzierendes Gas, wie H₂, sein. Diese können allein verwendet werden oder es können zwei oder mehrere im Gemisch verwendet werden. Die Reaktion mit N₂ oder H₂ kann in Abhängigkeit von der zu reinigenden Substanz erfolgen, und in diesen Fällen ist ein Inertgas wie He oder Ar bevorzugt. Die Reinheit des Gases beträgt 99 Masse-% oder mehr, vorzugsweise 99,9 Masse-% oder mehr und noch besser 99,99 Masse-% oder mehr.
Wenn beispielsweise AlCl₃ mit einem Inertgas zur Einführung gemischt wird, beträgt die Konzentration von AlCl₃ in dem Gasgemisch aus AlCl₃ und Inertgas vorzugsweise 10 Vol.-% oder mehr und nicht mehr als 40 Vol.-%. Wenn die Konzentration weniger als 10 Vol.-% beträgt, erfolgt fast keine Reaktion zwischen dem Fremdstoff und AlCl₃ in dem Material, und dies ist daher unerwünscht. Wenn die Konzentration 40 Vol.-% übersteigt, besteht die Tendenz, dass ein Teil des AlCl₃ aus dem Reaktionssystem ausgetragen wird, ohne an der Reaktion teilzunehmen und die Reaktion nicht effizient stattfindet, und dies ist daher unerwünscht.
Festes oder flüssiges AlX₃ kann ebenfalls direkt in das geschmolzene Material eingetragen werden. In diesem Fall wird das feste AlX₃ in dem geschmolzenen Material gasförmig, sodass eine Rührwirkung in der Schmelzflüssigkeit erwartet werden kann, doch kann eine übermäßig große Eintragungsmenge das Risiko einer Verpuffung oder dgl. mit sich bringen und daher muss auf ein schrittweises Eintragen geachtet werden.
Auch wenn das Material, das ein Halbmetallelement als die Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält, ein Feststoff ist, ist es möglich, die Erfindung durch eine Reaktion desselben als beispielsweise feines Pulver mit dem AlX₃ durchzuführen. Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße des Pulvers 100 µm oder mehr und nicht mehr als 5 mm und noch besser 0,5 mm oder mehr und nicht mehr als 1 mm. Wenn die Teilchengröße weniger als 100 µm beträgt, wird die Handhabung schwierig, und dies ist daher unerwünscht. Wenn die Teilchengröße 5 mm übersteigt, nimmt die spezifische Oberfläche ab, die Kontaktfläche zwischen der Verbindung AlX₃ der obigen Formel (1) und dem Material ab und die Reaktion erfolgt unter Schwierigkeiten, und dies ist daher unerwünscht.
3 zeigt ein Beispiel für eine Reinigungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Reinigung eines Materials gemäß der Erfindung. Die Reinigungsvorrichtung 1 umfasst einen Behälter 4, der mit einer Heizvorrichtung 5 und einer Leitung 6, durch die die Verbindung 3 der obigen Formel (1) in den Behälter 4 eingeführt wird, ausgestattet ist. Bei dem Verfahren zur Reinigung eins Materials, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, wird gemäß dieser Ausführungsform das Material 2, das ein Halbmetallelement M oder ein Metallelement M als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff M' als das Reinigungsobjekt enthält, in den Behälter 4 gegeben und in einem geschmolzenen Zustand gehalten und das AlX₃-Gas in den Behälter 4 durch eine Leitung 6 eingeführt und mit dem Material 2 in Kontakt gebracht.
In der Reinigungsvorrichtung 1 ist der verwendete Reaktor 4 einer, der gegenüber dem geschmolzenen Material, das ein Halbmetallelement wie Silicium oder Germanium oder ein Metallelement wie Kupfer oder Nickel als die Hauptkomponente enthält, inert ist und Hitzebeständigkeit aufweist. Insbesondere sind Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit, und Materialien, die hauptsächlich aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Quarz bestehen, zur Verwendung bevorzugt.
Die Leitung 6 zur Einführung des AlX₃ (wobei X für ein Halogenatom steht) ist üblicherweise, ähnlich dem Reaktor 4, eine, die gegenüber dem Material, das ein Halbmetallelement wie Silicium oder Germanium oder ein Metallelement wie Kupfer oder Nickel als die Hauptkomponente enthält, inert ist und Hitzebeständigkeit aufweist. Insbesondere sind Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit, und Materialien, die hauptsächlich aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Quarz und dgl. bestehen, zur Verwendung bevorzugt.
4 ist ein Beispiel zur Anwendung der im vorhergehenden beschriebenen Reinigungsvorrichtung. Das Reinigungssystem 100 ist aus der Reinigungsvorrichtung 1, der Disproportionierungsvorrichtung 10, einer M'X_q-Entfernungsvorrichtung 20, einer MX_p-Entfernungsvorrichtung 30 und einer AlX₃-Reinigungsvorrichtung 40, die miteinander verbunden sind, aufgebaut.
Durch das Reinigungssystem 100 erfolgt eine Rückgewinnung und Reinigung von AlX₃ mit hoher Effizienz aus dem Gasgemisch, das AlX₂, AlX, MX_p, M'X_q und nicht umgesetztes AlX₃ enthält, das aus der Reinigungsvorrichtung 1 über die Leitung 8 ausgetragen wird, wodurch dieses schließlich in die Reinigungsvorrichtung 1 zurückgeführt und im Kreislauf geführt wird.
In der Reinigungsvorrichtung 1 wird das über die Leitung 6 eingeführte AlX₃ mit dem Material, das M als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff M' enthält, in Kontakt gebracht und das Gas, das das gebildete AlX₂, AlX, MX_p und M'X_q und das nicht umgesetzte AlX₃ enthält, über die Leitung 8 in die Disproportionierungsvorrichtung 10 ausgetragen.
Die Disproportionierungsvorrichtung 10 zersetzt die AlX₂- und AlX-Aluminiumsubhalogenide in Al und AlX₃ bei der vorgegebenen Temperatur. Die durch die Reaktion gebildeten Aluminiumsubhalogenide sind thermodynamisch instabil und sie werden durch eine Disproportionierungsreaktion in einem Temperaturbereich von bis zu etwa 1000°C in Al und AlX₃ zersetzt. Daher ermöglicht das Überführen der Aluminiumsubhalogenide in einen Behälter, der bei einer Temperatur gehalten wird, bei der eine Disproportionierungsreaktion stattfindet, eine Trennung und Entfernung des festen Al und des gasförmigen AlX₃. Die Abgase, die von der Disproportionierungsvorrichtung 10 über die Leitung 11 der M'X_q-Entfernungsvorrichtung 20 zugeführt werden, sind MX_p, M'X_q und AlX₃. Wenn M'X_q fest ist, kann die stromabwärtige M'X_q-Entfernungsvorrichtung 20 weggelassen werden.
Wenn M'X_q ein Gas ist, zersetzt die M'X_q-Entfernungsvorrichtung 20 das M'X_q in beispielsweise festes M' und festes oder flüssiges M'X_r (wobei r eine ganze Zahl von 0 oder größer ist und von q verschiedene ist) bei der vorgegebenen Temperatur. Dies ermöglicht eine Abtrennung und Entfernung des gasförmigen M'X_q aus dem gasförmigen Gemisch von M'X_q, MX_p und AlX₃. Die Temperatur in dem Reaktor wird auf einen Temperaturbereich eingestellt, der eine Zersetzung des gasförmigen M'X_q in festes M' und festes oder flüssiges M'X_r ermöglicht. Dadurch besteht dann das Abgas 21, das von der M'X_q-Entfernungsvorrichtung 20 über die Leitung 21 der MX_p-Entfernungsvorrichtung 30 zugeführt wird, aus MX_p und AlX₃.
Wenn MX_p ein Gas ist, zersetzt die MX_p-Entfernungsvorrichtung 30, ähnlich der im vorhergehenden beschriebenen M'X_q-Entfernungsvorrichtung 20, das MX_p in beispielsweise festes M und festes oder flüssiges MX_s (wobei s eine von p verschiedene, ganze Zahl von 0 oder größer ist) bei der vorgegebenen Temperatur. Dies ermöglicht eine Abtrennung und Entfernung des gasförmigen MX_p aus dem gasförmigen Gemisch 21 von MX_p und AlX₃. Die Temperatur in dem Reaktor wird auf einen Temperaturbereich eingestellt, der eine Zersetzung des gasförmigen MX_p in festes M und festes oder flüssiges MX_s ermöglicht. Dadurch besteht dann das Abgas, das von der MX_p-Entfernungsvorrichtung 30 über die Leitung 31 der AlX₃-Reinigungsvorrichtung 40 zugeführt wird, allein aus gasförmigem AlX₃.
Die AlX₃-Reinigungsvorrichtung 40 reinigt das gasförmige AlX₃ bei einer vorgegebenen Temperatur. Dies ermöglicht eine Rückführung des gereinigten gasförmigen AlX₃ über die Leitung 41 in die Reinigungsvorrichtung 1 zur Wiederverwendung bei der Reinigung des Materials, das das Halbmetallelement oder Metallelement als die Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält.
Durch Verwendung des Verfahrens zur Reinigung eines Materials, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, gemäß der Erfindung ist es möglich, Fremdstoffe in einem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, unter Verwendung eines Reaktors mit einem relativ einfachen Aufbau zu entfernen und effizient das gereinigte Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente enthält, zu erhalten.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun durch Beispiele weiter erklärt, wobei die Erfindung durch die Beispiele nicht beschränkt sein soll.
Beispiel 1
In einen Graphittiegel [Innendurchmesser: 4 cm, Tiefe: 18 cm, Innenvolumen: etwa 0,2 l] wurden 86,7 g hochreines Silicium [Reinheit: 99,99999% +] und 0,88 g hochreines Aluminium [Reinheit: 99,999% +, Produkt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.] eingetragen. Der Tiegel wurde in einem Elektroofen auf 1540°C zum Erschmelzen des hochreinen Siliciums und hochreinen Aluminiums erhitzt, wobei ein Schmelzflüssigkeitsgemisch von Silicium und Aluminium erhalten wurde. Die Schmelzflüssigkeit wies eine Höhe von etwa 30 mm in dem Tiegel auf. Die Aluminiumkonzentration in der Schmelzflüssigkeit betrug 1,00 Masse-%, berechnet aus der eingetragenen Menge.
Ein Verdampfer, der mit 44,2 g Aluminiumchlorid [Reinheit: 98%, kristallwasserfrei, Produkt von Wako Junyako Co., Ltd.] gefüllt war, wurde auf 200°C erhitzt, um Aluminiumchloridgas zu erzeugen, und das Aluminiumchloridgas wurde als Trägergas verwendet und zusammen mit Argongas mit 0,1 l/min durch ein Blasrohr in die Schmelzflüssigkeit in dem Tiegel über einen Zeitraum von 120 min eingeblasen. Das verwendete Blasrohr war ein Aluminiumoxidrohr mit einem Außendurchmesser von 0,6 cm, einem Innendurchmesser von 0,4 cm und einer Länge von 70 cm, und das Ende des Blasrohrs wurde zum Einblasen des Gases von der Oberfläche der Schmelzflüssigkeit bis zu einer Tiefe von etwa 22 mm eingeführt. Nach der Durchführung des Einblasens wurde das Blasrohr aus der Schmelzflüssigkeit hochgezogen und das Aufheizen des Verdampfers wurde ebenfalls unterbrochen. Das Gewicht des in dem Verdampfer verbleibenden Aluminiumchlorids wurde nach der Durchführung des Einblasens ermittelt und als 16,4 g festgestellt, und die Differenz von 27,8 g gegenüber dem ursprünglichen Eintragungsgewicht von 44,2 g war das Gewicht des in die Schmelzflüssigkeit eingeblasenen Aluminiumchlorids. Die Konzentration von Aluminiumchloridgas in dem eingeblasenen Gas (Aluminiumchloridgas + Argongas) wurde als 28,0 Vol.-% berechnet.
Als nächstes wurde ein positiver Temperaturgradient von 0,9°C/mm vom Boden der Schmelzflüssigkeit zur Flüssigkeitsoberfläche erzeugt, wonach eine gerichtete Erstarrung vom Boden zur Flüssigkeitsoberfläche mit einer Erstarrungsrate von 0,2 mm/min durchgeführt wurde, wobei ein festes Metall erhalten wurde.
Der Aluminiumgehalt in dem erhaltenen festen Metall wurde durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt und die Aluminiumkonzentration des festen Metalls wurde als 0,17 Masse-% festgestellt.
Beispiel 2
Ein festes Metall wurde gemäß Beispiel 1 erhalten, wobei jedoch die Menge von in den Tiegel eingetragenem hochreinem Aluminium 0,44 g betrug.
Die Aluminiumkonzentration in der Schmelzflüssigkeit vor dem Einblasen des Aluminiumchloridgases betrug 0,50 Masse-% auf der Basis der Berechnung aus der eingetragenen Menge. Das Gewicht des in dem Verdampfer verbleibenden Aluminiumchlorids wurde nach der Durchführung des Einblasens ermittelt und als 32,1 g festgestellt und die Differenz von 11,2 g gegenüber dem ursprünglichen Eintragungsgewicht von 43,3 g war das Gewicht des in die Schmelzflüssigkeit eingeblasenen Aluminiumchlorids. Die Konzentration von Aluminiumchloridgas in dem eingeblasenen Gas (Aluminiumchloridgas + Argongas) wurde als 13,5 Vol.-% berechnet.
Der Aluminiumgehalt in dem erhaltenen festen Metall wurde durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt und die Aluminiumkonzentration des festen Metalls wurde als 0,09 Masse-% festgestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Dieses Beispiel wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch Argongas, das kein Aluminiumchloridgas enthielt, in die Schmelzflüssigkeit eingeblasen wurde.
Die Aluminiumkonzentration der Schmelzflüssigkeit vor dem Einblasen des Argongases betrug 1,00 Masse-% wie in Beispiel 1.
Der Aluminiumgehalt in dem erhaltenen festen Metall wurde durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt und die Aluminiumkonzentration des festen Metalls wurde als 0,53 Masse-% festgestellt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein festes Metall wurde gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhalten, wobei jedoch die Menge von in den Tiegel eingetragenem hochreinem Aluminium 0,44 g betrug. Die Aluminiumkonzentration der Schmelzflüssigkeit vor dem Einblasen des Argongases betrug 0,50 Masse-% wie in Beispiel 2.
Der Aluminiumgehalt in dem erhaltenen festen Metall wurde durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt und die Aluminiumkonzentration des festen Metalls wurde als 0,65 Masse-% festgestellt.
Beispiel 3
Dieses Beispiel wurde gemäß Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch 87,2 g Silicium metallurgischer Qualität [Reinheit: 99,58%, Produkt von Shinko-Frex, Inc.] anstelle von hochreinem Silicium und hochreinem Aluminium in den Tiegel eingetragen wurden. Silicium metallurgischer Qualität enthält als Hauptfremdstoffe eine Al-Konzentration von 610 ppm wt (parts per million, bezogen auf das Gewicht), eine Fe-Konzentration von 3400 ppm wt, eine B-Konzentration von 36 ppm wt, eine P-Konzentration von 35 ppm wt, eine Ca-Konzentration von 28 ppm wt, eine Ti-Konzentration von 230 ppm wt und eine Mn-Konzentration von 330 ppm wt. Das Gewicht des in dem Verdampfer verbleibenden Aluminiumchlorids, das nach der Durchführung des Einblasens des Aluminiumchloridgases ermittelt wurde, wurde als 3,9 g festgestellt, und die Differenz von 17,6 g gegenüber dem ursprünglichen Eintragungsgewicht von 21,5 g war das Gewicht des in die Schmelzflüssigkeit eingeblasenen Aluminiumchlorids. Die Konzentration von Aluminiumchloridgas in dem eingeblasenen Gas (Aluminiumchloridgas + Argongas) wurde als 19,8 Vol.-% berechnet. Wenn der Fremdstoffgehalt des erhaltenen festen Metalls durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt wurde, wurde festgestellt, dass die Ca-Konzentration in dem festen Metall auf 7 ppm wt verringert war.
Beispiel 4
Dieses Beispiel wurde gemäß Beispiel 3 durchgeführt, wobei jedoch die Menge von in den Tiegel eingetragenem Silicium metallurgischer Qualität 98,2 g betrug. Das Gewicht des in dem Verdampfer verbleibenden Aluminiumchlorids, das nach der Durchführung des Einblasens des Aluminiumchloridgases ermittelt wurde, wurde als 2,6 g festgestellt, und die Differenz von 31,1 g gegenüber dem ursprünglichen Eintragungsgewicht von 33,7 g war das Gewicht von in die Schmelzflüssigkeit eingeblasenem Aluminiumchlorid. Die Konzentration von Aluminiumchloridgas in dem eingeblasenen Gas (Aluminiumchloridgas + Argongas) wurde als 30,4 Vol.-% berechnet. Wenn der Fremdstoffgehalt des erhaltenen festen Metalls durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt wurde, wurde ermittelt, dass das feste Metall eine Al-Konzentration von 570 ppm wt, eine Fe-Konzentration von 2700 ppm wt, eine B-Konzentration von 22 ppm wt, eine P-Konzentration von 37 ppm wt, eine Ca-Konzentration von 1 ppm wt, eine Ti-Konzentration von 180 ppm wt und eine Mn-Konzentration von 260 ppm wt aufwies. Ein Erhöhen der Aluminiumchloridgaskonzentration über die von Beispiel 3 führte nicht nur zu einer Verringerung der Ca-Konzentration, sondern auch der Al-Konzentration, Fe-Konzentration, B-Konzentration, Ti-Konzentration und Mn-Konzentration.
Beispiel 5
Festes Silicium, das 5 Masse-% Aluminium enthielt, wurde zerkleinert und gesiebt, wobei aluminiumhaltiges festes Silicium mit Teilchengrößen von 0,5 mm oder größer und nicht größer als 1 mm hergestellt wurde. 0,71 g des erhaltenen aluminiumhaltigen festen Siliciums wurden in einen Graphittiegel [Innendurchmesser: 4 cm, Tiefe: 18 cm, Innenvolumen: etwa 0,2 1] eingetragen. Der Tiegel wurde in einem Elektroofen auf 1390°C erhitzt und das eingetragene Silicium wurde erhitzt und in einem festen Zustand gehalten.
Ein Verdampfer, der mit 31,9 g Aluminiumchlorid [Reinheit: 98%, kristallwasserfrei, Produkt von Wako Junyako Co., Ltd.] gefüllt war, wurde auf 200°C erhitzt, um Aluminiumchloridgas zu erzeugen, und das Aluminiumchloridgas wurde als Trägergas verwendet und zusammen mit Argongas mit 0,1 l/min durch ein Blasrohr in das feste Silicium in dem Tiegel über einen Zeitraum von 120 min eingeblasen. Das verwendete Blasrohr war ein Aluminiumoxidrohr mit einem Außendurchmesser von 0,6 cm, einem Innendurchmesser von 0,4 cm und einer Länge von 70 cm, und das Blasrohr wurde von der Oberfläche des festen Siliciums bis 10 mm unter diese zum Einblasen des Gases eingeführt. Nach der Durchführung des Einblasens wurde das Blasrohr aus der Schmelzflüssigkeit hochgezogen und das Aufheizen des Verdampfers wurde ebenfalls unterbrochen. Das Gewicht des in dem Verdampfer verbleibenden Aluminiumchlorids wurde nach der Durchführung des Einblasens ermittelt und als 1,9 g festgestellt, und die Differenz von 30,0 g gegenüber dem ursprünglichen Eintragungsgewicht von 31,9 g war das Gewicht des in die Schmelzflüssigkeit eingeblasenen Aluminiumchlorids. Die Konzentration von Aluminiumchloridgas in dem eingeblasenen Gas (Aluminiumchloridgas + Argongas) wurde als 29,5 Vol.-% berechnet. Das Silicium wurde nach dem Einblasen abgekühlt, wobei ein festes Metall erhalten wurde.
Der Aluminiumgehalt in dem erhaltenen festen Metall wurde durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt und die Aluminiumkonzentration des festen Metalls wurde als 1,7 Masse-% festgestellt.
Vergleichsbeispiel 3
Dieses Beispiel wurde gemäß Beispiel 5 durchgeführt, wobei jedoch die Menge an aluminiumhaltigem festem Silicium, die in den Tiegel eingetragen wurde, 1,40 g betrug, und Argongas, das kein Aluminiumchloridgas enthielt, in die Schmelzflüssigkeit eingeblasen wurde. Der Aluminiumgehalt in dem erhaltenen festen Metall wurde durch Lumineszenzanalyse mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) quantitativ bestimmt, und die Aluminiumkonzentration des festen Metalls wurde als 1,9 Masse-% ermittelt.
Bezugszeichenliste

1: Reinigungsvorrichtung,
2: Material, das ein Halbmetallelement als Hauptkomponente und Fremdstoffe enthält,
3: Verbindung, die durch AlX₃ dargestellt wird,
4: Behälter,
5: Heizvorrichtung,
6: Einführungsrohr(-leitung),
7: Produktgas,
11, 21, 31, 41: Leitungen,
8: Produktgasaustragungsrohr(-leitung),
10: Disproportionierungsvorrichtung,
20: M'X_q-Entfernungsvorrichtung,
30: MX_p-Entfernungsvorrichtung,
40: AlX₃-Reinigungsvorrichtung,
100: Reinigungssystem

Claims

Verfahren zur Reinigung eines Materials, umfassend das Inkontaktbringen von einem Material, das ein Halbmetallelement oder ein Metallelement als die Hauptkomponente und einen Fremdstoff enthält, mit einer Verbindung der folgenden Formel (1): AlX₃ (1) worin X für ein Halogenatom steht; zum Entfernen des Fremdstoffs aus dem Material.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 1, wobei das Material Silicium, Germanium, Kupfer oder Nickel als die Hauptkomponente enthält.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 1, wobei das Material Silicium als die Hauptkomponente enthält.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 1, wobei das Material Silicium als die Hauptkomponente enthält und der Fremdstoff ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Germanium, Eisen, Bor, Zink, Kupfer, Nickel und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst, ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 1, wobei das Material Germanium als die Hauptkomponente enthält und der Fremdstoff ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Eisen, Bor, Cobalt, Zink, Kupfer, Nickel und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst, ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 1, wobei das Material Kupfer als die Hauptkomponente enthält und der Fremdstoff ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Bor, Zink, Nickel und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst, ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 1, wobei das Material Nickel als die Hauptkomponente enthält und der Fremdstoff ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zirconium, Aluminium, Titan, Gallium, Indium, Vanadium, Mangan, Chrom, Zinn, Blei, Silicium, Germanium, Eisen, Cobalt, Kupfer, Bor, Zink und Seltenerdmetallen ausgewählt sind, oder eine Legierung, die eines oder mehrere dieser Elemente umfasst, ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Material in einem geschmolzenen Zustand vorliegt.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Material ein Pulver ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Material Silicium zu mindestens 97 Masse-% enthält.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des Materials 600°C oder mehr und weniger als 2000°C beträgt.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des Materials 1420°C oder mehr und weniger als 2000°C beträgt.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verbindung der Formel (1) ein Gas ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 13, wobei die Verbindung der Formel (1) in einem Gasgemisch mit einem Inertgas vorliegt.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Verbindung der Formel (1) AlCl₃ ist.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 14, wobei die Verbindung der Formel (1) AlCl₃ ist und die Konzentration des AlCl₃ in dem Gasgemisch 10 Vol.-% oder mehr und nicht mehr als 40 Vol.-% beträgt.
Verfahren zur Reinigung eines Materials nach Anspruch 14 oder 16, wobei das Inertgas ein Element, das aus der Gruppe von Argon, Stickstoff und Helium ausgewählt ist, oder ein Gasgemisch, das zwei oder mehrere hiervon umfasst, ist.