Processo Siemens

Il processo Siemens viene solitamente utilizzato per la produzione di silicio puro (o quasi puro) pronto per poter essere utilizzato in campo elettronico e specialmente nella produzione delle celle fotovoltaiche. Il silicio è il secondo componente più diffuso della crosta terrestre; la produzione segue le seguenti fasi lavorative:

1) Nelle miniere di estrazione, viene prelevata prevalentemente sabbia composta da SiO₂ (quarzo);

2) Riscaldando il quarzo in grosse fornaci ad altissime temperature e combinandolo con il carbonio è possibile ricavarsi il silicio metallurgico + monossido di carbonio:

${\ce {SiO2 + 2C -> M-Si + 2CO}}$

Tale tipologia di silicio ha una purezza circa del 98% e necessita quindi di un'ulteriore fase di lavorazione che prende il nome di processo Siemens;

3) Il processo Siemens consiste nel far reagire il silicio metallurgico (M-Si) con una soluzione di acido cloridrico (3HCl) :

${\ce {M-Si + 3HCl -> SiHCl3 + H2}}$

Il nuovo composto ottenuto SiHCl₃ prende il nome di tricloruro di silano che si presenta come una forma di silicio gassoso; questo viene fatto condensare e successivamente distillato accuratamente ritornando a ritroso nella reazione chimica precedente:

${\ce {SiHCl3 + H2 -> Si + 3HCl}}$

Il silicio policristallino ora ottenuto però avrà una purezza molto maggiore dell'ordine del 99,9%.

Più in dettaglio:

Il processo Siemens è un processo utilizzato per la purificazione del silicio multicristallino, che consente di ottenere silicio di grado elettronico. La tecnologia si basa sulla tecnica di deposizione chimica da vapore (chemical vapor deposition CVD) e prende il nome dalla compagnia che ha sviluppato tale metodo. Nei reattori Siemens, in cui avviene il processo di purificazione, vengono usate delle campane di contenimento adagiate su una piattaforma. All’interno di queste campane vengono poste diverse barre di silicio ad alta purezza di uno spessore di circa 10 mm. Tali barre sono connesse a due a due all’estremità superiore e sono poste verticalmente all’interno della campana. Per avviare il processo le barre vengono scaldate elettricamente tra i 1100 e i 1200 °C. Successivamente una miscela di tricloruro silano purificato viene trasportata tramite idrogeno nel reattore dove viene decomposta quando giunge a contatto con le barre di silicio riscaldate. Come risultato viene depositato del silicio policristallino sulle barre, incrementandone lo spessore. Quando le barre sono cresciute fino al diametro voluto la procedura viene arrestata, le sbarre vengono scollegate e il processo è pronto per ricominciare introducendo delle nuove barre di silicio (fredde) dello spessore di circa 1 cm.

Alla fine del processo si ottengono barre di silicio policristallino di diametro fino a 20 cm con un grado di impurità di circa 0.2 parti per miliardo.