'이레폴리실리콘'을 소개 합니다.

1. 이레폴리실리콘 소개
(Best company in Solar and Semiconductor)

 -역사
2005년 폴리실리콘 관련 핵심기술을 확보하여, 2010년에는 20,000톤의 생산 규모를 확보한 알찬 폴리실리콘 기업입니다.^^

-위치
공장과 본사는 강원도 영월군에 자리 잡고 있습니다.
종업원 수는 8000명 정도 입니다.

-생산 제품
생산제품으로는 폴리실리콘 6N과 11N을 생산하고 있고, 금속 실리콘과 고순도 실리카(SiO2) 탄화규소(SiC), 우리가 많이 알고 있는 수산화나트륨(NaOH)을 생산하고 있습니다.

2. 이레폴리실리콘 산업 현황
(폴리실리콘 판매는 Ingot 제조 업체에 한정)

중국에 LONGi에 2011년에 1200톤, 한국 LPD에 3000톤을 수출했다고 하네요. 대부분 반도체용보다는 태양전지용으로 20,000톤을 생산 시 16,000톤은 태양전지용, 나머지 4000톤은 반도체용이라고 합니다.

3. 폴리 실리콘이란?

 

 

-폴리실리콘은 고품위 모래 원료를 채취한 뒤, 정제 및 가공과정을 거친 제품으로, Ingot을 만드는 원료가    
 됩니다.

4. 광물의 불순물 정제 단계 (물리적 정제와 화학적 정제로 나뉩니다.)

1) 원광(물리적 정제) -> 5N까지 가능!!

-채광
-파쇄, 분쇄: 물리적 정제를 위한 준비
-건식 자선 분리: 자력선을 이용한 분리로써 주로 철(Fe), 알루미늄(Al)을 분리합니다.
-습식 자선 분리
-비중, 부유 분리: 비중 차를 이용한 분리
                         (주로 초음파, Screen Mesh를 활용합니다.)
-주요 정제 대상: 철, 알루미늄, 티타늄, 기타 비철 불순물을 제거합니다.

2) Metal Silicon(화학적 정제) -> 6N까지 가능!

-SiO2, CaO, Fe2, O3, Al2, O3 등에서 탄소(C)를 이용하여 제거하는 반응입니다.
-주요 정제 대상은: 산소(O), PO, BO입니다.

3) Polysilicon (화학적 정제) ->7N 이상 가능!! 
공정을 많이 반복할 수록 순도는 증가합니다.

-Metal Silicon 반응 시 산소 분리로 발생한 불순물을 제거하는 방식까지는 같습니다.
-이 반응을 위해서 주로 염화수소(HCl)를 사용 합니다.
-반응을 위해서 사용되는 촉매 (Cl)을 잘 제거하는 것이 생산성 향상의 지름길입니다.
-주요 정제 대상: SiH2, Cl2, SiCl4, O, Cl, FeCl3, AlCl3, PCl3, PCl5, BCl3

(이레 실리콘 공정 참조)

5. TCS 정제란?

(위 그림에서 자세히 보면 마지막 SiHCl3가 증류탑에서 다른 반응기로 들어가는 것을 볼 수가 있습니다.)
 
  간단히 설명하자면 폴리실리콘을 증류(고체를 기체로 만드는 것이죠, 옷장에 나프탈렌이 기체가 되는 것처럼요)하는 기술입니다. 메탈실리콘에서 고순도의 TCS가 생성되게 하는 것이죠. 

  좀 더 깊게 들어가자면 폴리실리콘을 제조하는 방법은 사용하는 반응기의 종류에 따라 크게 Siemens Ractor공법과 FBR(fluidized bed reactor)공법으로 나눌 수 있습니다. 

  현재는 Siemens Reactor 공법이 전 세계 생산량의 90%를 차지하고 있고요. Siemens Reactor 공법도 원료를 무엇으로 하는가에 따라 TCS(trichlorosilane, SiHCl3)를 이용하는 방법과 모노실란(SiH4)을 이용하는 방법이 있습니다.

  하지만 모노실란은 폭발성이 강해서 취급이 어렵고 제조과정에서 실리콘 분말이 부산물로 다량 발생해 TCS를 많이 이용하고 있습니다. 일반적으로 TCS를 제조하는 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있습니다. 

Si+3HCl→ SiHCl3+H2 (1)

Si+4HCl→ SiCl4+2H2 (2)

3SiCl4+2H2 +Si→ 4SiHCl3+H2 (3)

 먼저 Hydrochlorination 반응은 (1)과 같이 HCl을 MG-Si(metallurgical-grade silicon)에 공급하면 Si에 수소와 염소가 달라붙으면서 TCS가 되는 방법입니다. 이 반응은 TCS가 생산되는 동시에 (2) 와 같은 부반응으로STC(silicontetrachloride, SiC l4)가 생산되는데 그 비율은 TCS와 STC가 약 85:15 정도가 됩니다.

또 다른 방법은 (3)에서 볼 수 있듯이 STC를 MG-Si와 촉매 하에서 반응시켜 TCS를 생성하는 Hydrogenation반응이 있습니다.

이 방법은 15~25%의 전환율을 보이기 때문에 전환되지 않은 STC를 다시 회수하여 재활용해서 사용해야 합니다.

이 두 가지 반응 모두 FBR을 이용하여 반응이 일어나며 생성된 TCS는 앞에서 설명한 것과 같이 Siemens Reactor를 이용해 폴리실리콘을 생산하는데 사용됩니다.  

반응을 통해 생산된 TCS에는 부반응 때문에 생성된 STC, DCS(dichloro silane, SiH2Cl2) 등의 염화실란과 반응 시 완전히 소모되지 않은 HCl, H2 뿐만 아니라 MG-Si에 있던 Al, Fe, Cu, Ca, B, P 등이 HCl과 반응하여 생성된metal chloride가 함께 포함되어 있습니다.
 
TCS는 정제과정을 거쳐 9N(99.9999999%) 이상의 순도를 가지는 EGS(Electronic Grade Silicon)과6N(99.9999%) 이하의 순도를 가지는CGS(Chemical-Grade Silicon)으로 분리가 되는데요. EGS는 반도체 웨이퍼생산에 많이 사용되며 CGS는 태양전지를 만드는 많이 이용되고 있다.

6. 이레폴리실리콘의 우수한 제조환경 

1) 고품위 원료의 장기적, 안정적 확보
-고품위 규석, 무연탄의 안정적 확보
-단일 지역의 원광을 장기간 처리함므로써 품질의 안정화
-영월 지역의 규석 특성에 맞는 정제 방법 개발 가능
-Al 성분이 높고, Fe 성분이 상대적으로 낮은 구조
-부재료로 사용되는 석회석(CaCO3)구매가 쉽고, 석회석 함유 원광이 많다.
-인과 붕소의 사전 정제 시 물이 필요하나 이것의 원료는 자연 정제되는 지역이다.

2) 우수한 광물 관련 인력 보유
-장기간에 걸친 광산업 종사 인력이 풍부함.
-영월에 있는 3개의 규석 광산 활용.
-무연탄을 소재로 하여 탄소 파우더의 고부가 가치화

3) 지역적인 장점
-철도 및 고속도로: 철도를 통해 동해, 서해, 남해의 접안이 용이하고,
 국내외 각 공업지역으로 제품 수송이 편리.
-전력: 제품 생산에 필요한 풍부한 전력 공급 및 인프라를 갖추고 있다.
-관광: 국내외 BUYER들의 방문 시 필요한 다양한 볼거리 및 관광자원 보유.

*참고문헌 
- 이레폴리실리콘에 대해서(2008년)
- 순천대학교 화학공학과 논문집

S.F 권순일(ksi926@naver.com)
http://www.cyworld.com/kwon926