改进的导模法及其设备所用湿尖导模制造技术

ＥＦＣ生长空心晶体的新颖毛细导模及晶体生长方法。内、外环形迁围绕导模尖部。熔体从坩埚通过通道输送到沟，空心晶体生长过程中，沟中熔体湿润并覆盖内部、外部外侧表面。新颖导模结构有较低的导模尖部和较短毛细槽。可保持围绕导模尖部周边的温度基本均匀，提高导模尖部上生长的管形晶体壁厚的均匀度。该沟可减少因导模被淹没而发生中断或影响晶体生长过程。发生生长弯月面断裂时，该沟载获液态硅，防止或减少发生淹没导模及相关生长设备的现象。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与由熔体用边缘限定薄层供料生长法(EFG)生长晶体的设备有关，具体有关这种设备的新颖导模。在边缘限定薄层供料生长技术(即EFG法)中，原料的液膜在晶种上生长成管形晶体，例如圆形或多边形截面的空心晶体，利用毛细管作用，通过导模中的一个或多个毛细管，将原料从熔融硅的坩埚输送到导模的端面或上端表面。晶体的形状取决于导模最高表面或上端表面的外形或边缘形状。用EFG法生长的诸如九边形或八边形等的多边形空心体，在其角部处分割成若干平坦的用于制造太阳能伏打电池的基质。在颁发给泰勒(Taylor)等人的美国专利第4，230，674号中叙述并解说的已知类型的EFG导模中，典型有一个上端面，至少一个与该上端表面相交的毛细管并和上端表面约以65°的角相交即与导模的垂直轴线约以25°的角相交的内外侧表面。采用已知的EFG导模，至少因为两个理由难以引发晶体成长即难以在晶体生长设备引晶。首先，晶体生长必须在一个相当窄的导模温度范围内即在“生长窗口”内引发。其次，围绕导模的周边具有显著的温度变化的趋势。在某种程度上上面讨论的理由中的第一个理由会对上述的第二个理由产生影响。在低于生长窗口的温度下，不能发生晶体生长，即晶种会在导模上凝结。在高于晶体可能生长的窄幅导模温度的温度下试图生长晶体时，导模与晶种(或生长中的晶体)间的液膜会有断裂的倾向，即晶种会从液膜断开，其结果液态硅常溅射到膜内和/或外表面，或溢出导模的内和/或外表面。溢出的硅倾向于在导模的侧表面上进行反应而形成碳化硅沉积层。此外，在正常的晶体生长过程中，在导模的侧表面上会形成少许碳化硅。这些碳化硅沉积层和导模侧表面上所有的未反应的液态硅一起有改变导模的导热性和热辐射性的趋向。这种导热性和热辐射性的变化，将造成热耗率的局部变化，其结果使围绕导模周边的温度不均匀。制造导模所用的石墨难免的孔隙度、密度和/或导电性等的错综复杂的变化对围绕导模周边的温度对称性有进一步不利的影响。石墨性能的这些变化产生热流的局部变化，并造成溢流的硅在导模表面渗入深度的变化，溢出硅渗入导模的表面的深度则转而影响导模的温度。围绕导模周边温度对称性的变化，使生长中的晶体的厚度发生局部的变化。这种厚度的变化，倾向于减少可由空心多边形晶体制成的太阳能电池的数目，因为从晶体上切割的基质越薄，越倾向于破碎。此外，由于厚度变化，从晶体上切削的基质表面倾向于不平坦。这种不平坦性使太阳能电池的某种加工作业较难进行，诸如在基质表面放置电极等。如前已述，在已知的EFG晶体生长设备中，当弯月面受破坏时，即当固/液界面消失时，液态硅有溢出导模的趋势，这种溢流可能在晶体生长设备邻近导模的某些部分造成某种淹没现象。如上所述这种熔融硅的淹没造成温度的不均匀性，当过度淹没时，可能通过一起熔融导模与生长设备附的邻近的机械部件而破坏生长机构，并可能污染坩埚中溶融的硅，不然可能造成晶体生长设备的损坏。为避免生长弯月面受破坏或中断，操作人员操作生长设备时必须要高度细心并集中精力。但是要求操作者在全部时间中都保持高度细心是难以办到的，因而难免发生意外，结果由于不均匀的湿润和灾难性的淹没显著地减短EFG导模的平均使用寿命。在已知的EFG导模中，晶体生长时，在导模顶上的生长弯月面与坩埚中的大量熔体之间有很大的温度或温度梯度差异，而大量熔体的温度比生长弯月面中的熔体的温度高得很多。生长弯月面本身需要有大的温度梯度，以保持晶体生长过程的稳定性。在已知的EFG导模中，由于热能连续地通过导模流入弯月面，及由于导模的高抗热性，生长弯月面中的大的温度梯度，造成在生长弯月面与坩埚中熔体之间的导模毛细管中有相似的大温度梯度。在坩埚中所要求的高温度的一个不利效果，可能是有过量的坩埚材料熔解入熔体内。当熔体从坩埚经导模毛细管上升到导模顶部时熔体温度降低而变为过饱和，使得熔解并起反应的坩埚材料在导模毛细管内与导模尖部上沉积下来。这沉积物可能造成毛细管的堵塞，阻止熔体达到模顶，从而妨碍晶体进一步生长。沉积物还可能改变模顶及模顶边缘形状，从而不利地改变在模中生长的晶体的形状。本专利技术的一个目的，是提出一种EFG晶体生长系统的改进的坩埚/导模组合件，其特征在于不因(1)导模与生长中的晶体间的液膜断裂及在导模表面熔融硅的总溢出量、或(2)晶体生长设备正常运转的结果而使导模的周边温度分布有很大变化。本专利技术的另一目的，是提高导模温度变化的耐受性而不致使(1)晶体凝结在导模上及出现(2)晶体“空隙”即出现晶体从与导模连接的液膜断裂的现象。本专利技术还有一个目的，是提出用于EFG晶体生长设备的一种坩埚/导模，其设计可在导模与生长晶体之间的弯月面断裂时，防止被释放的熔融硅淹没导模附近的设备区域。本专利技术的又一目的，是提出一种易于引晶的EFG晶体生长设备。本专利技术的另一目的，是提出一种EFG晶体生长设备，该设备具有一个坩埚导模，该坩埚导模则为取得上述各目的而设计。本专利技术还有一个目的，是降低导模顶与坩埚中熔体之间的温差，并降低导模毛细管中熔体的温度梯度，以便降低熔体的过饱和程度，从而减少熔解的并反应坩埚材料在毛细管内与导模顶上的沉积作用。本专利技术的另一目的，是提出一种用熔池中的熔体生长管形晶体新的改良方法。本专利技术上述及其他目的通过提出一种用EFG方法生长管形晶体的设备来实现，该设备有上个新型的EFG导模和一个具有侧壁及底壁而形成容纳熔融硅供料的空间(熔体贮器)的坩埚。导模有直立的多边形截面的尖部，该尖部有顶端面和与导模顶端面相交的内、外侧表面。导模尖部有一个或多个输送毛细管，即毛细管尺寸级的管道，其特点为各有一个上端终止于导模的上端表面，一个下端与坩埚中的熔体相连通。导模还有同心的第一及第二(内、外)环形沟。内沟与导模尖部的内侧表面相邻，设计为容纳一定量的与导模尖部内侧表面接触的熔融硅。外沟与导模尖部的外侧表面相邻，设计为容纳一定量与模尖外侧表面接触的熔融硅。通过一个或多个具有毛细管尺寸级的通道，内、外沟与坩埚中的熔体相连通。作为可供选择的措施可提供以一个与第二(外)沟成围绕关系的第三沟道。导模设计使导模的总高度相当小(与已知的先有导模比较)，从而使导模尖部的温度与坩埚中熔体的温度间的差异较小。熔融硅由毛强管作用引导从坩埚通过毛细管输送到导模尖部的上端表面。熔融硅由毛细管作用引导从坩埚通过毛细管道输送到内、外沟中。然后，内、外沟中的熔融硅由表面张力将其分别沿导模内、外表面向上拉。形成实质上作为整体覆盖那些表面的弯月面。这些“沟”的弯月面恰在其定形角缘的下方粘附在导模尖部的侧边上，而分别生长弯月面粘附在导模尖部的上端表面边缘上。当发生生长弯月面断裂时，或液态硅相对于导模外溢或内溢，此时将发生液态硅截获在内、外沟内，由此内、外沟该液态硅将反回到坩埚的熔体中，而截获在第三径向外沟中的液态硅则保留在其中。本专利技术的其他特点及优点，将叙述在本专利技术的说明及文后权利要求书中并由该文件清晰说明。为更加了解本专利技术的性质及目的，参阅下文结合附图详细叙述，其中附图说明图1为传统EFG晶体生长炉设备局部剖面前视图，该图示出如何使用本专利技术的坩埚/毛细管导模组合件;图2为先有技术之坩埚/毛细管导模件的剖视图;图3为结合本专利技术的坩埚/毛细管导模件分解剖视示意图;图4为图1，3及5至7所示坩埚/毛细管导模件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用ＥＦＧ（边缘限定薄层供料生长）方法，生长选定材料的管形晶体的设备，所述设备包含：　　（ａ）坩埚，所述坩埚具有底壁与侧壁，形成容纳所述选定材料的液态供料的内空间，（ｂ）改进的毛细管导模，所述导模与所述侧壁一体成形；　　所述导模有尖部装置，用以支持液体／固体生长界面，并用以控制所述晶体的构形，所述尖部装置有：一上端表面和与所述上端表面相交的内部、外部外侧表面；输送装置，用以（ａ）利用毛细管作用将所述选定材料以液体状态从所述坩埚送至所述尖部装置，从而在所述晶体的生长过程中，所述上端表面与所述内部、外部外侧表面经常由所述熔体湿润。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维S哈维，布赖恩H麦金托什，丹娜L温切斯特，桑卡灵汉姆拉金德兰，
申请(专利权)人：ASE美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]