制造纯净或掺杂的半导体材料的非负载的制品的方法技术

本发明专利技术涉及制造半导体材料的制品的方法，以及由此形成的半导体材料制品，例如可用于制造光伏电池的半导体材料制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权声明本申请要求2008年2月四日提交的题为“制造纯净或掺杂的半导体元件或合金 的非负载的制品的方法(METHOD OF MAKING AN UNSUPPORTED ATRICLE OF A PUREOR DOPED SEMICONDUCTING ELEMENT OR ALLOY) ”的美国临时专利申请第61/067679号的优先权。专利
本专利技术涉及制造半导体材料的非负载的制品的方法，以及由此形成的半导体材料 制品，例如可用于制造光伏电池的半导体材料制品。技术背景半导体材料可用于许多应用中。例如，半导体材料可用于电子装置中作为在半导 体晶片上形成的处理器。作为另一个例子，半导体材料还可用于通过光伏效应将太阳辐射 转化成电能。对于硅基光伏电池，所述硅可以例如作为非负载的片形成，或者通过在基片上形 成所述硅而得到负载的。用于制造半导体材料的非负载的和有负载的制品(如硅片)的常 规方法具有一些缺点。制造非负载的半导体材料薄片(S卩，没有整体化的基片)的方法可能是缓慢的，或 者会浪费半导体材料的原料。半导体材料的本体生长(例如单晶和多晶硅锭)通常包括随 后将锭切成薄片，导致材料损失，例如约50%的线锯(wire-sawing)切口宽度。带状生长技 术克服了切片引起的材料损失，但是这种技术可能比较缓慢，例如多晶硅带状生长技术的 速率为1-2厘米/分钟。可以用比较低的成本制造有负载的的半导体材料片，但是这种半导体材料薄片受 到在其上进行制造的基片的限制，所述基片必须符合各种工艺和应用要求，这些要求可能 是互相矛盾的。因此，本领域中长久以来需要一种能减少材料浪费和/或增大生产速率的制造半 导体材料制品的方法。专利技术概述根据本专利技术的各种示例性实施方式，提供了制造半导体材料的制品的方法，所述 方法包括提供温度为Ts的模具，提供本体温度为Ts的熔融半导体材料，其中Ts > Ts，任选 地用颗粒涂覆模具的外表面，将模具浸在熔融半导体材料中，浸渍时间足以在模具的外表 面上形成半导体材料固体层，取出模具，模具带有由熔融半导体材料形成的半导体材料固 体层，从模具分离半导体材料固体层，形成半导体材料的非负载的制品。本专利技术的其他示例性实施方式涉及制造半导体材料制品的方法，所述方法包括提 供温度为Ts的模具，提供本体温度为Ts的熔融半导体材料，其中Ts > Ts，任选地用颗粒涂 覆模具的外表面，将模具浸在熔融半导体材料中，浸渍时间足以在模具的外表面上形成半 导体材料固体层，其中只通过熔融半导体材由熔融半导体材料形成的半导体材料固体层，从模具分离半导体材料层，形成半导体材料 的非负载的制品。本专利技术的其他示例性实施方式涉及控制半导体材料制品的厚度的方法，所述方法 包括提供温度为Ts的模具，提供本体温度为Ts的熔融半导体材料，其中Ts > Ts，任选地用 颗粒涂覆模具的外表面，将模具浸在熔融半导体材料中，浸渍时间足以在模具的外表面上 形成半导体材料固体层并开始再熔化，取出模具，模具带有由熔融半导体材料形成的半导 体材料固体层，从模具分离半导体材料层，形成半导体材料的非负载的制品。本专利技术的示例性实施方式还涉及通过一种方法形成的半导体材料的制品，所述方 法包括提供温度为Ts的模具，提供本体温度为Ts的熔融半导体材料，其中Ts > Ts，任选地 用颗粒涂覆模具的外表面，将模具浸在熔融半导体材料中，浸渍时间足以在模具的外表面 上形成半导体材料的固体层，取出模具，模具带有由熔融半导体材料形成的半导体材料固 体层，从模具分离半导体材料层，形成半导体材料的非负载的制品。本专利技术的其他示例性实施方式涉及用于形成半导体材料制品的模具，其中该模具 包括外表面和位于该外表面上的颗粒。在至少一些实施方式中，根据本专利技术的方法可以减少材料浪费和/或增大半导体 材料的生产速率。如本文所用，术语“半导体材料”包括表现出半导体性质的材料，例如硅、锗、锡和 砷化镓，及其合金、化合物和混合物。在各种实施方式中，半导体材料可以是纯的(例如，本 征硅或i型硅)或掺杂的(例如分别包含磷或硼的η型或ρ型掺杂剂的硅)。如本文所用，“半导体材料制品”包括使用本专利技术方法制造的任何形状或形式的半 导体材料。这些制品的例子包括平滑或织构化的制品；平坦、弯曲、弯折或成角度的制品； 以及对称或不对称的制品。半导体材料制品可包括各种形式，例如片或管。如本文所用，术语“非负载的”表示半导体材料制品不与模具整体化。非负载的的 制品在其形成的时候可能与模具松散连接，但是在模具上形成之后从模具分离。但是非负 载的的制品可以随后施加到用于各种应用(如光伏应用)的基片上。如本文所用，术语“模具”表示能影响半导体材料制品的最终形状的物理结构。在 本文所述的方法中，熔凝或凝固的半导体材料不需要与模具的表面发生实际的物理接触， 但是在模具表面和熔凝或凝固的半导体材料之间可能发生接触。如本文所用，术语“模具外表面”表示在浸渍时可以暴露于熔融半导体材料的模具 表面。例如，如果管形模具的内表面在浸渍该模具时能接触到熔融半导体材料，则所述内表 面可以成为“模具外表面”。如本文所用，“在模具的外表面上形成半导体材料固体层”及其变化形式表示来自 熔融半导体材料的半导体材料在模具的外表面上、表面之上、或表面附近凝固(在本文中 也称为冻结或结晶)。在一些实施方式中，在模具的外表面上形成半导体材料固体层包括在 涂覆模具外表面的颗粒层上凝固半导体材料。在各种实施方式中，由于模具和熔融半导体 材料之间的温差，半导体材料可能在其与模具外表面物理接触之前凝固。当半导体材料在 其与模具物理接触之前凝固时，在一些实施方式中，凝固的半导体材料可以随后与模具物 理接触，或者随后与涂覆模具的颗粒物理接触。在一些实施方式中，半导体材料还可以在其 与模具外表面、或涂覆模具外表面的颗粒(如果存在的话)物理接触之后凝固。如本文所用，“增大的生产速率”及其变化形式包括半导体材料制品的生产速率相 对于生产半导体材料的常规方法(如带状生长方法)有任何增大。例如，增大的生产速率 可以是任何大于1-2厘米/分钟的速率。如本文所用，“减少的材料浪费”及其变化形式表示损失的半导体材料量相对于在 半导体材料制品生产之后采用切片或切割方式的常规方法有任何减少。如本文所用，术语“晶体”表示任何包含晶体结构的材料，包括例如单晶和多晶半 导体材料。如本文所用，术语“多晶，，包括任何由多个晶粒组成的材料。例如，多晶材料可包 括多晶、微米晶和纳米晶材料。如本文所用，术语“熔融半导体材料的温度”、“熔融半导体材料的本体温度”及其 变化形式表示合适容器内容纳的熔融半导体材料的平均温度。熔融半导体材料内的局部温 度在任何时间点可以是变化的，例如浸渍模具时熔融半导体材料中靠近模具的区域，或者 在容器顶表面处暴露于大气条件的熔融半导体材料。在各种实施方式中，不考虑任何局部 的温度变化，熔融半导体材料的平均温度是基本均勻的。如本文所述，本专利技术涉及制造半导体材料的制品的方法，以及由此形成的半导体 材料制品。在以下说明中，一些方面和实施方式将是显而易见的。应当理解，本专利技术按其最 广义理解，能够在不使用这些方面和实施方式的一种或多种特征的情况下实施。应当理解， 这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体材料的非负载的制品的方法，该方法包括：　　提供温度为Ｔ↓［模］的模具；　　提供温度为Ｔ↓［Ｓ］的熔融半导体材料，其中Ｔ↓［Ｓ］＞Ｔ↓［模］；　　用颗粒涂覆模具的外表面；　　将模具浸入熔融半导体材料中足够长的时间，在模具的外表面上形成半导体材料的固体层；　　从熔融半导体材料中取出带有半导体材料固体层的模具；　　从模具分离半导体材料固体层，形成半导体材料的非负载的制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-2-29 61/067,6791.一种制造半导体材料的非负载的制品的方法，该方法包括 提供温度为Ts的模具；提供温度为Ts的熔融半导体材料，其中Ts > Ts ； 用颗粒涂覆模具的外表面；将模具浸入熔融半导体材料中足够长的时间，在模具的外表面上形成半导体材料的固 体层；从熔融半导体材料中取出带有半导体材料固体层的模具； 从模具分离半导体材料固体层，形成半导体材料的非负载的制品。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体材料选自硅、硅的合金和化合 物、锗、锗的合金和化合物、砷化镓、砷化镓的合金和化合物、锡、锡的合金和化合物、及其组I=I O3.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述半导体材料选自硅、硅合金、和硅化 合物。4.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，用颗粒涂覆模具外表面的步骤包括将模 具暴露于熔融半导体材料之上的烟气足够长的时间，在模具外表面上形成由熔融半导体材 料产生的颗粒。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在将模具浸入熔融半导体材料中之前，使模 具位于熔融半导体材料之上并暴露于熔融半导体材料的烟气中，以及/或者在将模具浸入 熔融半导体材料的时候，使模具暴露于熔融半导体材料的烟气。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在将模具浸入熔融半导体材料中之前，使模 具位于熔融半导体材料之上并暴露于熔融半导体材料的烟气中。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，使模具位于熔融半导体材料之上并暴露于 熔融半导体材料的烟气中，还在将模具浸入熔融半导体材料中的时候，使模具暴露于烟气 中。8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使模具位于熔融半导体材料之上并暴露于 熔融半导体材料之上的烟气中10-30秒。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用颗粒涂覆模具外表面的步骤包括将颗粒 喷射、摩擦、涂刷、倾倒、浸涂、化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体辅助的化学气相沉积 或等离子体电感沉积在模具的外表面上。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，涂覆模具外表面的颗粒形成基本连续的颗 粒涂层。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基本连续的颗粒涂层的厚度为100纳米到 5微米。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，颗粒形成覆盖至少60%的模具外表面的涂层。13.如权利要求所述的方法，其特征在于，颗粒的平均粒度为10纳米到2微米。14.如权利要求所述的方法，其特征在于，颗粒包含硅、硅氧化物、氮化硅、铝氧化物、硅 酸铝、及其组合。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，熔融半导体材料之上的气氛包含氩气和氢气。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模具按0-180°的浸渍角浸入熔融半导体 材料中。17.—种制造半导体材料的非负载的制品的方法，该方法包括提供温度为Ts的模具；提供温度为Ts的熔融半导体材料，其中Ts > Ts ；将模具浸入熔融半导体材料中足够长的时间，在模具的外表面上形成半导体材料的固 体层，其中只通过熔融半导体材料的温度改变模具的温度；从熔融半导体材料取出带有半导体材料固体层的模具；和从模具分离半导体材料固体层，形成半导体材料的非负载的制品。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，按0-180°的浸渍角将模具浸入熔融半导 体材料中。19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在将模具浸入熔融半导体材料中之前以及/或者在将模具浸入熔融半导体材料中的 时候，用颗粒涂覆模具的外表面。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，颗粒包含硅、硅氧化物、氮化硅、铝氧化 物、硅酸铝、及其组合。21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，用颗粒涂覆模具外表面的步骤包括使模 具暴露于熔融半导体材料之上的烟气中足够长的时间，在模具外表面上形成由熔融半导体 材料产生的颗粒。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，使模具暴露于熔融半导体材料之上的烟 气中10-30秒。23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，用颗粒涂覆模具外表面的步骤包括在模 具外表面上喷射、摩擦、刷涂、倾倒、浸涂、化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体辅助的化 学气相沉积、或等离子体电感沉积颗粒。24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，涂覆模具外表面的颗粒形成基本连...

【专利技术属性】
技术研发人员：GB库克，P马宗达，KK索尼，B苏曼，CS托马斯，N文卡特拉马，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]