形成晶体的系统和方法技术方案

一种用于产生晶体的系统，所述晶体由具有杂质的材料形成，该系统具有用于容纳该材料的坩埚。其中，坩埚具有用于形成晶体的晶体区域、用于接收材料的引入区域和用于去除一部分材料的去除区域。该坩埚被构造成产生材料（液体形式）从引入区域向去除区域的基本单方向的流动。该基本单方向的流动使得去除区域具有比引入区域更高的杂质浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及晶体生长，更具体地，本专利技术涉及促进晶体生长 过程的系统和方法。
技术介绍
硅晶片形成了各式各样的如太阳能电池、集成电路和MEMS器件 的半导体器件的构建块。这些器件经常具有变化的载流子寿命，这影响器件的性能。例如，具有较高载流子寿命的硅基太阳能电池可以比 具有较低载流子寿命的硅基太阳能电池更有效地以更高效率将太阳能 转换成电能。器件的载流子寿命通常是形成器件的硅晶片中杂质浓度 的函数。效率较高的器件因此经常由具有较低的杂质浓度的硅晶片形 成。然而，硅晶片的杂质浓度通常取决于形成该硅晶片的硅原材料中 的杂质浓度。不理想的是，具有较低的杂质浓度的硅原材料通常比具 有较高的杂质浓度的硅原材料更昂贵。因此，在本领域中不增加生产 成本通常无法生产出效率较高的器件。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方式， 一种用于产生晶体的系统，所述晶 体由具有杂质的材料形成，所述系统具有用于容纳该材料的坩埚。其 中，该坩埚具有用于形成晶体的晶体区域、用于接收材料的引入区域 和用于去除一部分材料的去除区域。该坩埚被构造成产生材料(液体 形式)从引入区域向去除区域的基本单方向的流动。该基本单方向的 流动使得去除区域具有比引入区域更高的杂质浓度。坩埚的一些实施方式具有狭窄的端部，该狭窄的端部容纳至少一 部分去除区域。坩埚的其他实施方式具有带有长度尺寸和宽度尺寸的 细长形状。晶体区域可以沿着长度尺寸位于引入区域和去除区域之间。 另外，长度尺寸可以是宽度尺寸的至少三倍。此外，坩埚说明性地被 构造成沿长度方向基本单方向的向去除区域引导材料流动。去除区域可以釆用许多不同的方式中的任一种来去除材料。例如， 去除区域可以具有用于去除一部分材料的去除端口，该去除端口与晶 体区域间隔开。因此系统可以具有用于促使材料通过去除端口的压力 源，或依靠重力进料。为了接收去除的材料，该系统还可以具有与去 除端口联接的容器。做为选择，或另外地，该系统也可以具有穿过去除区域的用于去除材料的吸液芯(wick)。坩埚可以被构造成使得材料具有从引入区域向去除区域基本增加 的杂质量。例如，基本单方向的流动可以使去除区域具有比晶体区域 中的平均杂质浓度更高的杂质浓度。在一些实施方式中，坩埚是基本平坦的并通过表面张力容纳材料。 此外，柑埚可以被构造成使材料在晶体区域内或者紧接晶体区域的区 域中基本没有旋转流动。也可以预期，各种实施方式可用来生长多个 晶体。在该情况下，晶体区域包括许多用于生长多个晶体的晶体子区 域。根据本专利技术的另一个实施方式， 一种制造晶体的方法将材料添加 到坩埚的引入区域中。以类似于上面所讨论的坩埚的方式，该坩埚同 样具有晶体区域和去除区域。该方法然后使材料在去除区域的方向以 基本单方向的方式流动。至少一些杂质随单方向的流动而流动到去除 区域。该方法还从去除区域去除一部分材料。根据本专利技术的另一个实施方式， 一种拉带系统，用于制造由具有杂质的硅形成的带晶体(ribbon crystal)，所述拉带系统包括用于容纳 液体硅的坩埚。以上述那些实施方式的方式，坩埚具有用于形成晶体 的晶体区域、用于接收硅的引入区域和用于去除一部分液体形式的硅 的去除区域。坩埚被构造成产生材料从引入区域向去除区域的基本单 方向的硅(液体形式)流动。该基本单方向的流动使得去除区域具有 比引入区域更高的杂质浓度。根据本专利技术的另一个实施方式， 一种用于制造带晶体的系统，所 述带晶体由具有杂质的材料形成，所述系统具有用于容纳该材料的坩埚。这些坩埚还具有用于形成晶体的晶体区域、用于接收材料的引入 区域和用于去除一部分材料的去除区域。坩埚被构造成使得基本大多10数的材料基本直接地从引入区域向去除区域流动。该流动使得去除区 域具有比引入区域更高的杂质浓度。附图说明本领域技术人员应当可以从下述参照以下概述的附图讨论的"具 体实施方式"的描述中更充分地理解本专利技术的各种实施方式的优点。图1示意性地示出可以实施本专利技术的说明性实施方式的硅带晶体 生长炉。图2示意性地示出图1中所示的晶体生长炉的局部剖视图。 图3A示意性地示出根据本专利技术的说明性实施方式构造的坩埚。 图3B示意性地示出容纳液体硅并生长多个硅带晶片的坩埚的实 施方式。图4以曲线图示出坩埚的熔融材料中的杂质浓度的示例。图5示意性地示出如图3B中所示的坩埚的剖面图。图6示意性地示出图3A中所示的坩埚的一部分的纵向剖视图。图7A示意性地示出柑埚的出口端口和根据本专利技术第一实施方式的用于使熔融物质倾倒的装置的局部剖视图。图7B示意性地示出坩埚的出口端口和根据本专利技术第二实施方式的用于使熔融物质倾倒的装置的局部剖视图。图7C示意性地示出坩埚的出口端口和根据本专利技术第三实施方式的用于使熔融物质倾倒的装置的局部剖视图。图7D和7E示意性地示出根据本专利技术第四实施方式的用于使熔融物质倾倒的装置的局部剖视图。图8示出根据本专利技术的说明性实施方式的熔融物质倾倒的方法。 图9示意性地示出根据本专利技术的替换实施方式的具有狭窄端部的坩埚的顶视图。图IOA、 IOB和IOC示意性地示出坩埚的三个另外的替代实施方 式的平面图。具体实施方式在说明性实施方式中，晶体生长系统具有坩埚，该坩埚被构造成 由质量较低的原材料来制造质量较高的晶体。因此，该系统会降低晶 体生产成本，相应地降低由这些晶体形成的器件的成本。为此，该坩埚具有去除区域，用于通过基本单方向的流动选择性 地去除被冲刷到该去除区域的杂质较高的熔融材料。更具体地说，该 流动使得材料中的许多杂质(随着材料的流动)从坩埚的上游区域向 去除区域流动。使用硅熔融物质的试验已经表明，该流动使杂质积聚 在去除区域。从去除区域去除材料具有从坩埚中去除杂质的净效应，因此能够 使该系统制造具有较低杂质浓度的晶体。下面论述说明性实施方式的 细节。图1示意性地示出可以实施本专利技术的说明性实施方式的硅带晶体生长炉10。其中，炉10具有形成密封内部的外壳12，该密封内部基 本没有氧(以防止燃烧)。该内部具有一定浓度的不是氧的比如氩的 另一种气体或混合气体。其中，该外壳内部还容纳坩埚14及其他部件 (其中一些在下面论述)，用于基本同时生长四个硅带晶体32。带晶 体32可以是各种晶体类型中的任一种，比如多种晶的、单晶的、复晶 的、微晶的或半晶体的。外壳12中的进料口 18提供了用于将硅原材 料引导到内部坩埚14中的装置，同时，可选的窗口 16使得能够对内 部的部件进行检査。应当注意的是，硅带晶体32的讨论是说明性的，不用来限制本发 明的所有实施方式。例如，晶体可以由除了硅以外的材料或者硅和其 它材料的结合形成。作为另一个实例，说明性实施方式可以形成非带 晶体。图2示意性地示出图1中所示的晶体生长炉IO的局部剖视图。其中，该视图示出上述坩埚14,该坩埚14支撑在外壳12中的内部平台 20上，并具有基本平坦的顶表面。如图3A所示，坩埚14的该实施方 式具有细长形状，具有沿其长度并排设置的用于生长硅带晶体32的区 域。在说明性实施例中，坩埚14由石墨制成并被电阻加热到能够将硅 维持在其熔点以上的温度。为了改善结果，坩埚14具有远大于其宽度的长度。例如，坩埚14的长度可以是其宽度的三倍或更多倍。当然， 在某些实施方式中，坩埚14不是这样细长的。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生晶体的系统，所述晶体由具有杂质的材料形成，该系统包括：　坩埚，用于容纳所述材料并具有用于形成所述晶体的晶体区域、用于接收所述材料的引入区域和用于去除一部分所述材料的去除区域，　所述坩埚被构造成产生液体形式的所述材料从 所述引入区域向所述去除区域的基本单方向的流动，　所述基本单方向的流动使得所述去除区域具有比所述引入区域更高的杂质浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫东，大卫哈维，理查德华莱士，埃马努埃莱萨克斯，莱奥万格拉比克，
申请(专利权)人：长青太阳能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]