片材制造装置制造方法及图纸

一种片材制造装置，包括一容器，其定义出一通道以容纳一熔体。熔体会从通道的一第一位置流至一第二位置。一冷却板邻近熔体，用以在熔体上形成一片材。一溢流道配置于通道的第二位置。溢流道用以将片材从熔体分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造一材料片材，且特别涉及从熔体制造一结晶材料片材。
技术介绍
硅晶圆或硅晶片可被应用于集成电路或太阳能电池产业中。对于太阳能电池的需求，持续随着对再生性能源(renewable energy source)的需求之增加而增加。随着这些需求的增加，太阳能电池产业的其中一个目标是降低成本对功率的比率。太阳能电池有两种，即结晶硅太阳能电池与薄膜太阳能电池。大多数的太阳能电池是用结晶硅所制成。目前，占结晶硅太阳能电池的成本最重的是晶圆，而太阳能电池便是作在晶圆上。太阳能电池的效率或在标准照明条件下所制造的功率大小会有部分受限于晶圆的品质。任何降低晶圆的制造成本但不降低晶圆品质的方法将能够降低成本对功率的比率，并使此干净能源技术能够广泛被利用。最高效率的太阳能电池可以具有大于20%的效率，这是藉由采用电子等级的单晶硅晶圆来达成，而这样的晶圆可藉由将单晶硅人造圆柱晶块锯切成薄片而制成，其中此人造晶块是利用丘克拉斯基法(Czochralski method)所成长而成。人造晶块所切成的薄片的厚度例如小于200微米。为了维持单晶成长，人造晶块须缓慢地从容置熔体的坩埚成长，其成长速度例如小于每秒10微米。接下来的锯切制程会导致每个晶圆约200微米的锯口损失(kerfloss)或由锯身宽度所造成的损失。圆柱人造晶块亦可被方形化以利于制成一方形太阳能电池。方形化与锯口损失皆会导致材料的损耗，并增加材料成本。当太阳能电池越薄，每切割一次所造成的硅材料损耗会越大。此外，铸块切片技术的限制会使获得更薄的太阳能电池的能力受到阻碍。其他太阳能电池是采用从多晶硅铸块锯切而成的晶圆所制成。多晶硅铸块可以用较单晶硅快的速度成长而成。然而，由于会产生较多的缺陷与晶界，因此所长成的晶圆的品质会较低，这会导致太阳能电池的效率较低。多晶硅铸块的锯切制程与单晶硅铸块或人造晶块的锯切制程同样缺乏效率。另一个可降低硅材料损耗的解决方法为在离子布植制程后将硅铸块切割成晶圆。举例而言，氢、氦或其他惰性气体可被布植于硅铸块的表面下以形成一布植区。接着进行热处理、物理处理或化学处理以沿着布植区从铸块切出晶圆。虽然沿着离子布植区切割可产生没有锯口损失的晶圆，但此方法是否能被经济地用来制造晶圆仍有待证明。又一个解决方法为从熔体铅直地拉出一呈薄带状的硅材，且接着让拉出的硅材冷却并固化成一薄片。此方法的硅材拉出速率可限制在低于约每分钟18毫米的范围。在冷却并固化硅材时所释出的潜热必须沿着铅直的带状硅材移除，这会在带状硅材上产生一个大的温度梯度。此温度梯度会施加应力于结晶带状硅材，且会导致低品质的多晶粒硅材的产生。带状硅材的宽度与厚度亦会受到此温度梯度的限制。举例而言，宽度会被限制在低于80毫米的范围，且厚度会被限制在180微米。从熔体以物理方式地拉出水平的带状硅材的方法也已受到测试。在一杆体上贴附晶种，并将其插入熔体中，接着以相对坩埚边缘较小的角度将杆体与所形成的硅片拉出。此角度会与表面张力互相平衡，以避免熔体从坩埚中溢出。然而，要开始并控制这样的拉晶制程是困难的。必须有一个入口用来将晶种置入坩埚与熔体中，但这会造成热量损失。额外的热量可被加入坩埚中以补偿此热量损失，这会在熔体中产生铅直的温度梯度，而导致非层状流体流动。由于大量的热量流入溶体中，因此可采用对流气体冷却。这样的对流气体冷却是混乱的。气体与熔体的非层状流动会阻碍片状硅材的厚度控制。再者，必须进行困难度可能很高的倾斜角的调校，以平衡在坩埚边缘形成的液面的重力与表面张力。此外，由于热量是在片材与熔体之分离点处被移除，因此作为潜热被移除之热量与作为显热(sensibleheat)被移除之热量之间存在突然变化，这会在沿着带状硅材的这个分界点上造成大的温度梯度，且可能造成晶体的差排(dislocation)。差排与变形可能会因沿着片状娃材的温度梯度而发生。从熔体水平地分离出的薄片硅材的制造尚未被实行。从熔体水平地分离制造出片状硅材可能比从铸块切片出硅材具有较低的成本，且可降低锯口损失或由方形化所导致的损失。从熔体水平地分离制造出来的片状硅材可能比采用氢离子布植的铸块所切出的硅材或其他拉出带状硅材的方法具有较低的成本。再者，从熔体水平地分离出的片状硅材的结晶品质能够被提升，且其会比拉出的带状硅材的结晶品质更佳。如此的能够降低材料成本的长晶方法将会是一个降低晶体太阳能电池的成本的重要的可行步骤。因此，有需要在此领域中提出一种改良的装置与方法以用来从熔体制造出结晶片材。
技术实现思路
根据本专利技术的第一态样，提供一种片材制造装置。片材制造装置包括一容器，其定义出一通道，以容纳一材料的一熔体。熔体会从通道的一第一位置流动至一第二位置。一冷却板配置于邻近熔体的位置，以在熔体上形成此材料的一片材。一溢流道(spillway)配置于通道的第二位置。溢流道用以将片材从熔体分离。根据本专利技术的第二态样，提供一种片材制造方法。片材制造方法包括使一材料的一熔体流经一通道。冷却熔体，并在熔体上形成此材料的一片材。使片材与熔体流动，且从熔体分离出片材。根据本专利技术的第三态样，提供一种片材制造装置。片材制造装置包括一第一通道，以容纳一材料的一熔体。熔体会从通道的一第一位置流至一第二位置。一冷却板配置于邻近第一通道的位置，以在熔体上形成此材料的一片材。一溢流道配置于第一通道的第二位置。溢流道配置于熔体内，以将片材从熔体分离出，其中熔体会流动而远离片材。熔体会在一第二通道中被输送至第一通道的第一位置。附图说明为更好地理解本揭示案，参看附图，其以引用的方式并入本文中，且其中图I为一实施例的用以将片材从熔体分离的装置的侧剖面图。图2为图I所示的装置的实施例的上视平面图。图3为图I所的示的装置的实施例的前视剖面图。图4为图I所示的装置的前视剖面图，其中此装置采用磁流体动力泵。CN 102925986 A说明书3/10页图5为图I所示的装置的实施例的侧剖面图，其中此装置采用磁流体动力泵。图6为图I所示的装置的实施例的前视剖面图，其中此装置采用螺旋泵。图7为图I所示的装置的实施例的上视平面图，其中此装置采用螺旋泵。图8为一实施例的在熔体上使一片材凝固的侧剖面图。图9为图I所示的装置的实施例的上视平面图，其中此装置具有一经塑形的冷却板。图10为图I所示的装置的实施例的侧剖面图，其中装置具有一冷却轮。图11为硅与锗系统的二元相图。图12示出一实施例的渐进型能带间隙片材。图13为锗系统的二元相图的一部分。图14为一实施例的系统整合的侧剖面图。图15为采用空气轴承的片材运送的一实施例的剖面图。图16为一实施例的适用于太阳能电池制造的系统整合。图17A至图17C示出晶粒界控制的一实施例。图18为欧姆加热的一实施例的前视剖面图。图19为片材制造的另一实施例的侧剖面图。图20为另一实施例的用以从熔体中分离出片材的装置的侧剖面图。具体实施例方式以下所描述的装置与方法的实施例是有关于太阳能电池。然而，这些实施例也可用于制造集成电路、平面面板或所属领域中的技术人员所熟知的其他基板。再者，虽然此处所描述的熔体是以硅为例，但本专利技术的熔体也可包括锗、硅与锗的混合物或其他所属领域的技术人员所熟知的材料。因此，本专利技术不以下述的具体实施例为限。图I为一实施例的用以将片材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片材制造装置，包括：一容器，定义出一通道以容纳一材料的一熔体，该熔体会从该通道的一第一位置流至一第二位置；一冷却板，邻近该熔体，该冷却板用以在该熔体上形成该材料的一片材；以及一溢流道，配置于该通道的该第二位置，该溢流道用以将该片材从该熔体分离。

【技术特征摘要】
2008.03.14 US 61/036,555;2009.03.12 US 12/403,2061.一种片材制造装置，包括一容器，定义出一通道以容纳一材料的一熔体，该熔体会从该通道的一第一位置流至一第二位置；一冷却板，邻近该熔体，该冷却板用以在该熔体上形成该材料的一片材；以及一溢流道，配置于该通道的该第二位置，该溢流道用以将该片材从该熔体分离。2.根据权利要求I所述的片材制造装置，其中该材料包括硅。3.根据权利要求I所述的片材制造装置，其中该材料包括硅与锗，且该片材具有一渐进型能带间隙。4.根据权利要求I所述的片材制造装置，其中该冷却板的温度至少比该熔体低300K。5.根据权利要求I所述的片材制造装置，其中该冷却板包括多个冷却段。6.根据权利要求5所述的片材制造装置，其中每一该冷却段具有不同的温度。7.根据权利要求I所述的片材制造装置，其中该冷却板采用辐射冷却。8.根据权利要求I所述的片材制...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼德·L·凯勒曼，法兰克·辛克莱，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：