使用气体喷嘴从熔化物表面移离板材制造技术

在一个实施例中，一种板材制造装置包括设置为可容纳一种材料的熔化物的容器。冷却板紧邻熔化物安置且设置为可在熔化物上形成所述材料的板材。第一气体喷嘴设置为可将气体导向容器边缘。水平移动位于熔化物表面上的材料板材且自熔化物移离板材。第一气体喷嘴可导向弯液面且可稳定所述弯液面或提高弯液面内的局部压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自熔化物形成板材，更特定地说，涉及自熔化物移离板材。
技术介绍
硅晶圆或板材可用于例如积体电路或太阳能电池行业中。随着对再生性能源的需求提高，对太阳能电池的需求持续提高。大部分太阳能电池是利用硅晶圆(诸如单晶硅晶圆)制得。目前，晶态硅太阳能电池的主要成本在于制造太阳能电池可用的晶圆。太阳能电池的效率或在标准照明下所产生的功率量部分地受到所述晶圆的品质限制。随着对太阳能电池的需求提高，太阳能电池行业的一个目标在于降低成本/功率比。在不降低品质的情况下晶圆制造成本的任何降低均将降低成本/功率比，且能够使所述清洁能源技术得到更广泛的使用。最高效率硅太阳能电池可具有大于20%的效率。这些太阳能电池是使用电子级单晶娃晶圆制造。所述晶圆可通过将使用柴氏方法(Czochralski method)生长的单晶娃圆柱形晶块切割成薄片来制造。这些薄片的厚度可小于200 μ m。为维持单晶生长，晶块必须自含有熔化物的坩锅缓慢生长，诸如小于ΙΟμπι/s。随后的切割过程引起每个晶圆约200μπι切割口损失，或因切割刀宽度所致的损失。圆柱形晶块或晶圆亦可能需要划分为方形以制造方形太阳能电池。划分方形与切割口损失均引起材料浪费及材料成本提高。因为太阳能电池变得较薄，所以每次切割的娃废料百分比提高。切锭技术(ingot slicing technology)的限制可能阻碍获得较薄太阳能电池的能力。其他太阳能电池是使用自多晶硅锭所切割成的晶圆来制造。多晶硅锭可比单晶硅生长得更快。然而，所得晶圆的品质因存在较多缺陷及晶界而降低，且所述较低品质引起太阳能电池效率降低。多晶硅锭的切割过程同单晶硅锭或晶块一样效率低。又一解决方案为自熔化物垂直拉起薄娃带，接着使拉起的娃冷却且固化成板材。所述方法的拉速可限于小于约18毫米/分钟。在硅冷却及固化期间所移离的潜热必须沿垂直硅带移离。由此沿硅带产生较大温度梯度。所述温度梯度对晶态硅带产生应力，且会产生不良品质的多晶粒硅。硅带的宽度及厚度亦可能因所述温度梯度而受限制。举例而言，宽度可能限于小于80mm,且厚度可能限于180 μ m。自熔化物水平制造板材的成本可小于自晶锭所切的硅，且可消除切割口损失或因划分方形所致的损失。自熔化物水平制得的板材的成本亦可小于自熔化物垂直拉起的硅带。此外，与自熔化物垂直拉起或以一定角度拉起的硅带相比，自熔化物水平制得的板材可改良板材的晶体品质。晶体生长方法，诸如可降低材料成本的所述方法，为降低硅太阳能电池成本的主要可行步骤。已测试自熔化物物理拉出的水平硅带。在一种方法中，将附着于棒的晶种插入熔化物中且在坩锅边缘上方以低角度拉起棒及所得板材。对角度、表面张力及熔化高度进行平衡，以防止熔化物溢出坩锅。然而，难以启动及控制所述拉出过程。第一，使坩锅边缘所形成的弯液面(meniscus)的重力与表面张力平衡的倾角可能难以调节。第二，若冷却板靠近板材与熔化物之间的分离点，则沿硅带的温度梯度可能在所述分离点引起晶体错位。第三，熔化物上方的板材倾斜可能在凝固端产生应力。所述凝固端可能为板材最薄且最脆而因此会出现板材错位或断裂之处。第四，可能需要复杂拉出装置以获得低角度。板材必须在不使熔化物溢出的情况下自熔化物表面移离。因此，板材下侧与熔化物之间的弯液面必须保持稳定或附着于容器。之前，已降低位于弯液面熔化物一侧的压力，以维持弯液面稳定性。在一个实例中，低角度娃板材(low angle silicon sheet,LASS)方法是使板材以小角度倾斜且在熔化物上拉起。由此在熔化物中产生负压(相对于大气压)且提供横越弯液面的压力。在另一实例中，熔化物会溢出溢道(spillway)边缘。溢道颈部中的流体降落可在熔化物中提供负压以稳定弯液面。然而，此项技术中需要一种自熔化物移离板材的方法，更特定地说，以局部压力自熔化物移离板材的改良方法
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种板材制造装置。此装置包括设置为可容纳一种材料的熔化物的容器。冷却板紧邻熔化物安置，且设置为可形成水平卧于紧邻冷却板的熔化物上的所述材料的板材。第一气体喷嘴设置为可将气体导向容器边缘。根据本专利技术的第二方面，提供一种板材制造方法。此方法包括水平移动一种材料的熔化物表面上的所述材料的板材。自第一气体喷嘴将气体导向熔化物的弯液面，且自熔化物移离板材。根据本专利技术的第三方面，提供一种形成板材的方法。此方法包含将晶种施加于一种材料的熔化物中。自第一气体喷嘴将气体导向针对晶种所形成的熔化物的弯液面。凝固熔化物的一部分，以形成水平卧于熔化物表面上的所述材料的板材。自熔化物移离板材。附图说明为更好地了解本专利技术，参考附图，附图并入本案供参考，并且其中图1为将板材与熔化物分离的装置的实施例的横截面侧视图；图2为将板材与熔化物分离的装置的第二实施例的截面侧视图；图3为LASS的稳定弯液面的横截面侧视图；图4为使用气体冲击法稳定弯液面的实施例的横截面侧视图；图5为说明气体喷嘴所产生的压力分布的横截面图；图6为使用溢道、使用气体冲击法稳定弯液面的实施例的横截面图；图7为板材形成中的气体喷嘴的第一实施例的横截面侧视图；图8为板材形成中的气体喷嘴的第二实施例的横截面侧视图；图9为板材形成中的气体喷嘴的第三实施例的横截面侧视图；图10A-D说明气体喷嘴的稳定作用使种晶可行；和。图11为气体喷嘴的实施例的横截面图。具体实施例方式配合太阳能电池来描述本文中的装置及方法的实施例。然而，这些实施例亦可用以制造例如积体电路、平面面板(flat panel)、LED或本领域技术人员已知的其他基板。此夕卜，尽管熔化物在本文中经描述为硅，但熔化物可含有锗、硅及锗、镓、氮化镓、其他半导体材料或本领域技术人员已知的其他材料。因此，本专利技术不限于下述特定实施例。图1为将板材与熔化物分离的装置的实施例的横截面侧视图。板材形成装置21具有容器16。容器16可为例如钨、氮化硼、氮化铝、钥、石墨、碳化硅或石英。容器16设置为可含有熔化物10。所述熔化物10可为硅。板材13将在熔化物10上形成。在一种情况下，板材13将至少部分浮动于熔化物10内。尽管板材13在图1中说明为浮于熔化物10中，但板材13可至少部分地浸没于熔化物10中或可浮在熔化物10顶部上。板材13定位的深度部分地依据板材13与熔化物10的相对密度。在一种情况下，板材13中仅10%自熔化物10顶部上方突出。熔化物10可在板材形成装置21内循环。所述容器16界定至少一个通道17。 所述通道17设置为可容纳熔化物10，且熔化物10自通道17的第一点18流至第二点19。熔化物10可因例如压差、重力、泵或其他传输方法而流动。接着，熔化物10溢出溢道12。所述溢道12可为坡道、堰、凸缘、小挡板或拐角，且不限于图1中所说明的实施例。溢道12可为容许板材13与熔化物10分离的任何形状。在一个特定实施例中，容器16可维持在稍高于约1685K的温度下。对于娃，1685K表示凝固温度或界面温度。通过维持容器16的温度稍高于熔化物10的凝固温度，冷却板14可使用辐射冷却来发挥功能，以获得熔化物10之上或之中的板材13的所需凝固速率。所述特定实施例中的冷却板14是由单一节段或区段构成，但亦可包含多个节段或区段。可加热通道17的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.06 US 61/332,073;2011.03.01 US 13/037,7891.一种板材制造装置，包括 容器，设置为用以容纳材料的熔化物； 冷却板，紧邻所述熔化物安置，所述冷却板设置为用以形成所述材料的板材，所述板材水平卧于紧邻所述冷却板的所述熔化物上；以及 第一气体喷嘴，设置为用以将气体导向所述容器的边缘。2.根据权利要求1所述的板材制造装置，还包括设置为用以使所述熔化物流动的泵。3.根据权利要求2所述的板材制造装置，其中所述熔化物设置为用以在所述容器内循环。4.根据权利要求1所述的板材制造装置，还包括设置为用以将所述气体导向所述容器的所述边缘的第二气体喷嘴，所述第二气体喷嘴安置于所述第一气体喷嘴的对面。5.根据权利要求1所述的板材制造装置，还包括邻接所述第一气体喷嘴所安置的支撑台，所述支撑台设置为用以支撑所述板材。6.根据权利要求1所述的板材制造装置，还包括压力单元，所述压力单元环绕所述板材，且具有高于所述压力单元外部的压力，其中所述第一气体喷嘴位于所述压力单元内。7.根据权利要求1所述的板材制造装置，其中所述材料为硅或硅与锗。8.根据权利要求1所述的板材制造装置，其中所述板材与所述熔化物在所述容器的所述边缘分离且在所述熔化物中形成弯液面，且其中所述第一气体喷嘴将所述气体导向所述弯液面。9.一种制造板材的方法，包括 水平移动一种材料的熔化物表面上的所述材料的板材； 于所述熔化物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼德·L·凯勒曼，葛列格里·D·斯罗森，孙大为，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：
国别省市：