設(shè)置有附加橫向熱源的通過定向固化制造晶體材料的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】結(jié)晶系統(tǒng)包括坩堝(1)以及裝置(4)，坩堝(1)設(shè)置有旨在容納要固化的材料的底部(2)和側(cè)壁(3)，裝置(4)用于在垂直于坩堝(1)的底部(2)的方向上在坩堝(1)內(nèi)產(chǎn)生主熱梯度。附加感應(yīng)加熱裝置(6)設(shè)置在坩堝(1)的側(cè)壁(3)面對(duì)液態(tài)材料而不與固相重疊。該附加感應(yīng)加熱裝置(6)構(gòu)造以加熱晶體材料位于液態(tài)材料、固化的材料和坩堝(1)之間的三線附近的部分，使得該液態(tài)材料和該固化的材料之間的界面(10)在該三線附近形成凸彎月形。
【專利說明】設(shè)置有附加橫向熱源的通過定向固化制造晶體材料的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過定向固化執(zhí)行晶體材料制造的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明特別適用于液相導(dǎo)電性高于固相導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏工業(yè)中所用的硅大部分是多晶結(jié)構(gòu)的晶化硅，即具有相對(duì)于彼此無固定取向而且由晶粒邊界圍繞的單晶晶粒。也存在采用單晶硅的部分，即單一晶粒形成硅錠。這種類型材料的生長(zhǎng)例如在布里奇曼(Bridgman)型結(jié)晶爐的坩堝中或者通過柴克勞司基(Czochralski)生長(zhǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。[0003]光伏工業(yè)中所用的大部分硅采用柴克勞司基技術(shù)生產(chǎn)。然而，重要的是注意到柴克勞司基生長(zhǎng)技術(shù)通常限于形成圓柱錠，而在以增加光伏面板的有效面積為重的光伏領(lǐng)域中使用該圓柱錠存在特定的問題。
[0004]另一方面，布里奇曼技術(shù)能使錠的形狀根據(jù)容納熔化材料的坩堝的形狀限定。在布里奇曼技術(shù)中，錠在定向固化爐中結(jié)晶，其中熔化材料浴(molten material bath)的冷卻通過機(jī)械牽引裝置控制，并且作為選擇，在稱為梯度冷凝(Gradient Freeze)的技術(shù)中，冷卻通過降低液相中輸送的功率而控制。坩堝中液/固界面的位移通過調(diào)節(jié)坩堝的不同部分中的散熱和吸熱而實(shí)現(xiàn)。
[0005]文件W02009/014961描述了在坩堝中從籽晶執(zhí)行硅制造的裝置。除了主加熱器加熱坩堝中存在的材料外，該文件教導(dǎo)使用放置在坩堝周圍的附加加熱器以便修改液/固界面。
[0006]然而，坩堝的使用導(dǎo)致更加難以控制爐中熱通量。坩堝的側(cè)壁增加了最終錠中發(fā)生缺陷(偽晶、孿晶)的風(fēng)險(xiǎn)。常規(guī)觀察到由物理-化學(xué)環(huán)境特別是坩堝/固體材料/液態(tài)材料三接觸線引起的結(jié)晶缺陷的存在。
[0007]結(jié)晶缺陷降低了光伏面板中所用材料的晶體學(xué)質(zhì)量，其導(dǎo)致最終光伏裝置的能量轉(zhuǎn)換效率的下降。
[0008]另一種技術(shù)包括在要結(jié)晶的材料和坩堝之間限定空氣間隙，例如通過源自感應(yīng)線圈的電磁場(chǎng)。文件US2010/0148403中介紹了這樣的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]觀察到需要提供存在較小量晶體學(xué)缺陷的結(jié)晶材料錠。
[0010]該需求傾向于通過由定向固化制造結(jié)晶材料的系統(tǒng)滿足，該系統(tǒng)包括:
[0011]坩堝，設(shè)置有設(shè)計(jì)為容納要固化的材料的底部和側(cè)壁，
[0012]用于在垂直于坩堝的底部的方向上在坩堝中產(chǎn)生主熱梯度的裝置，
[0013]附加感應(yīng)加熱裝置，設(shè)置在坩堝的側(cè)壁的位置且安裝為相對(duì)于坩堝在垂直于坩堝底部的方向上可移動(dòng)，并且構(gòu)造為加熱材料的位于液態(tài)材料、固化的材料和坩堝之間的三接觸線附近的部分，以使該液態(tài)材料和該固化的材料之間的界面在所述三接觸線附近形成凸彎月形。
[0014]還觀察到需要提供有助于制造具有低晶體學(xué)缺陷濃度的晶體錠的方法。
[0015]該需求傾向于通過定向凝結(jié)制造晶體材料的方法來滿足，其包括如下步驟:
[0016]提供設(shè)置有底部和側(cè)壁的坩堝，并且坩堝由液相的晶體材料至少部分地填充，
[0017]在垂直于坩堝的底部的方向上在坩堝中產(chǎn)生主熱梯度，從而從坩堝的底部開始在垂直方向上獲得材料的逐漸固化，
[0018]通過附加感應(yīng)加熱裝置加熱材料的位于液態(tài)材料、固化的材料和坩堝之間的三線附近的部分，附加感應(yīng)加熱裝置設(shè)置在坩堝的側(cè)壁的位置并且安裝為相對(duì)于坩堝在所述垂直方向上可移動(dòng)，以使該液態(tài)材料和該固化的材料之間的界面在所述三線附近形成凸彎月形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]從以下僅以非限制性示例目的給出且示出在附圖中的本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述，其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加明晰，其中:
[0020]-圖1示意性示出定向固化系統(tǒng)的具體實(shí)施例的橫向截面圖；
[0021]-圖2示意性示出熔化/結(jié)晶裝置的具體的可替換實(shí)施例的橫向截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1所示的定向固化系統(tǒng)包括設(shè)置有底部2和側(cè)壁3的坩堝I。坩堝I的底部可為任何形狀。為了示例的目的，截面(即由坩堝I的底部2形成的形狀)可為正方形、矩形或圓柱形。在優(yōu)選方式中，坩堝I呈現(xiàn)矩形或正方形截面，以有助于通過晶體基板制造光伏面板，該光伏面板呈現(xiàn)出可用表面的良好占用。
[0023]側(cè)壁3垂直于坩堝I的底部2或者明顯垂直于底部2。坩堝I由對(duì)其在熔化和固化階段要經(jīng)受的高溫耐受的材料制造。在優(yōu)選方式中，坩堝I由硅石(silica)制造，但是它也可由石墨、金剛砂(silicon carbide)或這些材料的混合物制造。
[0024]坩堝I相對(duì)于要固化的材料是緊密密封的，即底部2和側(cè)壁3不能使熔化的材料泄漏。坩堝可為單塊的，甚至為單片的，即由單一材料制造。
[0025]定向固化系統(tǒng)包括用于在垂直于或?qū)嵸|(zhì)上垂直于(即從垂直方向偏離幾度)坩堝I的底部2的方向上產(chǎn)生主熱梯度的裝置。該梯度由圖1中的箭頭X表示。用于產(chǎn)生主熱梯度的裝置構(gòu)造為從坩堝I的底部2開始固化?！耙簯B(tài)材料/固化的材料”界面，即該材料的液相和固相之間的界面，從坩堝I的底部2朝著坩堝I的頂部在箭頭X的方向上移動(dòng)。
[0026]用于產(chǎn)生熱梯度的裝置可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬?，例如通過主加熱裝置4形成，主加熱裝置4放置在坩堝I上方且與放置在坩堝I的底部2下方的冷卻裝置5關(guān)聯(lián)。還可采用面向坩堝I的側(cè)壁3的橫向加熱裝置4。于是，加熱裝置能根據(jù)坩堝I中的高度輸送不同的功率。例如，在結(jié)晶階段，與輸送到坩堝I的底部的功率相比，輸送到坩堝I的頂部的功率較大。主加熱裝置還可與坩堝I下方設(shè)置的冷卻裝置5相關(guān)聯(lián)。 [0027]在又一個(gè)實(shí)施例中，加熱裝置4是固定的和垂直取向的并且根據(jù)高度限定熱梯度。坩堝安裝為可移動(dòng)的并且在由加熱裝置施加的熱梯度上移動(dòng)。這樣的示例如圖2所示。
[0028]主加熱裝置4例如采用電阻技術(shù)(resistive technology)、福射技術(shù)或感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0029]坩堝I和在坩堝中產(chǎn)生主熱梯度的裝置還構(gòu)造為使液/固界面能夠在坩堝I內(nèi)位移。液/固界面的位移發(fā)生在垂直于坩堝I的底部2的方向X上或者基本上發(fā)生在方向X上。如前所述，在發(fā)生結(jié)晶時(shí)，液/固界面遠(yuǎn)離坩堝I的底部2移動(dòng)。
[0030]為了減少或甚至防止從i甘禍的側(cè)壁發(fā)生偽晶(spurious crystals),且特別是發(fā)生偽單晶(spurious single crystals),定向固化系統(tǒng)包括附加感應(yīng)加熱裝置6,其設(shè)置為面對(duì)坩堝I的至少一個(gè)側(cè)壁3并且構(gòu)造為加熱晶體材料的位于與側(cè)壁3接觸的部分。換言之，定向固化系統(tǒng)包括附加感應(yīng)加熱裝置6，其設(shè)置在坩堝I的側(cè)壁3的位置并且構(gòu)造為加熱晶體材料的位于“液態(tài)材料/固化的材料/坩堝”三線附近的部分。
[0031]三線是指“液態(tài)材料/固化的材料”界面與坩堝之間的交會(huì)形成的線。三線在不同的圖中由坩堝、液相和固化的材料之間的交會(huì)的表示點(diǎn)示出。三線沿著坩堝的側(cè)壁延伸。
[0032]為了能隨著材料固化逐漸發(fā)生監(jiān)測(cè)材料的液/固界面的位移，附加加熱裝置安裝為相對(duì)于坩堝I在垂直于坩堝I的底部2的方向上可移動(dòng)。附加加熱裝置優(yōu)選安裝為相對(duì)于主加熱裝置4固定。
[0033]感應(yīng)加熱裝置6構(gòu)造為使得對(duì)材料的位于三線附近的部分加熱導(dǎo)致在三線附近由液/固界面形成凸彎月形。因此，附加裝置6能使材料的液/固界面在三線的位置朝著坩堝的底部局部彎曲。
[0034]彎月形是指材料的液/固界面的被認(rèn)為位于三線附近的彎曲部分。
[0035]當(dāng)界面呈現(xiàn)正曲率時(shí)，即，當(dāng)曲率中心位于材料的固相內(nèi)時(shí)，彎月形稱為是凸起的。于是，彎月形向下定向，即朝著坩堝的底部定向。相反，凹彎月形由負(fù)曲率限定，曲率中心位于材料的固相之外，具體 地在材料的液相中。凹彎月形于是向上定向，即在坩堝的底部的相反方向上定向。
[0036]感應(yīng)加熱裝置6構(gòu)造為使液/固界面在側(cè)壁附近凸起，即當(dāng)坩堝I的底部2平坦時(shí)，液/固界面在中心處距坩堝I的底部2的距離大于在邊緣處距坩堝I的底部2的距離。換言之，在彎月形中，距側(cè)壁3的距離越大，液/固界面沿著線X的高度越逐漸增大。隨著距側(cè)壁的距離變小，感應(yīng)加熱裝置6傾向于使液/固界面逐漸接近坩堝底部。
[0037]感應(yīng)加熱裝置6至少由線圈形成，例如由石墨或金剛砂制成。裝置6產(chǎn)生局部修改主熱梯度的附加熱梯度。該附加熱梯度垂直于或?qū)嵸|(zhì)上垂直于側(cè)壁3。
[0038]感應(yīng)加熱裝置6可設(shè)置為面對(duì)材料的固相，面對(duì)材料的液相，和/或面對(duì)材料的液/固界面，以在坩堝中獲得對(duì)溫度場(chǎng)的修改并且因此獲得直接臨近側(cè)壁3的液/固界面的所需曲率。
[0039]加熱裝置6優(yōu)選面對(duì)晶體材料的液體部分，其使得輸入坩堝I中的熱的影響能夠是有限的。特別感興趣的是將感應(yīng)線圈放置為面對(duì)液相的材料，這是因?yàn)橐噪姶炮吥w厚度為特征的感應(yīng)影響較小，這使得能夠改善控制加熱區(qū)域的厚度并且因此改善控制附加熱梯度的范圍。面對(duì)液相布置加熱裝置利用了半導(dǎo)體材料的液相導(dǎo)電率高于固相導(dǎo)電率的事實(shí)。在優(yōu)選方式中，固相缺乏與加熱裝置重疊，以減小附加加熱在主熱梯度上的影響并且因此限制該附加梯度在形成位錯(cuò)型結(jié)晶缺陷上的影響。
[0040]盡管對(duì)流僅存在于液相中，但是本發(fā)明人觀察到液相的局部加熱比固相的局部加熱具有更小的影響。在由電絕緣的硅石制造的坩堝的情況下，坩堝中的溫度場(chǎng)幾乎不打亂，這主要是因?yàn)椴牧厦鎸?duì)線圈的液體部分被加熱。加熱越位于液/固界面附近，該效果越明顯。
[0041]為了監(jiān)控液/固界面的位置，感應(yīng)加熱裝置6與加熱裝置的位移裝置相關(guān)聯(lián)，加熱裝置的位移裝置優(yōu)選構(gòu)造為在全部結(jié)晶階段將加熱裝置6放置為面對(duì)液態(tài)材料以及固/液界面。
[0042]加熱裝置6與液/固界面分離的距離限定為對(duì)液體有影響并且在界面的位置，以獲得所需的曲率。該距離取決于晶體材料中熱的輸入深度，并且因此取決于線圈的供電條件以及被加熱材料的電特性。
[0043]在可與前述實(shí)施例結(jié)合的優(yōu)選實(shí)施例中，附加加熱裝置6的位移裝置構(gòu)造為在垂直于坩堝I的底部2的方向X上將感應(yīng)線圈放置為相對(duì)于液/固界面10的三線隔開包括在I至20mm之間的距離。
[0044]在更優(yōu)選的實(shí)施例中，附加加熱裝置6的位移裝置構(gòu)造為在操作中將感應(yīng)線圈放置為相對(duì)于三線隔開包括在I至IOmm之間的距離，以保持彎月形的凸起形狀。該距離可在三線和感應(yīng)線圈的中心之間測(cè)量，例如，在垂直于坩堝的底部的方向上。
[0045]因此值得注意的是，在沒有感應(yīng)附加加熱的情況下，材料的液/固界面在三線附近可局部呈現(xiàn)凹彎月形的形狀，即向上定向。在優(yōu)選方式中，附加加熱裝置6的感應(yīng)線圈于是初始定位為面對(duì)材料的固相，相對(duì)于三線隔開包括在I至20mm之間的距離。感應(yīng)線圈一旦通電則加熱固體材料的形成凹彎月形的部分并且導(dǎo)致該部分熔化。在三線附近的材料的液/固界面的曲率于是被修改且變?yōu)檎?。三線的位置自然向下修改和移動(dòng)。因此，界面形成凸彎月形，即向下定向。然后，附加加熱裝置6的感應(yīng)線圈定位為面對(duì)材料的液相。其優(yōu)選在方向X上設(shè)置在離開三線包括在I至20mm之間的距離處，并且優(yōu)選在離開三線包括在I至IOmm之間的距離處。
[0046]感應(yīng)加熱裝置6使電絕緣坩堝中的材料能夠被直接加熱而無需如其他加熱技術(shù)(例如，電阻加熱)的情況那樣預(yù)先加熱坩堝I。于是，減小了對(duì)主熱梯度的影響。
[0047]輸入到結(jié)晶材料的熱的量和該熱輸入到坩堝I內(nèi)部的程度通過輸送的電流強(qiáng)度、頻率和流入線圈中的功率限定。晶體材料中熱輸入的定位(localization)與電磁趨膚厚度相關(guān)。趨膚厚度根據(jù)(σ.?Τ"2變化，其中σ是相關(guān)材料的導(dǎo)電率，并且f是感應(yīng)線圈施加的電磁場(chǎng)頻率。
[0048]為了示例的目的，對(duì)于液體硅，趨膚厚度對(duì)于IkHz的頻率基本上等于1cm，而對(duì)于IOOkHz的頻率趨膚厚度為約1_。這樣，通過調(diào)節(jié)流過感應(yīng)線圈的電場(chǎng)的頻率，能夠調(diào)整熱輸入的空間分布。在相同的條件下，該趨膚厚度是固相情況下的六倍大，固相使感應(yīng)線圈的供電條件復(fù)雜化。在此情況下，在晶體材料是硅時(shí)，定向固化系統(tǒng)包括給加熱裝置施加頻率在IkHz至IOOkHz之間的電流的電路。然而，該頻率范圍可根據(jù)材料的導(dǎo)電率調(diào)整，以影響坩堝中的熱釋放，使得趨膚厚度保持在Imm至Icm之間。
[0049]在特別優(yōu)選的方式中，所用的感應(yīng)線圈或線圈是非致冷線圈(non-cooledcoils)。該構(gòu)造可實(shí)現(xiàn)坩堝附近的冷點(diǎn)的引入，并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)于要消除的裝置的熱區(qū)域中的冷點(diǎn)的更難的控制。
[0050]在優(yōu)選實(shí)施例中，定向固化爐包括相對(duì)于產(chǎn)生主熱梯度的裝置輸送到附加加熱裝置6的功率的分配裝置8。該分配裝 置8構(gòu)造為使附加加熱裝置6接收的功率為輸送到產(chǎn)生主熱梯度的裝置的功率的5%至35%之間。
[0051]輸送到感應(yīng)加熱裝置6的功率和輸送到熱梯度產(chǎn)生裝置的主加熱裝置4的功率之比包括在5%和35%之間。在該特定的范圍上，附加熱梯度的效果相對(duì)于主熱梯度是有限的，而同時(shí)又足以顯著減少側(cè)壁偽晶發(fā)生的問題。在進(jìn)一步優(yōu)選方式中，輸送到感應(yīng)加熱裝置6的功率表現(xiàn)為輸送到熱梯度產(chǎn)生裝置的主加熱裝置4的功率的10%至20%之間，以使偽晶發(fā)生幾乎完全減少，而同時(shí)保持對(duì)根據(jù)熱梯度的晶體生長(zhǎng)的良好控制。[0052]在特定優(yōu)選實(shí)施例中，輸送到感應(yīng)加熱裝置6的功率表現(xiàn)為輸送到熱梯度發(fā)生裝置的主加熱裝置4的功率的15%。在這些條件下，主加熱裝置4有足夠的功率產(chǎn)生一主熱梯度，在坩堝的總體積中進(jìn)行單晶或多晶生長(zhǎng)的情況下，該主熱梯度能夠使熔化材料的晶體生長(zhǎng)取向。并列的，由于界面的局部曲線，附加熱梯度也足夠高以減少邊緣上等軸晶體的產(chǎn)生，甚至防止可能已經(jīng)發(fā)生在坩堝邊緣的任何等軸晶體的生長(zhǎng)。
[0053]為了使可移動(dòng)感應(yīng)加熱器6隨著液/固界面移動(dòng)，在第一實(shí)施例中可采用一個(gè)或多個(gè)線圈，根據(jù)坩堝I中測(cè)量的溫度并且因此根據(jù)液/固界面的位置(圖1)，這些線圈沿著垂直于坩堝I的底部2的軸全部移動(dòng)。
[0054]在可替換實(shí)施例中，也可設(shè)想具有面對(duì)側(cè)壁的一組固定線圈。在此情況下，不同線圈的供電裝置構(gòu)造為對(duì)不同的線圈提供可變的功率，從而模擬可移動(dòng)線圈隨著液/固界面的位移。
[0055]在特定的實(shí)施例中，附加感應(yīng)加熱裝置6安裝為相對(duì)于在坩堝內(nèi)產(chǎn)生主熱梯度的裝置是固定的。附加加熱裝置的位置在熱梯度內(nèi)是固定的。用于產(chǎn)生主熱梯度的裝置和附加感應(yīng)加熱裝置優(yōu)選以相同的方式相對(duì)于坩堝移動(dòng)。
[0056]在另一可替換實(shí)施例中，與感應(yīng)加熱裝置6—樣，產(chǎn)生熱梯度的裝置是固定的。加熱裝置6放置在給定的等溫線上，該等溫線設(shè)置相對(duì)于液/固界面的感應(yīng)加熱位置。對(duì)于給定的晶體材料，液/固界面與裝置6之間的距離是固定的。在此情況下，坩堝如圖2所示移動(dòng)，其有助于實(shí)施。
[0057]當(dāng)坩堝I表現(xiàn)為邊緣在兩個(gè)連續(xù)側(cè)壁之間形成拐角時(shí)，例如在正方形或矩形橫截面的坩堝的情況下，定向固化系統(tǒng)特別有利。在邊緣且尤其在拐角處獲得偽晶粒的可能性減小。
[0058]對(duì)于該類型的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選修改裝置6的線圈以調(diào)節(jié)由線圈輸送到坩堝的功率。與面對(duì)側(cè)壁的平坦的或者略彎曲的部分的橫截面相比，在坩堝I的拐角附近，線圈的橫截面減小。這樣，電流密度增加，其具有在坩堝I的拐角處增加液/固界面曲率的效果。減少了與拐角相關(guān)的偽結(jié)晶效果。
[0059]感應(yīng)加熱裝置從坩堝的側(cè)壁引入橫向熱梯度。根據(jù)本領(lǐng)域完成的不同研究，橫向熱梯度必產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力導(dǎo)致形成諸如位錯(cuò)的結(jié)晶學(xué)缺陷。本發(fā)明人觀察到，與通常接受的概念相反，因?yàn)槭艿桔釄咫s質(zhì)的系統(tǒng)化學(xué)污染，幾種存在的缺陷位于錠的極外圍的無論如何不可用的區(qū)域內(nèi)。因此，加入附加感應(yīng)加熱器使錠的一般結(jié)晶質(zhì)量能得到改善，同時(shí)使缺陷局域化在錠的外圍的不可用區(qū)域中。結(jié)果，提高了有效錠的晶體學(xué)質(zhì)量。
[0060]在特定的實(shí)施例中，定向固化系統(tǒng)包括圖2所示的垂直爐。該爐包括三個(gè)區(qū)域，1480°C的熱區(qū)域、1300°C的冷區(qū)域和限定熱梯度的中間區(qū)域。
[0061]主加熱通過電阻裝置獲得。獲得熱區(qū)域與冷區(qū)域之間的熱梯度所需的功率等于10kW。溫度控制通過C型熱電偶實(shí)現(xiàn)。熱區(qū)域和冷區(qū)域分離的距離等于10cm。
[0062]坩堝是具有正方形橫截面35*35cm2的類型。側(cè)壁的高度等于80cm。錠拉晶速率(ingot pull rate)等于 25mm/h。
[0063]感應(yīng)加熱裝置6由直徑等于Icm的石墨線圈形成。該線圈具有圓形橫截面。圓盤的中心位于液/固界面上方5mm。該線圈連接到電流發(fā)生器，該電流發(fā)生器輸送等于1.5kff的功率。電流頻率等于10kHz。
[0064]在可替換實(shí)施例中，線圈的直徑減小到8mm，在Icm的距離上面對(duì)坩堝的四個(gè)角。
[0065]因此，通過該類型的坩堝，能夠?qū)崿F(xiàn)減少晶體缺陷數(shù)量的熔化材料浴的結(jié)晶。
[0066]設(shè)置有底部和側(cè)壁的坩堝至少部分地填充有液相材料9。該材料可在該裝置中或在另一個(gè)裝置中熔化然后移入其他容器。
[0067]主熱梯度在垂直于坩堝I到的底部2的方向X上產(chǎn)生在坩堝中，以使液/固界面10離開坩堝I的底部2位移。
[0068]橫向附加熱梯度在平行于坩堝I的底部2的方向上產(chǎn)生在坩堝中。附加熱梯度源自加熱裝置6的至少一個(gè)線圈。該線圈面對(duì)液/固界面以及液相，以有效地彎曲界面10，限制其余的材料中主熱梯度的修改。橫向熱梯度直接位于側(cè)壁后并且隨著液/固界面10移動(dòng)，以布置在液/固界面處和液相9中。
[0069]隨著結(jié)晶的逐步發(fā)生，固相11的量在坩堝I中增加。
[0070]這種方法對(duì)于生產(chǎn)單晶或多晶錠是兼容的。它可用于形成由硅或其它半導(dǎo)體材料制成的錠。晶體學(xué)缺陷的減少通過附加感應(yīng)加熱6獲得，附加感應(yīng)加熱6可設(shè)置在坩堝的一邊緣、坩堝的幾個(gè)邊緣上或者坩堝的所有邊緣上，取決于使用者的要求。改變兩個(gè)結(jié)晶步驟之間的錠的形狀也非常簡(jiǎn)單，僅需要改變坩堝以及必要時(shí)的感應(yīng)加熱線圈6的形狀。
[0071]該制造方法特別適合于液相導(dǎo)電率高于固相導(dǎo)電率的半導(dǎo)體材料，其限制了對(duì)于固化的材料的感應(yīng)加熱效果。
[0072] 在具體實(shí)施例中，在固化過程中，觀察固/液界面以確定其形狀。如果該形狀是凹陷的，則線圈接近液/固界面或者甚至就位于三線的位置使得一旦附加加熱裝置通電，則固/液界面變?yōu)橥蛊?，并且感?yīng)線圈面對(duì)液態(tài)材料而與固相不重疊。
【權(quán)利要求】
1.一種通過定向固化執(zhí)行晶體材料制造的系統(tǒng)，包括: 坩堝(I)，設(shè)置有設(shè)計(jì)為容納要固化的材料的底部(2)和側(cè)壁(3)， 在實(shí)質(zhì)上垂直于該坩堝(I)的該底部(2)的方向(X)上在該坩堝(I)中產(chǎn)生主熱梯度的裝置， 附加感應(yīng)加熱裝置(6)，設(shè)置在該坩堝(I)的該側(cè)壁(3)的位置并且構(gòu)造為加熱該材料的位于液態(tài)材料、固化的材料和該坩堝(I)之間的三線附近的部分，使得該液態(tài)材料和該固化的材料之間的界面(10)在所述三線附近形成凸彎月形， 其特征在于，該系統(tǒng)包括一種裝置，該裝置用于在實(shí)質(zhì)上垂直于該坩堝(I)的該底部(2)的方向(X)上移動(dòng)該附加感應(yīng)加熱裝置(6)且構(gòu)造為在全部結(jié)晶期間將該附加加熱裝置(6)放置為面向該液態(tài)材料而不與固相重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于移動(dòng)該附加感應(yīng)加熱裝置(6)的該裝置構(gòu)造為將該附加加熱裝置(6)放置為靠近該固體/液體界面(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于移動(dòng)該附加感應(yīng)加熱裝置(6)的該裝置構(gòu)造為將感應(yīng)線圈放置為在該垂直方向(X)上相對(duì)于所述三接觸線隔開包括在I至20mm之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于移動(dòng)該附加感應(yīng)加熱裝置(6)的該裝置構(gòu)造為將該感應(yīng)線圈定位為相對(duì)于所述三接觸線隔開包括在I至IOmm之間的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括相對(duì)于用于產(chǎn)生所需的該主熱梯度的該裝置輸送功率到該附加加熱裝置出)的分配裝置(8)，構(gòu)造為使得附加加熱裝置(6)接收的功率為輸送到用于產(chǎn)生該主熱梯度的該裝置的功率的5%至35%之間。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，該坩堝(I)呈現(xiàn)的形狀為使兩個(gè)連續(xù)的側(cè)壁(3)限定一角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，該坩堝(I)是正方形或矩形的橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一電路，在該結(jié)晶材料是硅時(shí)，該電路用于施加頻率包括在IkHz至IOOkHz之間的電流到該加熱裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，該附加感應(yīng)加熱裝置(6)相對(duì)于用于在該坩堝(I)內(nèi)產(chǎn)生主熱梯度的該裝置固定安裝。
10.一種通過定向固化執(zhí)行晶體材料制造的方法，包括如下步驟: 提供具有底部(2)和側(cè)壁(3)的坩堝(I)，且該坩堝(I)由液相的所述晶體材料至少部分地填充， 在實(shí)質(zhì)上垂直于該坩堝(I)的該底部的方向(X)上在該坩堝內(nèi)產(chǎn)生主熱梯度，以在該實(shí)質(zhì)上垂直的方向(X)上且從該坩堝(I)的該底部(2)開始獲得該材料的逐漸固化， 通過附加感應(yīng)加熱裝置(6)加熱該材料的位于液態(tài)材料、固化的材料和坩堝⑴之間的三接觸線附近的部分，該附加感應(yīng)加熱裝置(6)設(shè)置在該坩堝(I)的該側(cè)壁(3)的位置且安裝為相對(duì)于該坩堝(I)在所述實(shí)質(zhì)上垂直方向(X)上可移動(dòng)，使得該液態(tài)材料和該固化的材料之間的界面在所述三接觸線附近形成凸彎月形，該附加加熱裝置(6)布置為面對(duì)該液態(tài)材料而不與該固相重疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，輸送到該附加加熱裝置(6)的功率與輸送到產(chǎn)生該主熱梯度的主加熱裝置(4)的功率之比包括在5%和35%之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和11之一所述的方法，其特征在于，該附加加熱裝置(6)由感應(yīng)線圈(6)形成，當(dāng)該液態(tài)材料和該固化的材料之間的界面在所述三接觸線附近形成凸彎月形時(shí)，該感應(yīng)線圈(6)位于該液/固界面(10)的位置且面對(duì)該液相(9)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在該垂直方向(X)上，該感應(yīng)線圈(6)定位為相對(duì)于所述三接觸線隔開包括在I至20mm之間的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述晶體材料是液相導(dǎo)電率高于固相導(dǎo)電率的半導(dǎo)體材料。`
【文檔編號(hào)】C30B35/00GK103890240SQ201280052983
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月31日
【發(fā)明者】J-P.加蘭德特, A.喬尼, D.佩雷蒂爾 申請(qǐng)人:原子能和代替能源委員會(huì)