Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния на углеродной ткани

Классы МПК:C30B15/34 выращивание из пленки кристаллов с определенными гранями с использованием формоизменяющих матриц или щелей
C30B29/06 кремний
C30B29/64 плоские кристаллы, например пластины, ленты, диски
C30B15/02 добавлением к расплаву кристаллизующегося материала или реагентов, образующих его непосредственно в процессе
C30B15/10 тигли или контейнеры для поддерживания расплава
C30B28/10 вытягиванием из расплава
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2004-05-20
публикация патента:

Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей). Сущность изобретения: устройство включает тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложки, соединенные с механизмами их перемещения, и капиллярный питатель. Подложки выполнены из углеродной сетчатой ткани, а капиллярный питатель состоит из двух горизонтальных секций, размещенных слева и справа от тигля, каждая из которых имеет хвостовик, обмотанный жгутами из углеродной нити. Тигель выполнен с донным полым удлиненным носиком, снабженным независимым нагревателем, под тиглем установлена емкость для слива тигельного остатка, внутренняя поверхность которой покрыта слоем гексагонального нитрида бора, а над тиглем установлен вибрационный питатель для подачи дробленого кремния. 1 ил. устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных   слоев кремния на углеродной ткани, патент № 2258772

Рисунки к патенту РФ 2258772

устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных   слоев кремния на углеродной ткани, патент № 2258772

Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей).

Известно устройство, содержащее тигель, нагреватель, вытягивающий механизм и приспособление для поддержания уровня расплава в тигле постоянным (Мейсон Б. Нанесение кремниевой пленки на керамические листовые подложки. "Электроника", 1979, т.52, №15, с.10-11). Это устройство позволяет выращивать слои кремния на длинномерных керамических подложках, покрытых слоем углерода для смачивания расплавом кремния, с использованием горизонтальных желобообразных кварцевых тиглей.

Однако известное устройство имеет ряд недостатков. Так, поддержание уровня расплава в тигле постоянным представляет сложную техническую задачу. При проведении процесса выращивания слоя необходима процедура "затравливания", состоящая в переполнении тигля расплавом при помощи приспособления для регулирования уровня, приведении подложки в контакт с расплавом и формировании мениска путем подъема подложки на необходимую высоту над стенками тигля, которая усложняет технологию и снижает производительность установки. Кроме того, керамическую подложку необходимо перфорировать, так как иначе невозможно создать тыльный контакт к выращенному слою кремния. Это дополнительно повышает стоимость продукции. Известно устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев на подложке (по авт. св. СССР №949979, опубл. 1982 г., Бюллетень изобретений и открытий, №45, с.283), включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, и питатель, вертикально расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капиллярный канал, и имеющий острые рабочие кромки для подачи расплава на подложку. Подложка расположена перпендикулярно пластинам питателя.

Недостатком устройства является необходимость использования только твердых подложек. При получении слоев кремния необходимо дополнительно выполнять в подложках отверстия для отверстия тыльного электрического контакта к слою кремния.

Другим недостатком известного устройства является неоправданно сложная конструкция питателя. Он выполнен сборным из пластин графита. Питатель экономически выгоднее выполнять монолитным, а капиллярные каналы - полуоткрытыми.

Известное устройство не предусматривает подачу шихты в плавильный тигель. Поддержание уровня расплава в тигле относительно уровня подложки обеспечивается постепенным перемещением тигля вверх. Это ограничивает производительность непрерывного процесса емкости тигля.

Другим недостатком известного устройства является однократное использование тигля, т.к. после каждого процесса он разрушается.

Вышеприведенное устройство наиболее близко по технической сущности к заявляемому устройству, поэтому выбрано в качестве прототипа.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего изобретения, выражается в увеличении производительности устройства и снижении материальных затрат на устройство за счет группового выращивания слоев кремния на углеродной ткани, многократного использования тигля и применения вибрационного питателя для подачи дробленого кремния в тигель.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в устройстве для выращивания ориентированных кристаллических слоев кремния, включающем тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложки, соединенные с механизмами их перемещения, и капиллярный питатель, подложки выполнены из углеродной сетчатой ткани, капиллярный питатель состоит из двух горизонтальных секций, размещенных слева и справа от тигля, каждая из которых имеет хвостовик, обмотанный жгутами из углеродной нити, тигель выполнен с донным полым удлиненным носиком, снабженным независимым нагревателем, под тиглем устанавливается емкость для слива тигельного остатка, внутренняя поверхность которой покрыта слоем гексагонального нитрида бора, для непрерывной подачи дробленого кремния в тигель используется установленный над ним вибрационный питатель.

Благодаря наличию этих признаков возможно выращивание слоев кремния на поверхности группы подложек одновременно. Выполнение капиллярного питателя в виде двух горизонтальных секций позволяет при обеспечении высокой производительности использовать лишь один тигель с системами его подпитки кремнием и слива тигельного остатка по завершении процесса. Капиллярные каналы обеих секций питателя соединены и гидростатическое давление расплава в них одинаково.

Тигель с донным полым удлиненным носиком может использоваться неограниченное количество раз при условии слива остатка расплава после завершения процесса. Слитый тигельный остаток может также использоваться в качестве сырья для проведения следующих процессов.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом. Тепловая изоляция, крепежные элементы и детали механизмов на нем не приведены.

Устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния на углеродной ткани содержит левый нагреватель 1, выполненный из графита, подложки 2 из углеродной сетчатой ткани, намотанные на бобину 3, левую секцию капиллярного питателя 4, графитовый тигель 5, нагреватель тигля 6, установленный над тиглем 5 вибрационный питатель дробленного кремния 7 с виброприводом 8, нагреватель 9 носика тигля 5, емкость для слива тигельного остатка 10, правый нагреватель 11, правую секцию капиллярного питателя 12, левый роликовый механизм вытягивания 13 и правый механизм - 14. Хвостовик каждого из питателей обматывается жгутами 15 из углеродной нити для капиллярной подачи расплава. Подложка 2 из сетчатой углеродной ткани нарезается на мерные полосы, подвергается уплотнению пироуглеродом и термохимической очистке галогенами. Бобина 3 размещается в ростовой камере или за ее пределами и снабжается тормозом для натяжения подложек. Секции капиллярных питателей 4 и 12 выполняются из плотного графита и дополнительно подвергаются термохимической очистке и уплотнению пироуглеродом.

Внутренняя поверхность емкости 10 для слива тигельного остатка защищается слоем гексагонального гидрида бора для предотвращения смачивания расплавленным кремнием и последующего разрушения после кристаллизации и охлаждения. Слой может наноситься втиранием порошка нитрида бора в поверхность графита либо способом пульверизации из суспензии BN.

Тигель 5 изготавливается из высокоплотного графита и проходит до использования те же операции. Вибрационный питатель 7 изготовлен из плавленого кварца (графита, стали). Вибропривод 8 размещается над корпусом вибрационного питателя и управляется источником напряжения, размещенным за пределами ростовой камеры. Механизмы 13 и 14 размещены также за пределами ростовой камеры и включают пары обрезиненных горизонтальных роликов, редукторы и электроприводы с системами их управления.

Устройство работает следующим образом.

Нарезанная на мерные ленты, модифицированная пироуглеродом и подвергнутая термохимической очистке углеродная сетчатая подложка 2, намотанная на графитовую бобину 3, снабженную тормозом для натяжения подложки, устанавливается внутри ростовой камеры, либо в отдельном корпусе, связанном с ней вакуумно-плотными фланцами. В полости графитового нагревателя 6 устанавливается графитовый тигель 5. На электрически изолированных крепежных элементах устанавливаются левая 4 и правая 12 секции капиллярного питателя. Хвостовики каждой из секций обматываются жгутами 15 из углеродной нити. Вибрационный питатель 7 загружают очищенным дробленым кремнием. К вибрационному питателю 7 подключают вибропривод 8. Подложки 2 выводятся к выпускным щелям ростовой камеры, которые закрываются вакуумно-плотными крышками. После проведения откачки камеры включают систему нагрева и достигают температуры, превышающей точку плавления кремния. Затем включают вибропривод 8 и заполняют тигель 5 расплавом кремния. При этом в донном полом удлиненном носике тигля образуется пробка 16 кристаллического кремния, предотвращающая слив расплава. После этого выключают откачку и заполняют ростовую камеру чистым аргоном до атмосферного давления. Затем открывают крышки выпускных щелей ростовой камеры, вытягивают подложки и заправляют их концы между роликами механизмов вытягивания 13 и 14. В дальнейшем производят подачу аргона с расходом, обеспечивающим предотвращение окисления расплавленного кремния. После натяжения подложек 2 устанавливают скорость их перемещения и темп подачи дробленого кремния. По мере выхода продукции 17 (подложек со слоем кремния) их механически обламывают, при этом процесс продолжается вплоть до исчерпания запаса кремния в вибрационном питателе 7 или подложек на бобине 3.

После завершения процесса выключают механизмы вытягивания 13 и 14, механически обламывают выращенные подложки со слоем кремния до уровня, позволяющего закрыть выпускные щели ростовой камеры. Щели закрывают вакуумно-плотными крышками, подачу аргона прекращают и включают откачку. По достижении разрежения включают нагреватель носика тигля 9, после чего происходит плавления пробки 16 и слив тигельного остатка в приемную емкость 10.

Затем все нагревательные элементы выключаются. После охлаждения ростовой камеры производится удаление тигельного остатка из приемной емкости 10. При этом тигель 5 остается целым и может быть использован в неограниченном числе описанных циклов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния, включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложки, соединенные с механизмами их перемещения, и капиллярный питатель, отличающееся тем, что подложки выполнены из углеродной сетчатой ткани, капиллярный питатель состоит из двух горизонтальных секций, размещенных слева и справа от тигля, каждая из которых имеет хвостовик, обмотанный жгутами из углеродной нити, тигель выполнен с донным полым удлиненным носиком, снабженным независимым нагревателем, под тиглем установлена емкость для слива тигельного остатка, внутренняя поверхность которой покрыта слоем гексагонального нитрида бора, а над тиглем установлен вибрационный питатель для подачи дробленого кремния.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2258772

patent-2258772.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C30B15/34 выращивание из пленки кристаллов с определенными гранями с использованием формоизменяющих матриц или щелей

Патенты РФ в классе C30B15/34:
способ получения слоев карбида кремния -  патент 2520480 (27.06.2014)
устройство и способ выращивания профилированных кристаллов тугоплавких соединений -  патент 2507320 (20.02.2014)
способ получения кремниевых филаментов произвольного сечения (варианты) -  патент 2507318 (20.02.2014)
способ выращивания профилированных монокристаллов германия из расплава -  патент 2491375 (27.08.2013)
устройство для выращивания профилированных кристаллов в виде полых тел вращения -  патент 2451117 (20.05.2012)
сапфир с r-плоскостью, способ и устройство для его получения -  патент 2448204 (20.04.2012)
способ выращивания профилированных кристаллов тугоплавких соединений -  патент 2439214 (10.01.2012)
способ и установка для выращивания монокристалла сапфира с ориентацией в с-плоскости -  патент 2436875 (20.12.2011)
способ и устройство выращивания кристаллов кремния на подложке -  патент 2390589 (27.05.2010)
монокристалл сапфира, способ его изготовления (варианты) и используемое в нем плавильное устройство -  патент 2388852 (10.05.2010)

Класс C30B29/06 кремний

Патенты РФ в классе C30B29/06:
способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля -  патент 2527790 (10.09.2014)
способ прямого получения поликристаллического кремния из природного кварца и из его особо чистых концентратов -  патент 2516512 (20.05.2014)
способ получения кремниевых филаментов произвольного сечения (варианты) -  патент 2507318 (20.02.2014)
аппарат для получения и способ получения поликристаллического кремния -  патент 2495164 (10.10.2013)
способ получения столбчатых монокристаллов кремния из песка и устройство для его осуществления -  патент 2488650 (27.07.2013)
способ получения поликристаллического кремния -  патент 2475570 (20.02.2013)
способ получения поликристаллического кремния -  патент 2475451 (20.02.2013)
способ получения кристаллов кремния -  патент 2473719 (27.01.2013)
способ получения нанокристаллического кремния -  патент 2471709 (10.01.2013)
реактор для поликристаллического кремния и способ получения поликристаллического кремния -  патент 2470098 (20.12.2012)

Класс C30B29/64 плоские кристаллы, например пластины, ленты, диски

Патенты РФ в классе C30B29/64:
способ выращивания монокристаллов германия -  патент 2493297 (20.09.2013)
сапфир с r-плоскостью, способ и устройство для его получения -  патент 2448204 (20.04.2012)
способ и установка для выращивания монокристалла сапфира с ориентацией в с-плоскости -  патент 2436875 (20.12.2011)
монокристалл сапфира, способ его изготовления (варианты) и используемое в нем плавильное устройство -  патент 2388852 (10.05.2010)
устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке -  патент 2365684 (27.08.2009)
устройство для непрерывного выращивания двусторонних слоев кремния на углеродной фольге -  патент 2332530 (27.08.2008)
способ и устройство для выращивания кристаллов -  патент 2198968 (20.02.2003)
способ изготовления пластин и/или листов фольги анизотропного пиролитического нитрида бора, лист фольги, изготовленный этим способом, изделие из анизотропного пиролитического нитрида бора в виде пакета пластин и/или листов фольги и способ его получения -  патент 2179204 (10.02.2002)

Класс C30B15/02 добавлением к расплаву кристаллизующегося материала или реагентов, образующих его непосредственно в процессе

Патенты РФ в классе C30B15/02:
способ получения крупногабаритных монокристаллов антимонида галлия -  патент 2528995 (20.09.2014)
способ выращивания монокристаллов германия -  патент 2493297 (20.09.2013)
способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута -  патент 2485218 (20.06.2013)
способ получения крупногабаритных монокристаллов антимонида индия -  патент 2482228 (20.05.2013)
способ получения монокристалла оксида цинка -  патент 2474625 (10.02.2013)
способ выращивания объемных монокристаллов александрита -  патент 2471896 (10.01.2013)
способ получения монокристалла -  патент 2418108 (10.05.2011)
способ выращивания монокристаллов с заданным распределением примесей по его длине -  патент 2402646 (27.10.2010)
способ получения совершенных кристаллов трибората цезия из многокомпонентных растворов-расплавов -  патент 2367729 (20.09.2009)
устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке -  патент 2365684 (27.08.2009)

Класс C30B15/10 тигли или контейнеры для поддерживания расплава

Патенты РФ в классе C30B15/10:
способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля -  патент 2527790 (10.09.2014)
способ выращивания кристалла методом киропулоса -  патент 2494176 (27.09.2013)
способ получения столбчатых монокристаллов кремния из песка и устройство для его осуществления -  патент 2488650 (27.07.2013)
способ получения неприлипающего покрытия на основе карбида кремния -  патент 2479679 (20.04.2013)
кристаллизатор для обработки расплавленного кремния и способ его изготовления -  патент 2423558 (10.07.2011)
тигель для кристаллизации кремния и способ его изготовления -  патент 2401889 (20.10.2010)
тигель для кристаллизации кремния -  патент 2394944 (20.07.2010)
способ изготовления кварцевых контейнеров -  патент 2370568 (20.10.2009)
устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке -  патент 2365684 (27.08.2009)
способ подготовки кварцевых тиглей для выращивания монокристаллов кремния -  патент 2355833 (20.05.2009)

Класс C30B28/10 вытягиванием из расплава


Наверх