устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке

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
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-03-26
публикация патента:

Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей). Устройство для выращивания слоев 5 кремния на углеродной подложке 4, включает тигель, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, капиллярный питатель и нагреватель 2 питателя, при этом капиллярный питатель и тигель совмещены в одной детали 1 в форме полой лодочки с донной щелью, в которую заправлен элемент 3 из углеродного кариллярно-пористого материала: углеродного войлока или углеграфитовой ткани, контактирующий с подложкой. Изобретение позволяет упростить и удешевить конструкцию теплового блока и системы управления им, повысить однородность теплового поля в плоскости подложки, а также снизить расход электроэнергии и уменьшить габариты ростовой камеры. 2 ил. устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке, патент № 2365684

устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке, патент № 2365684 устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке, патент № 2365684

Формула изобретения

Устройство для выращивания слоев кремния на углеродной подложке, включающее тигель, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, капиллярный питатель и нагреватель питателя, отличающееся тем, что капиллярный питатель и тигель совмещены в одной детали в форме полой лодочки с донной щелью, в которую заправлен элемент из углеродного кариллярно-пористого материала: углеродного войлока или углеграфитовой ткани, контактирующий с подложкой.

Описание изобретения к патенту

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

Известно устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев кремния на углеродной подложке (по патенту № 2264483, бюл. № 32, 20.11.2005 г.), включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, и капиллярный питатель, нагреватель которого размещен над подложкой. Для подачи расплава кремния из тигля используются жгуты из углеродной нити, намотанные на хвостовик питателя. Для пополнения уровня расплава в тигле используется вибропитатель подачи дробленого кремния.

Недостатком известного устройства является необходимость совмещения в одном, либо раздельных нагревателях тигля и капиллярного питателя, независимого управления их температурой и гидростатическим давлением расплавленного кремния.

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

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в упрощении и удешевлении конструкции теплового блока и системы управления им за счет совмещения тигля и капиллярного питателя в одной детали, повышении однородности теплового поля в плоскости подложки, а также снижении расхода электроэнергии и уменьшении габаритов ростовой камеры.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для выращивания слоев кремния на углеродной подложке, включающем тигель, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, капиллярный питатель и нагреватель питателя, размещенный над подложкой, капиллярный питатель и тигель совмещены в одной детали в форме полой лодочки с донной щелью, в которую заправлен элемент из углеродного капиллярно-пористого материала, контактирующий с подложкой. Для пополнения уровня расплава в капиллярном питателе используется вибропитатель подачи дробленого кремния.

Вкладыш из углеродного капиллярно-пористого материала позволяет предотвратить неконтролируемый слив расплава из полости питателя на подложку и обеспечить дозированную подачу расплава к ее поверхности.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше и наиболее близкого к нему являются исключение тигля с его нагревателем и подача дробленого кремния непосредственно в полость питателя.

Благодаря наличию этих признаков улучшается однородность теплового поля по ширине подложки за счет исключения теплового влияния перегретого относительно подложки тигельного узла, упрощается конструкция нагревателя, удешевляется система управления за счет исключения независимого электропитания нагревателя тигля, резко снижаются габариты ростовой камеры и расход электроэнергии. Кроме того, исключается необходимость выплавления тигельного остатка и очистки капиллярных каналов питателя после проведения предыдущего процесса.

Предлагаемое устройство с разными вариантами вкладыша из углеродного капиллярно-пористого материала, заполняющего капиллярный канал питателя, иллюстрируется чертежами фиг.1 и 2. Тепловая изоляция, крепежные элементы и детали механизмов на них не приведены.

Питатель 1 из высокоплотного графита размещается внутри графитового нагревателя 2, выполненного в виде двух параллельных пластин. В полости питателя 1 устанавливается профильный вкладыш 3 из углеродного войлока (фиг.1), либо в узкую щель заправляется лента 3 из углеграфитовой ткани (фиг.2). Подложка 4 из гибкой углеродной фольги или углеграфитовой ткани перемещается в горизонтальной плоскости относительно питателя 1. Проникающий сквозь капиллярно-пористые элементы 3 расплав кремния вступает в контакт с подложкой 4 с образованием капиллярного мениска. При перемещении подложки 4 на ее поверхности формируется кристаллический слой кремния 5, толщина которого зависит от гидростатического давления расплава в питателе, скорости перемещения подложки и температуры. Дробленый либо гранулированный кремний 6 непрерывно или периодически подается в питатель для поддержания необходимого уровня расплава в нем.

Устройство работает следующим образом.

После нагрева устройства до температуры 1450°С в вакууме и ввода в ростовую камеру аргоноводородной смеси до атмосферного давления подложка 4 выводится за пределы ростовой камеры и заправляется в ролики механизма ее перемещения. После натяжения подложки 4 проводится заполнение полости питателя кремнием, проникающим в капиллярно-пористые элементы 3. При образовании мениска расплава между кромкой питателя и подложкой включают механизм перемещения подложки и корректируют температуру. С момента начала выращивания кристаллического слоя 5 начинают непрерывную подачу кремния 6 в полость питателя. После выработки подложки выращенную ленту извлекают из ростовой камеры и выключают нагрев. Далее питатель без каких-либо дополнительных обработок готов к повторному использованию.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2365684

patent-2365684.pdf

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

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

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

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 непрерывного выращивания двусторонних слоев кремния на углеродной фольге -  патент 2332530 (27.08.2008)
устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния на углеродной ткани -  патент 2258772 (20.08.2005)
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

Класс C30B15/10 тигли или контейнеры для поддерживания расплава

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)
способ подготовки кварцевых тиглей для выращивания монокристаллов кремния -  патент 2355833 (20.05.2009)
кристаллизатор для кристаллизации кремния -  патент 2355832 (20.05.2009)
Наверх