Hilo de baja humectación para cristales de cinta.
Hilo (12) utilizado para formar un cristal de cinta de hilo (10) que comprende un material cristalino,
siendo dichomaterial cristalino silicio, y comprendiendo dicho hilo:
- un sustrato de carbono (28);
- una capa refractaria de carburo de silicio (30) sustentada en el sustrato; y
- una capa expuesta exteriormente (32) que forma un ángulo de contacto con el silicio de entre 15 y 120 grados, ypreferiblemente de más de 25 grados, estando dispuesta la capa expuesta exteriormente radialmente hacia elexterior de la capa refractaria.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/074715.
Solicitante: Max Era, Inc.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 4231 Dant Boulevard Reno, NV 89509-7020 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: WALLACE, RICHARD, RICHARDSON,Christine, HUANG,Weidong, DOBLE,Daniel, REITSMA,Scott.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C30B15/34 QUIMICA; METALURGIA. › C30 CRECIMIENTO DE CRISTALES. › C30B CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES (por sobrepresión, p. ej. para la formación de diamantes B01J 3/06 ); SOLIDIFICACION UNIDIRECCIONAL DE MATERIALES EUTECTICOS O SEPARACION UNIDIRECCIONAL DE MATERIALES EUTECTOIDES; AFINAMIENTO DE MATERIALES POR FUSION DE ZONA (afinamiento por fusión de zona de metales o aleaciones C22B ); PRODUCCION DE MATERIALES POLICRISTALINOS HOMOGENEOS DE ESTRUCTURA DETERMINADA (colada de metales, colada de otras sustancias por los mismos procedimientos o aparatos B22D; trabajo de materias plásticas B29; modificación de la estructura física de metales o aleaciones C21D, C22F ); MONOCRISTALES O MATERIALES POLICRISTALINOS HOMOGENEOS DE ESTRUCTURA DETERMINADA; TRATAMIENTO POSTERIOR DE MONOCRISTALES O DE MATERIALES POLICRISTALINOS HOMOGENEOS DE ESTRUCTURA DETERMINADA (para la fabricación de dispositivos semiconductores o de sus partes constitutivas H01L ); APARATOS PARA ESTOS EFECTOS. › C30B 15/00 Crecimiento de monocristales por estirado fuera de un baño fundido, p. ej. método de Czochralski (bajo un fluido protector C30B 27/00). › Crecimiento de cristales por alimentación del lecho con control de superficie utilizando matrices de formación o grietas de conducción.
- C30B15/36 C30B 15/00 […] › caracterizada por el germen, p. ej. por su orientación cristalográfica.
- C30B35/00 C30B […] › Aparatos no previstos en otro lugar, especialmente adaptados para la ejecución de los procesos de crecimiento, producción o tratamiento posterior de monocristales o de materiales policristalinos homogéneos de estructura determinada.
- H01L31/18 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.
PDF original: ES-2386999_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Hilo de baja humectación para cristales de cinta
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere, en general, a los cristales de cinta de hilo y, más concretamente, la invención también hace referencia a los hilos utilizados para la fabricación de cristales de cinta de hilo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los cristales fabricados mediante la tecnología de cinta de hilo (string ribbon) , como los que se describen en la patente estadounidense Nº 4.689.109 (concedida en 1987 y en la que se nombra a Emanuel M. Sachs como único inventor) , pueden servir de base para diversos dispositivos electrónicos. Por ejemplo, Evergreen Solar, Inc., empresa con sede en Marlborough, Massachussets, fabrica células solares a partir de cristales de cinta de hilo.
Como se comenta en mayor detalle en la patente citada, mediante los procesos convencionales se forman los cristales de cinta de hilo haciendo pasar dos o más hilos a través de silicio molido. La composición y el tipo de hilo pueden influir significativamente sobre la eficiencia, y en ciertos casos, sobre el coste del cristal de cinta de hilo fabricado en último término.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La invención se define en las reivindicaciones independientes 1, 3, 6, y 9. Las reivindicaciones dependientes se refieren a características opcionales y realizaciones preferidas 2, 7 y 8.
El hilo puede tener una capa de manipulación dispuesta radialmente en el exterior de la capa refractaria. La capa de manipulación aplica una fuerza generalmente radial, ejercida hacia el interior, sobre la capa refractaria. La capa de manipulación puede incluir la capa expuesta su parte exterior. Alternativamente, la capa expuesta exteriormente puede estar situada radialmente hacia el exterior de la capa de manipulación.
La capa expuesta exteriormente puede fabricarse a partir de diversos materiales con los que se reduce la humedad, como el carbono pirolítico, el óxido y el nitruro. Por ejemplo, la capa exteriormente expuesta puede formar un ángulo de contacto con el material cristalino de más de unos 25 grados. Además, el sustrato se fabrica a partir de carbono, mientras que la capa refractaria está fabricada en carburo de silicio.
Hay diversas realizaciones que en general hacen que coincida el coeficiente de dilatación térmica. Por ejemplo, el sustrato, la capa refractaria y la capa expuesta tienen un coeficiente de dilatación térmica combinado que es sustancialmente coincidente con el coeficiente de dilatación térmica del material cristalino. Para conseguir una coincidencia térmica adicional, la capa expuesta puede ser más delgada que la capa refractaria. En una realización más específica, el hilo puede tener un coeficiente de dilatación térmica que en general es equiparable al coeficiente de dilatación térmica del polisilicio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las personas versadas en la materia apreciarán mejor las ventajas de las diversas realizaciones de la invención gracias a la “Descripción de los ejemplos de realización” que figura a continuación, haciendo referencia a las figuras que se resumen seguidamente:
La figura 1 muestra en forma esquemática un cristal de cinta de hilo que puede fabricarse a partir de una serie de hilos configurados de acuerdo con los ejemplos de realización de la invención.
La figura 2 muestra esquemáticamente un ejemplo de horno utilizado para la fabricación de cristales de cinta de hilo.
La figura 3A muestra esquemáticamente un hilo creado de acuerdo con los ejemplos de realización de la invención.
La figura 3B muestra esquemáticamente una vista en sección transversal del hilo de la figura 3A a lo largo de la línea B-B, de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 3C muestra esquemáticamente una vista en sección transversal del hilo de la figura 3A a lo largo de la línea B-B, de acuerdo con otra realización de la invención.
La figura 4A muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un cristal de cinta que utiliza un hilo configurado de acuerdo con los ejemplos de realización de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN
En los ejemplos de realización, un hilo presenta una capa expuesta al exterior de humectación reducida, a fin de aumentar el tamaño de grano en las cercanías del borde de un cristal de cinta. Para ello, el hilo forma un ángulo de contacto de entre 15 y 120 grados con el material del cristal de cinta, el cual puede ser silicio monocristalino y policristalino. Para mejorar la solidez de la cinta, el coeficiente de dilatación térmica del hilo suele coincidir con el del material que forma el cristal de cinta (por ejemplo, el silicio) . A continuación se comentan detalles de las diversas realizaciones.
La figura 1 muestra esquemáticamente un cristal de cinta de hilo10 configurado de acuerdo con los ejemplos de realización de la invención. De forma similar a otros cristales de cinta, este cristal de cinta 10 tiene una forma generalmente rectangular, y un área relativamente grande en sus caras delantera y trasera. Por ejemplo, el cristal de cinta 10 puede tener una anchura de unos 7, 6 cm (3 pulgadas) y una longitud de unos 15, 4 cm (6 pulgadas) . Como conocen perfectamente las personas versadas en la materia, la longitud puede variar considerablemente. Por ejemplo, en una serie de procesos conocidos, la longitud depende de la decisión del operador del horno sobre el punto en el que se ha de cortar el cristal de cinta 10 a medida que crece. Además, la anchura puede variar en función de la separación de sus dos hilos 12 (véase figura 2) que forman los límites de la anchura del cristal de cinta. Por ello, la discusión sobre las longitudes y anchuras específicas tiene carácter ilustrativo y no pretende limitar las diversas realizaciones de la invención.
El espesor del cristal de cinta 10 puede variar y ser muy reducido en relación con su longitud y anchura. Por ejemplo, el cristal de cinta de hilo 10 puede tener un espesor variable entre 60 !m y unos 320 !m a 1º 1argo de su anchura. A pesar de este abanico puede considerarse que el cristal de cinta de hilo 10 tiene un espesor medio a lo largo de su longitud y/o anchura.
El material de la cinta está fabricado en silicio y puede ser cualquiera perteneciente a una serie de tipos de cristal, como el multicristalino, el monocristalino, el poliscristalino, el microcristalino o el semicristalino.
Como conocen las personas versadas en la materia, el cristal de cinta 10 está formado por un par de hilos 12, generalmente encapsulados por el material de la cinta (por ejemplo, polisilicio) . Aunque se encuentra rodeado por el material de la cinta (en la técnica anterior) el hilo 12 y el material de la cinta situado hacia el exterior del hilo 12 forman por lo general el borde del cristal de cinta 10. Por simplicidad, el cristal de cinta 10 se describe como si estuviese fabricado en polisilicio. No obstante, ha de reiterarse que el polisilicio no supone una limitación para todas las realizaciones.
En los ejemplos de realización, el cristal de cinta 10 se hace crecer en un horno de crecimiento del cristal de cinta 14, en la forma mostrada en la figura 2. Más concretamente, la figura 2 muestra esquemáticamente un horno de crecimiento del cristal de cinta de silicio 14 que puede utilizarse para formar el cristal de cinta de hilo 10 de acuerdo con los ejemplos de realización de la invención. El horno 14 tiene, entre otras cosas, una carcasa 16 que forma un interior hermético sustancialmente libre de oxígeno (para impedir la combustión) . En lugar de oxígeno, el interior tiene una concentración de otro gas, como el argón, o una combinación de gases. El interior de la carcasa también contiene, entre otras cosas, un crisol 18 y otros componentes para el crecimiento sustancialmente simultáneo de cuatro cristales de cinta de silicio 110. Una entrada de alimentación 20 de la carcasa 16 proporciona un medio de orientar el aporte de silicio hacia el crisol del interior 18, mientras que una ventana opcional 22 permite inspeccionar los componentes que se encuentran en el interior.
Como se muestra, el crisol 18, que se apoya en la plataforma interior situada dentro de la carcasa 16, presenta una superficie superior sustancialmente plana. Esta realización del crisol 18... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Hilo (12) utilizado para formar un cristal de cinta de hilo (10) que comprende un material cristalino, siendo dicho material cristalino silicio, y comprendiendo dicho hilo:
- un sustrato de carbono (28) ;
- una capa refractaria de carburo de silicio (30) sustentada en el sustrato; y
- una capa expuesta exteriormente (32) que forma un ángulo de contacto con el silicio de entre 15 y 120 grados, y preferiblemente de más de 25 grados, estando dispuesta la capa expuesta exteriormente radialmente hacia el exterior de la capa refractaria.
2. Hilo conforme a la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una capa de manipulación (34) situada radialmente hacia el exterior de la capa refractaria, aplicando la capa de manipulación una fuerza en general dirigida radialmente hacia el interior sobre la capa refractaria.
3. Cristal de cinta de silicio, que comprende: -un hilo (12) conforme a lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes; y -un cuerpo que comprende un material de silicio, donde la superficie exterior del hilo está parcialmente expuesta.
4. Cristal de cinta conforme a la reivindicación 3, donde la porción expuesta del hilo se encuentra exenta del material del cuerpo.
5. Cristal de cinta conforme a las reivindicaciones 3 o 4, donde el material del cuerpo comprende polisilicio.
6. Método para fabricar un hilo (12) para utilizarlo en la fabricación de un cristal de cinta (10) , comprendiendo dicho método:
- fabricar una capa refractaria de carburo de silicio (30) sobre un sustrato de carbono (28) ; y
- aplicar un material de baja humectación (32) dispuesto radialmente en el exterior de la capa refractaria donde dicho material de baja humectación forma un ángulo de contacto con el silicio de entre 15 y 120 grados.
7. Método conforme a la reivindicación 6, donde el hilo posee una sección transversal de 140 !m y 1a capa de material de humectación reducida tiene un espesor de 1 !m.
8. Método conforme a las reivindicaciones 6 o 7, donde el material de humectación reducida se aplica mediante un proceso CVD.
9. Método de fabricación de una lámina de cristal de cinta de silicio (10) a partir de silicio molido, comprendiendo dicho método:
- proporcionar dicho silicio molido;
- proporcionar un hilo (12) que comprende una capa refractaria de carburo de silicio (30) sustentada sobre un sustrato de carbono (28) y una capa de humectación reducida (32) dispuesta radialmente en el exterior de la capa refractaria (30) , comprendiendo la capa de humectación reducida la superficie exterior del hilo, formando dicha superficie exterior un ángulo de contacto con el silicio molido que oscila entre 15 y 120 grados; y
- hacer pasar el hilo a través del silicio molido para crear la lámina.
Figura 1 Figura 2 Figura 3A
Figura 3B Figura 3C
Figura 4A TÉCNICA ANTERIOR
Figura 4B Figura 5
REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN
La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.
Documentos de patente citado en la descripción
• US 4689109 A [0002] • US 20090061224 A [0027]
• US 2009001163 A [0027]
Bibliografía de patentes citada en la descripción
• Filament Materials For Edge-Supported Pulling of Silicon Sheet Cr y stals. CISZEK et al. journal of the Electro chemical Society. Solar Energy Research Institute, December 1982, vol. 129, 2838-2843
Patentes similares o relacionadas:
Procedimiento de fabricación de un dispositivo semiconductor con una capa de pasivación y dispositivo semiconductor correspondiente, del 15 de Julio de 2020, de Hanwha Q.CELLS GmbH: Procedimiento de fabricación de un dispositivo semiconductor, comprendiendo las siguientes etapas de procedimiento: - puesta a disposición […]
Celda solar con sustrato corrugado flexible y método para la producción de la misma, del 1 de Julio de 2020, de Flexucell ApS: Un transductor fotoeléctrico que comprende: un sustrato constituido por una hoja o banda elástica flexible, incluyendo el sustrato una superficie […]
Procedimiento para fabricar una película delgada a base de CI(G)S fotovoltaica mediante el uso de un fundente con un punto de fusión bajo, del 6 de Mayo de 2020, de KOREA INSTITUTE OF ENERGY RESEARCH: Un procedimiento de fabricación de una película delgada a base de CI(G)S para una celda solar mediante el uso de un fundente que tiene un punto de fusión […]
Dispositivo y método para recocer objetos en una cámara de tratamiento, del 22 de Abril de 2020, de (CNBM) Bengbu Design & Research Institute for Glass Industry Co., Ltd: Dispositivo para recocer por lo menos un objeto, en especial un cuerpo multicapas con dos capas por lo menos, con una cámara de tratamiento con […]
Procedimiento de fabricación de un elemento fotovoltaico, del 22 de Abril de 2020, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Procedimiento de fabricación de un elemento fotovoltaico, que comprende: a) una etapa de conexión eléctrica en serie de una pluralidad de células fotovoltaicas […]
Método e instalación para enmarcar un panel solar, del 20 de Abril de 2020, de MONDRAGON ASSEMBLY, S.COOP: Método e instalación para enmarcar un panel solar con una pluralidad de lados, donde se une un marco al panel solar. El marco comprende un segmento de marco para cada lado […]
Aplicación de adhesivo conductor en las celdas solares, del 8 de Abril de 2020, de TEAMTECHNIK MASCHINEN UND ANLAGEN GMBH: Dispositivo de conexión de celdas solares para la fabricación de cadenas de celdas solares cristalinas individuales y conectores eléctricamente […]
Célula solar y método de fabricación de células solares, del 15 de Enero de 2020, de SHIN-ETSU CHEMICAL CO., LTD.: Una célula solar que comprende un sustrato de silicio dopado con galio que tiene una unión p-n formada en el mismo, en el que el sustrato de silicio […]