Procedimiento y aparato para el desarrollo de una cinta cristalina mientras se controla el transporte de contaminantes en suspensión en un gas a través de una superficie de cinta.
Un procedimiento para el crecimiento de una cinta cristalina (16),
el procedimiento comprende:
proporcionar un crisol (14) que contiene material fundido (22);
hacer pasar un hilo a través del material fundido para que crezca la cinta cristalina; y
dirigir flujo de gas (31) alrededor de la cinta cristalina, de manera que el gas fluya hacia abajo a lo largo de lacinta cristalina, en dirección al crisol.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2009/053991.
Solicitante: Max Era, Inc.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: c/o Dacheng Law Offices, LLP, 2 Wall Street, Floor 21 New York, NY 10005 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: HARVEY, DAVID, HUANG,Weidong, REITSMA,Scott, LE,MINH SY.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C30B15/00 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. › Crecimiento de monocristales por estirado fuera de un baño fundido, p. ej. método de Czochralski (bajo un fluido protector C30B 27/00).
- C30B29/06 C30B […] › C30B 29/00 Monocristales o materiales policristalinos homogéneos de estructura determinada caracterizados por los materiales o por su forma. › Silicio.
- C30B29/60 C30B 29/00 […] › caracterizados por la forma.
PDF original: ES-2425885_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento y aparato para el desarrollo de una cinta cristalina mientras se controla el transporte de contaminantes en suspensión en un gas a través de una superficie de cinta
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, en general, a cintas cristalinas y, más concretamente, la invención se refiere al control de contaminantes durante el crecimiento de las cintas cristalinas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se pueden formar células solares a partir de obleas de silicio fabricadas con una técnica de obtención de cintas o «ribbon pulling». La técnica «ribbon pulling» usa, generalmente, un sistema de crecimiento de cristales que incluye un horno especial en el que está contenido un crisol que contiene silicio fundido. Por lo general, el horno incluye un aislamiento en la base que rodea el crisol, y un aislante (denominado «postcalentador») situado por encima del aislamiento de la base y próximo a la cinta cristalina en crecimiento.
Durante el proceso de crecimiento, normalmente se hacen pasar dos hilos por el crisol, de manera que en su superficie se solidifique el silicio fundido, formándose una cinta cristalina en crecimiento entre los dos hilos. Se pueden formar al mismo tiempo dos o más cintas cristalinas haciendo pasar varios conjuntos de hilos por el crisol. Los hilos con la cinta cristalina adherida se hacen pasar a través del postcalentador para que se pueda enfriar la cinta cristalina en un entorno controlado. Después se retira la cinta cristalina del horno.
A lo largo de todo el proceso, se suele tener el cuidado de reducir la cantidad de impurezas o contaminantes no deseados presentes en la cinta cristalina. Los agentes contaminantes pueden causar un efecto negativo sobre las propiedades de la cinta cristalina, lo cual puede afectar al rendimiento de los dispositivos fabricados con dichas cintas cristalinas. Por ejemplo, los contaminantes pueden reducir de manera no deseada el rendimiento de conversión de una célula solar fabricada a partir de dicha cinta cristalina.
En el documento GB-A-2135595, se describe un aparato de crecimiento de cinta cristalina que comprende un crisol para contener material fundido, una base aislante que rodea el crisol y unas chimeneas tubulares en la base aislante para recibir un par de hilos a los que se hace avanzar hacia arriba a través del crisol. Una boquilla de gas situada en la base de las chimeneas permite que los hilos situados en las chimeneas queden envueltos por una corriente de argón (en lugar de aire) .
El documento US-A-4390505 se ocupa del control de la temperatura de un menisco durante el crecimiento de la cinta cristalina, usando una pantalla térmica basculante.
El documento WO-A-2008/070458, a nombre del presente solicitante, se ocupa del control de las impurezas en una cinta cristalina en crecimiento, estableciendo un flujo de líquido unidireccional en el crisol a partir del cual se forma la cinta cristalina.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La invención se define más adelante, en las reivindicaciones independientes. De acuerdo con una forma de realización de la invención, en un procedimiento de crecimiento de una cinta cristalina se proporciona un crisol que contiene material fundido y se hace pasar un hilo a través del material fundido para que crezca la cinta cristalina. En el procedimiento también se dirige un flujo de gas alrededor de la cinta cristalina, de manera que el gas fluya hacia abajo a lo largo de la cinta cristalina, en dirección al crisol. Las reivindicaciones dependientes se refieren a características opcionales y formas de realización preferidas.
De acuerdo con formas de realización relacionadas, el procedimiento también proporciona un postcalentador situado por encima del crisol y junto a la cinta cristalina en al menos un lado. El postcalentador posee una pantalla acoplada a al menos una parte del postcalentador. La pantalla está colocada entre la cinta cristalina y el postcalentador. La pantalla puede estar formada por grafito, carburo de silicio y/o cuarzo. La pantalla puede incluir una pluralidad de láminas acopladas al postcalentador con al menos un refuerzo. El refuerzo puede estar alineado cerca de un borde de la cinta cristalina. El procedimiento puede proporcionar también una base aislante que rodee al crisol por al menos dos lados. La base aislante posee una pantalla acoplada a al menos una parte de la base aislante y la pantalla está situada entre la base aislante y el crisol. El crisol incluye al menos un deflector en contacto con una parte de la pantalla. La base aislante posee al menos una abertura bajo el crisol, en la que el gas fluye hacia abajo, deja atrás el crisol y atraviesa la al menos una abertura. En el procedimiento también se dirige el gas hacia la al menos una abertura desde una fuente de gas externa. La base aislante puede tener una pantalla acoplada a al menos una parte de la base aislante, en la que la pantalla está colocada entre la base aislante y el crisol. El procedimiento también puede proporcionar al menos un deflector acoplado a la base aislante, con el que el flujo de gas es dirigido hacia abajo, dejando atrás el al menos un deflector y el crisol. El procedimiento también puede proporcionar un postcalentador situado por encima del crisol y contiguo a la cinta cristalina en al menos dos lados. El postcalentador posee al menos una abertura. En el procedimiento también se puede dirigir un gas hacia la al menos una abertura desde una fuente de gas externa, en el que el gas es dirigido hacia la cinta cristalina. El postcalentador puede tener una pantalla acoplada a al menos una parte del postcalentador. La pantalla está situada entre la cinta cristalina y el postcalentador. El procedimiento también puede proporcionar una junta estanca al gas acoplada al postcalentador y contigua a la cinta cristalina, en el que el flujo de gas se encuentra sustancialmente alejada de la junta estanca al gas y se dirige hacia el crisol. El procedimiento también puede proporcionar un alojamiento que rodee al crisol y una parte de la cinta cristalina, y puede proporcionar una pantalla acoplada a al menos una parte del alojamiento. La pantalla está situada junto a una parte de la cinta cristalina. El procedimiento también puede proporcionar una junta estanca al gas acoplada al alojamiento y contigua a la cinta cristalina. La junta estanca al gas posee al menos una abertura. En el procedimiento también se dirige un gas hacia la al menos una abertura desde una fuente de gas externa. El gas es dirigido hacia la cinta cristalina y el flujo de gas se encuentra sustancialmente alejado de la junta estanca al gas y discurre a lo largo de la pantalla entre la cinta cristalina y la pantalla.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, un sistema de crecimiento de cinta cristalina incluye un crisol para contener material fundido y una base aislante que rodea el crisol por al menos dos lados. La base aislante posee una o más aberturas bajo el crisol. El sistema de crecimiento de cinta cristalina también incluye un sistema de gas que proporciona gas desde una fuente de gas externa a través de la al menos una abertura, de manera que el gas fluya hacia abajo, deje atrás el crisol y atraviese la al menos una abertura.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, un sistema de crecimiento de cinta cristalina incluye un crisol para contener material fundido y un postcalentador situado por encima del crisol, y el postcalentador posee una superficie interna. El sistema de crecimiento de cinta cristalina también puede incluir al menos una pantalla contigua a la superficie interna. El postcalentador y la al menos una pantalla están configurados para permitir el paso de una cinta cristalina de manera contigua a la al menos una pantalla. La al menos una pantalla puede estar formada de grafito, carburo de silicio y/o cuarzo.
De acuerdo con formas de realización relacionadas, la pantalla puede estar acoplada a la superficie interna del postcalentador con al menos un refuerzo. Otra posibilidad consiste en que la pantalla esté acoplada a un alojamiento que rodee el crisol y esté configurada para permitir el paso de una cinta cristalina a través de un canal situado en el alojamiento. El crisol puede tener al menos dos orificios para el paso de hilos, que definan un plano que se extienda verticalmente a lo largo de una dirección de crecimiento de la cinta cristalina y el refuerzo puede estar alineado con un borde del plano. El sistema también puede incluir una base aislante que rodee el crisol por al menos dos lados y al menos una pantalla de la base aislante, acoplada a al menos una parte de la base aislante. La pantalla de la base aislante está situada entre la base aislante y el crisol. El al menos un deflector puede quedar en contacto... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un procedimiento para el crecimiento de una cinta cristalina (16) , el procedimiento comprende: proporcionar un crisol (14) que contiene material fundido (22) ; hacer pasar un hilo a través del material fundido para que crezca la cinta cristalina; y dirigir flujo de gas (31) alrededor de la cinta cristalina, de manera que el gas fluya hacia abajo a lo largo de la
cinta cristalina, en dirección al crisol.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende:
proporcionar un postcalentador (28) situado por encima del crisol y contiguo a la cinta cristalina en al menos un lado, con el postcalentador provisto de una pantalla (30) acoplada a al menos una parte del postcalentador y la pantalla situada entre la cinta cristalina y el postcalentador.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende:
proporcionar una base aislante (26) que rodee al crisol por al menos dos lados, y la base aislante posee una pantalla (30) acoplada a al menos una parte de la base aislante, en la que la pantalla está situada entre la base aislante y el crisol.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el crisol incluye al menos un deflector (32) que está en contacto con una parte de la pantalla.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende:
proporcionar una base aislante que rodee al crisol por al menos dos lados, la base aislante posee al menos una abertura bajo el crisol, en la que el gas fluye hacia abajo dejando atrás el crisol y atravesando la al menos una abertura.
6. El procedimiento de la reivindicación 5, que además comprende: dirigir gas hacia la al menos una abertura desde una fuente de gas externa.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende:
proporcionar un postcalentador situado por encima del crisol y contiguo a la cinta cristalina en al menos dos lados, con el postcalentador provisto de al menos una abertura; y
dirigir gas hacia la al menos una abertura desde una fuente de gas externa, en la que el gas se dirige hacia la cinta cristalina.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el postcalentador posee una pantalla acoplada a al menos una parte del postcalentador, con la pantalla situada entre la cinta cristalina y el postcalentador.
9. El procedimiento de la reivindicación 7, que además comprende:
proporcionar una junta estanca al gas acoplada al postcalentador y contigua a la cinta cristalina, en la que el flujo de gas se encuentra sustancialmente alejado de la junta estanca al gas y en dirección al crisol.
10. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende: proporcionar un alojamiento que rodee al crisol y una parte de la cinta cristalina; y proporcionar una pantalla acoplada a al menos una parte del alojamiento, en la que la pantalla es contigua a
una parte de la cinta cristalina.
11. El procedimiento de la reivindicación 10, que además comprende:
proporcionar una junta estanca al gas acoplada al alojamiento y contigua a la cinta cristalina, con la junta estanca al gas provista de al menos una abertura; y
dirigir gas hacia la al menos una abertura desde una fuente de gas externa, en la que el gas se dirige en dirección a la cinta cristalina y el flujo de gas se encuentra sustancialmente alejado de la junta estanca al gas y a lo largo de la pantalla entre la cinta cristalina y la pantalla.
12. Un sistema de crecimiento (10) de cinta cristalina (16) que comprende: un crisol (14) para contener el material fundido (22) ; una base aislante (26) que rodea al crisol por al menos dos lados;
al menos un deflector (32) acoplado a la base aislante;
con la base aislante provista de al menos una abertura (34) bajo el crisol; y
un sistema de gas (38) que proporciona gas desde una fuente de gas externa, en el que el flujo (31) de dicho gas es dirigido hacia abajo, deja atrás el al menos un deflector y el crisol, atravesando la al menos una abertura, de manera que gas fluya hacia abajo dejando atrás el crisol y atravesando la al menos una abertura.
13. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de la reivindicación 12, en el que la base aislante posee una pantalla (30) acoplada a al menos una parte de la base aislante, en la que la pantalla está situada entre la base aislante y el crisol.
14. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de la reivindicación 13, en el que la pantalla incluye grafito, carburo de silicio, cuarzo o una combinación de ellos.
15. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de la reivindicación 12, 13 o 14, que además comprende:
un postcalentador (28) situado por encima de la base aislante y el crisol, con el postcalentador provisto de una superficie interna que permite el paso de una cinta cristalina entre dos partes del postcalentador, y una superficie externa opuesta a la superficie interna, en la que el al menos un deflector es contiguo a la superficie exterior del postcalentador.
16. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de la reivindicación 15, dependiente de la reivindicación 13, en el que el postcalentador y la pantalla están configurados para permitir el paso de una cinta cristalina junto a la pantalla.
17. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de acuerdo con la reivindicación 13 o una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, dependientes de la reivindicación 13, en el que la pantalla incluye una pluralidad de láminas acopladas al postcalentador con al menos un refuerzo.
18. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de la reivindicación 17, en el que el crisol posee al menos dos orificios para hilos que definen un plano que se extiende verticalmente a lo largo de una dirección de crecimiento de la cinta cristalina, y el al menos un refuerzo está alineado con un borde del plano.
19. El sistema de crecimiento de cinta cristalina de la reivindicación 17 o 18, en el que el al menos un refuerzo está alineado cerca de un borde de la cinta cristalina.
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