Hilo de cristal en cinta para aumentar la productividad de obleas.
Un cristal en cinta (10) que comprende:
un cuerpo alargado que tiene una dimensión de anchura perpendicular a su longitud y una dimensión de grosorperpendicular a su anchura;
y
primer y segundo hilos (12) incrustados dentro del cuerpo en extremos opuestos de la anchura y paralelos a lalongitud, estando caracterizado el cristal en cinta por:
tener el primer hilo una forma de sección transversal generalmente alargada, teniendo la sección transversal del hiloun eje longitudinal (42) que no es paralelo a la dimensión de anchura.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/074731.
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: 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-2436293_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Hilo de cristal en cinta para aumentar la productividad de obleas
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere, en general, a cristales en cinta de hilo y un procedimiento de formación de un cristal en cinta.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los cristales en cinta de hilo, tales como los analizados en la patente de EE.UU. n.º 4.689.109 (concedida en 1987 y que nombra a Emmanuel M. Sachs como único inventor) , pueden formar la base de una diversidad de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, Evergreen Solar, Inc. de Marlborough, Massachusetts, forma células solares a partir de cristales en cinta de hilo convencionales.
Como se analiza con mayor detalle en la patente indicada, los procedimientos convencionales forman s cristales en cinta de hilo haciendo pasar dos o más hilos a través de silicio fundido. La composición y naturaleza del hilo pueden tener un impacto significativo sobre la eficiencia y, en algunos casos, el coste del cristal en cinta de hilo formado en última instancia.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La invención se define por las reivindicaciones independientes de más adelante. Las reivindicaciones subordinadas están dirigidas a características opcionales y realizaciones preferidas.
De acuerdo con una realización de la invención, un cristal en cinta tiene un cuerpo con una dimensión de anchura, e hilo incrustado dentro del cuerpo. El hilo tiene una forma de sección transversal generalmente alargada. Esta sección transversal (del hilo) tiene un eje generalmente longitudinal que diverge con la dimensión de anchura del cuerpo del cristal en cinta.
Más generalmente, el eje longitudinal del hilo ilustrativamente no es paralelo a la dimensión de anchura del cuerpo. En realizaciones preferidas, el eje longitudinal es sustancialmente perpendicular a la dimensión de anchura del cuerpo. Por otra parte, la sección transversal del hilo puede ser generalmente de forma irregular.
El hilo puede ser un hilo, o una pluralidad de hilos. El cristal tiene un segundo hilo incrustado dentro del cuerpo, donde el segundo hilo también puede tener una pluralidad de hilos. El hilo, en sus diversas iteraciones, puede hacer que la sección transversal del cuerpo tenga un cuello con un grosor que sea mayor que aproximadamente 60 micrómetros.
De acuerdo con la invención, el cristal en cinta tiene un cuerpo, y un primer y un segundo hilos incrustados dentro del cuerpo. El hilo puede tener una forma de sección transversal generalmente cóncava.
De acuerdo con la invención, un procedimiento de formación de un cristal en cinta proporciona un conjunto de hilos que tienen cada uno una forma de sección transversal generalmente alargada. La sección transversal de cada hilo 45 tiene un eje generalmente longitudinal. El procedimiento también añade material fundido a un crisol, y hace pasar el conjunto de hilos en una dirección dada a través del material fundido, haciendo así que el material fundido se solidifique por encima de una superficie de contacto para formar una lámina. La lámina tiene una dimensión de anchura que es generalmente perpendicular a la dirección dada del conjunto de hilos. Al menos un hilo está orientado de manera que su eje longitudinal diverge con la dimensión de anchura de la lámina.
La forma de sección transversal del conjunto de hilos puede ser convexa o cóncava. Por ejemplo, la forma de sección transversal del conjunto de hilos puede ser un elipsoide general, un rectángulo, o un par de hilos que forman de hecho un hilo cóncavo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los expertos en la materia deberían apreciar más plenamente las ventajas de diversas realizaciones de la invención a partir de la siguiente “Descripción de realizaciones ilustrativas”, analizada con referencia a los dibujos resumidos seguidamente.
La Figura 1 muestra esquemáticamente un cristal en cinta de hilo que puede formarse a partir de hilos configurados de acuerdo con realizaciones ilustrativas de la invención.
La Figura 2 muestra esquemáticamente un horno ilustrativo usado para formar cristales en cinta de hilo.
La Figura 3 muestra esquemáticamente una vista de la sección transversal de una parte de un cristal en cinta de la técnica anterior con un hilo de la técnica anterior.
La Figura 4A muestra esquemáticamente un hilo formado de acuerdo con realizaciones ilustrativas de la invención.
La Figura 4B muestra esquemáticamente ocho vistas de la sección transversal del hilo de la Figura 4A a lo largo de la línea B-B.
La Figura 5 muestra un procedimiento ilustrativo de formación de un cristal en cinta de hilo que usa hilos configurados de acuerdo con realizaciones ilustrativas de la invención.
Las Figuras 6A, 6B y 6C muestran esquemáticamente vistas de la sección transversal de cristales en cinta de acuerdo con una realización que usa hilos con una sección transversal alargada.
Las Figuras 7A y 7B muestran esquemáticamente vistas de la sección transversal de cristales en cinta con múltiples 15 hilos usados para realizar la función de un solo hilo.
Las Figuras 8A y 8B muestran esquemáticamente un cristal en cinta con un hilo que tiene una forma de sección transversal generalmente cóncava.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES ILUSTRATIVAS
Las realizaciones ilustrativas de la invención usan hilos con secciones transversales no circulares para formar cristales en cinta. Específicamente, el inventor descubrió que ciertas geometrías de hilo aumentan favorablemente el tamaño del cuello de un cristal en cinta sin necesidad de equipos de fabricación adicionales externos. Como resultado, los cristales en cinta deberían ser más robustos, mejorando así las productividades.
Por ejemplo, algunas realizaciones usan hilo con una sección transversal alargada, donde la dimensión larga diverge de la anchura del cristal en cinta. Como otro ejemplo, las realizaciones relacionadas forman cristales en cinta con hilos no circulares que son convexos o cóncavos (independientemente de si son alargados) . Más adelante se analizan detalles de diversas realizaciones.
La Figura 1 muestra esquemáticamente un cristal en cinta de hilo 10 configurado según realizaciones ilustrativas de la invención. De una manera similar a otros cristales en cinta, este cristal en cinta 10 tiene una forma generalmente rectangular y un área superficial relativamente grande en sus caras anterior y posterior. Por ejemplo, el cristal en cinta 10 puede tener una anchura de aproximadamente 7, 5 cm (3 pulgadas) y una longitud de aproximadamente 15 cm (6 pulgadas) . Como saben los expertos en la materia, la longitud puede variar significativamente. Por ejemplo, en algunos procedimientos conocidos, la longitud depende del criterio de un operador del horno en cuanto a dónde cortar el cristal en cinta 10 a medida que crece. Además, la anchura puede variar dependiendo de la separación de sus dos hilos 12 (véase la Figura 2) que forman los límites de anchura del cristal en cinta. Por consiguiente, el análisis de las longitudes y anchuras específicas son ilustrativas y no pretenden limitar diversas realizaciones de la invención.
El grosor del cristal en cinta 10 puede variar y puede ser muy pequeño en relación con sus dimensiones de longitud y anchura. Por ejemplo, el cristal en cinta de hilo 10 puede tener un grosor comprendido entre aproximadamente 45 60 μm y aproximadamente 320 μm a través de su anchura. A pesar de este grosor variable, puede considerarse que el cristal en cinta de hilo 10 tiene un grosor medio a través de su longitud y/o anchura.
El cristal en cinta 10 puede formarse a partir de cualquiera de una amplia variedad de materiales (a menudo denominados en general como “material de la cinta” o “material del cristal”) , dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, cuando crece para una aplicación fotovoltaica, el cristal en cinta 10 puede formarse a partir de un solo elemento, tal como silicio, o un compuesto, tal como material con base de silicio (por ejemplo, de silicio-germanio) . Otros materiales de cinta ilustrativos pueden incluir arseniuro de galio, o fosfuro de indio. El material de la cinta puede ser cualquiera de una variedad de tipos de cristal, tales como multicristalino, monocristalino, policristalino, microcristalino o semicristalino.
Como saben los expertos en la materia, el cristal en cinta 10 se forma a partir de un par de hilos 12 generalmente incrustados/encapsulados por el material de la cinta. Por simplicidad, el cristal en cinta 10 se analiza como si se formara a partir de material de la cinta de polisilicio. No obstante, debería reiterarse que el análisis del polisilicio no pretende... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un cristal en cinta (10) que comprende:
un cuerpo alargado que tiene una dimensión de anchura perpendicular a su longitud y una dimensión de grosor perpendicular a su anchura; y
primer y segundo hilos (12) incrustados dentro del cuerpo en extremos opuestos de la anchura y paralelos a la longitud, estando caracterizado el cristal en cinta por:
tener el primer hilo una forma de sección transversal generalmente alargada, teniendo la sección transversal del hilo un eje longitudinal (42) que no es paralelo a la dimensión de anchura.
2. El cristal en cinta según se define en la reivindicación 1, en el que el eje longitudinal es 15 sustancialmente perpendicular a la dimensión de anchura del cuerpo.
3. El cristal en cinta según se define por la reivindicación 1, en el que la sección transversal del hilo es de forma generalmente irregular.
4. El cristal en cinta según se define por la reivindicación 1, en el que el primer hilo comprende una pluralidad de hilos.
5. El cristal en cinta según se define por la reivindicación 1, en el que la sección transversal del cuerpo
tiene un cuello (36) con un grosor mínimo que es mayor de aproximadamente 60 μm. 25
6. El cristal en cinta según se define por la reivindicación 1, en el que el cuerpo tiene una forma generalmente convexa.
7. El cristal en cinta según se define por la reivindicación 1, en el que el segundo hilo comprende una pluralidad de hilos.
8. Un procedimiento de formación de un cristal en cinta, comprendiendo el procedimiento:
proporcionar un conjunto de hilos que tienen cada uno una forma de sección transversal generalmente alargada, 35 teniendo la sección transversal del o cada hilo del conjunto un eje generalmente longitudinal;
añadir material fundido a un crisol;
hacer pasar el conjunto de hilos en una dirección dada a través del material fundido haciendo que el material fundido se solidifique por encima de una superficie de contacto para formar una lámina, teniendo la lámina una dimensión de anchura que es generalmente perpendicular a la dirección dada del conjunto de hilos,
estando al menos un hilo orientado de manera que su eje longitudinal no es paralelo a la dimensión de anchura.
9. El procedimiento según se define por la reivindicación 8, en el que el conjunto de hilos comprende al menos dos hilos.
10. El procedimiento según se define por la reivindicación 8, en el que el hacer pasar comprende hacer pasar dos hilos en la dirección dada a través del material fundido, estando la dimensión de anchura definida generalmente por los dos hilos, estando los dos hilos orientados de manera que cada uno de sus ejes longitudinales no es paralelo a la dimensión de anchura.
11. El procedimiento según se define por la reivindicación 8, en el que el material fundido comprende un
material con base de silicio. 55
12. El procedimiento según se define por la reivindicación 8, en el que la forma de sección transversal del conjunto de hilos es generalmente convexa, o un elipsoide general o un rectángulo.
13. El procedimiento según se define por la reivindicación 8, en el que la forma de sección transversal del conjunto de hilos tiene una dimensión larga que es generalmente paralela al eje longitudinal, teniendo una forma de sección transversal del conjunto de hilos también una dimensión corta que es generalmente perpendicular a la dimensión larga, siendo la dimensión corta generalmente irregular.
14. El procedimiento según se define por la reivindicación 8, en el que la forma de sección transversal del 65 conjunto de hilos es generalmente cóncava.
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