CN103088404A - 形成板的装置 - Google Patents

Abstract

一种形成板的装置。可自熔体形成无错位板。使用冷却平板在材料的熔体上形成具有第一宽度的所述材料的板。此板具有错位。相对于所述冷却平板而输送所述板，且所述错位迁移至所述板的边缘。所述板的所述第一宽度藉由所述冷却平板而增加至第二宽度。所述板在所述第二宽度处不具有错位。在一种情况下，所述冷却平板可具有具两个不同宽度的形状。在另一情况下，所述冷却平板可具有在不同温度下操作的区段，以增加所述板的宽度。所述板可相对于所述冷却平板而被拉动或流动。

Description

形成板的装置

本申请是发明名称为“无错位结晶板的制造方法及其装置”，申请号为200980130088.6的专利申请案的分案申请。

本申请的母案是基于先前美国专利申请案第61/059,150(于2008年6月5日申请)以及美国专利申请案第12/478,513(于2009年6月4日申请)，并且要求其中的优先权，其全部内容以参考例揭示于此。

本分案申请也要求上述的优先权。

技术领域

本发明是有关于自熔体形成板，且更明确而言，是有关于自熔体形成无错位板。

背景技术

举例而言，集成电路或太阳能电池产业中可使用硅晶圆或板。随着对再生性能源的需求增加，对太阳能电池的需求亦持续增加。随着此等需求增加，太阳能电池产业的一目标为降低成本/功率比。存在两种类型的太阳能电池：硅与薄膜。大多数太阳能电池由硅晶圆(诸如单晶体硅晶圆)制成。目前，结晶硅太阳能电池的主要成本为太阳能电池制造于其上的晶圆。太阳能电池的效率或在标准照明下所产生的功率量部分地受此晶圆的品质限制。制造晶圆的成本在不降低品质的情况下的任何减少均将降低成本/功率比，且允许此干净能源技术的较宽可用性。

最高效率硅太阳能电池可具有大于20％的效率。此等硅太阳能电池是使用电子级单晶硅晶圆而制成。可藉由自使用柴式拉晶法(Czochralskmethod)生长的单晶硅圆柱形晶块(boule)锯切薄片层来制成此类晶圆。此等片层的厚度可小于200μm。为维持单晶体生长，所述晶块必须自含有熔体的坩埚(crucible)缓慢地生长，诸如小于10μm/s。随后的锯切制程对每晶圆导致大约200μm的锯口损失(kerf loss)，或归因于锯条(sawblade)的宽度的损失。也可能需要使圆柱形晶块或晶圆成正方形，以制作正方形太阳能电池。使成正方形及锯口损失两者均导致材料浪费且材料成本增加。随着太阳能电池变薄，每次切割浪费的硅的百分比增加。然而，铸锭(ingot)分割技术的限制可能阻碍获得较薄太阳能电池的能力。

使用自多晶硅铸锭锯切的晶圆来制作其他太阳能电池。多晶硅铸锭的生长速度可快于单晶硅的生长速度。然而，所得晶圆的品质较低，因为存在较多缺陷及晶界(grain boundaries)，且此较低品质导致较低效率的太阳能电池。用于多晶硅铸锭的锯切制程与用于单晶硅铸锭或晶块的锯切制程一样低效。

可减少硅浪费的另一解决方案为在离子植入之后使晶圆自硅铸锭分裂(cleave)。举例而言，将氢、氦或其他惰性气体植入硅铸锭的表面之下，以形成经植入区。接着进行热、物理或化学处理，以使晶圆沿此经植入区自铸锭分裂。虽然经由离子植入的分裂可在无锯口损失的情况下产生晶圆，但仍有待证明可使用此方法来经济地产生硅晶圆。

又一解决方案为自熔体垂直拉动薄硅带，且接着允许所拉动的硅冷却并凝固为板。此方法的拉动速率可被限制为小于大约18mm/分钟。在硅的冷却及凝固期间所移除的潜热(1atent heat)必须沿垂直带移除。此导致沿所述带的较大温度梯度。此温度梯度对结晶硅带加应力，且可能导致较差品质的多晶粒硅。所述带的宽度及厚度也可能由于此温度梯度而受限。举例而言，宽度可被限于小于80nm，且厚度可被限于180μm。

也已测试自熔体实体拉动的水平硅带。在一种方法中，将附着至一杆的晶种插入熔体中，且在坩埚的边缘上以较低角度拉动所述杆及所得板。所述角度及表面张力被平衡，以防止熔体自坩埚上溅出。然而，难以起始及控制此拉动制程。必须接取坩埚及熔体以插入晶种，此可能导致热量损失。可将额外热量添加至坩埚以补偿此热量损失。此可能导致熔体中的垂直温度梯度，其可导致非层状(non-laminar)流体流。而且，必须执行可能较困难的倾斜角度调节，以平衡形成于坩埚边缘处的弯月面(meniscus)的重力与表面张力。此外，由于热量是在板与熔体的分离点处被移除，因此作为潜热被移除的热量与作为显热(sensible heat)被移除的热量之间存在突然变化。此可导致此分离点处沿带的较大温度梯度，且可导致晶体中的错位。错位(dislocations)及挠曲(warping)可能由于沿板的此等温度梯度而发生。

尚未执行自熔体水平分离的薄板的制造。藉由分离自熔体水平制造板与自铸锭分割硅相比可能较便宜，且可能消除锯口损失或由于使成正方形而导致的损失。藉由分离自熔体水平制造板与使用氢离子自铸锭分裂硅或其他拉动硅带的方法相比也可能较便宜。此外，自熔体水平分离板与拉动带相比可改良板的晶体品质。诸如此可降低材料成本的晶体生长方法将为降低硅太阳能电池的成本的主要启用步骤。但一些资料已指示此等水平制造的板仍可能在晶格中具有错位。因此，此项技术中需要一种用以自熔体制造无错位板的经改良的装置及方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种自熔体形成板的方法。所述方法包括使用冷却平板在材料的熔体上形成具有第一宽度的材料板。所述板具有错位。相对于冷却平板而输送所述板，藉此错位迁移至所述板的边缘。藉由改变冷却平板的参数，随着所述板相对于冷却平板而输送，所述板增加至第二宽度。第二宽度大于第一宽度，且所述板在第二宽度处不具有错位。

根据本发明的第二方面，提供一种形成板的装置。所述装置包括容器，所述容器界定经组态以容纳材料的熔体的通道。冷却平板位于熔体上方且具有第一部分及第二部分。第一部分具有第一宽度。第二部分具有大于第一宽度的第二宽度。

根据本发明的第三方面，提供一种形成板的装置。所述装置包括容器，所述容器界定经组态以容纳材料的熔体的通道。冷却平板位于所述熔体上方。所述冷却平板具有一第一区段及多个第二区段。与第一区段相比，所述多个第二区段经组态以独立地控制温度。

附图说明

为更好地理解本揭示案，参看附图，其以引用的方式并入本文中，且其中：

图1为自熔体分离板的装置的一实施例的剖面侧视图。

图2为自熔体拉动板的装置的一实施例的剖面侧视图。

图3为辐射冷却的实施例的剖面正视图。

图4的A至图4的E为线初始化的第一实施例的俯视平面图。

图5为冷却平板的第一实施例的俯视平面图。

图6为冷却平板的第二实施例的俯视平面图。

图7为冷却平板的第三实施例的侧视剖面图。

图8为冷却平板的第四实施例的透视图。

图9为冷却平板的第五实施例的正视剖面图。

图10为冷却平板的第五实施例的俯视剖面图。

图11为冷却平板的第五实施例的透视图。

图12为对冷却平板的压力控制的正视剖面图。

图13为冷却平板的加热器平衡的正视剖面图。

具体实施方式

结合太阳能电池而描述本文的装置及方法的实施例。然而，此等实施例也可用于制造(例如)集成电路、扁平面板或本领域技术人员已知的其他基板。此外，虽然本文将熔体描述为硅，但熔体可含有锗、硅与锗，或本领域技术人员已知的其他材料。因此，本发明不限于下文所描述的具体实施例。

图1为自熔体分离板的装置的一实施例的剖面侧视图。形成板的装置21具有容器16以及面板15及20。容器16以及面板15及20可为(例如)钨、氮化硼、氮化铝、钼、石墨、碳化硅或石英。容器16经组态以容纳熔体10。熔体10可为硅。在一实施例中，熔体10可经由进料器11补充。进料器11可含有固体硅或固体硅与锗。在另一实施例中，熔体10可被抽汲至(pumpedinto)容器16中。板13将形成于熔体10上。在一种情况下，板13将至少部分地在熔体10内浮动。虽然图1中将板13说明为在熔体10中浮动，但板13可至少部分地浸没于熔体10中，或可浮动于熔体10的顶部。在一种情况下，板13的仅10％自熔体10的顶部上方突出。熔体10可在装置21内循环。

此容器16界定至少一通道17。此通道17经组态以容纳熔体10，且熔体10自通道17的第一点18流动至第二点19。在一种情况下，通道17内的环境仍将防止熔体10中的涟波(ripples)。熔体10可由于(例如)压力差、重力、磁流体动力(magnetohydrodynamic)驱动、螺旋泵，以及叶轮泵、轮或其他输送方法而流动。熔体10接着在溢道(spillway)12上流动。此溢道12可为斜面、堰(weir)、小堤或角落，且不限于图1中所说明的实施例。溢道12可为允许板13自熔体10分离的任何形状。

在此特定实施例中，面板15经组态以部分在熔体10的表面下方延伸。此可防止波或涟波在板13形成于熔体10上时干扰板13。此等波或涟波可由于自进料器11添加熔体材料、抽汲或本领域技术人员已知的其他原因而形成。

在一特定实施例中，可使容器16以及面板15及20维持在稍高于近似1687K的温度。对于硅而言，1687K表示冷凝(freezing)温度或界面温度。藉由使容器16以及面板15及20的温度维持于稍高于熔体10的冷凝温度，冷却平板14可使用辐射冷却来起作用，以获得熔体10上或熔体10中的板13的所要冷凝速率。在此特定实施例中，冷却平板14由单个区段或部分组成，但在另一实施例中可包含多个区段或部分。可以高于熔体10的熔化温度的温度来加热通道17的底部，以在界面处在熔体10中形成较小的垂直温度梯度，以防止组成过冷(constitutional supercooling)或在板13上形成枝状结晶(dendrites)或分支突出部分。然而，容器16以及面板15及20可处于高于熔体10的熔化温度的任何温度。此举防止熔体10在容器16以及面板15及20上凝固。

可藉由至少部分地或完全将装置21封入一包体(enclosure)内，来使装置21维持于稍高于熔体10的冷凝温度的温度。若所述包体使装置21维持于高于熔体10的冷凝温度的温度，则可避免或减少加热装置21的需要，且包体中或周围的加热器可补偿任何热量损失。此包体可藉由非各向同性传导性而等温。在另一特定实施例中，并不将加热器安置于包体上或包体中，而是将加热器安置于装置21中。在一种情况下，可藉由将加热器嵌入容器16内及使用多区温度控制来将容器16的不同区加热至不同温度。

包体可控制装置21所安置的环境。在一具体实施例中，包体含有惰性气体。可使此惰性气体维持于高于熔体10的冷凝温度。惰性气体可减少至熔体10中的溶质添加，溶质添加可能导致板13的形成制程期间的组成不稳定性。

装置21包含冷却平板14。冷却平板14允许在板13形成于熔体10上时的排热。当冷却平板14的温度降低至低于熔体10的冷凝温度时，冷却平板14可致使板13在熔体10上或熔体10中冷凝。此冷却平板14可使用辐射冷却，或可由(例如)石墨、石英或碳化硅制造。冷却平板14可自液态熔体10快速、均匀且以受控量移除热量。可减少板13形成时对熔体10的干扰，以防止板13中的瑕疵。

与其他带拉动方法相比，熔体10的表面上的熔解热量及来自熔体10的热量的排热可允许较快地产生板13，同时维持板13具有较低缺陷密度。冷却熔体10的表面上的板13或在熔体10上浮动的板13允许缓慢地且在较大区域上移除熔解潜热，同时具有较大的水平流动速率。

冷却平板14在长度及宽度上的尺寸可增加。增加长度对于相同垂直生长速率及所得板13厚度而言，可允许较快的熔体10流动速率。增加冷却平板14的宽度可导致较宽的板13。不同于垂直板拉动方法，使用图1中所述的装置及方法的实施例，不存在对板13的宽度的固有(inherent)实体限制。

在一特定实例中，熔体10及板13以大约1cm/s的速率流动。冷却平板14的长度大约为20cm且宽度大约为25cm。板13可在大约20秒内生长至大约100μm的厚度。因此，所述板的厚度可以大约5μm/s的速率生长。可以大约10m²/小时的速率产生厚度大约为100μm的板13。

在一实施例中，可使熔体10中的热梯度减至最小。此举可允许熔体10流稳定且分层。也可允许使用冷却平板14经由辐射冷却来形成板13。在一特定情况下，冷却平板14与熔体10之间大约300K的温度差可以大约7μm/s的速率在熔体10上或熔体10中形成板13。

通道17的在冷却平板14下游且在面板20下方的区可为等温的(isothermal)。此等温区可允许板13的退火。

在板13形成于熔体10上之后，使用溢道12使板13自熔体10分离。熔体10自通道17的第一点18流动至第二点19。板13将与熔体10一起流动。板13的此输送可为连续运动。在一种情况下，板13可大致以熔体10流动的相同速度流动。因此，板13可形成且被输送，同时相对于熔体10静止。可更改溢道12的形状或溢道12的定向(orientation)，以改变熔体10或板13的速度分布(profile)。

熔体10在溢道12处自板13分离。在一实施例中，熔体10的流动在溢道12上输送熔体10，且可至少部分地在溢道12上输送板13。此举可使板13中的晶体破裂减至最少或防止晶体破裂，因为无外部应力施加至板13。在此特定实施例中，熔体10将在溢道12上远离板13而流动。不可将冷却应用于溢道12处，以防止对板13的热震(thermal shock)。在一实施例中，溢道12处的分离在近等温条件下发生。

与藉由垂直于熔体拉动相比，板13可在装置21中较快地形成，因为熔体10可以经组态以允许熔体10上的板13以适当地冷却及结晶的速度流动。板13将大致以与熔体10的流动速度一样快的速度流动。此举减小板13上的应力。垂直于熔体而拉动带在速度上受限，因为由于拉动而在所述带上置有应力。在一实施例中，装置21中的板13可不具有任何此拉动应力。此举可提升板13的品质以及板13的生产速度。

在一实施例中，板13可趋向于直接向前超过溢道12。在一些情况下，可在越过溢道12之后支撑此板13，以防止断裂。支撑元件22经组态以支撑板13。支撑元件22可使用(例如)气体或鼓风机来提供气体压力差以支撑板13。在板13自熔体10分离之后，板13所处的环境的温度可缓慢地改变。在一种情况下，随着板13移动远离溢道12，所述温度降低。

在一种情况下，板13的生长、板13的退火以及使用溢道12的板13自熔体10的分离可在等温环境下发生。使用溢道12的分离以及板13与熔体10的大致相等的流动速率使板13上的应力或机械应变减至最小。此举增加产生单晶体板13的可能性。

在另一实施例中，将磁场施加至装置21中的熔体10及板13。此举可消震(dampen)熔体10内的振荡流(oscillatory flow)，且可改良板13的结晶化。

图2为自熔体拉动板的装置的一实施例的剖面侧视图。在此实施例中，装置23自熔体10拉动板13。在此实施例中，熔体10不可在通道17中循环，且可使用晶种来拉动板13。可藉由冷却平板14经由冷却来形成板13，且可自熔体10拉出所得板。

图1至图2的实施例均使用冷却平板14。冷却平板14的长度上的不同冷却温度、熔体10的不同流动速率或板13的拉动速度、装置21或装置23的各个部分的长度，或在装置21或装置23内的时序(timing)可用于制程控制。若熔体10为硅，则可在装置21中形成多晶板13或单晶体板13。在图1或图2的实施例中，装置21或装置23可包含于包体中。

图1及图2仅为可在熔体10中形成板13的装置的两个实例。水平板13生长的其他装置或方法为可能的。本文所描述的方法及装置的实施例可应用于任何水平板13生长方法或装置，且并非仅限于图1至图2的具体实施例。

水平板13可能在板13的晶体中包含错位。当板13被启动之后，晶粒之间的边界形成。此等错位可为板13的晶体结构内的结晶缺陷或不规则性，或板13内的晶格失配(lattice mismatch)。此等错位部分由板13与熔体10之间的温度差所导致的热震形成。错位将在整个板13中传播，除非被消除。为消除此等错位，将允许错位迁移至板13的边缘。可使用本文所描述的实施例来允许形成不具有错位的具有增加的晶体大小的单晶体硅板或多晶硅板。

图3为辐射冷却的实施例的剖面正视图。在图3中，自熔体10至板13、自熔体10至冷却平板14以及自板13至冷却平板14的箭头表示热传递。对于硅熔化温度(其大约为1700K)下的辐射，固态硅的发射率(ε_solid)大约为液态硅的发射率(ε_liquid)的三倍。在此特定实施例中，将处于低于熔体10的冷凝温度的温度的冷却平板14安置于熔体10上方。在一实例中，冷却平板14近似比熔体10的冷凝温度低10K，但其他温度差是可能的。一旦熔体10的区开始结晶为板13，潜热或在恒定温度及压力下的相变期间释放的热量将经由板13中的固态晶体移除，而非自液态熔体10移除。因此，板13中的晶体将在熔体10中稳定地生长，因为熔体10中的液体不会经由至冷却平板14的直接辐射热传递而变得过冷。

在一特定实施例中，避免至冷却平板14的对流热传递。对流热传递可能比熔体10及板13周围的大气中的辐射冷却低效。对流热传递可能在熔体10中导致波，且可能难以准确地控制。然而，在其他实施例中，对流热传递可单独使用或用于补充辐射热传递。

图4为线初始化(thread initialization)的第一实施例的俯视平面图。图4自A至E说明随时间过去的制程。因此，板13在图4的A至图4的E中所说明的冷却平板14下方仅经过一次，且冷却平板仅与各个阶段A至E处所说明一样大。虽然板13的宽度可随时间过去而变化，但本文所揭示的实施例可产生具有均匀厚度的板13。

在板13的稳态制造之前，可能需要移除错位41。此可藉由使用“颈缩(necked-down)”板13或板13的开始处的硅线40而开始。在此实施例中，线40可在熔体10的表面上浮动，如图3中所见。相对于冷却平板14而输送线40。此输送可涉及拉动线40或使线40在熔体10内或与熔体10一起流动。藉由控制冷却平板14的大小及温度以及线40的流动或拉动速率，线40的剖面形状及长度可经组态以允许错位41的移除。藉由允许冷却平板14在宽度或面积上扩展(expand)或增加，或允许冷却平板14的冷区在宽度或面积上扩展或增加，且控制线40的流动或拉动速率，线40可扩展以形成具有所要宽度及厚度的板13。

在图4的A中，板13的位于熔体10中的初始线40可能具有错位41。在此实施例中具有弯曲边缘的冷却平板14具有第一宽度43，其对应于线40的第一宽度42。随着线40流动或被拉动经过冷却平板14，错位41在线40中向外移动。在此特定实施例中，错位41可至少部分地由于冷却平板14的形状而向线40的边缘迁移。在此实施例中，在图4的B的结束之前，出现无错位线40。

在图4的C中，冷却平板14的低于熔体10的冷凝温度的区的尺寸开始增加。宽度44大于第一宽度43。板13的宽度同样扩展经过线40的初始第一宽度42。在一种情况下，此板13可为单晶体。在图4的D中，在板13流动或相对于冷却平板14被拉动时，冷却平板14的低于熔体10的冷凝温度的区的尺寸继续增加。

在图4的E中，冷却平板14的低于熔体10的冷凝温度的区达到其第二宽度45。板13同样具有对应的第二宽度46。第二宽度45大于冷却平板14的第一宽度43，且板13的第二宽度46大于线40的第一宽度42。无错位线40已生长为无错位板13。在图4的E中，所述板可关于其宽度处于稳定状态。线40或板13的尾部可能需要被丢弃，因为其含有错位41。

在另一实施例中，图4的A至图4的E中所说明的制程包含一额外步骤。线40可进一步“颈缩”，或以其他方式在增加至板13的第二宽度46之前，自第一宽度42减小至更小的宽度。此可允许较快地移除错位41，因为错位将具有较小的行进至线40的边缘的距离。

虽然将图4的A至图4的E的冷却平板14说明为具有弯曲边缘，但冷却平板14可为平直的，或具有本领域技术人员已知的其他形状。可以多种方式来完成图4的A至图4的E的此线初始化。图5至图11中说明五个实施例，但其他实施方案是可能的。此等实施例使用冷却平板14的一部分来使线40初始冷凝。冷却平板14的低于熔体10的冷凝温度的区可及时扩展为较宽，且接着冷凝具有所要宽度的板13。计时冷却平板14的低于熔体10的冷凝温度的区的扩展，以允许错位41在扩展至板13发生之前自线40迁移出来。此等实施例也可产生具有近似矩形剖面的具有近似恒定厚度的无缺陷且无错位板13。虽然图5至图11中的冷却平板14的实施例具有平直边缘，但冷却平板14可具有弯曲边缘或本领域技术人员已知的其他形状。

图5为冷却平板的第一实施例的俯视平面图。在此实施例中，藉由虚线来绘示板13及线40位于冷却平板14下方。虽然将虚线绘示为自冷却平板14的轮廓(outline)偏移，但板13及线40的形成可大致等于冷却平板14的轮廓。线40及板13在方向50上流动或被拉动。在此实施例中，冷却平板14具有第一部分51及第二部分52。第一部分51的宽度53小于第二部分52的宽度54。第一部分51用于形成线40。第二部分52用于形成无错位板13。第一部分51及第二部分52可在不同温度下操作或在不同时间被激活(activated)。因此，在一实施例中，第一部分51及第二部分52可为冷却平板14中的两个区段。随着线40或板13相对于冷却平板14而输送，第一部分51的温度低于熔体10的冷凝温度(如图3中所示)，从而导致线40形成具有宽度53。在错位自线40的边缘迁移出来之后，第二部分52的温度降低至低于熔体10的冷凝温度，且线40的宽度扩展至第二部分52的宽度54。此举将形成具有宽度54的板13。在此实施例中，在移除任何错位之后，板13可具有均匀厚度及宽度。

在一特定实施例中，图5的冷却平板14除第一部分51及第二部分52之外包含不同区。此等区处于不同温度。举例而言，在冷却平板14的中心下方包含第一部分51的区可与冷却平板14的剩余边缘在不同的温度下操作。此冷却平板14的中心区可在比边缘稍高的温度下操作。此举将允许板13的相等生长，且允许板13以大致相等的厚度自冷却平板14下方离开，因为与剩余边缘相比，板13将花费更多时间在此中心区下。

图6为冷却平板的第二实施例的俯视平面图。在此特定实施例中，冷却平板14界定缺口(indentation)60。此缺口60可确保板13的均匀厚度。因为若冷却平板14在所有区中以均匀温度操作，则当在冷却平板14下时，板13的厚度受时间及热传递速率支配，因此缺口60减少板13在第二部分52下所花费的时间量，以补偿线40在第一部分51下所花费的时间。此举均衡自所述板13的所有部分或区的总热量移除。

图7为冷却平板的第三实施例的侧视剖面图。图7中的冷却平板14可与图5至图6的冷却平板14对应。图7的冷却平板14包含高热扩散率层70及低热扩散率层71。高热扩散率层70及低热扩散率层71由具有不同热扩散率的材料组成。高热扩散率层70及低热扩散率层71厚度不同，且可随时间过去而控制熔体10的温度分布及辐射冷却。高热扩散率层70可安置于冷表面72上。若冷却平板14的顶面藉由冷表面72而降低至低于熔体10的冷凝温度，则不同热扩散率区的瞬变效应导致第一部分51在第二部分52之前变冷。因此，第一部分51的温度降低，线40形成，第二部分52的温度降低，且板13形成。此举允许线40产生、移除任何错位，且扩展至板13。在一实施例中，冷却平板14的层70、71的各向异性(anisotropy)可经组态以增强冷却。冷表面72可经由流体流动、气体传导、冷却剂或本领域技术人员已知的其他方法被激活，以在低于熔体10的熔化温度的温度下操作。高热扩散率层70及低热扩散率层71的不同于图7中所说明的形状或组态的其他形状或组态是可能的。

图8为冷却平板的第四实施例的透视图。此冷却平板14包含第一部分51、第二部分52，且界定缺口60。此冷却平板14也具有高热扩散率层70及低热扩散率层71。每一层70、71的厚度可在宽度及长度方向上变化。

在另一实施例中，加热图5至图8中的冷却平板14的边缘，以在此等边缘处提供对线40或板13的形状的控制。在又一实施例中，在环绕冷却平板14的不同区域的区中，压力可不同。此压力差影响气体内的平流(advection)及传导以及其热阻。

图9为冷却平板的第五实施例的正视剖面图。冷却平板14具有一第一区段80及两个第二区段81。虽然说明两个第二区段81，但更多或更少第二区段81是可能的，且此实施例并不仅限于两个第二区段81。第二区段81在此实施例中并非为矩形，但可为矩形或其他形状。第一区段80的底面82具有第一宽度84。第一区段80经组态以在第一温度下操作。此第一温度低于熔体10的冷凝温度。第二区段81经组态以在独立于第一区段80的温度下操作。第二区段81每一者具有底面83。在一种情况下，可激活第一区段80及第二区段81两者。

在第一阶段中，第一区段80在低于熔体10的冷凝温度的温度下操作。此举在熔体10中形成具有第一宽度84的线40，如图10中所说明。线40可相对于第一区段80而被拉动或流动。在线40形成时，第二区段81在高于熔体10的冷凝温度的温度下操作，以允许单晶体线40或晶种形成。在一具体实施例中，当第二区段81高于熔体10的冷凝温度时，此等区段尚未被激活。在另一具体实施例中，第二区段81被激活，但在高于熔体10的熔化温度的温度下操作。

在第二阶段中，与在第一阶段中相比，第二区段81在较低温度下操作。在一特定实施例中，第二区段81在近似与第一区段80相同的温度下操作。此温度可低于熔体10的熔化温度。此举将呈现具有操作宽度85的冷却平板14。操作宽度85为底面82、83的宽度。因此，板13将形成为具有大致等于操作宽度85的宽度。

在一实施例中，区段80、81两者可在一个温度下操作，但第二区段81包含加热器以独立地改变第二区段81的温度。在另一情况下，可个别地修改区段80、81的流体流以改变每一者的温度。

图10为冷却平板的第五实施例的俯视剖面图。在图10中，说明第一阶段。第二区段81在高于第一区段80的温度下操作。第一区段80在低于熔体10的冷凝温度的温度下操作，而第二区段81高于熔体10的冷凝温度。此举形成由虚线说明的线40。每一区段80、81的大小及厚度可在宽度及长度方向上变化。在第二阶段中，第二区段81在与第一区段80大致相同的温度下操作，且线40的宽度将增加。

图11为冷却平板的第五实施例的透视图。在此特定实施例中，第一区段80及第二区段81安置于第三区段86前方。第三区段86可在与第一区段80相同的温度下操作。在一实施例中，第三区段86可类似于第二区段81而被激活及操作。在一特定实施例中，辐射屏蔽可位于区段80、81、86周围或冷却平板14周围。

在一实施例中，区段80、81、86可全部在一个温度下操作，但区段81、86包含加热器以独立地改变此等区段81、86的温度。在另一情况下，可各个地修改到达区段80、81、86的流体流，以改变每一者的温度。

图12为对冷却平板的压力控制的正视剖面图。图5至图11的实施例可使用压力控制来控制自冷却平板14至较冷环绕物的热流通量(heat flux)。在图12中，自板13至冷却平板14及自冷却平板14出来的箭头表示热传递。为使用压力来控制热流通量，可将辐射屏蔽总成(assembly)120置放于冷却平板14周围，位于(例如)冷却平板14的不面向熔体10的表面上。图12中所说明的每一辐射屏蔽总成120可含有彼此分离的多个个别屏蔽物。屏蔽物之间的热传递为辐射性及传导性的。气体传导元件可经组态以使得气体传导保留于分子自由状态，使得藉由传导的热传递的速率与压力成比例。此举允许某一范围的热传递，其允许自(例如)小于1kW/m²至大于10kW/m²的功率密度控制。此特定范围外的功率密度也是可能的。藉由改变气体压力且将足够数目的屏蔽物插入辐射屏蔽总成120中，以便使屏蔽物之间的间隙保持小于气体分子的平均自由路径，来实现使气体维持于分子自由状态。辐射屏蔽总成120的有效电阻也可允许热流动。辐射屏蔽总成120的有效电阻也可用于藉由改变辐射屏蔽总成120内的屏蔽物的数目来控制热传递。举例而言，可以大约1.5μm的间隙堆迭50个屏蔽物，且压力可在大约1托与20托之间变化。

图13为冷却平板的加热器平衡的正视剖面图。图5至图11的实施例可使用加热器平衡来控制自冷却平板至环绕物的热流通量。在图13中，自板13至冷却平板14及自冷却平板14出来的箭头表示热传递。加热器平衡可使用额外加热器121来补偿经由绝缘体的稳定能量损失。在此特定实施例中，辐射屏蔽总成120安置于冷却平板14周围。图13中所说明的每一辐射屏蔽总成120可含有彼此分离的多个个别屏蔽物。在此实施例中，在无流体运动的情况下，热传递是藉由辐射及传导而进行。传导阻力可受气体压力控制。辐射阻力可受辐射屏蔽总成120中的屏蔽物的数目及每一者的相应发射率控制。

本揭示案的范畴不受本文所描述的具体实施例限制。事实上，本领域技术人员自前面的描述内容及随附附图将明白除本文所述的实施例及修改之外的本揭示案的其他各种实施例及修改。因此，此等其他实施例及修改也属于本揭示案的范畴。此外，尽管本文已出于特定目的在特定环境中的特定实施方案的上下文中描述本揭示案，但本领域技术人员将认识到，本揭示案的有用性不限于此，且可出于任何数目的目的，在任何数目的环境中有益地实施本揭示案。因此，应鉴于如本文所述的本揭示案的完整范围及精神来解释本文所陈述的申请专利范围。

Claims (7)

1.一种形成板的装置，包括：

容器，界定经组态以容纳材料的熔体的通道；以及

冷却平板，位于所述熔体上方，具有第一部分及第二部分，所述第一部分具有第一宽度，所述第二部分具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。

2.根据权利要求1所述的形成板的装置，其中所述冷却平板包括高热扩散率层及低热扩散率层，所述高热扩散率层及所述低热扩散率层每一者在所述冷却平板的长度上具有不同高度。

3.根据权利要求2所述的形成板的装置，其中所述冷却平板安置于冷表面上，所述冷表面被激活以在低于所述熔体的冷凝温度的温度下操作。

4.根据权利要求1所述的形成板的装置，其中所述冷却平板的所述第二部分界定缺口。

5.根据权利要求4所述的形成板的装置，其中所述缺口经组态以均衡自所述板的热移除。

6.根据权利要求1所述的形成板的装置，其中所述熔体经组态以自所述通道的第一点流动至第二点。

7.根据权利要求1所述的形成板的装置，其中所述材料包括硅或硅与锗。

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