TWI482889B - 無錯位結晶板的製造方法及其裝置 - Google Patents

Description

無錯位結晶板的製造方法及其裝置 相關申請案之互相參照(cross-reference)

本申請案主張2008年6月5日申請之題為「Method and Apparatus for Producing a Dislocation-Free Crystalline Silicon Sheet」且被指派為美國申請案第61/059,150號之臨時專利申請案的優先權，所述申請案之揭露內容特此以引用之方式併入本文中。

本發明是有關於自熔體形成板，且更明確而言，是有關於自熔體形成無錯位板。

舉例而言，積體電路或太陽能電池產業中可使用矽晶圓或板。隨著對再生性能源之需求增加，對太陽能電池之需求亦持續增加。隨著此等需求增加，太陽能電池產業之一目標為降低成本/功率比。存在兩種類型之太陽能電池：矽與薄膜。大多數太陽能電池由矽晶圓(諸如單晶體矽晶圓)製成。目前，結晶矽太陽能電池之主要成本為太陽能電池製造於其上之晶圓。太陽能電池之效率或在標準照明下所產生之功率量部分地受此晶圓之品質限制。製造晶圓之成本在不降低品質之情況下的任何減少均將降低成本/功率比，且允許此乾淨能源技術之較寬可用性。

最高效率矽太陽能電池可具有大於20%之效率。此等矽太陽能電池是使用電子級單晶矽晶圓而製成。可藉由自使用Czochralski方法生長之單晶矽圓柱形晶塊(boule)鋸切薄片層來製成此類晶圓。此等片層之厚度可小於200 μm。為維持單晶體生長，所述晶塊必須自含有熔體之坩堝(crucible)緩慢地生長，諸如小於10 μm/s。隨後之鋸切製程對每晶圓導致大約200 μm之鋸口損失(kerf loss)，或歸因於鋸條(saw blade)之寬度的損失。亦可能需要使圓柱形晶塊或晶圓成正方形，以製作正方形太陽能電池。使成正方形及鋸口損失兩者均導致材料浪費且材料成本增加。隨著太陽能電池變薄，每次切割浪費之矽的百分比增加。然而，鑄錠(ingot)分割技術之限制可能阻礙獲得較薄太陽能電池之能力。

使用自多晶矽鑄錠鋸切之晶圓來製作其他太陽能電池。多晶矽鑄錠之生長速度可快於單晶矽之生長速度。然而，所得晶圓之品質較低，因為存在較多缺陷及晶界(grain boundaries)，且此較低品質導致較低效率之太陽能電池。用於多晶矽鑄錠之鋸切製程與用於單晶矽鑄錠或晶塊之鋸切製程一樣低效。

可減少矽浪費之另一解決方案為在離子植入之後使晶圓自矽鑄錠分裂(cleave)。舉例而言，將氫、氦或其他惰性氣體植入矽鑄錠之表面之下，以形成經植入區。接著進行熱、物理或化學處理，以使晶圓沿此經植入區自鑄錠分裂。雖然經由離子植入之分裂可在無鋸口損失之情況下產生晶圓，但仍有待證明可使用此方法來經濟地產生矽晶圓。

又一解決方案為自熔體垂直拉動薄矽帶，且接著允許所拉動之矽冷卻並凝固為板。此方法之拉動速率可被限制為小於大約18 mm/分鐘。在矽之冷卻及凝固期間所移除之潛熱(latent heat)必須沿垂直帶移除。此導致沿所述帶之較大溫度梯度。此溫度梯度對結晶矽帶加應力，且可能導致較差品質之多晶粒矽。所述帶之寬度及厚度亦可能由於此溫度梯度而受限。舉例而言，寬度可被限於小於80 nm，且厚度可被限於180 μm。

亦已測試自熔體實體拉動之水平矽帶。在一種方法中，將附著至一桿之晶種插入熔體中，且在坩堝之邊緣上以較低角度拉動所述桿及所得板。所述角度及表面張力被平衡，以防止熔體自坩堝上濺出。然而，難以起始及控制此拉動製程。必須接取坩堝及熔體以插入晶種，此可能導致熱量損失。可將額外熱量添加至坩堝以補償此熱量損失。此可能導致熔體中之垂直溫度梯度，其可導致非層狀(non-laminar)流體流。而且，必須執行可能較困難之傾斜角度調節，以平衡形成於坩堝邊緣處之彎月面(meniscus)之重力與表面張力。此外，由於熱量是在板與熔體之分離點處被移除，因此作為潛熱被移除之熱量與作為顯熱(sensible heat)被移除之熱量之間存在突然變化。此可導致此分離點處沿帶的較大溫度梯度，且可導致晶體中之錯位。錯位(dislocations)及撓曲(warping)可能由於沿板之此等溫度梯度而發生。

尚未執行自熔體水平分離之薄板的製造。藉由分離自熔體水平製造板與自鑄錠分割矽相比可能較便宜，且可能消除鋸口損失或由於使成正方形而導致之損失。藉由分離自熔體水平製造板與使用氫離子自鑄錠分裂矽或其他拉動矽帶之方法相比亦可能較便宜。此外，自熔體水平分離板與拉動帶相比可改良板之晶體品質。諸如此可降低材料成本之晶體生長方法將為降低矽太陽能電池之成本的主要啟用步驟。但一些資料已指示此等水平製造之板仍可能在晶格中具有錯位。因此，此項技術中需要一種用以自熔體製造無錯位板之經改良之裝置及方法。

根據本發明之第一態樣，提供一種自熔體形成板之方法。所述方法包括使用冷卻平板在材料之熔體上形成具有第一寬度之材料板。所述板具有錯位。相對於冷卻平板而輸送所述板，藉此錯位遷移至所述板之邊緣。藉由改變冷卻平板之參數，隨著所述板相對於冷卻平板而輸送，所述板增加至第二寬度。第二寬度大於第一寬度，且所述板在第二寬度處不具有錯位。

根據本發明之第二態樣，提供一種形成板之裝置。所述裝置包括容器，所述容器界定經組態以容納材料之熔體之通道。冷卻平板位於熔體上方且具有第一部分及第二部分。第一部分具有第一寬度。第二部分具有大於第一寬度之第二寬度。

根據本發明之第三態樣，提供一種形成板之裝置。所述裝置包括容器，所述容器界定經組態以容納材料之熔體之通道。冷卻平板位於所述熔體上方。所述冷卻平板具有一第一區段及多個第二區段。與第一區段相比，所述多個第二區段經組態以獨立地控制溫度。

結合太陽能電池而描述本文之裝置及方法的實施例。然而，此等實施例亦可用於製造(例如)積體電路、扁平面板或熟習此項技術者已知的其他基板。此外，雖然本文將熔體描述為矽，但熔體可含有鍺、矽與鍺，或熟習此項技術者已知的其他材料。因此，本發明不限於下文所描述之具體實施例。

圖1為自熔體分離板之裝置之一實施例的剖面側視圖。形成板之裝置21具有容器16以及面板15及20。容器16以及面板15及20可為(例如)鎢、氮化硼、氮化鋁、鉬、石墨、碳化矽或石英。容器16經組態以容納熔體10。熔體10可為矽。在一實施例中，熔體10可經由進料器11補充。進料器11可含有固體矽或固體矽與鍺。在另一實施例中，熔體10可被抽汲至(pumped into)容器16中。板13將形成於熔體10上。在一種情況下，板13將至少部分地在熔體10內浮動。雖然圖1中將板13說明為在熔體10中浮動，但板13可至少部分地浸沒於熔體10中，或可浮動於熔體10之頂部。在一種情況下，板13之僅10%自熔體10之頂部上方突出。熔體10可在裝置21內循環。

此容器16界定至少一通道17。此通道17經組態以容納熔體10，且熔體10自通道17之第一點18流動至第二點19。在一種情況下，通道17內之環境仍將防止熔體10中之漣波(ripples)。熔體10可由於(例如)壓力差、重力、磁流體動力(magnetohydrodynamic)驅動、螺旋泵，以及葉輪泵、輪或其他輸送方法而流動。熔體10接著在溢道(spillway)12上流動。此溢道12可為斜面、堰(weir)、小堤或角落，且不限於圖1中所說明之實施例。溢道12可為允許板13自熔體10分離的任何形狀。

在此特定實施例中，面板15經組態以部分在熔體10之表面下方延伸。此可防止波或漣波在板13形成於熔體10上時干擾板13。此等波或漣波可由於自進料器11添加熔體材料、抽汲或熟習此項技術者已知的其他原因而形成。

在一特定實施例中，可使容器16以及面板15及20維持在稍高於近似1687 K之溫度。對於矽而言，1687 K表示冷凝(freezing)溫度或界面溫度。藉由使容器16以及面板15及20之溫度維持於稍高於熔體10之冷凝溫度，冷卻平板14可使用輻射冷卻來起作用，以獲得熔體10上或熔體10中之板13的所要冷凝速率。在此特定實施例中，冷卻平板14由單個區段或部分組成，但在另一實施例中可包含多個區段或部分。可以高於熔體10之熔化溫度的溫度來加熱通道17之底部，以在界面處在熔體10中形成較小的垂直溫度梯度，以防止組成過冷(constitutional supercooling)或在板13上形成枝狀結晶(dendrites)或分支突出部分。然而，容器16以及面板15及20可處於高於熔體10之熔化溫度的任何溫度。此舉防止熔體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將裝置21封入一包體(enclosure)內，來使裝置21維持於稍高於熔體10之冷凝溫度的溫度。若所述包體使裝置21維持於高於熔體10之冷凝溫度的溫度，則可避免或減少加熱裝置21的需要，且包體中或周圍之加熱器可補償任何熱量損失。此包體可藉由非各向同性傳導性而等溫。在另一特定實施例中，並不將加熱器安置於包體上或包體中，而是將加熱器安置於裝置21中。在一種情況下，可藉由將加熱器嵌入容器16內及使用多區溫度控制來將容器16之不同區加熱至不同溫度。

包體可控制裝置21所安置之環境。在一具體實施例中，包體含有惰性氣體。可使此惰性氣體維持於高於熔體10之冷凝溫度。惰性氣體可減少至熔體10中之溶質添加，溶質添加可能導致板13之形成製程期間的組成不穩定性。

裝置21包含冷卻平板14。冷卻平板14允許在板13形成於熔體10上時的排熱。當冷卻平板14之溫度降低至低於熔體10之冷凝溫度時，冷卻平板14可致使板13在熔體10上或熔體10中冷凝。此冷卻平板14可使用輻射冷卻，或可由(例如)石墨、石英或碳化矽製造。冷卻平板14可自液態熔體10快速、均勻且以受控量移除熱量。可減少板13形成時對熔體10之干擾，以防止板13中之瑕疵。

與其他帶拉動方法相比，熔體10之表面上之熔解熱量及來自熔體10之熱量的排熱可允許較快地產生板13，同時維持板13具有較低缺陷密度。冷卻熔體10之表面上的板13或在熔體10上浮動之板13允許緩慢地且在較大區域上移除熔解潛熱，同時具有較大的水平流動速率。

冷卻平板14在長度及寬度上之尺寸可增加。增加長度對於相同垂直生長速率及所得板13厚度而言，可允許較快的熔體10流動速率。增加冷卻平板14之寬度可導致較寬的板13。不同於垂直板拉動方法，使用圖1中所述之裝置及方法的實施例，不存在對板13之寬度的固有(inherent)實體限制。

在一特定實例中，熔體10及板13以大約1 cm/s之速率流動。冷卻平板14之長度大約為20 cm且寬度大約為25 cm。板13可在大約20秒內生長至大約100 μm之厚度。因此，所述板之厚度可以大約5 μm/s之速率生長。可以大約10 m² /小時之速率產生厚度大約為100 μm之板13。

在一實施例中，可使熔體10中之熱梯度減至最小。此舉可允許熔體10流穩定且分層。亦可允許使用冷卻平板14經由輻射冷卻來形成板13。在一特定情況下，冷卻平板14與熔體10之間大約300 K之溫度差可以大約7 μm/s之速率在熔體10上或熔體10中形成板13。

通道17之在冷卻平板14下游且在面板20下方之區可為等溫的(isothermal)。此等溫區可允許板13之退火。

在板13形成於熔體10上之後，使用溢道12使板13自熔體10分離。熔體10自通道17之第一點18流動至第二點19。板13將與熔體10一起流動。板13之此輸送可為連續運動。在一種情況下，板13可大致以熔體10流動之相同速度流動。因此，板13可形成且被輸送，同時相對於熔體10靜止。可更改溢道12之形狀或溢道12之定向(orientation)，以改變熔體10或板13之速度分布(profile)。

熔體10在溢道12處自板13分離。在一實施例中，熔體10之流動在溢道12上輸送熔體10，且可至少部分地在溢道12上輸送板13。此舉可使板13中之晶體破裂減至最少或防止晶體破裂，因為無外部應力施加至板13。在此特定實施例中，熔體10將在溢道12上遠離板13而流動。不可將冷卻應用於溢道12處，以防止對板13之熱震(thermal shock)。在一實施例中，溢道12處之分離在近等溫條件下發生。

與藉由垂直於熔體拉動相比，板13可在裝置21中較快地形成，因為熔體10可以經組態以允許熔體10上之板13以適當地冷卻及結晶的速度流動。板13將大致以與熔體10之流動速度一樣快的速度流動。此舉減小板13上之應力。垂直於熔體而拉動帶在速度上受限，因為由於拉動而在所述帶上置有應力。在一實施例中，裝置21中之板13可不具有任何此拉動應力。此舉可提昇板13之品質以及板13之生產速度。

在一實施例中，板13可趨向於直接向前超過溢道12。在一些情況下，可在越過溢道12之後支撐此板13，以防止斷裂。支撐元件22經組態以支撐板13。支撐元件22可使用(例如)氣體或鼓風機來提供氣體壓力差以支撐板13。在板13自熔體10分離之後，板13所處之環境的溫度可緩慢地改變。在一種情況下，隨著板13移動遠離溢道12，所述溫度降低。

在一種情況下，板13之生長、板13之退火以及使用溢道12之板13自熔體10之分離可在等溫環境下發生。使用溢道12之分離以及板13與熔體10之大致相等的流動速率使板13上之應力或機械應變減至最小。此舉增加產生單晶體板13之可能性。

在另一實施例中，將磁場施加至裝置21中之熔體10及板13。此舉可消震(dampen)熔體10內之振盪流(oscillatory flow)，且可改良板13之結晶化。

圖2為自熔體拉動板之裝置之一實施例的剖面側視圖。在此實施例中，裝置23自熔體10拉動板13。在此實施例中，熔體10不可在通道17中循環，且可使用晶種來拉動板13。可藉由冷卻平板14經由冷卻來形成板13，且可自熔體10拉出所得板。

圖1至圖2之實施例均使用冷卻平板14。冷卻平板14之長度上之不同冷卻溫度、熔體10之不同流動速率或板13之拉動速度、裝置21或裝置23之各個部分之長度，或在裝置21或裝置23內之時序(timing)可用於製程控制。若熔體10為矽，則可在裝置21中形成多晶板13或單晶體板13。在圖1或圖2之實施例中，裝置21或裝置23可包含於包體中。

圖1及圖2僅為可在熔體10中形成板13之裝置的兩個實例。水平板13生長之其他裝置或方法為可能的。本文所描述之方法及裝置的實施例可應用於任何水平板13生長方法或裝置，且並非僅限於圖1至圖2之具體實施例。

水平板13可能在板13之晶體中包含錯位。當板13被啟動之後，晶粒之間的邊界形成。此等錯位可為板13之晶體結構內之結晶缺陷或不規則性，或板13內之晶格失配(lattice mismatch)。此等錯位部分由板13與熔體10之間的溫度差所導致的熱震形成。錯位將在整個板13中傳播，除非被消除。為消除此等錯位，將允許錯位遷移至板13之邊緣。可使用本文所描述之實施例來允許形成不具有錯位之具有增加之晶體大小的單晶體矽板或多晶矽板。

圖3為輻射冷卻之實施例的剖面正視圖。在圖3中，自熔體10至板13、自熔體10至冷卻平板14以及自板13至冷卻平板14之箭頭表示熱傳遞。對於矽熔化溫度(其大約為1700 K)下之輻射，固態矽之發射率(ε_solid )大約為液態矽之發射率(ε_liquid )的三倍。在此特定實施例中，將處於低於熔體10之冷凝溫度之溫度的冷卻平板14安置於熔體10上方。在一實例中，冷卻平板14近似比熔體10之冷凝溫度低10 K，但其他溫度差是可能的。一旦熔體10之區開始結晶為板13，潛熱或在恆定溫度及壓力下之相變期間釋放的熱量將經由板13中之固態晶體移除，而非自液態熔體10移除。因此，板13中之晶體將在熔體10中穩定地生長，因為熔體10中之液體不會經由至冷卻平板14之直接輻射熱傳遞而變得過冷。

在一特定實施例中，避免至冷卻平板14之對流熱傳遞。對流熱傳遞可能比熔體10及板13周圍之大氣中之輻射冷卻低效。對流熱傳遞可能在熔體10中導致波，且可能難以準確地控制。然而，在其他實施例中，對流熱傳遞可單獨使用或用於補充輻射熱傳遞。

圖4為線初始化(thread initialization)之第一實施例的俯視平面圖。圖4自A至E說明隨時間過去的製程。因此，板13在圖4A至圖4E中所說明的冷卻平板14下方僅經過一次，且冷卻平板僅與各個階段A至E處所說明一樣大。雖然板13之寬度可隨時間過去而變化，但本文所揭露之實施例可產生具有均勻厚度之板13。

在板13之穩態製造之前，可能需要移除錯位41。此可藉由使用「頸縮(necked-down)」板13或板13之開始處的矽線40而開始。在此實施例中，線40可在熔體10之表面上浮動，如圖3中所見。相對於冷卻平板14而輸送線40。此輸送可涉及拉動線40或使線40在熔體10內或與熔體10一起流動。藉由控制冷卻平板14之大小及溫度以及線40之流動或拉動速率，線40之剖面形狀及長度可經組態以允許錯位41之移除。藉由允許冷卻平板14在寬度或面積上擴展(expand)或增加，或允許冷卻平板14之冷區在寬度或面積上擴展或增加，且控制線40之流動或拉動速率，線40可擴展以形成具有所要寬度及厚度之板13。

在圖4A中，板13之位於熔體10中的初始線40可能具有錯位41。在此實施例中具有彎曲邊緣之冷卻平板14具有第一寬度43，其對應於線40之第一寬度42。隨著線40流動或被拉動經過冷卻平板14，錯位41在線40中向外移動。在此特定實施例中，錯位41可至少部分地由於冷卻平板14之形狀而向線40之邊緣遷移。在此實施例中，在圖4B之結束之前，出現無錯位線40。

在圖4C中，冷卻平板14之低於熔體10之冷凝溫度的區的尺寸開始增加。寬度44大於第一寬度43。板13之寬度同樣擴展經過線40之初始第一寬度42。在一種情況下，此板13可為單晶體。在圖4D中，在板13流動或相對於冷卻平板14被拉動時，冷卻平板14之低於熔體10之冷凝溫度的區的尺寸繼續增加。

在圖4E中，冷卻平板14之低於熔體10之冷凝溫度的區達到其第二寬度45。板13同樣具有對應的第二寬度46。第二寬度45大於冷卻平板14之第一寬度43，且板13之第二寬度46大於線40之第一寬度42。無錯位線40已生長為無錯位板13。在圖4E中，所述板可關於其寬度處於穩定狀態。線40或板13之尾部可能需要被丟棄，因為其含有錯位41。

在另一實施例中，圖4A至圖4E中所說明之製程包含一額外步驟。線40可進一步「頸縮」，或以其他方式在增加至板13之第二寬度46之前，自第一寬度42減小至更小的寬度。此可允許較快地移除錯位41，因為錯位將具有較小的行進至線40之邊緣的距離。

雖然將圖4A至圖4E之冷卻平板14說明為具有彎曲邊緣，但冷卻平板14可為平直的，或具有熟習此項技術者已知的其他形狀。可以多種方式來完成圖4A至圖4E之此線初始化。圖5至圖11中說明五個實施例，但其他實施方案是可能的。此等實施例使用冷卻平板14之一部分來使線40初始冷凝。冷卻平板14之低於熔體10之冷凝溫度的區可及時擴展為較寬，且接著冷凝具有所要寬度之板13。計時冷卻平板14之低於熔體10之冷凝溫度的區的擴展，以允許錯位41在擴展至板13發生之前自線40遷移出來。此等實施例亦可產生具有近似矩形剖面之具有近似恆定厚度的無缺陷且無錯位板13。雖然圖5至圖11中之冷卻平板14之實施例具有平直邊緣，但冷卻平板14可具有彎曲邊緣或熟習此項技術者已知的其他形狀。

圖5為冷卻平板之第一實施例的俯視平面圖。在此實施例中，藉由虛線來繪示板13及線40位於冷卻平板14下方。雖然將虛線繪示為自冷卻平板14之輪廓(outline)偏移，但板13及線40之形成可大致等於冷卻平板14之輪廓。線40及板13在方向50上流動或被拉動。在此實施例中，冷卻平板14具有第一部分51及第二部分52。第一部分51之寬度53小於第二部分52之寬度54。第一部分51用於形成線40。第二部分52用於形成無錯位板13。第一部分51及第二部分52可在不同溫度下操作或在不同時間被激活(activated)。因此，在一實施例中，第一部分51及第二部分52可為冷卻平板14中之兩個區段。隨著線40或板13相對於冷卻平板14而輸送，第一部分51之溫度低於熔體10之冷凝溫度(如圖3中所見)，從而導致線40形成具有寬度53。在錯位自線40之邊緣遷移出來之後，第二部分52之溫度降低至低於熔體10之冷凝溫度，且線40之寬度擴展至第二部分52之寬度54。此舉將形成具有寬度54之板13。在此實施例中，在移除任何錯位之後，板13可具有均勻厚度及寬度。

在一特定實施例中，圖5之冷卻平板14除第一部分51及第二部分52之外包含不同區。此等區處於不同溫度。舉例而言，在冷卻平板14之中心下方包含第一部分51的區可與冷卻平板14之剩餘邊緣在不同的溫度下操作。此冷卻平板14之中心區可在比邊緣稍高之溫度下操作。此舉將允許板13之相等生長，且允許板13以大致相等之厚度自冷卻平板14下方離開，因為與剩餘邊緣相比，板13將花費更多時間在此中心區下。

圖6為冷卻平板之第二實施例的俯視平面圖。在此特定實施例中，冷卻平板14界定缺口(indentation)60。此缺口60可確保板13之均勻厚度。因為若冷卻平板14在所有區中以均勻溫度操作，則當在冷卻平板14下時，板13之厚度受時間及熱傳遞速率支配，因此缺口60減少板13在第二部分52下所花費的時間量，以補償線40在第一部分51下所花費的時間。此舉均衡自所述板13之所有部分或區的總熱量移除。

圖7為冷卻平板之第三實施例的側視剖面圖。圖7中之冷卻平板14可與圖5至圖6之冷卻平板14對應。圖7之冷卻平板14包含高熱擴散率層70及低熱擴散率層71。高熱擴散率層70及低熱擴散率層71由具有不同熱擴散率之材料組成。高熱擴散率層70及低熱擴散率層71厚度不同，且可隨時間過去而控制熔體10之溫度分布及輻射冷卻。高熱擴散率層70可安置於冷表面72上。若冷卻平板14之頂面藉由冷表面72而降低至低於熔體10之冷凝溫度，則不同熱擴散率區之瞬變效應導致第一部分51在第二部分52之前變冷。因此，第一部分51之溫度降低，線40形成，第二部分52之溫度降低，且板13形成。此舉允許線40產生、移除任何錯位，且擴展至板13。在一實施例中，冷卻平板14之層70、71之各向異性(anisotropy)可經組態以增強冷卻。冷表面72可經由流體流動、氣體傳導、冷卻劑或熟習此項技術者已知的其他方法被激活，以在低於熔體10之熔化溫度的溫度下操作。高熱擴散率層70及低熱擴散率層71之不同於圖7中所說明之形狀或組態的其他形狀或組態是可能的。

圖8為冷卻平板之第四實施例的透視圖。此冷卻平板14包含第一部分51、第二部分52，且界定缺口60。此冷卻平板14亦具有高熱擴散率層70及低熱擴散率層71。每一層70、71之厚度可在寬度及長度方向上變化。

在另一實施例中，加熱圖5至圖8中之冷卻平板14之邊緣，以在此等邊緣處提供對線40或板13之形狀的控制。在又一實施例中，在環繞冷卻平板14之不同區域的區中，壓力可不同。此壓力差影響氣體內的平流(advection)及傳導以及其熱阻。

圖9為冷卻平板之第五實施例的正視剖面圖。冷卻平板14具有一第一區段80及兩個第二區段81。雖然說明兩個第二區段81，但更多或更少第二區段81是可能的，且此實施例並不僅限於兩個第二區段81。第二區段81在此實施例中並非為矩形，但可為矩形或其他形狀。第一區段80之底面82具有第一寬度84。第一區段80經組態以在第一溫度下操作。此第一溫度低於熔體10之冷凝溫度。第二區段81經組態以在獨立於第一區段80之溫度下操作。第二區段81每一者具有底面83。在一種情況下，可激活第一區段80及第二區段81兩者。

在第一階段中，第一區段80在低於熔體10之冷凝溫度的溫度下操作。此舉在熔體10中形成具有第一寬度84之線40，如圖10中所說明。線40可相對於第一區段80而被拉動或流動。在線40形成時，第二區段81在高於熔體10之冷凝溫度的溫度下操作，以允許單晶體線40或晶種形成。在一具體實施例中，當第二區段81高於熔體10之冷凝溫度時，此等區段尚未被激活。在另一具體實施例中，第二區段81被激活，但在高於熔體10之熔化溫度的溫度下操作。

在第二階段中，與在第一階段中相比，第二區段81在較低溫度下操作。在一特定實施例中，第二區段81在近似與第一區段80相同之溫度下操作。此溫度可低於熔體10之熔化溫度。此舉將呈現具有操作寬度85的冷卻平板14。操作寬度85為底面82、83的寬度。因此，板13將形成為具有大致等於操作寬度85的寬度。

在一實施例中，區段80、81兩者可在一個溫度下操作，但第二區段81包含加熱器以獨立地改變第二區段81的溫度。在另一情況下，可個別地修改區段80、81之流體流以改變每一者的溫度。

圖10為冷卻平板之第五實施例的俯視剖面圖。在圖10中，說明第一階段。第二區段81在高於第一區段80之溫度下操作。第一區段80在低於熔體10之冷凝溫度的溫度下操作，而第二區段81高於熔體10之冷凝溫度。此舉形成由虛線說明之線40。每一區段80、81之大小及厚度可在寬度及長度方向上變化。在第二階段中，第二區段81在與第一區段80大致相同的溫度下操作，且線40之寬度將增加。

圖11為冷卻平板之第五實施例的透視圖。在此特定實施例中，第一區段80及第二區段81安置於第三區段86前方。第三區段86可在與第一區段80相同的溫度下操作。在一實施例中，第三區段86可類似於第二區段81而被激活及操作。在一特定實施例中，輻射屏蔽可位於區段80、81、86周圍或冷卻平板14周圍。

在一實施例中，區段80、81、86可全部在一個溫度下操作，但區段81、86包含加熱器以獨立地改變此等區段81、86的溫度。在另一情況下，可個別地修改到達區段80、81、86的流體流，以改變每一者的溫度。

圖12為對冷卻平板之壓力控制的正視剖面圖。圖5至圖11之實施例可使用壓力控制來控制自冷卻平板14至較冷環繞物的熱流通量(heat flux)。在圖12中，自板13至冷卻平板14及自冷卻平板14出來的箭頭表示熱傳遞。為使用壓力來控制熱流通量，可將輻射屏蔽總成(assembly)120置放於冷卻平板14周圍，位於(例如)冷卻平板14之不面向熔體10的表面上。圖12中所說明之每一輻射屏蔽總成120可含有彼此分離的多個個別屏蔽物。屏蔽物之間的熱傳遞為輻射性及傳導性的。氣體傳導元件可經組態以使得氣體傳導保留於分子自由狀態，使得藉由傳導之熱傳遞的速率與壓力成比例。此舉允許某一範圍之熱傳遞，其允許自(例如)小於1 kW/m² 至大於10 kW/m² 的功率密度控制。此特定範圍外的功率密度亦是可能的。藉由改變氣體壓力且將足夠數目之屏蔽物插入輻射屏蔽總成120中，以便使屏蔽物之間的間隙保持小於氣體分子之平均自由路徑，來實現使氣體維持於分子自由狀態。輻射屏蔽總成120之有效電阻亦可允許熱流動。輻射屏蔽總成120之有效電阻亦可用於藉由改變輻射屏蔽總成120內之屏蔽物的數目來控制熱傳遞。舉例而言，可以大約1.5 μm之間隙堆疊50個屏蔽物，且壓力可在大約1托與20托之間變化。

圖13為冷卻平板之加熱器平衡的正視剖面圖。圖5至圖11之實施例可使用加熱器平衡來控制自冷卻平板至環繞物之熱流通量。在圖13中，自板13至冷卻平板14及自冷卻平板14出來的箭頭表示熱傳遞。加熱器平衡可使用額外加熱器121來補償經由絕緣體之穩定能量損失。在此特定實施例中，輻射屏蔽總成120安置於冷卻平板14周圍。圖13中所說明之每一輻射屏蔽總成120可含有彼此分離的多個個別屏蔽物。在此實施例中，在無流體運動之情況下，熱傳遞是藉由輻射及傳導而進行。傳導阻力可受氣體壓力控制。輻射阻力可受輻射屏蔽總成120中之屏蔽物的數目及每一者之相應發射率控制。

本揭露案之範疇不受本文所描述之具體實施例限制。事實上，熟習此項技術者自前面的描述內容及隨附圖式將明白除本文所述之實施例及修改之外的本揭露案的其他各種實施例及修改。因此，此等其他實施例及修改意欲屬於本揭露案之範疇。此外，儘管本文已出於特定目的在特定環境中之特定實施方案的上下文中描述本揭露案，但熟習此項技術者將認識到，本揭露案之有用性不限於此，且可出於任何數目之目的，在任何數目之環境中有益地實施本揭露案。因此，應鑒於如本文所述之本揭露案的完整範圍及精神來解釋下文所陳述之申請專利範圍。

10．．．熔體

11．．．進料器

12．．．溢道

13．．．板/無錯位板

14．．．冷卻平板

15．．．面板

16．．．容器

17．．．通道

18．．．第一點

19．．．第二點

20．．．面板

21．．．裝置

22．．．支撐元件

23．．．裝置

40．．．線

41．．．錯位

42．．．線之第一寬度

43．．．冷卻平板之第一寬度

44．．．寬度

45．．．冷卻平板之第二寬度

46．．．板之第二寬度

50．．．方向

51．．．第一部分

52．．．第二部分

53．．．第一部分之寬度

54．．．第二部分之寬度

60．．．缺口

70．．．高熱擴散率層

71．．．低熱擴散率層

72．．．冷表面

80．．．第一區段/區段

81．．．第二區段/區段

82．．．底面

83．．．底面

84．．．第一寬度

85．．．操作寬度

86．．．第三區段/區段

120．．．輻射屏蔽總成

121．．．額外加熱器

為更好地理解本揭露案，參看隨附圖式，其以引用之方式併入本文中，且其中：圖1為自熔體分離板之裝置之一實施例的剖面側視圖。

圖2為自熔體拉動板之裝置之一實施例的剖面側視圖。

圖3為輻射冷卻之實施例的剖面正視圖。

圖4A至圖4E為線初始化之第一實施例的俯視平面圖。

圖5為冷卻平板之第一實施例的俯視平面圖。

圖6為冷卻平板之第二實施例的俯視平面圖。

圖7為冷卻平板之第三實施例的側視剖面圖。

圖8為冷卻平板之第四實施例的透視圖。

圖9為冷卻平板之第五實施例的正視剖面圖。

圖10為冷卻平板之第五實施例的俯視剖面圖。

圖11為冷卻平板之第五實施例之透視圖。

圖12為對冷卻平板之壓力控制的正視剖面圖。

圖13為冷卻平板之加熱器平衡的正視剖面圖。

10．．．熔體

13．．．板/無錯位板

14．．．冷卻平板

40．．．線

41．．．錯位

42．．．線之第一寬度

43．．．冷卻平板之第一寬度

44．．．寬度

45．．．冷卻平板之第二寬度

46．．．板之第二寬度

Claims (20)

1. 一種自熔體形成板的方法，包括：使用冷卻平板在材料之熔體上形成具有第一寬度之所述材料的板，所述板具有錯位；相對於所述冷卻平板而輸送所述板，藉此所述錯位遷移至所述板之邊緣；以及隨著所述板相對於所述冷卻平板而輸送，藉由改變所述冷卻平板之參數來使所述板增加至第二寬度，所述第二寬度大於所述第一寬度，所述板在所述第二寬度處不具有所述錯位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，其中所述輸送包括使所述熔體流動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，其中所述輸送包括相對於所述熔體拉動所述板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，其中所述板及所述熔體由矽或矽與鍺組成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，其中所述形成包括輻射冷卻。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，其中所述冷卻平板比所述熔體至少冷10 K。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，其中所述參數為所述冷卻平板在低於所述熔體之熔化溫度的溫度下的寬度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法，更包括相對於所述冷卻平板而輸送處於所述第二寬度之所述板，所述板在所述第二寬度處具有均勻厚度。
9. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之自熔體形成板的方法形成的產品。
10. 一種形成板的裝置，包括：容器，界定經組態以容納材料之熔體的通道；以及冷卻平板，位於所述熔體上方，具有第一部分及第二部分，所述第一部分具有第一寬度，所述第二部分具有第二寬度，所述第二寬度大於所述第一寬度。
11. 如申請專利範圍第10項所述之形成板的裝置，其中所述冷卻平板包括高熱擴散率層及低熱擴散率層，所述高熱擴散率層及所述低熱擴散率層每一者在所述冷卻平板之長度上具有不同高度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之形成板的裝置，其中所述冷卻平板安置於冷表面上，所述冷表面被激活以在低於所述熔體之冷凝溫度的溫度下操作。
13. 如申請專利範圍第10項所述之形成板的裝置，其中所述冷卻平板之所述第二部分界定缺口。
14. 如申請專利範圍第13項所述之形成板的裝置，其中所述缺口經組態以均衡自所述板之熱移除。
15. 如申請專利範圍第10項所述之形成板的裝置，其中所述熔體經組態以自所述通道之第一點流動至第二點。
16. 如申請專利範圍第10項所述之形成板的裝置，其中所述材料包括矽或矽與鍺。
17. 一種形成板的裝置，包括：容器，界定經組態以容納材料之熔體的通道；以及冷卻平板，位於所述熔體上方，所述冷卻平板具有一第一區段及多個第二區段，與所述第一區段相比，所述多個第二區段經組態以獨立地控制溫度。
18. 如申請專利範圍第17項所述之形成板的裝置，其中所述熔體經組態以自所述通道之第一點流動至第二點。
19. 如申請專利範圍第17項所述之形成板的裝置，其中所述材料包括矽或矽與鍺。
20. 如申請專利範圍第17項所述之形成板的裝置，更包括第三區段，所述第三區段經組態以與所述第一區段相比獨立地控制溫度。