ES2290517T3 - Metodo y aparato para crecimiento de cristal. - Google Patents

Abstract

Un método para formar una cinta cristalina, comprendiendo el método: proporcionar un crisol mesa que tiene una superficie superior y bordes que definen un límite de la superficie superior del crisol mesa; formar un fundido de un material fuente en la superficie superior del crisol mesa, siendo retenidos los bordes del fundido por adhesión capilar a los bordes del crisol mesa; y extraer una cinta cristalina desde el fundido.

Description

Método y aparato para crecimiento de cristal.

La invención se refiere generalmente al crecimiento de materiales cristalinos o policristalinos. Más particularmente, la invención se refiere a métodos y aparatos para hacer crecer un material de lámina de silicio cristalino o policristalino que se usa en la fabricación de células solares de bajo coste.

El material de lámina o cinta de silicio es particularmente importante para fabricar células solares de bajo coste. El crecimiento continuo de cintas de silicio evita la necesidad de cortar rodajas de silicio producido en masa. Métodos para efectuar esto se describen en las Patentes de EE.UU. Nos. 4.594.229; 4.627.887; 4.661.200; 4.689.109; 6.090.199; 6.200.383 y 6.217.649.

En estas patentes, el crecimiento continuo de cintas de silicio se lleva a cabo introduciendo hacia arriba dos cordones de material de alta temperatura a través de un crisol que incluye una capa poco profunda de silicio fundido. Los cordones sirven para estabilizar los bordes de la cinta creciente y el silicio fundido se enfría en una cinta sólida justamente encima de la capa fundida. La capa fundida que se forma entre los cordones y la cinta creciente está definida por el menisco del silicio fundido. Las Patentes de EE.UU. Nos. 6.090.199 y 6.217.649 describen un método y un aparato para la reposición continua de la materia prima en una cinta continua de silicio.

Para producir células solares de bajo coste y, por tanto, ampliar aplicaciones eléctricas de electricidad solar a gran escala, es importante tener materiales de sustratos de bajo coste y alta calidad para hacer las células solares. La presente invención proporciona nuevos y mejorados métodos y aparatos para hacer crecer cintas de silicio.

En una realización, la invención se refiere a un método y un aparato para hacer crecer o extraer una lámina de material o cinta cristalina o policristalina desde un fundido, en el que el fundido es retenido por adhesión capilar a elementos de bordes de un crisol mesa. En una realización preferida, la invención es llevada a la práctica con cinta de cordones o cinta de bordes estabilizados en la que los cordones o fibras se usan para estabilizar los bordes de la cinta por adhesión capilar. Este método permite el crecimiento de cintas, incluyendo cintas continuas, directamente desde la superficie del fundido. El fundido puede ser de extensión infinita en direcciones perpendiculares a la dirección de crecimiento de la cinta, que es la posición de la cinta definida por la posición de los cordones.

En un aspecto, la invención proporciona un método para formar una cinta cristalina. El método incluye proporcionar un crisol mesa que tiene una superficie superior y bordes que definen un límite de la superficie superior del crisol mesa, y formar un fundido de un material fuente en la superficie superior del crisol mesa. Los bordes del fundido son retenidos por adhesión capilar a los bordes del crisol mesa. Desde el fundido se extrae una cinta cristalina. En varias realizaciones preferidas, la etapa de extracción incluye implantar una semilla en el fundido y extraer la semilla desde el fundido entre un par de cordones situados a lo largo de los bordes de la cinta cristalina. El fundido se solidifica entre el par de cordones para formar la cinta cristalina, y la cinta cristalina es extraída continuamente desde el
fundido.

En una realización preferida, por lo menos una parte de un perfil límite del fundido es cóncava hacia abajo antes de la etapa de extracción. Por lo menos una parte del perfil límite del fundido también puede ser cóncava hacia abajo fuera de la región de la cinta cristalina. En una realización preferida, la extracción de la cinta cristalina desde el fundido forma un punto de inflexión en una sección transversal del perfil límite del fundido. En algunas realizaciones preferidas, el método incluye formar una parte sustancial del fundido encima de los bordes del crisol mesa. El punto de inflexión en, por lo menos, una parte de la sección transversal del perfil límite del fundido predispone a la cinta cristalina a crecer sustancialmente plana.

En varias realizaciones preferidas, se pueden formar más de una cinta cristalina. El método puede incluir reponer el material fuente sobre la superficie superior del crisol mesa para el crecimiento continuo de la cinta cristalina. En algunas realizaciones preferidas, la temperatura del crisol mesa es controlada mientras se forma la cinta cristalina.

En otro aspecto, la invención proporciona un aparato para formar una cinta cristalina. El aparato incluye un crisol mesa que tiene bordes que definen un límite de una superficie superior del crisol mesa. El crisol mesa retiene los bordes de un fundido por adhesión capilar a los bordes del crisol mesa. En algunas realizaciones preferidas, un par de cordones están situados a lo largo de los bordes de la cinta cristalina. El par de cordones define una región dentro de la cual se forma una cinta cristalina. El crisol mesa puede ser de grafito. En algunas realizaciones, los bordes del crisol mesa definen una superficie superior ahuecada del crisol mesa. La anchura del crisol mesa puede ser entre alrededor de 15 mm y alrededor de 30 mm.

En varias realizaciones preferidas, el fundido tiene un perfil límite que, por lo menos una parte del mismo, es cóncava hacia abajo. En algunas realizaciones preferidas, extraer una cinta cristalina desde el fundido forma un punto de inflexión en, por lo menos, una parte de una sección transversal del perfil límite del fundido. Una parte sustancial del fundido puede estar encima de los bordes del crisol.

Una realización preferida proporciona un método para controlar la temperatura de un crisol mesa mientras se forma una cinta cristalina. El método incluye situar un aislante que comprende elementos movibles, a lo largo de un crisol mesa, y disponer el crisol mesa en un horno. Moviendo los elementos movibles del aislante, con respecto al crisol mesa, se crean pérdidas de calor controladas.

Una realización preferida proporciona un aparato para controlar la temperatura de un crisol mesa mientras se forma una cinta cristalina. El aparato incluye un crisol mesa dispuesto dentro de un horno, y un aislante que comprende elementos movibles dispuestos a lo largo del crisol mesa. El aparato también incluye medios para mover los elementos movibles del aislante con respecto al crisol mesa, para crear pérdidas de calor controladas.

Una realización preferida proporciona un método para reponer un fundido de un material fuente sobre un crisol mesa. El método incluye distribuir un material fuente sobre un crisol mesa reduciendo, de este modo, la cantidad de calor requerida para fundir el material fuente.

En una realización preferida, la etapa de distribución incluye situar un alimentador a una distancia de un crisol mesa, y mover un alimentador en una primera dirección y una segunda dirección a lo largo de un crisol mesa. Se hace vibrar el alimentador durante el movimiento en, por lo menos, una de la primera dirección y la segunda dirección, de tal manera que un material fuente dispuesto dentro del alimentador introduzca un fundido sobre el crisol mesa durante dicho movimiento. El método puede incluir fundir el material fuente antes que el material fuente de un subsiguiente movimiento en la primera dirección alcance el fundido. En varias realizaciones, la distancia desde el crisol mesa es menor que la anchura del crisol mesa.

Una realización preferida proporciona un aparato para reponer un fundido de un material fuente sobre un crisol mesa. El aparato incluye medios para distribuir un material fuente sobre un crisol mesa reduciendo, de este modo, la cantidad de calor requerida para fundir el material fuente.

Otros aspectos y ventajas de la invención serán evidentes en los siguientes dibujos, descripción detallada y reivindicaciones, los cuales ilustran los principios de la invención, solamente a modo de ejemplo.

Las ventajas de la invención descritas anteriormente, junto con otras ventajas, se pueden comprender mejor haciendo referencia a la siguiente descripción tomada en unión de los dibujos adjuntos. En los dibujos, caracteres de referencia iguales se refieren, generalmente, a piezas iguales en todas las diferentes vistas. Los dibujos no están necesariamente a escala, poniéndose generalmente el énfasis, en cambio, en ilustrar los principios de la invención.

La Figura 1 muestra una cinta plana que crece perpendicularmente desde una superficie libre de fundido.

La Figura 2 muestra la aproximación de curvatura constante para la altura del menisco.

Las Figuras 3A-3E muestran que la extracción con un ángulo respecto al fundido da lugar a cambios de la altura de la superficie de limitación.

La Figura 4 muestra una vista en tres dimensiones, de una cinta que crece en forma cóncava desde la superficie de un fundido.

La Figura 5 muestra la relación entre la anchura de una cinta, el radio de su concavidad y la profundidad de la concavidad.

La Figura 6A muestra una cinta que crece desde el centro de un crisol estrecho.

La Figura 6B muestra una cinta que crece desplazada del centro de un crisol estrecho.

Las Figuras 7A-7C muestran realizaciones ejemplares de un baño de fundido encima de un crisol mesa.

La Figura 8 muestra una cinta que crece desde un crisol mesa.

Las Figuras 9A-9D muestran cuatro ejemplos de la forma del menisco del crecimiento de una cinta desde un crisol mesa.

La Figura 10 muestra el crecimiento de la cinta desde un crisol mesa con un ligero ángulo respecto a la vertical.

La Figura 11 muestra un crisol mesa en vista isométrica.

La Figura 12 muestra una vista isométrica de un crisol mesa de grafito adecuado para el crecimiento de múltiples cintas.

La Figura 13 representa un aparato que minimiza perturbaciones mecánicas y térmicas para un sistema, mientras se repone un fundido sobre un crisol mesa.

La Figura 14 representa un aparato para controlar la temperatura de un crisol mesa.

En una realización, la invención se refiere a un método para hacer crecer una lámina de material cristalino o policristalino. Como se usa en este documento, el término cristalino se refiere a materiales policristalinos y semicristalinos de un solo cristal. En una realización preferida, la invención es llevada a la práctica con cinta de cordones o cinta de bordes estabilizados en la que los cordones o fibras se usan para estabilizar los bordes de la cinta por adhesión capilar. Este método permite el crecimiento de cintas, incluyendo cintas continuas, directamente desde la superficie del fundido. El fundido puede ser de extensión infinita en direcciones perpendiculares a la dirección de crecimiento de la cinta, que es la posición de la cinta definida por la posición de los cordones. La invención se describe con referencia al silicio, aunque se pueden usar otros materiales. Otros materiales incluyen germanio, aleaciones de silicio y aleaciones de germanio, y, generalmente, aquellos materiales que pueden ser producidos por crecimiento de cristales desde el líquido.

En una técnica existente para crecimiento de cristales, se usa un crisol con paredes para contener el material fundido. Cuando se usa un crisol grande, las paredes del crisol están lejos de la cinta creciente y, por tanto, la cinta se comporta como si estuviera creciendo desde un baño de fundido infinitamente grande. Sin embargo, cuando se reduce el tamaño del crisol para reducir el coste del proceso, las paredes del crisol están más cerca de la cinta creciente, dando lugar a un efecto que hace que la cinta crezca en una configuración no-plana o de forma cóncava. Dicho crecimiento no-plano también puede resultar de otros factores tales como una dirección de extracción o tracción de la cinta que no sea precisamente perpendicular a la superficie del fundido.

En una realización, la presente invención proporciona medios alternativos a un crisol convencional para confinar y definir la posición del fundido desde el cual crece la cinta de cordones. Estos medios consisten en definir los bordes del baño de fundido por adhesión capilar a elementos de bordes de un material mojado o parcialmente mojado, con una parte sustancial del volumen del fundido situada encima de estos bordes. La forma de la superficie del fundido en la parte superior de este crisol "mesa" sin cinta presente es característicamente cóncava hacia abajo, en contraste con la forma característicamente cóncava hacia arriba de la superficie del fundido en un crisol convencional con paredes, sin cinta presente. Regiones fuera de la cinta también pueden ser cóncavas hacia abajo. Además, como se describirá con mayor detalle más adelante, se forma un punto de inflexión en una sección transversal del perfil límite del fundido. Este punto de inflexión crea un efecto que predispone a la cinta a crecer plana.

Este efecto es esencialmente el opuesto al efecto que tiene lugar debido a las paredes de un crisol convencional, en el que la cinta está predispuesta a crecer en una forma no-plana. La predisposición de la cinta a crecer plana debido a la forma cóncava hacia abajo también puede atenuar el efecto de factores tales como una extracción fuera de eje, que tiendan a crear una cinta no-plana. Como se usa en este documento, el término "mesa" se refiere a un crisol que tiene la forma general de una mesa - un terreno elevado de superficie superior generalmente plana y paredes laterales escarpadas. En el caso del crisol mesa, una superficie está definida por los bordes de la mesa. En la realización preferida, esta superficie es plana. En algunas realizaciones, los bordes de la mesa son curvados u ondulados. Dicha curvatura conforma el menisco en la dirección de la anchura de la cinta, y puede influir sobre la naturaleza y propagación de grano, estructura y tensión en la cinta. Obsérvese que la superficie del propio crisol puede tener una ligera depresión, por ejemplo, del orden de alrededor de 1 mm, como se muestra en la Figura 11. Sin embargo, todavía hay un plano definido por los bordes superiores de la mesa. En el caso de una ligera depresión, o bordes elevados, los bordes elevados pueden tener una zona plana.

Cuando crecen cintas cristalinas desde un crisol mesa, la forma del menisco es autoestbilizante, porque la cinta creciente retrocede al centro en respuesta a cualquier perturbación. Otra ventaja es que el borde de la base del menisco está razonablemente lejos de la superficie de limitación entre el líquido y el sólido. Esto es útil porque pueden crecer partículas en la base del menisco donde éste se adhiere a un crisol. Durante el crecimiento de una cinta cristalina en un crisol hecho de grafito (la práctica preferida), pueden crecer partículas de carburo de silicio y, si hay presente algo de oxígeno, pueden crecer partículas de óxido de silicio. Estas partículas pueden perturbar la forma plana y la estructura de los cristales crecientes e, incluso, pueden interrumpir el crecimiento. Como el borde de la base del menisco está razonablemente lejos de la superficie de limitación del crecimiento cuando se usa un crisol mesa, se minimiza el impacto de dichas partículas.

Como consecuencia de esta forma de superficie de fundido cóncava hacia abajo, y su efecto de conducir al crecimiento de una cinta plana, los bordes del baño de fundido se pueden llevar a estar muy próximos a la cinta y minimizar el tamaño del baño de fundido. El pequeño tamaño del baño de fundido, en combinación con la falta de necesidad de paredes del crisol, conduce a una espectacular reducción de la cantidad de material de crisol necesario y del gasto asociado con mecanizarlo a la forma deseada. Además, se necesita menos energía para mantener el baño de fundido y el crisol mesa a la temperatura apropiada. Estos factores dan lugar a una reducción de los costes de fabricación para la cinta producida. Al mismo tiempo, el efecto de "aplanamiento" inducido por la forma de la superficie del fundido, da como resultado una cinta más plana de mejor calidad. Esta mejor forma plana de la cinta da lugar a mejores resultados en el subsiguiente manejo de la cinta. Otra ventaja de la solución del crisol mesa es que puede ser ampliada al crecimiento de múltiples cintas desde un solo crisol alargando más el crisol.

En la práctica convencional de cinta de cordones, la cinta crece desde un baño de fundido que es lo bastante grande en la extensión horizontal que parece tener una extensión infinita para la cinta creciente. En tal caso, el menisco que se forma entre el fundido y la superficie de limitación del crecimiento tiene una forma que está determinada por capilaridad y por la altura de esta superficie de limitación encima de la superficie libre del fundido. La curvatura se calcula usando la Ecuación de Laplace:

100

Donde \DeltaP es la diferencia de presión a través de la superficie de limitación entre líquido y gas (la superficie del menisco), \gamma es la tensión superficial del líquido, y R_{1} y R_{2} son los radios de curvatura principales del menisco.

La diferencia de presión a través de la superficie de limitación entre líquido y gas, en un punto dado de esta superficie de limitación, se puede hallar a partir de la altura de este punto por encima de la "superficie libre del fundido". En la superficie libre del fundido, la curvatura de la superficie de limitación líquido/gas es cero, y no hay caída de presión a través de la superficie de limitación líquido/gas. Como el menisco está por encima de la superficie libre del fundido, la presión dentro del mismo es menor que en el gas que lo rodea. La diferencia de presión a través de la superficie de limitación entre líquido y gas a una altura y, por encima de la superficie libre del fundido, viene dada por:

101

Donde g es la aceleración de la gravedad, y \rho es la densidad del silicio fundido.

La Figura 1 muestra una cinta plana 1 que crece perpendicularmente desde una superficie libre 3 del fundido. El dibujo está aproximadamente a escala y la cinta es de 500 micrómetros. Ésta es más gruesa que una cinta típica, que podría tener un grosor de alrededor de 200-300 micrómetros, pero el valor más elevado se usa para ayudar a la ilustración. Además, el concepto se puede usar en un amplio margen, incluyendo el crecimiento de una cinta delgada de 30-100 micrómetros de grosor que podría ser útil para células solares de bajo coste, alto rendimiento y/o alta flexibilidad. Para el caso de una cinta plana, uno de los radios de curvatura principales de la Ecuación 1 es infinito (por ejemplo, se toma R_{2} como infinito). Se puede efectuar un cálculo numérico usando una técnica tal como el método de Diferencias Finitas, para calcular la curvatura del menisco en cada punto a lo largo de su superficie, e integrar la forma resultante. Este cálculo puede ser iniciado convenientemente en la superficie de limitación 5 entre silicio sólido y líquido, usando como posición inicial el conocido ángulo de equilibrio 7 de 11º, entre el silicio sólido y líquido, en la superficie de limitación del crecimiento. Se hace una predicción de dónde está la superficie de limitación, y el cálculo numérico produce la forma del menisco. Se vuelve a definir la predicción hasta que se cumpla la apropiada condición límite en la superficie del fundido - es decir, que el menisco alcance la altura de la superficie prefundida con una pendiente de 0 (horizontal). Usando dicha técnica, se puede encontrar que en el centro de una cinta ancha de silicio, la altura de la superficie de limitación por encima de la superficie del fundido es aproximadamente 7,10 mm. La Figura 1 es un dibujo a escala, de la forma del menisco calculada por dicho método de Diferencias Finitas.

Alternativamente, se puede emplear un método aproximado en el que se supone que la curvatura del menisco es constante y tiene un valor de R' (y no sea una función de la altura sobre la superficie libre del fundido). Se hace otra aproximación de que el ángulo de equilibrio entre el silicio sólido y líquido es 0º. Por tanto, la altura del menisco será igual a la magnitud del radio de curvatura del menisco, R', como se ilustra en la Figura 2 (de nuevo para el caso de una cinta de 500 micrómetros de grosor). Una aproximación final escoge una caída de presión a través de la superficie de limitación líquido/gas que sea igual a la que está presente en la mitad de la altura del menisco. Sustituyendo un valor de R'/2 por y, en la Ecuación 2, se tiene que \DeltaP = \rhog R'/2 (la presión dentro del menisco es menor que fuera del menisco). Sustituyendo este valor de \DeltaP y un valor de R'/2 por R_{1} en la Ecuación 1, se obtiene:

102

Reordenando la Ecuación 3 y usando s para representar la altura del menisco, se obtiene:

103

Donde \alpha está definido como \gamma/\rhog, por motivos de conveniencia.

Sustituyendo valores de \gamma = 0,7 N/m, \rho = 2300 kg/m^{3}, y 9,8 m/s^{2} para la aceleración de la gravedad, g para el silicio fundido, se encuentra que este análisis aproximado produce una altura de menisco de 7,88 mm. Por tanto, el análisis aproximado produce un resultado bastante próximo al del análisis numérico. Estos dos métodos se usarán con modificaciones para describir la presente invención más adelante.

\newpage

Durante el crecimiento, la cinta de cordones puede estar sometida a algunas influencias que conduzcan a condiciones de crecimiento que sean peores que las ideales. Por ejemplo, si el dispositivo que extrae la cinta (el "extractor") está situado en una posición ligeramente desplazada de directamente encima de la región donde crece la cinta, la cinta será extraída con un ligero ángulo respecto al fundido.

La Figura 3 muestra una serie de dibujos que representan un primer plano de la región superior del menisco, la región inferior de la cinta creciente y la superficie de limitación entre líquido y sólido. Los dibujos están aproximadamente a escala para cintas de silicio que crecen desde una superficie del fundido. La escala de los dibujos es aproximadamente 10:1 (los dibujos se muestran aproximadamente 10 veces mayores que el tamaño real) con un grosor de cinta de 0,5 mm. La posición de la superficie libre del fundido se muestra en la Figura 3, aunque la escala del dibujo no permite que los meniscos sean dibujados siempre por debajo de este nivel sin que muchas líneas se crucen entre sí y hagan el dibujo difícil de interpretar.

En la Figura 3a se muestra la cinta 1 creciendo verticalmente desde el fundido 3, casi como en la Figura 1. La Figura 3b muestra cómo crece la cinta cuando es extraída con un ángulo de 10 grados respecto a la vertical, con consideración únicamente de las propiedades físicas que gobiernan la forma del menisco y su superficie de limitación para la cinta creciente. Obsérvese que 10 grados es un ángulo extremo - mucho mayor que el ángulo que se podría encontrar debido a un extractor desalineado, y está escogido con propósitos de ilustración. En la Figura 3b no se tienen en cuenta las consideraciones de transferencias de calor que se describen más adelante. Estas consideraciones de transferencias de calor forzarán a la cinta a crecer de manera diferente a la mostrada en la Figura 3b. Obsérvese que en la Figura 3b, la altura 100 del menisco en el "lado inferior" es mayor que la altura 102 del menisco en el "lado superior". El origen de esta diferencia de alturas es que, en el "lado inferior", al menisco se le permite alcanzar una altura mayor para curvarse y encontrarse con la cinta en la superficie de limitación con el ángulo determinado termodinámicamente. El resultado es que la superficie de limitación 104 entre líquido y sólido está inclinada con un ángulo oblicuo respecto a la cinta. Esta situación puede ser modelada por la integración de la Ecuación de Laplace, como se describió anteriormente, pero esta vez han cambiado las condiciones iniciales del ángulo. Por tanto, si la cinta está siendo extraída con un ángulo de 10º respecto a la vertical, el ángulo de la superficie del menisco en el menisco del "lado inferior" es un ángulo de 1º respecto a la vertical donde el menisco se encuentra con la cinta (el ángulo de equilibrio sólido-líquido de 11 grados menos el ángulo de extracción de 10 grados). El ángulo de la superficie del menisco para el menisco del "lado superior" es un ángulo de 21º respecto a la vertical donde el menisco se encuentra con la cinta (el ángulo de equilibrio sólido-líquido de 11 grados + el ángulo de extracción de 10 grados). El cambio de la altura del menisco debido a la extracción con un ángulo respecto a la vertical puede ser relacionado con el ángulo de extracción como sigue:

104

Donde \Deltas es el cambio de la altura del menisco del valor cuando se extrae la cinta vertical, r es el radio de curvatura en la parte superior del menisco, y \Theta es el ángulo de extracción medido desde la vertical. El radio de curvatura del menisco en la parte superior del menisco se halla a partir de la Ecuación de Laplace a una altura s por encima de la superficie libre del fundido (r = \gamma/\rhogs). En este resultado aproximado, se ignora el ángulo de equilibrio de 11º entre el silicio sólido y líquido. Para el caso de extraer a 10 grados respecto a la vertical, la Ecuación 5 da \Deltas = 0,78 mm. Por tanto, el menisco en el "lado inferior" es 0,78 mm más alto que el menisco para la cinta vertical, mientras que el menisco en el "lado superior" es 0,78 mm más bajo que el menisco para la cinta vertical. Se puede obtener un resultado muy parecido usando la aproximación numérica de Diferencias Finitas descrita anteriormente, partiendo de diferentes condiciones límites para el ángulo del menisco en la parte superior del menisco.

Sin embargo, como se indicó anteriormente, consideraciones de transferencias de calor no permitirán que persista la situación de la Figura 3b. Obsérvese que la Figura 3c muestra la dirección y magnitudes aproximadas de los flujos de calor hacia arriba de la cinta y hacia fuera de sus superficies. Obsérvese que hay un flujo significativo desde la superficie de limitación hacia el "lado superior" 106 de la cinta (por definición, debe estar, como lo está la superficie de limitación, en el punto de fusión del silicio y la superficie de la cinta que está más fría). Sin embargo, como los dos lados de la cinta desprenden aproximadamente la misma cantidad de calor hacia el ambiente (la inclinación de la cinta puede permitir que el lado superior desprenda un poco más de calor, pero no mucho), no hay manera de que puedan ser soportados los mayores flujos de calor que se mueven desde la superficie de limitación hasta la superficie superior de la cinta. Como consecuencia, el exceso de calor que llega a la superficie superior tenderá a volver a fundir la cinta, conduciendo a un aumento de la altura del menisco en el lado superior de la cinta. Un argumento análogo conduce a la conclusión de que la cinta en el lado inferior 108 será forzada a crecer temporalmente con más rapidez que en el caso de cinta extraída verticalmente, conduciendo a una disminución de la altura del menisco en el lado inferior de la cinta, como sigue. La inclinación de la superficie de limitación de la Figura 3b lleva a que el calor sea conducido hacia el lado superior de la cinta. Hacia el lado inferior de la cinta es dirigido menos calor que para el crecimiento vertical de cintas. Por lo tanto, la cinta se solidificará con más rapidez en este lado, y la altura del menisco disminuirá. De esta manera, consideraciones térmicas fuerzan a que el menisco se parezca más al mostrado en la Figura 3d donde las alturas del menisco están más próximas a igualarse en los lados superior e inferior, comparada con la situación de la Figura 3c. Sin embargo, la situación de la Figura 3d no puede persistir, ya que no se satisfacen los requisitos de equilibrio del ángulo del fundido con respecto al sólido creciente.

El menisco de la Figura 3d fuerza a la cinta a crecer con un ángulo diferente del de la dirección de extracción, durante un periodo transitorio. La dirección de crecimiento está determinada por una cadena de efectos. La Ecuación de Laplace determina la forma del menisco. Las condiciones térmicas influyen sobre la altura del menisco. La altura, en combinación con la forma, determina el ángulo del menisco en su parte superior (donde se encuentra con el silicio sólido). El silicio líquido y sólido debe mantener el ángulo de equilibrio de 11 grados en la superficie de limitación. De este modo se determina el ángulo de la superficie de la cinta. La Figura 3e muestra la dirección de extracción como una línea de trazos, y muestra la cinta 110 creciendo con un ángulo menor con respecto a la vertical (menor que el ángulo de la dirección de extracción). Como consecuencia, la cinta avanza sobre la superficie del fundido en la dirección de la flecha mostrada en la Figura 3e. Este crecimiento es hacia el lado de la cinta que tiene el menisco más alto. Éste es un resultado general aplicable a situaciones distintas de la de extraer una cinta con un ángulo respecto al fundido. El resultado es que cualquier situación que tienda a hacer que el menisco en un lado de la cinta sea más alto que el menisco en el otro lado, dará lugar a que la cinta crezca en una dirección determinada por la altura del menisco más alto.

En el caso de la cinta que es extraída con un ángulo respecto al fundido, la parte central de la cinta es obligada, ahora, a crecer en la dirección de la cinta que tiene el menisco más alto; sin embargo, los bordes de la cinta están fijados en su sitio por la posición de los cordones. Como consecuencia, la cinta 120 tiende a crecer en forma de una concavidad desde el fundido 122, como se ilustra en la Figura 4. Para ángulos de extracción pequeños respecto a la vertical, se alcanzará y mantendrá una forma cóncava de equilibrio. La forma cóncava de equilibrio surge del hecho de que la propia concavidad cambia la altura del menisco en los dos lados de la cinta. Las curvaturas de la superficie del menisco deben satisfacer la Ecuación de Laplace en todos los puntos; o sea, la Ecuación 1. Como se indicó anteriormente, en el caso de una cinta plana, uno de los radios de curvatura principales, R_{2}, es de extensión infinita y, por lo tanto, cae fuera de la Ecuación 1. Sin embargo, cuando la cinta crece como una concavidad, el lado cóncavo de la cinta (el lado superior en la Figura 4) tiene ahora un valor finito de R_{2}, y es del mismo signo que R_{1}. Como consecuencia, R_{1} debe aumentar (en magnitud) desde el valor que tiene para una cinta plana. En el lado convexo de la cinta, es decir, el lado inferior en la Figura 4, la concavidad da lugar a un valor finito de R_{2}, pero de signo opuesto a R_{1}. Como consecuencia, R_{1} debe adoptar un valor de magnitud menor que para una cinta plana. El resultado es que la concavidad da lugar a un menisco más bajo en el lado convexo (correspondiente al lado inferior de una cinta extraída con un ángulo respecto al fundido), y a un menisco más alto en el lado cóncavo (correspondiente al lado superior de una cinta extraída con un ángulo respecto al fundido). Los cambios de la altura del menisco debidos a la concavidad dan lugar a cambios en la altura del menisco que contrarrestan el efecto de extraer con un ángulo.

El método aproximado de curvatura constante usado para llegar a la aproximación de las Ecuaciones 3 y 4 se puede extender al caso de concavidad. En esta deducción, la cinta será examinada en una visión instantánea en la que está creciendo verticalmente desde la superficie del fundido, pero con una concavidad. Aunque dicha situación no persistirá, la relación entre la concavidad y la altura del menisco será la más fácil de analizar para este caso. Como en la deducción de la Ecuación 3, R' es el radio de curvatura del menisco en el plano vertical. Por conveniencia, R', que es cóncavo, se toma como valor positivo. En este caso, R* es el radio de curvatura de la concavidad (que puede adoptar valores tanto positivos como negativos). De nuevo, se elige la caída de presión a través del menisco para que sea la que existe en la mitad de la altura del menisco. Además, con la aproximación de que el líquido se encuentre con el sólido formando un ángulo sin discontinuidad, la altura del menisco es igual a R'. Por tanto:

105

Resolviendo para R' e igualando a la altura del menisco, se obtiene:

106

El primer término de la Ecuación 7 es la altura del menisco para el caso de crecimiento vertical de la cinta. El segundo término es el cambio en la altura del menisco debido a la concavidad. Como se indicó anteriormente, el lado cóncavo de la concavidad (valor positivo de R*) experimenta un aumento de la altura del menisco, mientras que el lado convexo experimenta una disminución de la altura del menisco. Este problema también puede ser tratado por el método numérico, y estas predicciones coinciden con los resultados aproximados de la Ecuación 7 con buena exactitud.

El crecimiento de la cinta en forma cóncava es una respuesta al ángulo de extracción y puede conducir a una situación de crecimiento estable para pequeños ángulos de extracción. La cadena de eventos empieza extrayendo con un ángulo respecto a la vertical. Esto altera la forma del menisco. Sin embargo, entran los efectos térmicos y hacen que la cinta crezca en la dirección del menisco más alto. El centro de la cinta se puede mover pero los bordes no, y resulta una forma cóncava, A su vez, la concavidad altera la forma del menisco para bajar la altura del menisco en el lado inferior de la cinta y elevarla en el lado superior - que es el efecto exactamente opuesto al de extraer con un ángulo respecto a la vertical. Si el ángulo de extracción es pequeño (próximo a la vertical), la concavidad puede ser suficiente para contrarrestar completamente el efecto del ángulo de extracción y dar lugar a alturas de menisco que son aproximadamente iguales en los dos lados de la cinta.

Para una cinta 124 de anchura w, se puede relacionar el radio R* de la concavidad con la profundidad \delta de la concavidad, como se ilustra en la Figura 5 (que muestra una vista vertical de un corte transversal a través de la cinta), como sigue:

107

Como ejemplo, si se extrae una cinta con un ángulo de 1º respecto a la vertical, se puede usar la Ecuación 5 para calcular que la altura del menisco en el lado superior de la cinta disminuirá aproximadamente 78 micrómetros, mientras que en el lado inferior de la cinta aumentará aproximadamente 78 micrómetros. El centro de la cinta se moverá en la dirección del menisco más alto y la cinta crecerá en forma cóncava. La concavidad se ahondará hasta que el cambio de la altura del menisco predicho por la Ecuación 7 contrarreste el cambio predicho por la Ecuación 5. El resultado será una concavidad de radio R* = 0,4 m. Si la anchura de la cinta es 60 mm, por ejemplo, la profundidad de la concavidad se puede calcular con la Ecuación 8 como 1,1 mm, que es una desviación significativa de la forma plana. Según la Ecuación 8, la concavidad se ahonda cuando aumenta la anchura de la cinta.

En cualquier sistema real, siempre habrá algunos errores o perturbaciones en el sistema resultante, por ejemplo, en la cinta que es extraída con un ligero ángulo respecto a la vertical. Como se puede ver en esta discusión, para compensar dichas perturbaciones, la cinta responde desviándose de la condición deseada de una cinta plana. La tendencia de la concavidad a causar una recuperación de la forma plana puede ser imaginada como algo análogo a una fuerza de recuperación de un resorte que es estirado desde una posición de equilibrio. Esta tendencia de "recuperación" puede ser expresada cuantitativamente como el cambio de la altura del menisco, para un lado de la cinta, que es inducido por un desplazamiento del centro de la cinta desde su posición plana. Por tanto, para el caso de un crecimiento de la cinta en forma cóncava, esta fuerza de recuperación puede ser expresada como:

108

Usando la Ecuación 7 en el numerador y la Ecuación 8 en el denominador:

109

Para cinta de silicio de anchura w = 56 mm, la Tendencia de Recuperación de la Ecuación 9A tiene un valor de 0,08. Por tanto, para un caso en el que una cinta de 56 mm de ancho crezca en forma cóncava con una profundidad de concavidad de 1 mm, la altura del menisco en el lado cóncavo se elevará 0,08 mm, y en el lado convexo descenderá 0,08 mm. Cintas de silicio con una anchura de 81,2 mm también pueden crecer con el resultado de una menor "Tendencia de Recuperación".

Cuando la cinta empieza a crecer en una configuración no-plana, se pueden introducir nuevas perturbaciones. Por ejemplo, cuando una cinta de forma cóncava entra en el dispositivo de extracción, se pueden aplicar momentos de flexión sobre la cinta, que den lugar a que surjan más perturbaciones para el crecimiento. El análisis presentado en este documento está destinado a proporcionar el conocimiento acerca de los aspectos básicos del proceso.

Debe entenderse que antes de la presente invención, se hicieron observaciones que relacionaban el eje de la extracción de la cinta con su tendencia a crecer en una curva de forma cóncava. Sin embargo, no se conocen ni los mecanismos físicos, ni se tiene un conocimiento cuantitativo de este fenómeno.

En un sistema práctico, es importante minimizar el tamaño del crisol y del baño de fundido. Minimizando este tamaño se reduce el material consumible utilizado, tal como el grafito usado para el crisol. Además, se reduce el tiempo requerido para mecanizar el crisol. Además, se minimizará la energía necesaria para hacer funcionar el horno.

Entonces, el caso deseable es hacer el crisol 130 más estrecho - es decir, traer las paredes 132 del crisol cerca del plano de la cinta 134 que es extraída desde el fundido 136, como se ilustra en la Figura 6a. Sin embargo, esta disposición conduce a una situación en la que es menos probable que la cinta permanezca plana o, en el límite, no pueda permanecer plana. La Figura 6b ilustra lo que sucede cuando la cinta 134 se desplaza del centro y, por tanto, se acerca más a una pared 138 que a la otra pared 140. La condición límite que se mantiene en la pared es que el ángulo de mojadura del menisco a la pared del crisol permanezca constante. Esencialmente, la adhesión capilar a las paredes del crisol origina una fuerza ascendente sobre el menisco. Cuando la cinta se acerca más a una pared, esta fuerza ascendente tiene más efecto sobre este lado de la cinta, dando lugar a una altura de menisco que es mayor en ese lado. La aproximación numérica descrita anteriormente se puede extender a este caso. Por ejemplo, con un crisol que tiene una separación de 60 mm entre paredes, si la cinta se desplaza 1 mm del centro, la diferencia de la altura del menisco de un lado de la cinta al otro será aproximadamente 15 micrómetros. Este efecto puede ser expresado con la misma clase de relación usada para describir el efecto estabilizador de la curvatura anterior. En este caso (por motivos que se mencionan más adelante), éste es un efecto desestabilizador que viene expresado como la relación del cambio de la altura del menisco para un lado de la cinta, al cambio de la distancia de la cinta a la pared del crisol. La Tabla I tabula este efecto desestabilizador para diferentes anchuras de crisol. La dimensión importante es la dimensión entre la cinta y la pared interior del crisol.

TABLA I El Efecto Desestabilizador de un Crisol Estrecho

1

El efecto es un efecto desestabilizador porque, cuando la cinta se mueve hacia una pared, aumenta la altura del menisco en el lado de la cinta más cerca de esa pared, mientras que disminuye la altura del menisco en el lado de la cinta más alejado de la pared. La transferencia interna de calor hacia la cinta hace que la cinta crezca en la dirección del menisco más alto, como se describió anteriormente. Esto da lugar al crecimiento continuado de la cinta hacia la pared más cercana. Este crecimiento continuará en esta dirección hasta alcanzar la pared. Por tanto, se ve que el crecimiento en la configuración de una cinta de forma cóncava es un efecto estabilizador, mientras que traer una pared de crisol más cerca del plano de la cinta es un efecto desestabilizador. Ambos efectos son proporcionales a la distancia que el centro de la cinta se desplaza del plano original de crecimiento, por lo menos, para distancias pequeñas.

Si estos dos efectos son de magnitudes iguales, se compensarán entre sí, dando lugar a la no predisposición de la cinta a crecer ya sea hacia la pared del crisol o en forma plana. Como se indicó anteriormente, la Tendencia de Recuperación para una cinta de 56 mm de ancho es 0,08. Por tanto, para esta anchura de cinta, los efectos se compensarán entre sí en un valor cualquiera de cinta-pared de crisol entre 15 y 20 mm. Si el efecto desestabilizador de una pared de crisol cercana es mayor, la cinta tenderá a crecer de forma cóncava y continuará empeorando su forma plana. Si el efecto estabilizador de la concavidad es mayor (correspondiente a pared de crisol que está más alejada), en principio, la cinta crecerá plana. La influencia desestabilizadora de las paredes del crisol puede reducir la capacidad de la cinta para rechazar perturbaciones tales como la extracción fuera de la vertical. Una cinta de 81,2 mm crece desde un crisol más ancho por motivos de estabilidad.

En resumen, acercar las paredes del crisol hacia el plano de la cinta, aunque tiene la posibilidad de mejorar la economía del proceso, tiene el efecto perjudicial de conducir a una cinta que es menos plana.

Si la superficie libre del fundido (superficie del silicio fundido sin cinta presente) tiene una forma convexa hacia arriba, se puede demostrar que se produce un efecto de estabilización de aplanamiento en la cinta creciente.

En una realización, esta forma convexa hacia arriba o cóncava hacia abajo es producida usando un crisol con paredes que no son mojadas por el silicio fundido. Una pared no mojada está definida como una que tiene un ángulo de contacto mayor de 90º. Por analogía, un baño de mercurio contenido en un recipiente de vidrio tendrá una superficie libre de líquido que es convexa hacia arriba debido al hecho de que el mercurio líquido no moja el vidrio. Todo el crisol puede estar hecho de dicho material no mojado, o pequeñas piezas de material no mojado pueden ser insertadas en la pared del crisol donde el fundido moja la pared. Por ejemplo, en el caso de silicio fundido, se puede usar Nitruro de Boro Pirolítico como un material no mojado.

En una realización preferida de esta invención, la forma cóncava hacia abajo es creada disponiendo la totalidad o una parte del fundido encima de los bordes mojados y permitiendo que la gravedad, en combinación con la capilaridad, determinen la forma de la superficie libre del fundido. La Figura 7 muestra un corte transversal a través de una lámina plana de material mojado 300 con un baño de silicio fundido 302 en la parte superior. La lámina mojada es un ejemplo de un crisol "mesa" que contiene fundido sobre su superficie sin paredes. Más bien, el fundido es contenido por capilaridad y está sustancialmente encima de los bordes mojados de la mesa 304. Este silicio moja los bordes de la lámina mientras que la forma del fundido es determinada por acción capilar en presencia del campo gravitatorio. Las paredes exteriores del crisol mesa pueden ser verticales como se muestra en la Figura 7a, o pueden estar dispuestas formando un ángulo diferente como se muestra en la Figura 7b. Un ángulo entrante, tal como el mostrado en la Figura 7b, proporciona mayor resistencia al derramamiento por el costado del crisol, pero puede ser menos conveniente para la fabricación y algo menos duradero. También es posible un ángulo menos profundo, pero es menos resistente al derramamiento del fundido que, incluso, las paredes laterales verticales. El borde del menisco es estable en un amplio margen de alturas de fundido y volúmenes de fundido debido, en parte, a la capacidad del menisco de adoptar una amplia variedad de ángulos en el borde de la mesa, como se muestra también en la Figura 9 que se describe más adelante. La Figura 7c muestra un detalle de un borde del crisol mesa de la Figura 7a. Obsérvese que el borde no tiene que formar un ángulo perfectamente abrupto, sino más bien, puede tener un radio como en la Figura 7c. De hecho, generalmente, el crisol tendrá dicho radio, incluso si se mecaniza como un ángulo "pronunciado" - aunque a una escala pequeña. Además, se encuentra que es ventajoso respecto al coste de fabricación o la durabilidad, que un radio pueda ser mecanizado deliberadamente en el crisol. El lugar o posición del menisco en el radio se determina satisfaciendo la condición de ángulo de mojadura entre el líquido y el material del crisol. En el caso de la Figura 7c, este ángulo es aproximadamente 30 grados - que es un ángulo típico para un sistema de mojadura.

El método numérico de Diferencias Finitas para calcular la forma del menisco, como se describió anteriormente, se puede extender para calcular la forma de la superficie libre del fundido en este crisol mesa en ausencia de una cinta. Para una anchura dada de la mesa, se supone una altura del fundido en el centro de la mesa. Esta altura se mide desde el plano definido por los bordes de la mesa. Después, se hace una predicción del radio de curvatura del fundido en la parte central superior de la mesa. Después se calcula la forma del fundido. Se efectúa una iteración hasta que el fundido pase por el borde de la mesa. Por ejemplo, si se supone que el radio en la parte central superior es demasiado grande, la primera iteración producirá un resultado en el que la superficie del fundido pase sobre el borde. Después, se puede efectuar una segunda iteración con un radio de curvatura más pequeño. No hay necesidad de que se cumpla un ángulo particular en el punto en que el menisco intercepta el borde de la mesa, ya que el líquido puede adoptar una amplia variedad de ángulos en este punto. En efecto, esto es parte de lo que hace estable el crisol mesa en un amplio margen de condiciones. Este tipo de análisis se puede repetir con diferentes anchuras de mesa y diferentes alturas de fundido. El baño de fundido encima de la mesa puede ser estable para un amplio margen de alturas de fundido. Los límites para la estabilidad se deducen del ángulo de mojadura del líquido en el borde de la mesa. Si el baño de fundido es demasiado poco profundo, el ángulo de mojadura puede ser menor que el ángulo de equilibrio de mojadura en el material de la mesa, y el baño se puede encoger alejándose del borde. En las Figuras 11 y 12, que se describen con mayor detalle más adelante, se crea un hueco en el crisol, que reduce sustancialmente este peligro. Si el baño es demasiado profundo, la pared del baño superará la vertical en el borde, y será propensa a la inestabilidad. Aunque, en principio, la pared del baño puede superar un poco la vertical en el borde (por ejemplo, en la Figura 7b), ésta no es la realización preferida. Por ejemplo, para una mesa con una anchura total de 60 mm (30 mm desde cada cara de la cinta), la mesa retendrá el silicio hasta que el silicio alcance una altura de, aproximadamente, 8 mm por encima del plano definido por los bordes de la mesa. Para una mesa con una anchura total de 20 mm, la mesa retendrá el silicio hasta que el silicio alcance una altura de, aproximadamente, 6 mm por encima del plano definido por los bordes de la mesa. La Figura 7 muestra la forma del baño de silicio fundido en una mesa de 20 mm de anchura total, en un caso en el que la altura del fundido sea de 5 mm en el centro.

La Tabla II muestra tabulaciones para dos anchuras de mesa y dos alturas de fundido. Para cada una de las cuatro combinaciones, se tabulan cuatro cálculos. "Ángulo" se refiere al ángulo del menisco donde se encuentra con el borde de la mesa, medido desde la horizontal. "Radio de Curvatura" se refiere al radio de curvatura del fundido en la parte superior del menisco, que está en el centro de la mesa. "Presión" se refiere a la diferencia de presión a través del menisco en la parte superior del menisco y es calculada con la Ecuación de Laplace usando el radio de curvatura del menisco en la parte superior de la mesa. "Altura, Presión ambiente" se explica más adelante.

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TABLA II Cuatro Características de un Fundido en una Mesa sin Cinta Dispuesta, para Cuatro Combinaciones de Altura del fundido y Anchura de Mesa

2

La Figura 8 muestra una cinta creciente 800 en su sitio, que crece desde el baño encima de un crisol mesa 802. Obsérvese que tubos 804 de introducción de cordones, como los descritos en la Patente de EE.UU. Nº 4.627.887, han sido insertados en el fondo del crisol mesa para permitir que los cordones 806 que definen los bordes asciendan a través del fondo del crisol. Se puede usar el método numérico de Diferencias Finitas descrito anteriormente, para calcular la forma del menisco 808 del líquido en la parte superior de la mesa. En este cálculo, se toma como dato la anchura de la mesa. El cálculo de Diferencias Finitas comienza desde la superficie de limitación del crecimiento y se propaga hacia el borde de la mesa. En la superficie de limitación del crecimiento, se supone que el ángulo de equilibrio de 11º, entre el silicio líquido y sólido, es con respecto a la vertical. Se hace una predicción inicial de la altura de la superficie de limitación por encima del borde de la mesa.

Para este cálculo se necesita un dato de información final - la presión dentro del menisco en alguna altura identificada. Esto se contrasta con el caso del baño de fundido infinito en el que la superficie lejos de la cinta no tiene curvatura, y en el que el líquido inmediatamente debajo está, por lo tanto, a la misma presión que el gas ambiente. Una aproximación conveniente es tomar la altura en el silicio líquido en la que la presión sea igual a la presión ambiente. Como se indicó anteriormente en la descripción del crisol mesa sin cinta creciente, la curvatura en la parte superior de la superficie libre del fundido da lugar a una presión interna en el líquido de la parte superior del baño de fundido. Por tanto, la elevación en el baño de fundido, en la cual la presión es igual a la del ambiente, se puede calcular tomando la altura de la superficie libre del fundido fuera de la región en la que la cinta está creciendo, y añadiendo a ella la altura de silicio requerida para bajar la presión a la del ambiente. Esta altura está tabulada en la Tabla II e identificada como "Altura, Presión Ambiente". Por ejemplo, para el caso de la anchura de mesa de 20 mm y la altura del fundido de 5 mm, la diferencia de presión originada por la curvatura en la parte superior del fundido es 38,8 Pascal. Esto es equivalente a 1,7 mm de silicio. Por lo tanto, a la presión ambiente se requiere una columna de silicio líquido de
5+1,7 = 6,7 mm de altura.

Ahora, la solución numérica puede ser iterada escogiendo valores de partida de altura de menisco hasta que el menisco pase por el borde de la mesa. Las Figuras 9A a 9D muestran cuatro geometrías de meniscos diferentes correspondientes a dos anchuras de mesa y dos alturas de fundido diferentes. Estos gráficos muestran la altura de menisco como una función de la posición horizontal desde la superficie de la cinta. Obsérvese que, en cada caso, la superficie del menisco tiene un punto de inflexión, es decir, un punto en el que la curvatura cambia de cóncava hacia abajo (cerca del borde de la mesa) a cóncava hacia abajo (cerca de la superficie de limitación del crecimiento). El punto de inflexión está formado en la sección transversal del perfil límite del fundido cuando es extraída la cinta cristalina. En los gráficos de la Figura 9, el eje vertical representa una cara de la cinta (estos gráficos suponen que la cinta es muy delgada con respecto a la anchura de la mesa). Por consiguiente, la intersección del perfil del menisco con el eje vertical siempre tiene el valor de equilibrio de 11 grados requerido por un cristal creciente de silicio. La intersección del perfil con el eje horizontal ocurre en el borde de la mesa. Obsérvese que este ángulo es diferente para cada uno de los cuatro gráficos de la Figura 9. La adhesión en el borde permite un amplio margen de ángulos, y esto es lo que hace estable el baño de líquido encima de la mesa en un amplio margen de alturas de
fundido.

El crecimiento desde la mesa da lugar a un efecto de estabilización de aplanamiento. Cualquier movimiento de la cinta alejándose del centro de la mesa dará lugar a una tendencia a volver a crecer hacia el centro. Cuando la cinta es perturbada desde el centro de la mesa, una cara de la cinta estará más cerca de un borde de la mesa, mientras que la otra cara estará más lejos de su correspondiente borde. La cara que está más cerca tendrá una menor altura de equilibrio de menisco, mientras que la cara que está más lejos tendrá una mayor altura de equilibrio de menisco. Como antes, efectos térmicos asociados con la forma del menisco harán que la cinta crezca en la dirección definida por el menisco más alto. Por tanto, el crecimiento desde una mesa dará lugar a una fuerza de recuperación que hace que la cinta crezca plana y centrada sobre la mesa.

Se puede tener un conocimiento cualitativo de la reducción de la altura de equilibrio del menisco en una cara que llegue a estar más cerca de un borde la mesa, examinando dos factores. Primero, la superficie libre del fundido en la parte superior de la mesa desciende cuando se aproxima al borde. Segundo, el ángulo de la superficie libre cambia cuando se aproxima al borde. Este ángulo puede ser considerado como una condición límite donde el menisco se une a la superficie libre del fundido, y el efecto de este cambio de la condición límite también es bajar la altura de equilibrio del menisco.

El efecto de estabilización de aplanamiento, debido a la mesa, puede ser calculado mediante la solución numérica calculando la altura de equilibrio del menisco para una cinta centrada en la mesa, y para una cinta desplazada ligeramente del centro. La Tabla III tabula la fuerza de recuperación calculada por estos medios. La fuerza de recuperación está definida de la misma manera que antes, es decir, el cambio de la altura, \Deltas, del menisco para un lado de la cinta, cuando la cinta se desplaza del centro, dividido por la distancia que la cinta se ha desplazado del centro.

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La Tabla III muestra esta tendencia de recuperación para los mismos cuatro casos que están tabulados en la Tabla II. La altura del fundido es la altura en una región del fundido de la mesa muy lejos de la cinta creciente. En cada celda se dan dos valores: la "tendencia de recuperación" como se describió anteriormente y la altura sobre la mesa, en la cual la presión en el fundido es la misma que la del ambiente (esto es igual que en la Tabla II).

TABLA III La Tendencia de Recuperación para Cuatro Combinaciones de Anchura de Mesa y Altura del Fundido

3

Como se puede ver en la Tabla III, la tendencia de recuperación es una función dependiente de la anchura de la mesa, y aumenta cuando disminuye la anchura de la mesa. De hecho, la tendencia de recuperación debida a la mesa puede superar fácilmente la fuerza de recuperación que la cinta puede inducir creciendo en forma de concavidad. Por ejemplo, la tendencia de recuperación debida a la concavidad de una cinta de 56 mm de ancho es 0,08. Sin embargo, la tendencia de recuperación para una mesa de 20 mm de ancho es 0,159, para el caso de Altura de Fundido encima de Mesa lejos de la cinta = 5 mm - como se puede ver consultando la Tabla III. Por tanto, la tendencia de recuperación inducida por la mesa es un efecto muy sustancial que conduce al crecimiento de una cinta más plana. Además, la tendencia de recuperación debida a la mesa no cambia con la anchura de la cinta. Por el contrario, la tendencia de recuperación debida a la concavidad disminuye cuando aumenta la anchura de la cinta. Por tanto, la mesa se puede usar para hacer crecer cintas planas anchas. Obsérvese que las tendencias de recuperación de la mesa y el efecto de concavidad se suman, favoreciendo aún más el crecimiento de cinta plana.

Como se puede ver consultando la Tabla III, la "tendencia de recuperación" varía tanto con la anchura de la mesa como con la "Altura de Fundido encima de Mesa lejos de la cinta". Por conveniencia, la "Altura de Fundido encima de Mesa lejos de la cinta" se denominará simplemente como Altura de Fundido en esta descripción. La tendencia de recuperación aumenta cuando disminuye la anchura de la mesa y cuando aumenta la Altura de Fundido. La elección de la anchura de la mesa se efectúa mediante un compromiso. Una mesa más estrecha conducirá a una mayor tendencia de recuperación y mejor aplanamiento de la cinta. Una mesa más ancha pondrá los bordes, y cualquier partícula que se acumule en los bordes, más lejos de la superficie de limitación del crecimiento. Un compromiso adecuado es una anchura de mesa de 20 mm. La elección de la Altura de Fundido también se efectúa mediante un compromiso. Un valor mayor de Altura de Fundido conduce a una mayor tendencia de recuperación. Sin embargo, un valor menor de Altura de Fundido proporciona un mayor margen de seguridad contra derramamiento del fundido por el borde de la mesa - especialmente en el caso de cinta o cintas que se separan del fundido con el contenido líquido de sus meniscos redistribuyéndose por sí mismos a lo largo de la mesa. Una altura adecuada por encima del fundido es 1-3 mm. Obsérvese que el crecimiento de la cinta desde una mesa es estable incluso con una altura de fundido igual a cero (por ejemplo, en el caso de una mesa de 20 mm, la tendencia de recuperación para esta condición es aproximadamente 0,055). De hecho, para una mesa de 20 mm, la altura de fundido puede ser ligeramente negativa (un poco más de 1 mm) antes de que la cinta llegue a ser inestable desde el punto de vista del aplanamiento. Esto proporciona un margen de seguridad durante la fabricación si se producen interrupciones temporales de reposición de fundido durante el crecimiento (que dan lugar a una bajada de nivel de la altura de fundido). Sin embargo, éste no es el modo preferido de operación, ya que la estabilización de aplanamiento está más comprometida. Incluso cuando la mesa es llevada a la práctica con una altura de fundido ligeramente negativa (por debajo del plano definido por los bordes de la mesa), durante el crecimiento, cualquier separación de la cinta dará lugar a la redistribución del líquido en el menisco de la cinta creciente y a un aumento de la altura de fundido, típicamente hasta un valor positivo.

Otro interés se centra en el volumen de líquido contenido en el menisco y el efecto de una separación del menisco. Periódicamente, el menisco se puede separar de la cinta creciente, y bajar de nivel. Esto podría ocurrir, por ejemplo, si el extractor extrae momentáneamente a una velocidad mayor que la deseada. Hay un volumen significativo de silicio fundido en el menisco, que caerá en el baño de fundido sobre la parte superior de la mesa. El crisol mesa debe poder tolerar dicha separación y acomodar el silicio fundido adicional que estaba contenido previamente dentro del menisco. Una condición necesaria pero no suficiente es que la mesa pueda acomodar el volumen de silicio después que éste haya alcanzado una etapa quiescente. Esta condición se puede calcular calculando el volumen del líquido debajo de la cinta creciente, y calculando el volumen de la superficie libre del fundido antes de que se redistribuya por sí misma. Por ejemplo, el volumen de silicio contenido en el menisco de una cinta que crece desde una mesa de 20 mm de ancho, en el caso en que la altura del fundido lejos de la cinta sea de 2 mm (el caso de la Figura 9a), es de 0,76 centímetros cúbicos por centímetro de anchura de cinta. Sin embargo, una mesa de 20 mm de ancho puede contener silicio fundido hasta una altura de 6 mm, aproximadamente, en cuyo punto, el volumen de fundido es aproximadamente de 0,95 centímetros cúbicos por centímetro de longitud de mesa. Por tanto, si se hunde el menisco de la cinta, la mesa puede acomodar el fundido adicional. Este cálculo es para el caso extremo en que la cinta se extienda por toda la longitud de la mesa. Ordinariamente, habrá un área adicional de mesa fuera de la cinta creciente, que podrá acomodar aún más el fundido de un menisco hundido. Obsérvese que si altura de fundido durante el crecimiento es demasiado próxima a la altura máxima que una mesa puede contener, el fundido de un menisco hundido dará lugar a derramamiento por el costado de la mesa.

Una condición más restrictiva resulta del hecho de que, cuando el menisco se hunde al caer el menisco separado, el fluido dentro de él adquiere alguna velocidad. Después, el impulso de este fluido inicia una pequeña onda, y esta onda se propaga hasta el borde de la mesa. La mesa debe poder absorber el choque de esta onda sin derramamiento por el borde. Experimentalmente, se ha encontrado que la mesa es bastante resistente a este choque de onda. Esto puede ser debido al hecho de que el menisco no se separa simultáneamente por toda la anchura de la cinta sino que, más bien, la separación comienza en un punto y se propaga por toda la anchura de la cinta. Por tanto, se minimiza el impacto de esta separación.

Otro uso del aspecto de estabilización de aplanamiento, debido a la mesa, es reducir o compensar completamente el efecto desestabilizador de extraer inadvertidamente la cinta con un ángulo respecto a la vertical. Como se indicó anteriormente, extrayendo con un ángulo respecto a la vertical desde un baño grande de fundido, dará lugar a un aumento de la altura del menisco en el lado inferior de la cinta, lo que, a su vez, dará lugar a que el centro de la cinta crezca hacia la dirección de la extracción, y a una cinta de forma cóncava, como se muestra en la Figura 4. En un baño grande de fundido, esta concavidad sólo se estabilizará una vez que haya alcanzado una profundidad significativa, y la diferencia de las curvaturas de los dos lados de la cinta sea suficiente para igualar las alturas del menisco en los dos lados de la cinta. Sin embargo, la mesa pone en juego un fuerte factor de estabilización, ya que el movimiento del centro de la cinta alejándose del centro de la mesa elevará el menisco en el lado de la cinta más cerca del centro, y lo descenderá en el lado más lejos del centro. Este efecto conduce rápidamente a la igualación de las alturas del menisco en los dos lados de la cinta, con sólo una pequeña desviación del centro de la cinta, de la condición plana.

Sin embargo, es posible conseguir un grado incluso más elevado de aplanamiento en presencia de una extracción involuntaria con un ángulo respecto al fundido. Si la cinta es extraída con un ángulo respecto al fundido, y la posición de los cordones está definida por el paso a través de un orificio, la posición de crecimiento de la cinta se desplazará del centro de la mesa. Como se indicó anteriormente, dicho desplazamiento desde el centro de la mesa hará que el menisco del lado de la cinta más cerca del centro de la mesa sea más alto que el menisco del lado de la cinta más alejado del centro. Sin embargo, el ángulo de extracción hará que el menisco del lado más cerca del centro sea más bajo que el menisco del lado de la cinta más alejado del centro. Si se selecciona la geometría apropiada, estos dos efectos se pueden compensar entre sí, dando lugar al crecimiento de cinta plana con un ángulo respecto al
fundido.

La Figura 10 muestra una cinta 810 que es extraída desde una mesa 802 con un ligero ángulo respecto a la vertical y define tres parámetros geométricos importantes. El ángulo de la cinta respecto a la vertical está designado por \Theta. La altura vertical entre la superficie de limitación del crecimiento y el punto de confinamiento de los cordones 1000 está designada por H. El tercer parámetro es la distancia horizontal entre el centro de la mesa y el centro de la cinta, designado como "Distancia de Centros". Éstos están relacionados como sigue:

(11)Distancia de Centros = H\Theta

Se puede relacionar el ángulo de extracción con la diferencia de alturas, \Deltas, del menisco, de una manera análoga a la usada en la Ecuación 5:

111

donde r es el radio de curvatura en la parte superior del menisco, y donde b es la distancia vertical entre la superficie de limitación del crecimiento y la altura en la que la presión dentro del fundido es igual que la del ambiente fuera del líquido.

Extraer con un ángulo respecto a la vertical produce una tendencia desestabilizadora - una tendencia a crecer en forma cóncava. Para el caso en que el ángulo de extracción pueda ser relacionado con la Distancia de Centros, por la Ecuación 11, esta tendencia desestabilizadora puede ser definida por analogía con la Ecuación 10, como:

112

\newpage

Sustituyendo las Ecuaciones 11 y 12 en la Ecuación 13, se obtiene:

113

Sin embargo, la propia mesa tiene una Tendencia de Recuperación como la resumida en la Tabla III. En el caso en que la Tendencia Desestabilizadora de la Ecuación 14 sea de igual magnitud que la Tendencia de Recuperación de la mesa, el resultado neto será que la cinta pueda crecer con un ángulo respecto al fundido y permanezca plana. Por tanto, una extracción involuntaria con un ángulo respecto al fundido no creará una cinta de forma cóncava.

La Figura 11 muestra una vista isométrica de un crisol mesa de grafito. La anchura del crisol mesa mostrado en la Figura 11 es de 20 mm. En funcionamiento, el silicio sobrellena este crisol hasta una altura típica de aproximadamente 1-2 mm por encima del plano definido por los bordes 1200. La pequeña depresión en la parte superior 1202 permite que el silicio permanezca mojado al borde, incluso cuando el nivel de silicio baja al nivel de los bordes 1200. Aunque una mesa de parte superior plana podría dejar de mojar cuando baja la altura de fundido, este crisol no dejará de mojar. Los cordones ascienden por los orificios 1204 de introducción de cordones y la cinta es extraída entre éstos. Los entrantes 1208 en forma de cuarto de círculo en la parte inferior del crisol aceptan calefactores, uno en cada lado del crisol. Espigas de soporte 1210 soportan el crisol.

Como se describió anteriormente, el crisol mesa tiene una superficie superior y bordes que definen un límite de la superficie superior del crisol mesa. El fundido se forma en la superficie superior del crisol mesa, y los bordes del fundido están retenidos por adhesión capilar a los bordes del crisol mesa. Después, la cinta cristalina es extraída desde el fundido. En varias realizaciones se implanta una semilla en el fundido, y la semilla es extraída desde el fundido entre un par de cordones situados a lo largo de los bordes de la cinta cristalina. El fundido se solidifica entre el par de cordones para formar la cinta cristalina. La cinta cristalina puede ser extraída continuamente desde el fundido.

El crisol mesa y todos los conceptos descritos en este documento se pueden aplicar al crecimiento concurrente de múltiples cintas desde un solo horno. En este caso, se aumenta la longitud del crisol, aunque se mantienen la anchura y la altura aproximadas. La Figura 12 muestra una vista isométrica de un crisol mesa de grafito adecuado para el crecimiento de múltiples cintas, por ejemplo, cuatro cintas, cada una de anchura de 81,3 mm con 38,1 mm entre cintas adyacentes. La mesa está definida por bordes 1304, y es de 20 mm de ancho y 650 mm de longitud. Las es quinas de la mesa 1314 están redondeadas para aumentar la durabilidad del crisol y reducir la posibilidad de que ocurra una fuga en una esquina aguda. Hay ocho orificios 1302 de introducción de cordones, dos para cada cinta. Los dos más a la izquierda están anotados en el dibujo isométrico - correspondientes a la cinta más a la izquierda. El crisol está soportado en el horno mediante espigas 1300. La Sección 1 muestra un corte transversal a través de la región entre cordones. Este mismo corte transversal se aplica a la mayoría de los crisoles. La Sección 2 muestra un corte transversal a través de uno de los ocho orificios usados para introducir cordones. El hueco 1306, que recorre toda la longitud de la mesa, tiene una profundidad de aproximadamente 1 mm, y ayuda a garantizar que el silicio no deja de mojar desde los bordes. Este hueco también proporciona una pequeña profundidad adicional de silicio líquido para recibir la materia prima de silicio granular durante la reposición. Obsérvese en la Sección 1 y la Sección 2, que el borde de la mesa no tiene que ser un "borde afilado" sino que, más bien, puede tener un pequeño plano 1318 (o zona plana) para mejorar su durabilidad, como es evidente en el "Detalle A", que es una ampliación de la esquina superior izquierda de la Sección 1. Típicamente, este plano podría ser de 0,25 mm de ancho. La reposición del fundido se consigue dejando caer material granular en el área general marcada como 1316 y, generalmente, el material será distribuido sobre una longitud de crisol de aproximadamente 100 mm de la manera descrita anteriormente. La reposición de fundido se puede efectuar en un extremo del crisol - como se contempla en la Figura 12. Alternativamente, la reposición de fundido se puede efectuar en el centro del crisol con dos o más cintas creciendo a cada lado. Además, la mesa no tiene que ser de una anchura uniforme a lo largo de toda su longitud, aunque una anchura uniforme presenta una economía de fabricación. En particular, la región en la que se efectúa la reposición de fundido puede ser de una anchura diferente, especialmente más ancha que la región donde crece la cinta. De esta manera, se facilitará la fundición de la materia prima sin disminuir la "Tendencia de Recuperación" del crisol mesa. Los entrantes 1310 son para acomodar calefactores. Grados de grafito adecuados para usar en el crecimiento de cintas de silicio incluyen el grado G530 obtenible de Tokai, y el grado R6650 obtenible de SGL Carbon. Se apreciará que con un crisol largo es particularmente importante que el crisol está nivelado de modo que el fundido esté uniformemente distribuido en toda la longitud, y no acumulado sustancialmente en un extremo. Típicamente, el crisol se nivela hasta que haya un desnivel de menos de 0,2 mm en toda su longitud.

La nueva carga de silicio es dejada caer continuamente en la región 1205. Típicamente, para reponer continuamente el fundido cuando crece la cinta, se usa granalla esférica ("BB" = Ball Bullet) de silicio hecha por lecho fluidizado usando la descomposición térmica de silano y proporcionado por MEMC Corp., aunque se pueden usar otras formas granulares de materia prima de silicio, como se conoce en la técnica. Para los granos de granalla esférica, los tamaños van desde aproximadamente 1 mm de diámetro hasta 4 mm de diámetro. La Figura 13 muestra una técnica para conseguir la reposición de fundido de un crisol mesa, que minimiza la perturbación mecánica (por ejemplo, salpicaduras) y térmica para el sistema. Un crisol mesa 1404 está retenido dentro de una cubierta metálica 1402 de horno (el crisol está retenido por espigas extremas, una de las cuales es evidente en la Figura 13; sin embargo, no se muestran los soportes que se acoplan a estas espigas). El aislante 1400 ayuda a mantener la temperatura del crisol. La materia prima de silicio granular será transportada al horno a través de un tubo 1406 horizontal o sustancialmente horizontal. El tubo puede estar hecho de cualquier material refractario; sin embargo, el tubo de cuarzo es una buena elección para el crecimiento de cristales de silicio ya que es químicamente compatible, económico y tiene buena resistencia a choques térmicos. Además, el módulo de elasticidad del cuarzo es razonablemente alto y esto es útil, como se explica más adelante. El tubo 1406 está fijado a la cubeta 1414 mediante la abrazadera 1426. El conjunto cubeta/tubo está soportado encima de un alimentador vibratorio 1416, tal como los conocidos en la técnica. El alimentador vibratorio se puede mover de izquierda a derecha (se asienta sobre una pista, no mostrada, y es movido por un motor, como es bien sabido en la técnica). La Figura 13a muestra el conjunto tubo/cubeta/vibrador en su posición más a la derecha - más alejado del horno. La Figura 13b muestra el conjunto tubo/cubeta/vibrador en su posición más a la izquierda - más metido en horno. La tolva 1410 se usa para contener la materia prima granular, que es dosificada por el dispositivo 1412. Métodos adecuados de dosificación se describen en las Patentes de EE.UU. Nos. 6.090.199 y 6.217.649. La envoltura 1418 sirve para aislar el contenido, del aire, y el volumen encerrado está en comunicación con el interior del horno por el orificio de 1402, a través del cual penetra el tubo 1406. Las Figuras 13a y 13b muestran el equipo sin el silicio presente, por motivos de claridad.

Las Figuras 13c y 13d ilustran el ciclo usado en la alimentación. Cuando el tubo es sacado del horno, se pone en marcha el vibrador y la materia prima de silicio es transportada por el tubo y cae sobre el fundido 1420 que está encima del crisol mesa. El tubo y la cubeta se mueven conjuntamente como una sola unidad, y el tubo debe ser lo bastante rígido y lo bastante ligero para forzar un movimiento como un cuerpo rígido, de modo que la vibración está bien definida (de aquí la ventaja de un alto módulo elasticidad). La relación de la rigidez al peso del tubo también puede ser aumentada aumentando su diámetro exterior, mientras se mantiene el mismo grosor de pared. Sin embargo, el tubo no se puede hacer tan largo que las pérdidas de calor en el tubo y fuera del horno sean demasiado grandes, o que la posición de los granos de granalla cuando caen esté demasiado mal definida para garantizar que se depositen sobre la mesa. Para una mesa de 20 mm de ancho, se ha encontrado que es adecuado un tubo de cuarzo de 14 mm de diámetro exterior y 1 mm de pared. La amplitud de la vibración se ajusta de modo que el tiempo de recorrido para un grano de granalla dentro del tubo sea del mismo orden que el tiempo requerido para completar un ciclo de entrada/salida, o no demasiado mayor que este tiempo. Con tal que este tiempo se mantenga bastante corto, el tubo actúa para transportar rápidamente la materia prima dosificada y se eviten retrocesos y taponamientos en el tubo. Al mismo tiempo, una amplitud de vibración demasiado elevada dará lugar al "esparcimiento" de granos de granalla fuera del extremo y, por tanto, a que no caigan necesariamente donde se pretende. La caída desde el tubo al fundido es pequeña, típicamente 10 mm. Esto ayuda a evitar salpicaduras y ondas en el silicio líquido. Esto también minimiza la probabilidad de que un grano de granalla rebote con otro grano de granalla presente en el fundido y caiga fuera de la mesa. La posibilidad de que granos de granalla caigan encima de otros se reduce aún más sacando el tubo durante la alimentación de modo que, para la mayor parte, los granos de granalla caigan sobre fundido despejado. Distribuir los granos de granalla por toda la longitud de la mesa también tiene la ventaja de distribuir el efecto refrigerante de los granos de granalla y reducir, de este modo, el sobrecalentamiento necesario en el crisol para fundir los granos de granalla. Obsérvese que los granos de granalla de silicio flotan sobre la superficie del fundido debido a la menor densidad del silicio sólido (comparada con el silicio líquido) y debido a efectos de la tensión superficial. Los granos de granalla pueden tender a estacionarse en el centro de la mesa o ir a los bordes, dependiendo de factores que incluyen la curvatura del fundido y la dirección del gradiente de temperatura a lo largo de la mesa.

En la Figura 13d, el conjunto tubo/cubeta/vibrador se vuelve a mover hacia el horno con el vibrador apagado y sin alimentación de silicio a fin de minimizar el número de colisiones de granos de granalla. Unos pocos granos de granalla que permanecen en el fundido son casi totalmente fundidos en esta etapa, y serán totalmente fundidos en el tiempo en que el tubo vuelve a su posición más a la derecha en la siguiente carrera de extracción. Típicamente, la carrera de alimentación/extración dura aproximadamente 5 segundos, la carrera de retorno aproximadamente 1 segundo, y el tiempo de recorrido de los granos de granalla en el tubo aproximadamente 10 segundos. El dispositivo dosificador y la tolva pueden ser fijos y no tienen que moverse con el conjunto tubo/cubeta/vibrador. En este caso, la cubeta debe ser lo bastante larga como para capturar los granos de granalla en todo el recorrido.

Se apreciará que se debe mantener adecuadamente el control de temperatura en toda la longitud del crisol para hacer crecer una cinta de grosor predecible y consistente. Esto se puede conseguir situando pequeños elementos calefactores "de ajuste" a lo largo del crisol, debajo del crisol. Tales métodos son bien conocidos en la técnica del diseño de hornos de alta temperatura. Otro método de mantener la temperatura a lo largo del crisol es proporcionar partes movibles del bloque de aislamiento, que rodeen el crisol, como se muestra en la Figura 14. El crisol mesa 1500 está dispuesto dentro de la cubierta 1504 del horno y retenido en su sitio mediante soportes no mostrados. Se muestra el bloque inferior de aislamiento 1506; sin embargo, se ha omitido todo el aislamiento encima del crisol por motivos de claridad. El tubo 1502 de alimentación de reposición se muestra como referencia. El bloque inferior de aislamiento 1506 tiene aberturas 1520. Se muestran tres elementos de aislamiento movibles, y estos elementos son accionados desde el exterior del horno mediante vástagos 1508, 1510 y 1512. Examinando el elemento movible más a la derecha, se ve una pieza de aislamiento 1514 en la parte superior de una placa 1516 unida al vástago de actuación 1512. La placa 1516 actúa para soportar el frágil aislamiento. El elemento movible más a la derecha está en suposición totalmente elevada, dando lugar a la mínima perdida de calor. El elemento central está totalmente bajo, dando lugar a la máxima perdida de calor. El elemento más a la izquierda está en la posición media, dando lugar a una condición de perdida de calor intermedia. Los vástagos pueden ser situados a mano o mediante un mecanismo de posicionamiento electro-mecánico, como se conoce en la técnica, permitiendo el último un control automático de posición.

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Como se describe en este documento, la invención se ha descrito en el contexto de Cintas con Cordones. Sin embargo, el crisol mesa se puede aplicar a otros métodos de hacer crecer cintas y láminas que incluyen, pero no están limitados a, crecimiento de película alimentada de bordes definidos (EFG = Edge-defined Film-fed Growth) de cintas cristalinas. Por ejemplo, se puede usar un crisol mesa en forma de un polígono cerrado para hacer crecer una cinta cristalina poligonal hueca.

Aunque la invención se ha descrito y mostrado particularmente con referencia a realizaciones ilustrativas específicas, se pueden efectuar varios cambios en formas y detalles sin apartarse del ámbito de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (22)

1. Un método para formar una cinta cristalina, comprendiendo el método:

proporcionar un crisol mesa que tiene una superficie superior y bordes que definen un límite de la superficie superior del crisol mesa;

formar un fundido de un material fuente en la superficie superior del crisol mesa, siendo retenidos los bordes del fundido por adhesión capilar a los bordes del crisol mesa; y

extraer una cinta cristalina desde el fundido.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de extracción comprende:

implantar una semilla en el fundido;

extraer la semilla desde el fundido entre un par de cordones situados a lo largo de los bordes de la cinta cristalina, solidificando, por ello, el fundido entre el par de cordones para formar la cinta cristalina; y

extraer continuamente la cinta cristalina desde el fundido.

3. El método de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que por lo menos una parte de un perfil límite del fundido es cóncava hacia abajo antes de la etapa de extracción.

4. El método de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que por lo menos una parte de un perfil límite del fundido es cóncava hacia abajo fuera de la región de la cinta cristalina.

5. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que la extracción de la cinta cristalina desde el fundido forma un punto de inflexión en una sección transversal del perfil límite del fundido.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el punto de inflexión en, por lo menos, una parte de la sección transversal del perfil límite del fundido, predispone a la cinta cristalina a crecer sustancialmente plana.

7. El método de cualquier reivindicación precedente que comprende, además, formar una parte sustancial del fundido encima de los bordes del crisol mesa.

8. El método de cualquier reivindicación precedente que comprende, además, formar más de una cinta cristalina.

9. El método de cualquier reivindicación precedente que comprende, además, reponer el material fuente sobre la superficie superior del crisol mesa, para el crecimiento continuo de la cinta cristalina.

10. El método de cualquier reivindicación precedente que comprende, además, controlar la temperatura del crisol mesa mientras se forma la cinta cristalina.

11. Un aparato para formar una cinta cristalina, comprendiendo el aparato un crisol mesa que tiene bordes que definen un límite de una superficie superior del crisol mesa, reteniendo el crisol mesa los bordes de un fundido por adhesión capilar a los bordes del crisol mesa.

12. El aparato de la reivindicación 11 que comprende, además, un par de cordones situados a lo largo de los bordes de la cinta cristalina, definiendo el par de cordones una región dentro de la cual se forma una cinta cristalina.

13. El aparato de la reivindicación 12 que comprende, además, más de un par de cordones situados a lo largo de los bordes de más de una cinta cristalina, definiendo cada par de cordones una región dentro de la cual, una semilla dispuesta en el fundido es extraída para formar una cinta cristalina.

14. El aparato de las reivindicaciones 11, 12 ó 13, en el que una parte de un perfil límite del fundido es cóncava hacia abajo antes de formar una cinta cristalina.

15. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que una parte de un perfil límite del fundido es cóncava hacia abajo fuera de la región de una cinta cristalina.

16. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que la extracción de una cinta cristalina desde el fundido forma un punto de inflexión en una sección transversal del perfil límite del fundido.

17. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que una parte sustancial del fundido está encima de los bordes del crisol mesa.

18. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, en el que el crisol mesa comprende grafito.

19. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, en el que los bordes del crisol mesa definen una superficie superior ahuecada del crisol mesa.

20. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19. en el que la anchura del crisol mesa está entre alrededor de 15 mm y alrededor de 30 mm.

21. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20 que comprende, además, medios para reponer el fundido sobre la superficie superior del crisol mesa, para el crecimiento continuo de la cinta cristalina.

22. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 21 que comprende, además, medios para controlar la temperatura del crisol mesa mientras se forma una cinta cristalina.