FR2547319A1 - Procede et appareil de fabrication de couches monocristallines et macrocristallines, notamment pour cellules photovoltaiques - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DE COUCHES MACROCRISTALLINES OU MONOCRISTALLINES. LE PROCEDE COMPREND L'IRRADIATION D'UNE COUCHE POLYCRISTALLINE PAR BALAYAGE D'UNE LIGNE DE FOCALISATION LE LONG DE LAQUELLE LA DENSITE D'ENERGIE EST CONSTANTE. LA MATIERE FOND DANS TOUTE SON EPAISSEUR, SANS CEPENDANT SE VAPORISER EN SURFACE. ELLE RECRISTALLISE EN FORMANT DES MACROCRISTAUX OU, EN PRESENCE D'UN GERME, UN MONOCRISTAL. APPLICATION AUX CELLULES PHOTOVOLTAIQUES.

Description

Procédé et appareil de fabrication de couches monocristallines et

macrocristallines, notamment pour cellules photovoltalgques La présente invention concerne la fabrication de couches monocristallines et macrocristallines Plus précisément, elle concerne la fabrication de couches monocristallines minces, par exemple de silicium, sur un substrat qui peut être isolant ou conducteur et qui peut porter ou non un revêtement réfléchissant ou non Elle con10 cerne aussi un appareil destiné à la fabrication de telles couches Elle concerne aussi des dispositifs comportant de telles couches monocristallines ou macrocristallines minces sur des substrats, et notamment des dispositifs ayant une couche monocristalline ou macrocristalline 15 de silicium Elle concerne aussi des circuits intégrés

et des cellules photovoltaïques préparés à partir de tels dispositifs à semi-conducteur comprenant une couche monocristalline ou macrocristalline.

Dans le présent mémoire, le terme "monocristallin" 20 s'applique à une matière ayant des grains dont la dimension est supérieure à quelques centimètres, le terme "macrocristallin" s'applique à une matière dont la dimension des

grains est au moins égale à 100 microns, et le terme "polycristallin" s'applique à une matière dont la dimension 25 des grains est au plus égale à quelques microns.

La description qui suit concerne la fabrication

de couches monocristallines ou macrocristallines de silicium à partir de couches minces de silicium amorphe ou polycristallin On choisit cet exemple du fait de sa grande 30 importance technologique, car de telles couches monocristalli 9 es ou macrocristallines permettent la fabrication de circuits intégrés et de cellules photovoltaiques Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette seule application et elle convient de façon générale à toutes les matières qui peuvent se trouver à l'état monocristallin ou macrocristallin, et surtout aux matières

dont on connaît déjà la fabrication à l'état monocristal-

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lin, par exemple par des procédés de tirage.

Le brevet français n 2 130 662 décrit un procédé de fabrication de couches minces cristallines très homogènes et très pures Selon ce procédé, une couche amor5 phe, monocristalline ou polycristalline de pureté chimique médiocre est balayée zone par zone par un faisceau de grande énergie, par exemple un faisceau laser, afin qu'elle fonde puis recristallise Le faisceau de balayage peut avoir une section en ruban Le balayage est lent ( 1 à 5 cm/h) afin que les impuretés migrent et permettent l'amélioration

de la pureté.

La demande publiée du brevet allemand n 2 723 915 décrit un procédé analogue de purification dans lequel

un faisceau laser assure un balayage avec une vitesse de 15 déplacement comprise entre 0,36 cm/h et 1,2 cm/min.

Une autre invention concerne un procédé et un appareil de polissage électromagnétique, destines au traitement de la surface de matières solides Selon ce procédé, un rayonnement de grande énergie, par exemple 20 le rayonnement d'un laser à C 02, est projeté à la surface non uniforme d'une matière solide de manière que la surface passe à l'état fluide mais n'atteigne pas cependant sa température de vaporisation De cette manière, les forces de tension superficielle de la matière fondue suppriment 25 les irrégularités de la surface Ce procédé s'applique au traitement de pièces massives et non de couches minces

portées par un substrat Ce brevet ne suggère pas non plus l'application de ce traitement à des matières semi-conductrices.

La demande de brevet français n 2 432 768 décrit un procédé de fabrication de circuits intégrés dans lequel un dessin d'interconnexion formé d'une matière c 6nductrice, par exemple de silicium polycristallin, est traité par exposition à des radiations d'un laser ou d'un faisceau 35 d'électrons dont la puissance suffit à la fusion de la matière conductrice (silicium polycristallin) pendant une période suffisamment courte pour que la matière conductrice ne s'écoule pas de façon importante Ce brevet décrit l'application du rayonnement d'un laser hélium-néon à la fusion d'interconnexions de silicium polycristallin sous forme de couches de 0,5 micron d'épaisseur Le brevet ne décrit aucunement le balayage du dessin d'interconnexion mais

simplement son irradiation totale par une impulsion laser.

Le procédé est destiné à provoquer la disparition des aspérités des couches de silicium polycristallin.

L'invention assure le traitement de couches de 10 grande surface par une ligne d'énergie focalisée Pour que le traitement selon l'invention soit homogène, il est souhaitable que la densité d'énergie de la ligne de focalisation soit constante sur la longueur de la ligne La formation d'une telle iigne est décrite dans la demande de 15 brevet français n 82 10 286 déposée le 11 juin 1982 par

R GLEIZES.

Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication de couches monocristallines ou macrocristallines à partir d'une couche initiale d'une matière à un 20 état polycristallin ou amorphe, caractérisé en ce qu'il comprend: la formation de la couche initiale sur un substrat ayant une conductibilité thermique déterminée, si bien que, lorsque la couche est plus chaude que le substrat, 25 elle présente des pertes par conduction vers celui-ci, à l'interface couche-substrat, l'irradiation, par la surface externe de la couche qui est opposée à l'interface, de la matière de la couche qui est comprise dans une petite région allongée 30 dans une direction de la surface externe de la couche, avec une quantité d'énergie d'irradiation suffisante pour que la matière de la couche fonde au moins dans une partie de son épaisseur, et le déplacement progressif de la petite région 35 allongée le long de la couche, en direction autre que la direction d'allongement de cette petite région, afin que la matière dont ladite région s'éloigne se solidifie, -4 l'intensité d'irradiation de la petite région allongée qui est déplacée progressivement étant suffisamment grande pour que la matière de la couche soit irradiée pendant un temps suffisamment court pour que les pertes 5 de chaleur de la couche par conduction vers le substrat soient au plus du même ordre de grandeur que la quantité d'énergie d'irradiation effectivement absorbée par ladite

région allongée.

Il est avantageux que la vitesse de déplacement 10 de la région allongée soit suffisamment grande pour que la température de la matière qui se trouve à la face externe de la couche reste inférieure à la température de vaporisation de la matière de la couche Il est en outre avantageux que la longueur d'onde et la densité d'énergie 15 d'irradiation d'une part et la vitesse de déplacement de la région allongée d'autre part soient telles que la matière

de la couche qui est la plus proche du substrat fonde.

Le déplacement de la petite région allongée s'effectue avantageusement en direction sensiblement transver20 sale.

L'irradiation est avantageusement assurée par un rayonnement choisi dans le groupe qui comprend la lumière non cohérente focalisée suivant une ligne, la lumière

cohérente focalisée suivant une ligne, et un faisceau 25 d'électrons focalisé suivant une ligne.

Il est avantageux que la couche soit formée sur un revêtement réfléchissant porté par le substrat, si bien que la fusion de la petite région allongée de la couche est assurée par l'absorption du rayonnement Projeté à la sur30 face externe de la couche, la matière superficielle ayant tendance à fondre la première car elle est la plus chaude, mais aussi par l'absorption des rayons infrarouges renvoyés par le revêtement porté par le substrat, le revêtement réfléchissant

étant formé d'une matière qui est soit solide, soit fondue 35 à la température de fusion de la matière de la couche.

Il est avantageux que la formation de la couche initiale de matière sur le substrat comprenne la formation d'une couche d'une poudre sur le substrat, la formation d'une couche continue par projection au chalumeau à plasma, ou la projection d'une couche continue par un procédé de

dépôt chimique en phase vapeur, de pulvérisation ou d'éva5 poration sous vide.

Le procédé comprend en outre avantageusement, avant la fusion de la couche, la mise en contact d'une partie de la couche avec un germe monocristallin de la matière de la couche ou d'une matière dont le réseau cris10 tallin est identique ou presque identique à celui de la matière de la couche lorsqu'elle est à l'état monocristallin, le déplacement progressif de la petite région allongée

commençant à partir de l'emplacement du germe.

L'invention concerne aussi un appareil de fabri15 cation de couches monocristallines ou macrocristallines par mise en oeuvre du procédé précité, comprenant un dispositif de formation d'une couche de poudre sur un substrat, un appareil d'irradiation destiné à former une ligne à densité constante d'énergie, et un dispositif de déplacement 20 relatif de la couche de poudre et du faisceau d'énergie

de l'appareil d'irradiation.

L'invention concerne aussi des dispositifs à semi-conducteur, notamment des cellules photovoltaiques

et des circuits intégrés, réalisés par mise en oeuvre du 25 procédé précité ou de l'appareil précité.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée qui va

suivre Celle-ci ne donne pas de détail sur l'appareil d'irradiation utilisé pour la formation de la ligne de focalisa30 tion En effet, cet appareil fait l'objet de la demande précitée de brevet français n 82 10 286 dont les enseignements sont incorporés au présent mémoire Cet appareil comporte essentiellement un miroir dont la surface n'est pas de révolution et qui permet la répartition constante de l'énergie d'un fais35 ceau laser le long d'une ligne de focalisation d'un miroir cylindrique. Les couches monocristallines ou macrocristallines minces fabriquées selon l'invention sont utiles dans diverses applications et notamment pour la fabrication des cellules photovoltalques etdes circuits intégrés On sait que les circuits intégrés et certaines cellules photovoltaiques sont formés de silicium monocristallin découpé dans des barreaux de silicium, sous forme de plaquettes dont l'épaisseur est de l'ordre de plusieurs dixièmes de millimètres Cependant, la région utile de ces plaquettes se limite à un micron ou quelques microns à partir d'une face, les diffusions

d'impuretés étant par exemple réalisées sur une profondeur 10 de quelques milliers d'angstrôms seulement.

L'invention se rapporte à des couches minces, c'est-à-dire dont l'épaisseur est de quelques microns, par exemple de 1 à 100 microns Bien entendu, dans certaines conditions, l'épaisseur peut être plus grande ou plus faible. 15 Les couches dont l'épaisseur dépasse 100 microns ne présentent pas d'avantages particuliers selon l'invention car,

plus elles sont épaisses, plus elles nécessitent une quantité importante d'énergie pour leur traitement selon l'invention.

Le silicium est une matière peu coûteuse et très abondante, mais les traitements de purification sont extrêmement onéreux si bien que toute réduction de la quantité

de silicium utilisée est avantageuse.

Les couches de silicium amorphe ou polycristallin 25 formées sur un substrat avant traitement selon l'invention, c'est-à-dire avant transformation à un état monocristallin

ou macrocristallin, peuvent être préparées par tout procédé.

Les hommes du métier connaissent bien tous ces procédés et on ne les décrit pas en détail On peut simplement citer 30 le dépôt chimique en phase vapeur, l'évaporation sous vide, différents types de pulvérisation par exemple par faisceau d'ions, dans un plasma ou à l'aide d'un magnétron, l'application d'une mince couche de poudre sur un substrat, et la formation d'une couche par projection de silicium au 35 chalumeau à plasma Toutes ces techniques permettent un réglage de l'épaisseur et de la qualité des couches Il est important de noter que ces procédés permettent aussi le dépôt simultané d'impuretés,par exemple de phosphore ou de bore, afin que le silicium soit du type voulu de

conductivité N ou p et possède la résistivité voulue.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'in5 vention, la couche de matière à un état polycristallin ou amorphe est une couche de poudre fluide, formée par tout procédé convenant à la nature et à la granulométrie de la poudre, par exemple par dépôt par raclage ou application par un ruban transfert Il peut aussi s'agir d'une poudre 10 formée par dépôt électrostatique, lorsque les propriétés de la matière le permettent On sait en effet que certains procédés de dépôt nécessitent l'utilisation d'une poudre

conductrice et d'autres l'utilisation d'une poudre isolante.

On sait aussi que certains procédés nécessitent l'utilisa15 tion d'un substrat conducteur et d'autres d'un substrat isolant Tous les procédés connus pour la formation d'une couche de poudre peuvent donc être utilisés dans la mesure o ils correspondent aux propriétés de la poudre de la

matière qui doit être appliquée et aux propriétés du sub20 strat utilisé On ne décrit pas plus en détail les caractéristiques générales de ces procédés étant donné que tous ces procédés sont mis en oeuvre d'une manière classique.

La couche de poudre peut aussi être simplement formée par sédimentation, c'est-à-dire par mise en suspen25 sion de la poudre dans un véhicule liquide, par sédimentation de la poudre sur le substrat, puis par séparation du substrat portant une couche de poudre et du véhicule liquide Cette séparation peut être par exemple réalisée

par évaporation du véhicule liquide.

L'utilisation d'une couche de poudre présente un avantage par rapport aux couches déposées par d'autres procédés En effet, étant donné que la poudre n'a pratiquement aucune action sur le substrat avant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le substrat peut être préala35 blement muni d'un dépôt très mince utile pour la formation d'un contact redresseur ou pour la migration, dans une opération ultérieure, d'une impureté à la face arrière

de la couche.

Parmi les procédés précités, l'un des plus

utiles selon l'invention est la projection au chalumeau à plasma d'une poudre de silicium convenablement dopée.

Ce procédé est avantageux car il permet la réalisation rapide et peu coûteuse de couches solides ayant une pureté convenant très bien à la réalisation de cellules photovoltaiques sur des substrats presque quelconques, notamment

sur des substrats étamés.

Le substrat pose différents problèmes selon que 10 le traitement selon l'invention est assuré par absorption du rayonnement par la surface externe seulement, ou avec

récupération d'énergie par réflexion.

Dans le premier cas, le rayonnement est projeté à la surface de la couche Comme le rayonnement subit des 15 pertes par réflexion à la surface, évaluées au quart de l'énergie incidente dans le cas du silicium, seuls les trois quarts de l'énergie sont transmis à la matière Cependant, lorsque toute la couche doit fondre, il faut que la partie la plus proche du substrat fonde, c'est-à-dire reçoive suffisamment d'énergie pour atteindre la température de fusion puis pour passer à l'état fondu (chaleur latente de fusion), sans que la matière la plus proche de la surface externe dépasse la température de vaporisation Finalement, dans le cas du silicium, le quart environ de l'énergie incidente est utilisé pour la fusion de la couche Le reste est perdu par réflexion à la surface ou par absorption

dans le substrat.

Dans le second cas, c'est-à-dire lorsque les pertes vers le substrat sont réduites par réflexion partielle à l'in30 terface couche-substrat 7 la condition précédente (partie

la plus proche du substrat passant à l'état fondu et température de surface inférieure à la température de vaporisation) permet une utilisation d'une proportion nettement plus élevée du rayonnement incident du faisceau laser.

Ce second procédé présente donc des avantages par rapport

au premier.

Le raisonnement précédent suppose que l'absorrption -9 du rayonnement et donc l'élévation concomitante de température de la couche mince, sont suffisamment rapides pour que le gradient de température dans la couche soit très élevé Le gradient élevé nécessite une densité élevée d'énergie Selon une caractéristique importante de l'invention, la fusion de la petite région de la couche mince qui est déplacée progressivement est effectuée en un temps suffisamment court pour que les pertes d'énergie par conduction soient, sinon négligeables, tout au moins du même 10 ordre de grandeur seulement que la chaleur effectivement absorbée (Dans le présent mémoire, l'expression "du même ordre de grandeur" indique que ces pertes de chaleur par conduction pendant-l'irradiation ne doivent pas dépasser 20 fois environ l'énergie effectivement nécessaire à la

fusion de la couche en l'absence de pertes par conduction).

Lorsque le substrat est très conducteur de la chaleur, les pertes par conduction peuvent être trop importantes pour que le procédé selon l'invention puisse être mis en oeuvre avec des densités d'énergie pouvant être 20 obtenues facilement En conséquence, il est souhaitable que le substrat, au moins dans sa partie qui est au contact

du silicium, ne soit pas très conducteur de la chaleur.

Cette disposition peut être obtenue de plusieurs manières.

D'abord, le substrat peut être relativement isolant (verre 25 de silice, alumine et autres céramiques) Lorsque le substrat porte un revêtement réfléchissant,celui-ci peut avoir une faible épaisseur de manière que sa capacité calorifique soit très faible et que le substrat isolant placé audessous constitue une barrière protectrice suffisante Enfin, le 30 revêtement réfléchissant peut lui-même être relativement peu conducteur Les meilleures matières qui sont solides à la température de fusion du silicium et qui sont utiles à cet effet sont le chrome et le titane Cependant, dans une variante très avantageuse, la matière réfléchissante est constituée par une couche d'un métal à faible température de fusion Ce métal peut être le plomb ou l'étain

ou avantageusement un alliage plomb-étain, pouvant éven-

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tuellement contenir d'autres métaux d'alliage L'avantage d'une telle matière métallique à faible température de fusion est qu'elle passe rapidement à l'état fondu et possède alors une conductivfté thermique bien plus faible que celle du métal solide En conséquence, cette matière métallique fondue joue d'une certaine manière le rôle d'une couche d'isolation thermique Le temps de fusion peut être

suffisamment faible pour que le dopage de Si soit négligeable.

Bien entendu, le traitement est facilité lorsque le substrat ou le revêtement qu'il porte a une faible conductivité thermique, car le temps pendant lequel chaque partie

de la couche reste fondue peut être prolongé si bien que la densité d'énergie du rayonnement utilisé peut être réduite.

Des exemples de substrats utiles selon l'invention sont les substrats isolants, tels que les céramiques et certains verres, les substrats isolants revêtus d'une couche conductrice (Sn O 2,), les substrats isolants revêtus d'une très mince couche d'un métal solide 20 à la température de fusion du silicium (chrome, titane, etc), les substrats métalliques, bons conducteurs ou non de la chaleur, revêtus d'une couche relativement épaisse (quelques microns par exemple) d'un métal ou alliage à faible température de fusion (plomb, étain,), et les 25 substrats métalliques sans revêtement lorsqu'ils ont une faible température de fusion et forment une mince couche superficielle seulement qui passe à l'état fondu lors du

traitement selon l'invention.

Bien entendu, les conditions d'irradiation doivent 30 être adaptées au couple substrat-couche, car des conditions inadaptées peuvent provoquer une séparation de la couche

et du substrat ou la fissuration de la couche traitée.

L'absorption du rayonnement par la matière de la couche est essentielle Non seulement le rayonnement 35 doit avoir une densité d'énergie suffisante mais il faut encore que sa longueur d'onde soit telle que le coefficient d'absorption de la matière à cette longueur d'onde soit convenable Dans le cas du silicium et compte tenu 1 1 des densités d'énergie relativement importantes qui doivent être utilisées, les sources de rayonnement les plus avantageuses (du fait de leur puissance) sont les lasers moléculaires à anhydride carbonique CO 2 Ceux-ci fonction5 nent normalement avec leur plus grande puissance à une longueur d'onde de 10,6 microns Comme il s'agit de lasers pouvant fonctionner de façon continue et dont l'énergie fournie est bon marché, en comparaison de l'énergie fournie par les autres lasers, la longueur d'onde utilisée est de préférence celle de ce laser, soit 10,6 microns Cependant, d'autres rayonnements peuvent être utilisés, du moment qu'ils permettent la satisfaction des critères indiqués précédemment. Le coefficient d'absorption et l'épaisseur de 15 la couche mince sont choisis avantageusement de manière que la quantité d'énergie qui peut être utilisée pour la fusion soit optimale Dans le cas du silicium et des autres semi-conducteurs en général, on dispose d'une grande latitude de réglage du coefficient d'absorption, car celui20 ci varie beaucoup avec la résistivité (une multiplication par 10 de la résistivité correspond à une multiplication

par 50 ou 100 du coefficient d'absorption) Il existe donc une relation entre le coefficient d'absorption et l'épaisseur de la couche qui indique des conditions optimales.

Plus le coefficient d'absorption est élevé et plus l'épaisseur optimale est faible Le coefficient d'absorption varil beaucoup avec la température de la couche et, dans une

certaine mesure, avec la nature de l'impureté de dopage.

Dans les exemples, on a indiqué la nature de l'impureté etsa 30 concentration approximative, ainsi que la résistivité

mesurée à température ambiante.

Malgré les températures élevées du silicium pendant le traitement (température supérieure à la température de fusion, la matière étant liquide), et le fait que, dans 35 certains modes de réalisation, la partie du substrat ou du revêtement qui est au contact du silicium est fondue, les phénomènes de diffusion sont pratiquement inexistants car le silicium n'est fondu que pendant un temps très court (quelques dizaines ou centaines de microsecondes à au maximum 10 ou 20 millisecondes) De même, il apparaît que les impuretés qui sont initialement réparties uniformément dans la masse du silicium -restent uniformément répartiesdans toute la masse du silicium Cette caractéristique est importante car elle facilite la sélection de la pureté de la matière initiale.

Comme l'indique la description qui précède, le 10 traitement nécessite le balayage de la couche polycristalline ou amorphe par un faisceau de très forte intensité.

Il faut d'abord noter que le balayage ne peut pas être assuré par un faisceau focalisé ponctuellement, car le traitement n'est pas uniforme dans ces conditions Il est 15 donc nécessaire que le rayonnement forme un faisceau focalisé suivant une ligne le long de laquelle la densité d'éne, gie est sensiblement constante, et que cette ligne balaie régulièrement la surface de la couche mince Compte tenu des'paramètres indiqués précédemment, dans le cas du trai20 tement du silicium, il faut que la ligne de focalisation formée ait une densité d'énergie au moins de l'ordre de 100 W/cm et de préférence d'au moins 500 W/cm, pour une largeur de la ligne de focalisation, à l'emplacement du balayage de la couche mince, de l'ordre de 0,3 mm La de25 mande précitée de brevet français n 80 10 286 décrit un appareil d'irradiation permettant la formation d'une teli ligne. Il faut aussi noter que, de manière connue, lorsqu'on balaie une matière polycristalline par un faisceau 30 d'énergie sans utiliser de germe cristallin, les grains de la matière polycristalline jouent le rôle de germes et provoquent une croissance progressive des grains si bien que, après un déplacement relativement court, la mi tière devient soit monocristalline, soit macrocristalline 35 (c'est-à-dire qu'elle ne comporte qu'un très petit nombre de monocristaux) , son comportement dans les cellules photovoltaiques étant alors pratiquement identique à celui d'une

matière monocristalline.

Ce phénomène montre qu'il n'est pas indispensable que la région fondue sépare totalement la matière monocristalline qui vient d'être formée de la matière polycristalline qui va être fondue lors du déplacement de la petite 5 région allongée En conséquence, il n'est pas nécessaire que la matière de la couche soit fondue dans toute son épaisseur.

Avant la description d'exemples particuliers

de mise en oeuvre de l'invention, on considère un mode de réalisation particulier qui peut présenter un intérêt pratique considérable On a noté qu'il était très avantageux qu'une couche réfléchissante soit disposée entre le substrat et le silicium Le chrome et le titane sont des métaux très avantageux à cet effet Cependant, lorsqu'il sont 15 en couches relativement épaisses (quelques microns), il présentent l'inconvénient d'être bons conducteurs de la chaleur et en conséquence de provoquer des pertes thermiques importantes Selon l'invention, les substrats portant le silicium peuvent être préchauffés à une température rela20 tivement élevée Par exemple, lorsque les dispositifs formés doivent être utilisés ensuite au cours d'une diffusion, par exemple pour la fabrication de cellules photovoltalques, le traitement selon l'invention peut être réalisé juste avant l'étape de diffusion De cette manière, compte tenu de la température élevée du substrat, les pertes de chaleur par conduction sont considérablement réduites Ce mode de réalisation permet l'utilisation de substrats et de revêtements relativement conducteurs L'exemple 3 qui suit

correspond à un exemple de préchauffage.

On considère maintenant plus en détail des exemples particuliers de mise en oeuvre de l'invention L'appareil utilisé comporte un laser à CO 2 de 3 k W dont le faisceau a son énergie répartie afin qu'il forme une ligne de focalisation de 7 mm de longueur et 0,25 mm de largeur, la 35 densité d'énergie le long de cette ligqne étant uniforme

et d'environ 3100 W/cm.

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EXEMPLE 1

On prépare, sur un substrat de silice fondue, une couche d'environ 30 microns d'épaisseur de silicium de type N dopé par des atomes de phosphore La concentra5 tion de ceux-ci est d'environ 1018 atome/cm 3 Cette concentration présente une certaine marge d'erreur, compte tenu des variations possibles au cours de l'opération de dépôt

chimique en phase vapeur utilisée pour sa préparation.

La résistivité de la couche obtenue, à température ambiante, 10 est évaluée à 0,02 P cm.

On fait défiler successivement plusieurs substrat avec des vitesses différentes On constate qu'un substrat défilant à une vitesse d'environ 13 cm/s porte une couche

qui est macrocristalline.

EXEMPLE 2

On utilise cette fois un substrat d'acier revêtu de 20 microns d'étain pratiquement pur Le silicium est

déposé au chalumeau à plasma. La couche de silicium a encore une épaisseur d'environ 40 microns Le

silicium est de type p dopé par 2.1018 atome/cm 3 de bore environ La résistivité est évaluée

à 0,05 2 cm environ.

On constate que, lorsque le substrat défile avec

une vitesse de 25 cm/s, on obtient une couche de silicium 25 macrocristallin.

EXEMPLE 3

On utilise cette fois un substrat d'acier revêtu

de titane Le revêtement de titane a une épaisseur de l'ordre de 8 à 10 microns.

On place le substrat sur le fond d'un récipient

à fond plat et on verse dans le récipient une suspension d'une fine poudre de silicium dans de l'éther éthylique.

Tous les grains de la poudre de silicium ont une dimension inférieure à 0, 4 micron On place le récipient sous une hotte aspirante et l'éther éthylique s'évapore en quelques dizaines de minutes Le substrat porte alors une couche

régulière de poudre de silicium dont l'épaisseur est d'en-

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viron 100 microns Cette épaisseur peut être modifiée par variation de la concentration en silicium de la suspension

et de la quantité de suspension versée dans le récipient.

Après le traitement, l'épaisseur de la couche est de l'or5 dre de 40 microns Le silicium est de type n, dopé par environ 5 10 8 atome/cm 3 de phosphore Sa résistivité est

évaluée à 0,01 P cm.

L'appareil utilisé comporte-en outre un four de préchauffage placé à proximité de la zone de traitement 10 par la ligne de focalisation du laser On préchauffe ainsi le substrat à 1250 C environ, afin de simuler les conditions de diffusion d'une impureté destinée à la formation de jonctions à proximité de la surface On fait alors passer le substrat à grande vitesse au niveau de la ligne de foca15 lisation On note que, à une vitesse de 30 cm/s, la couche

obtenue est macrocristalline.

D'autres essais montrent que, lors de l'utilisation d'un germe cristallin, on peut obtenir des couches monocristallines Les couches obtenues peuvent subir des 20 opérations classiques de diffusion puis de métallisation, permettant la fabrication de cellules photovoltalques,

le revêtement métallique éventuellement porté par le substrat constituant avantageusement l'une des électrodes.

Dans les exemples qui précèdent, les substrats utilisés ont des largeurs relativement faibles, de l'ordre de quelques centimètres Cependant, leur longueur n'est pas limitée Ainsi, les exemples 2 et 3 montrant qu'on peut utiliser un substrat d'acier, celui-ci peut être formé

d'une bande continue sur laquelle la couche de silicium 30 est déposée de façon continue.

On a indiqué dans les exemples qui précèdent que la largeur de la couche traitée était de 7 mm Cependant, d'autres largeurs peuvent être utilisées Par exemple, un laser de 10 k W permet le traitement d'une couche

de plus de 100 mm de largeur sur un substrat d'acier étamé.

Si la largeur traitée en un seul passage est insuffisante, on peut traiter des zones parallèles de la couche en-plusicurs passages. Bien qu'on ait décrit la mise en oeuvre de l'invention à l'aide d'un faisceau d'un laser à C 02, d'autres lasers peuvent être utilisés En outre, la ligne d'irradiation peut être formée par des électrons On ne décrit pas ce mode de réalisation, car cette technique, qui nécessite

un travail sous vide, est bien connue des hommes du métier.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1 Procédé de fabrication deune couche monocristalline ou macrocristalline à partir d'une couche initiale d'une matière à un état polycristallin ou amorphe, caracté5 risé en ce qu'il comprend: la formation de la couche initiale sur un substrat ayant une conductibilité thermique déterminée si bien que lorsque la couche est plus chaude que le substrat, elle présente des pertes par conduction vers celui-ci à l'inter10 face couche-substrat, l'irradiation, par la surface externe de la couche qui est opposée à l'interface, de la matière de la couche qui est comprise dans une petite région allongée dans une direction de la surface externe de la couche, avec une quantité d'énergie d'irradiation suffisante pour que la matière de la couche fonde dans au moins une partie de son épaisseur, et le déplacement progressif de la petite région allongée le long de la couche, en direction autre que la 20 direction d'allongement de cette petite région, afin que la matière dont ladite région s'éloigne, se solidifie, l'intensité d'irradiation de la petite région allongée qui est déplacée progressivement étant suffisamment grande pour que la matière de la couche soit irradiée 25 pendant un temps suffisamment court pour que les pertes de chaleur de la couche par conduction vers le substrat soient au plus du même ordre de grandeur que la quantité d'énergie d'irradiation effectivement absorbée par ladite

région allongée.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement de ladite région allongée est suffisamment grande pour que la température de la matière qui se trouve à la face externe de la couche

reste inférieure à la température de vaporisation de la 35 matière de la couche.

3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé

en ce que la longueur d'onde et la densité d'énergie d'ir-

radiation et la vitesse de déplacement de ladite région

sont telles que la matière la plus proche du substrat fond.

4 Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 3, caractérisé en ce'que le déplacement de la petite région allongée s'effectue en direction sensiblement transversale

Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que l'irradiation est assurée par un rayonnement choisi dans le groupe qui comprend 10 la lumière non cohérente focalisée suivant une ligne, la

lumière cohérente focalisée suivant une ligne, et un faisceau d'électrons focalisé suivant une ligne.

6 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la couche est formée 15 sur un revêtement réfléchissant porté par le substrat, si bien que la fusion de la petite région allongée de la couche est assurée par l'absorption du rayonnement d'abord lorsqu'il est projeté à la surface externe de la couche et à distance du revêtement porté par le substrat, et par absorptior 20 des rayons infrarouges renvoyés par le revêtement réfléchissant porté par le substrat, ce revêtement réfléchissant étant formé d'une matière qui est soit solide, soit fondue

à la température de fusion de la matière de la couche.

7 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la formation de la couche initiale de matière sur un substrat comprend la formation d'une couche d'une poudre sur le substrat, la formation d'une couche continue par projection au chalumeau à plasma, ou la formation d'une couche continue par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur, de pulvérisation

ou d'évaporation sous vide.

8 Procédé selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant la fusion de la couche, la mise en contact d'une 35 partie de la couche avec un germe monocristallin de la matière de la couche ou d'une matière dont le réseau cristallin est identique ou presque identique à celui de la

matière de la couche lorsqu'elle est à l'état monocristallin, le déplacement de la petite région allongée commençant à partir de l'emplacement du germe.

9 Appareil de fabrication de couches monocristal5 lines ou macrocristallines par mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif de formation d'une couche de poudre sur un substrat, un appareil d'irradiation destiné à former une ligne à densité constante d'énergie, et un dispositif de déplacement relatif de la couche

de poudre et de la ligne ou plage de l'appareil d'irradiation.

10 Dispositif à semi-conducteur, tel qu'une cellule photovoltaique, caractérisé en ce qu'il est réalisé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des

revendications 1 à 8.