RU2258772C1 - Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric - Google Patents
Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258772C1 RU2258772C1 RU2004115191/15A RU2004115191A RU2258772C1 RU 2258772 C1 RU2258772 C1 RU 2258772C1 RU 2004115191/15 A RU2004115191/15 A RU 2004115191/15A RU 2004115191 A RU2004115191 A RU 2004115191A RU 2258772 C1 RU2258772 C1 RU 2258772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crucible
- silicon
- growing
- melt
- carbonic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей).The invention relates to the field of growing polycrystalline silicon layers from a melt and may find application in the production of solar cells (photoconverters).
Известно устройство, содержащее тигель, нагреватель, вытягивающий механизм и приспособление для поддержания уровня расплава в тигле постоянным (Мейсон Б. Нанесение кремниевой пленки на керамические листовые подложки. "Электроника", 1979, т.52, №15, с.10-11). Это устройство позволяет выращивать слои кремния на длинномерных керамических подложках, покрытых слоем углерода для смачивания расплавом кремния, с использованием горизонтальных желобообразных кварцевых тиглей.A device containing a crucible, a heater, a pulling mechanism and a device for maintaining the melt level in the crucible constant is known (Mason B. Deposition of a silicon film on ceramic sheet substrates. "Electronics", 1979, v. 52, No. 15, p.10-11) . This device allows you to grow layers of silicon on long ceramic substrates coated with a layer of carbon for wetting with a molten silicon, using horizontal gutter-shaped quartz crucibles.
Однако известное устройство имеет ряд недостатков. Так, поддержание уровня расплава в тигле постоянным представляет сложную техническую задачу. При проведении процесса выращивания слоя необходима процедура "затравливания", состоящая в переполнении тигля расплавом при помощи приспособления для регулирования уровня, приведении подложки в контакт с расплавом и формировании мениска путем подъема подложки на необходимую высоту над стенками тигля, которая усложняет технологию и снижает производительность установки. Кроме того, керамическую подложку необходимо перфорировать, так как иначе невозможно создать тыльный контакт к выращенному слою кремния. Это дополнительно повышает стоимость продукции. Известно устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев на подложке (по авт. св. СССР №949979, опубл. 1982 г., Бюллетень изобретений и открытий, №45, с.283), включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, и питатель, вертикально расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капиллярный канал, и имеющий острые рабочие кромки для подачи расплава на подложку. Подложка расположена перпендикулярно пластинам питателя.However, the known device has several disadvantages. Thus, maintaining the melt level in the crucible constant is a difficult technical task. During the process of growing the layer, the process of “seeding” is necessary, which consists in overflowing the crucible with the melt using a level adjusting device, bringing the substrate into contact with the melt and forming the meniscus by raising the substrate to the required height above the crucible walls, which complicates the technology and reduces the installation performance. In addition, the ceramic substrate must be perforated, since otherwise it is impossible to create a back contact to the grown silicon layer. This further increases the cost of production. A device is known for growing oriented crystalline layers on a substrate (according to ed. St. USSR No. 949979, publ. 1982, Bulletin of inventions and discoveries, No. 45, p. 283), including a crucible for the melt mounted inside the heater, a substrate connected with a mechanism for its movement, and a feeder vertically located in the crucible, made of melt-wettable plates forming a capillary channel between themselves, and having sharp working edges for supplying the melt to the substrate. The substrate is perpendicular to the feeder plates.
Недостатком устройства является необходимость использования только твердых подложек. При получении слоев кремния необходимо дополнительно выполнять в подложках отверстия для отверстия тыльного электрического контакта к слою кремния.The disadvantage of this device is the need to use only solid substrates. Upon receipt of the silicon layers, it is necessary to additionally make holes in the substrates for the hole of the back electrical contact to the silicon layer.
Другим недостатком известного устройства является неоправданно сложная конструкция питателя. Он выполнен сборным из пластин графита. Питатель экономически выгоднее выполнять монолитным, а капиллярные каналы - полуоткрытыми.Another disadvantage of the known device is the unreasonably complex design of the feeder. It is made of precast graphite plates. It is economically more cost-effective to carry out the feeder monolithic, and capillary channels - half-open.
Известное устройство не предусматривает подачу шихты в плавильный тигель. Поддержание уровня расплава в тигле относительно уровня подложки обеспечивается постепенным перемещением тигля вверх. Это ограничивает производительность непрерывного процесса емкости тигля.The known device does not provide for the supply of charge into the melting crucible. Maintaining the level of the melt in the crucible relative to the level of the substrate is provided by the gradual movement of the crucible up. This limits the performance of the continuous crucible tank process.
Другим недостатком известного устройства является однократное использование тигля, т.к. после каждого процесса он разрушается.Another disadvantage of the known device is a single use of the crucible, because after each process, it is destroyed.
Вышеприведенное устройство наиболее близко по технической сущности к заявляемому устройству, поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is closest in technical essence to the claimed device, therefore, is selected as a prototype.
Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего изобретения, выражается в увеличении производительности устройства и снижении материальных затрат на устройство за счет группового выращивания слоев кремния на углеродной ткани, многократного использования тигля и применения вибрационного питателя для подачи дробленого кремния в тигель.The technical result obtained by the implementation of the present invention is expressed in increasing the productivity of the device and lowering the material costs of the device due to the group growing of silicon layers on a carbon cloth, the repeated use of the crucible, and the use of a vibrating feeder to supply crushed silicon to the crucible.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в устройстве для выращивания ориентированных кристаллических слоев кремния, включающем тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложки, соединенные с механизмами их перемещения, и капиллярный питатель, подложки выполнены из углеродной сетчатой ткани, капиллярный питатель состоит из двух горизонтальных секций, размещенных слева и справа от тигля, каждая из которых имеет хвостовик, обмотанный жгутами из углеродной нити, тигель выполнен с донным полым удлиненным носиком, снабженным независимым нагревателем, под тиглем устанавливается емкость для слива тигельного остатка, внутренняя поверхность которой покрыта слоем гексагонального нитрида бора, для непрерывной подачи дробленого кремния в тигель используется установленный над ним вибрационный питатель.The essence of the invention is that in a device for growing oriented crystalline silicon layers, including a melt crucible installed inside the heater, substrates connected to their movement mechanisms, and a capillary feeder, the substrates are made of carbon mesh fabric, the capillary feeder consists of two horizontal sections located to the left and to the right of the crucible, each of which has a shank wrapped in carbon fiber bundles, the crucible is made with a hollow bottom elongated nose An ohm equipped with an independent heater, a container is installed under the crucible for draining the crucible residue, the inner surface of which is covered with a layer of hexagonal boron nitride; a vibrating feeder mounted above it is used to continuously supply crushed silicon to the crucible.
Благодаря наличию этих признаков возможно выращивание слоев кремния на поверхности группы подложек одновременно. Выполнение капиллярного питателя в виде двух горизонтальных секций позволяет при обеспечении высокой производительности использовать лишь один тигель с системами его подпитки кремнием и слива тигельного остатка по завершении процесса. Капиллярные каналы обеих секций питателя соединены и гидростатическое давление расплава в них одинаково.Due to the presence of these features, it is possible to grow silicon layers on the surface of a group of substrates simultaneously. The execution of the capillary feeder in the form of two horizontal sections allows, while ensuring high performance, to use only one crucible with its silicon feeding systems and draining the crucible residue at the end of the process. The capillary channels of both sections of the feeder are connected and the hydrostatic pressure of the melt in them is the same.
Тигель с донным полым удлиненным носиком может использоваться неограниченное количество раз при условии слива остатка расплава после завершения процесса. Слитый тигельный остаток может также использоваться в качестве сырья для проведения следующих процессов.A crucible with a hollow, elongated nose can be used an unlimited number of times, provided that the remainder of the melt is drained after completion of the process. The fused crucible residue can also be used as raw material for the following processes.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом. Тепловая изоляция, крепежные элементы и детали механизмов на нем не приведены.The proposed device is illustrated in the drawing. Thermal insulation, fasteners and mechanism parts are not shown on it.
Устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния на углеродной ткани содержит левый нагреватель 1, выполненный из графита, подложки 2 из углеродной сетчатой ткани, намотанные на бобину 3, левую секцию капиллярного питателя 4, графитовый тигель 5, нагреватель тигля 6, установленный над тиглем 5 вибрационный питатель дробленного кремния 7 с виброприводом 8, нагреватель 9 носика тигля 5, емкость для слива тигельного остатка 10, правый нагреватель 11, правую секцию капиллярного питателя 12, левый роликовый механизм вытягивания 13 и правый механизм - 14. Хвостовик каждого из питателей обматывается жгутами 15 из углеродной нити для капиллярной подачи расплава. Подложка 2 из сетчатой углеродной ткани нарезается на мерные полосы, подвергается уплотнению пироуглеродом и термохимической очистке галогенами. Бобина 3 размещается в ростовой камере или за ее пределами и снабжается тормозом для натяжения подложек. Секции капиллярных питателей 4 и 12 выполняются из плотного графита и дополнительно подвергаются термохимической очистке и уплотнению пироуглеродом.A device for continuous batch growth of oriented silicon layers on a carbon fabric comprises a left heater 1 made of graphite, a carbon mesh fabric substrate 2 wound on a bobbin 3, a left section of a capillary feeder 4, a graphite crucible 5, a crucible heater 6 mounted above the crucible 5 vibration feeder of crushed silicon 7 with vibrodrive 8, crucible nose heater 9, reservoir 5, tank for draining crucible residue 10, right heater 11, right section of capillary feeder 12, left roller mechanism pulling 13 and the right mechanism - 14. The shank of each of the feeders is wrapped with carbon fiber bundles 15 for capillary melt supply. Carbon mesh substrate 2 is cut into measuring strips, densified with pyrocarbon and thermochemical cleaning with halogens. The bobbin 3 is placed in the growth chamber or beyond and is equipped with a brake for tensioning the substrates. Sections of capillary feeders 4 and 12 are made of dense graphite and are additionally subjected to thermochemical cleaning and compaction with pyrocarbon.
Внутренняя поверхность емкости 10 для слива тигельного остатка защищается слоем гексагонального гидрида бора для предотвращения смачивания расплавленным кремнием и последующего разрушения после кристаллизации и охлаждения. Слой может наноситься втиранием порошка нитрида бора в поверхность графита либо способом пульверизации из суспензии BN.The inner surface of the vessel 10 for draining the crucible residue is protected by a layer of hexagonal boron hydride to prevent wetting with molten silicon and subsequent destruction after crystallization and cooling. The layer can be applied by rubbing boron nitride powder into the surface of graphite or by spraying from a BN suspension.
Тигель 5 изготавливается из высокоплотного графита и проходит до использования те же операции. Вибрационный питатель 7 изготовлен из плавленого кварца (графита, стали). Вибропривод 8 размещается над корпусом вибрационного питателя и управляется источником напряжения, размещенным за пределами ростовой камеры. Механизмы 13 и 14 размещены также за пределами ростовой камеры и включают пары обрезиненных горизонтальных роликов, редукторы и электроприводы с системами их управления.The crucible 5 is made of high-density graphite and goes through the same operations before use. Vibratory feeder 7 is made of fused silica (graphite, steel). The vibrodrive 8 is located above the housing of the vibrating feeder and is controlled by a voltage source located outside the growth chamber. The mechanisms 13 and 14 are also located outside the growth chamber and include pairs of rubberized horizontal rollers, gearboxes and electric drives with their control systems.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Нарезанная на мерные ленты, модифицированная пироуглеродом и подвергнутая термохимической очистке углеродная сетчатая подложка 2, намотанная на графитовую бобину 3, снабженную тормозом для натяжения подложки, устанавливается внутри ростовой камеры, либо в отдельном корпусе, связанном с ней вакуумно-плотными фланцами. В полости графитового нагревателя 6 устанавливается графитовый тигель 5. На электрически изолированных крепежных элементах устанавливаются левая 4 и правая 12 секции капиллярного питателя. Хвостовики каждой из секций обматываются жгутами 15 из углеродной нити. Вибрационный питатель 7 загружают очищенным дробленым кремнием. К вибрационному питателю 7 подключают вибропривод 8. Подложки 2 выводятся к выпускным щелям ростовой камеры, которые закрываются вакуумно-плотными крышками. После проведения откачки камеры включают систему нагрева и достигают температуры, превышающей точку плавления кремния. Затем включают вибропривод 8 и заполняют тигель 5 расплавом кремния. При этом в донном полом удлиненном носике тигля образуется пробка 16 кристаллического кремния, предотвращающая слив расплава. После этого выключают откачку и заполняют ростовую камеру чистым аргоном до атмосферного давления. Затем открывают крышки выпускных щелей ростовой камеры, вытягивают подложки и заправляют их концы между роликами механизмов вытягивания 13 и 14. В дальнейшем производят подачу аргона с расходом, обеспечивающим предотвращение окисления расплавленного кремния. После натяжения подложек 2 устанавливают скорость их перемещения и темп подачи дробленого кремния. По мере выхода продукции 17 (подложек со слоем кремния) их механически обламывают, при этом процесс продолжается вплоть до исчерпания запаса кремния в вибрационном питателе 7 или подложек на бобине 3.Carbon mesh substrate 2 cut into measuring tapes, modified with pyrocarbon and thermochemically cleaned, wound on a graphite bobbin 3, equipped with a brake for tensioning the substrate, is installed inside the growth chamber or in a separate housing connected with it by vacuum-tight flanges. A graphite crucible 5 is installed in the cavity of the graphite heater 6. On the electrically isolated fasteners, the left 4 and right 12 sections of the capillary feeder are installed. The shanks of each section are wrapped with carbon fiber tows 15. Vibratory feeder 7 is loaded with purified crushed silicon. A vibrating actuator 8 is connected to the vibration feeder 7. The substrates 2 are discharged to the outlet slots of the growth chamber, which are closed by vacuum-tight covers. After pumping, the chambers turn on the heating system and reach a temperature exceeding the melting point of silicon. Then include a vibrator 8 and fill the crucible 5 with molten silicon. At the same time, crystalline silicon plug 16 is formed in the bottom hollow elongated nose of the crucible, which prevents the melt from draining. After that, the pumpdown is turned off and the growth chamber is filled with pure argon to atmospheric pressure. Then the covers of the outlet slots of the growth chamber are opened, the substrates are pulled, and their ends are tucked between the rollers of the traction mechanisms 13 and 14. Subsequently, argon is supplied at a flow rate that prevents the oxidation of molten silicon. After tensioning the substrates 2, the speed of their movement and the feed rate of crushed silicon are set. As products 17 (substrates with a silicon layer) are released, they are mechanically broken off, and the process continues until the silicon stock in the vibrating feeder 7 or substrates on the bobbin 3 is exhausted.
После завершения процесса выключают механизмы вытягивания 13 и 14, механически обламывают выращенные подложки со слоем кремния до уровня, позволяющего закрыть выпускные щели ростовой камеры. Щели закрывают вакуумно-плотными крышками, подачу аргона прекращают и включают откачку. По достижении разрежения включают нагреватель носика тигля 9, после чего происходит плавления пробки 16 и слив тигельного остатка в приемную емкость 10.After the process is completed, the pulling mechanisms 13 and 14 are turned off, the grown substrates with a silicon layer are mechanically broken off to a level that allows closing the outlet slots of the growth chamber. The slots are closed with vacuum-tight covers, the flow of argon is stopped and pumping is turned on. Upon reaching a vacuum, the crucible nozzle heater 9 is turned on, after which the plug 16 is melted and the crucible residue is drained into the receiving tank 10.
Затем все нагревательные элементы выключаются. После охлаждения ростовой камеры производится удаление тигельного остатка из приемной емкости 10. При этом тигель 5 остается целым и может быть использован в неограниченном числе описанных циклов.Then all heating elements are turned off. After cooling the growth chamber, the crucible residue is removed from the receiving vessel 10. The crucible 5 remains intact and can be used in an unlimited number of cycles described.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004115191/15A RU2258772C1 (en) | 2004-05-20 | 2004-05-20 | Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004115191/15A RU2258772C1 (en) | 2004-05-20 | 2004-05-20 | Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2258772C1 true RU2258772C1 (en) | 2005-08-20 |
Family
ID=35846099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004115191/15A RU2258772C1 (en) | 2004-05-20 | 2004-05-20 | Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2258772C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494176C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Method of crystal growth by kiropulos method |
-
2004
- 2004-05-20 RU RU2004115191/15A patent/RU2258772C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494176C1 (en) * | 2012-03-11 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Method of crystal growth by kiropulos method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2007300183B2 (en) | Method and apparatus for the production of crystalline silicon substrates | |
JPS5819639B2 (en) | Silicon rod manufacturing method | |
US8845805B2 (en) | Device and method for producing crystalline bodies by directional solidification | |
CN107849728B (en) | System and method for low oxygen crystal growth using a two-layer continuous Czochralsk method | |
US20130263772A1 (en) | Method and apparatus for controlling melt temperature in a Czochralski grower | |
JP2007290914A (en) | Apparatus for supplying molten raw material and apparatus for manufacturing polycrystal substance or single-crystal substance | |
RU2258772C1 (en) | Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric | |
RU2264483C1 (en) | Device for continuous growing of oriented layers of silicon on a carbon fabric | |
EP1158077A1 (en) | Method and apparatus for producing single crystal of silicon carbide | |
JPH03199192A (en) | Crucible for pulling up silicon single crystal | |
JPH01317189A (en) | Production of single crystal of silicon and device therefor | |
JPH0711177Y2 (en) | Raw material supply mechanism for semiconductor single crystal manufacturing equipment | |
RU2332530C1 (en) | Device for continuous growth of two-sided silicon layers on carbon foil | |
WO1986006109A1 (en) | Method and apparatus for growing single crystal bodies | |
CN213951412U (en) | Continuous czochralski single crystal growth equipment | |
JPH0665640B2 (en) | Semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method | |
JPH09235181A (en) | Pulling of single crystal and single crystal pull apparatus | |
JPH07110798B2 (en) | Single crystal manufacturing equipment | |
JPH0259494A (en) | Production of silicon single crystal and apparatus | |
RU2365684C1 (en) | Device for growing of silicon layers on carbonic substratum | |
AU2012203603A1 (en) | Method and apparatus for the production of crystalline silicon substrates | |
JPH0640592Y2 (en) | Silicon single crystal growth equipment | |
KR930005406B1 (en) | Method and apparatus for growing single crystal bodies | |
JPS62278188A (en) | Crucible for single crystal production | |
JPS593096A (en) | Device for producing belt-like silicon crystal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130521 |