CN102959137B - 使熔化硅流动与纯化的气举式泵 - Google Patents

Abstract

本文的实施例是关于一种片材生产装置。容器用以固持材料的熔化物，且冷却板接近所述熔化物而安置。此冷却板用以在所述熔化物上形成所述材料的片材。使用泵，在一个例子中，此泵包含气源以及与所述气源流体连通的管道，在另一例子中，此泵将气体注入至熔化物中。所述气体可使所述熔化物上升或将动量提供至所述熔化物。

Description

使熔化硅流动与纯化的气举式泵

技术领域

本发明涉及自熔化物的片材形成，尤其涉及使熔化物流动或抽汲熔化物的方法。

背景技术

硅晶圆或片材可用于例如集成电路或太阳能电池产业中。随着对再生性能源的需求增大，对太阳能电池的需求持续增大。大多数太阳能电池由硅晶圆(诸如，单晶硅晶圆)制成。当前，晶体硅太阳能电池的主要成本为制造太阳能电池的晶圆。太阳能电池的效率或在标准照明下所产生的电力的量部分地受此晶圆的品质限制。随着对太阳能电池的需求增大，太阳能电池产业的一个目标为降低成本/电力比率。在不降低品质的情况下在制造晶圆成本方面的任何减少将降低成本/电力比率，且使得能够实现此干净能源技术的更广可用性。

最高效率的硅太阳能电池可具有大于20％的效率。此等太阳能电池是使用电子级单晶硅晶圆制成。可藉由锯切来自使用柴氏(Czochralski)方法所生长的单晶硅圆柱形人造晶体的薄片而制成此等晶圆。此等薄片可小于200μm厚。为了维持单晶生长，人造晶体必须自含有熔化物的坩埚缓慢地生长，诸如小于10μm/s。后续锯切程序导致每晶圆大约200μm的锯口损耗，或归因于锯条的宽度的损耗。圆柱形人造晶体或晶圆亦可能需要被弄成方形以制成方形太阳能电池。方形化及锯口损耗两者导致材料浪费及材料成本增加。随着太阳能电池变得更薄，每切口浪费的硅百分比增大。对铸锭切片技术的限制可能阻碍获得较薄太阳能电池的能力。

可使用自多晶硅铸锭所锯切的晶圆来制造其他太阳能电池。多晶硅铸锭可比单晶硅生长得快。然而，所得晶圆的品质较低，因为存在更多缺陷及晶界，此导致较低效率的太阳能电池。多晶硅铸锭的锯切程序与单晶硅铸锭或人造晶体一样效率低。

又一解决方案为自熔化物垂直地拉引硅的薄带，且接着允许所拉引的硅冷却且固化为片材。此方法的拉引速率可限于小于大约18mm/分钟。在硅的冷却及固化期间的移离潜热必须沿着垂直带被移离。此导致沿着此带的大的温度梯度。此温度梯度对晶体硅带施加应力，且可导致不良品质的多晶粒硅。此带的宽度及厚度亦可归因于此温度梯度而受到限制。举例而言，宽度可限于小于80mm且厚度可限于180μm。

自熔化物水平生产的片材可比自铸锭所切片的硅便宜，且可消除锯口损耗或归因于方形化的损耗。自熔化物水平生产的片材亦可比自熔化物垂直拉引的硅带便宜。此外，与垂直或以与熔化物相交一角度拉引的硅带相比，自熔化物水平生产的片材可改良片材的晶体品质。诸如此方法的可降低材料成本的晶体生长方法可为用以降低硅太阳能电池的成本的主要致能步骤。

已测试自熔化物实体(physically)拉引的水平硅带。在一种方法中，将附着至杆的晶种插入至熔化物中，且此杆及所得片材在坩埚的边缘的上以低角度被拉引。使此角度、表面张力及熔化物准位平衡，以防止熔化物溢出坩埚。然而，难以起始并控制此拉引程序。第一，使在坩埚边缘处所形成的弯液面的重力及表面张力平衡的倾斜角调整可为困难的。第二，若冷却板在此分离点附近，在片材与熔化物之间的分离点处沿着带的温度梯度可引起晶体的位错(dislocation)。第三，在熔化物上方使片材倾斜可导致在凝固尖端的应力。此凝固尖端可为片材最薄且最易碎之处，因此片材的位错或破裂可能发生。第四，可能需要复杂的拉引装置来获得低角度。

用于电子设备或太阳能电池的硅可能需要高品质的硅晶体。硅原料中的溶质(诸如，铁)对晶体的固态性质具有不利效应。在一个例子中，使用此片材所制成的器件的少数载子生命期可能受到影响。溶质亦倾向于隔离出晶体，且可集中于熔化物中。此可导致组成过冷(constitutional supercooling)及树枝状生长。随着硅的固化速率增大，组成过冷同样可增大。热梯度的使用可在熔化物中产生对流且自凝固界面冲走任何溶质，但此亦可在晶体中引起热应力。热应力可能导致位错或缺陷。

在一个实施例中，石英可用以围绕硅熔化物。然而，石英在与此熔化物接触时可溶解。氧可释放至熔化物中且可形成SiO，此产生在所形成的硅晶体中的氧。氧例如可引起p型太阳能电池中的硼丛集及太阳能电池效率的光诱发降级(LID)。因此，在此项技术中需要一种在无热梯度的情况下在熔化物中产生流动的改良方法，以及一种在移离SiO的同时在熔化物中产生流动的方法。

发明内容

根据本发明的第一态样，提供一种片材生产装置。所述装置包括容器，所述容器用以固持材料的熔化物，所述容器具有凝固区域。冷却板接近所述熔化物而安置。所述冷却板用以在所述凝固区域中于所述熔化物上形成所述材料的片材。回路用以固持所述熔化物。泵包含气源以及与所述气源流体连通的管道。所述管道的一末端连接至所述回路，且所述管道的另一末端连接至所述凝固区域。所述气源用以使所述熔化物自所述回路上升至所述凝固区域。

根据本发明的第二态样，提供一种片材生产装置。所述装置包括容器，所述容器用以固持材料的熔化物。冷却板接近所述熔化物而安置。此冷却板用以在所述熔化物上形成所述材料的片材。泵包含气源，所述气源用以水平地将气体注入至所述熔化物中，藉此所述气体引起所述熔化物的水平运动。

根据本发明的第三态样，提供一种片材生产方法。所述方法包括将气体注入至材料的熔化物中。藉由所述气体激励所述熔化物，藉此所述气体的气泡将动量提供至所述熔化物。使所述材料的片材凝固于所述熔化物上，且自所述熔化物移离所述片材。

附图说明

图1为自熔化物分离片材的装置的实施例的横截面侧视图。

图2为自熔化物分离片材的装置的第二实施例的横截面侧视图。

图3为泵的第一实施例的横截面侧视图。

图4为泵的第一实施例的第二横截面侧视图。

图5说明液体及气体的密度取决于液体的体积流的方式。

图6A至图6B为泵效能曲线以及α与β的计算与实际资料的比较。

图7说明气泡大小对表面张力及密度的依赖性。

图8比较针对两种不同气举式泵大小的硅与水的预测泵效能。

图9为描绘硅熔化物中的SiO的来源及抽汲的流程图。

图10为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第一实施例的横截面侧视图。

图11为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第二实施例的横截面侧视图。

图12为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第三实施例的横截面侧视图。

图13为用于柴氏处理的泵的实施例的横截面侧视图。

图14为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第四实施例的横截面侧视图。

图15为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第五实施例的横截面侧视图。

具体实施方式

结合太阳能电池来描述本文的装置以及方法的实施例。然而，此等实施例亦可用以生产(例如)集成电路、平板、LED，或本领域技术人员已知的其他基板。此外，尽管熔化物在本文中描述为硅，但熔化物可含有锗、硅与锗、镓、氮化镓、其他半导体材料，或本领域技术人员已知的其他材料。因此，本发明不限于下文所述的特定实施例。

图1为自熔化物分离片材的装置的实施例的横截面侧视图。片材形成装置21具有容器16。容器16例如可为(钨、氮化硼、氮化铝、钼、石墨、碳化硅或石英。容器16用以容置熔化物10。此熔化物10可为硅。片材13将形成于熔化物10上。在一个例子中，片材13将至少部分地在熔化物10内浮动。尽管片材13在图1中被说明为在熔化物10中浮动，但片材13可至少部分地浸没在熔化物10中或可在熔化物10的顶部浮动。片材13所定位的深度部分地基于片材13与熔化物10的相对密度。在一个例子中，片材13的仅10％自熔化物10顶部上方突起。熔化物10可在片材形成装置21内循环。

此容器16界定至少一通道17。此通道17用以固持熔化物10，且熔化物10自通道17的第一点18流动至第二点19。熔化物10例如可归因于压力差、重力、泵或其他运输方法而流动。熔化物10接着在溢洪道12的上流动。此溢洪道12可为斜坡、堰、岩脊、小坝或转角，且不限于图1中所说明的实施例。溢洪道12可为允许片材13与熔化物10分离的任何形状。

在一个特定实施例中，容器16可维持在稍微高于大约1685K的温度下。针对硅，1685K表示凝固温度或界面温度。藉由将容器16的温度维持为稍微高于熔化物10的凝固温度，冷却板14可使用辐射冷却来起作用以获得熔化物10上或中的片材13的所要凝固速率。在此特定实施例中冷却板14由单一区段或片段构成，但亦可包含多个区段或片段。通道17的底部可被加热高于熔化物10的熔化温度以在界面处于熔化物10中产生小的垂直温度梯度，以防止片材13上的组成过冷或树枝状晶体或分支突出物的形成。然而，容器16可为高于熔化物10的熔化温度的任何温度。此防止熔化物10固化于容器16上。

藉由至少部分地或完全地将片材形成装置21封闭于外壳内，可将片材形成装置21维持于稍微高于熔化物10的凝固温度的温度下。若外壳将片材形成装置21维持于高于熔化物10的凝固温度的温度下，则可避免或减少对加热片材形成装置21的需要，且在外壳中或周围的加热器可补偿任何热损耗。此外壳在各向异性传导率的情况下可为等温的。在另一特定实施例中，加热器并未安置于外壳上或中，而是安置于片材形成装置21中。在一个例子中，可藉由将加热器嵌入于容器16内且使用多区温度控制而将容器16的不同区域加热至不同温度。

此外壳可控制安置片材形成装置21的环境。在特定实施例中，外壳含有惰性气体。此惰性气体可维持于高于熔化物10的凝固温度的温度下。惰性气体可减少溶质添加至熔化物10中，此添加可引起片材13形成期间的组成不稳定性。

冷却板14允许使片材13能够形成于熔化物10上的热提取。当冷却板14的温度降低至低于熔化物10的凝固温度时，冷却板14可使片材13凝固于熔化物10上或中。此冷却板14可使用辐射冷却，且可例如由石墨、石英或碳化硅制造。片材13形成同时可减少对熔化物10的干扰以防止片材13中的瑕疵。冷却在熔化物10的表面上的片材13或在熔化物10上浮动的片材13允许熔合的潜热缓慢地且在大的区域的上移离，同时具有相对大的片材13提取速率。

在片材13形成于熔化物10上之后，使用溢洪道12将片材13自熔化物10分离。熔化物10自通道17的第一点18流动至第二点19。片材13将与熔化物10一起流动。片材13的运输可为连续运动。在一个例子中，片材13可以与熔化物10流动的速度近似相同的速度流动。因此，片材13可形成，且在相对于熔化物10静止的同时被运输。溢洪道12的形状或溢洪道12的定向可被更改以改变熔化物10或片材13的速度分布。

熔化物10在溢洪道12处与片材13分离。在一个实施例中，熔化物10的流动在溢洪道12的上运输熔化物10，且可在溢洪道12的上至少部分地运输片材13。此可最小化或防止片材13的破裂，因为无外部应力施加至片材13。当然，片材13亦可被拉引，或被施加某外力。在此特定实施例中，熔化物10将在溢洪道12的上远离片材13流动。可能不在溢洪道12处施加冷却，以防止对片材13的热冲击。在一个实施例中，溢洪道12处的分离在近等温条件下发生。在一个实施例中，片材13倾向于一直向前超过溢洪道12。在一些例子中，可在片材13越过溢洪道12之后支撑此片材13，以防止破裂。

当然，跨越冷却板14的长度的不同冷却温度、熔化物10的不同流动速率或片材13的拉引速度、片材形成装置21的各种区的长度，或片材形成装置21内的时序可用于程序控制。若熔化物10为硅，则片材13可为使用片材形成装置21的多晶或单晶片材。图1为可自熔化物10形成片材13的片材形成装置的单一个实例。水平片材13生长的其他装置或方法为可能的。本文所述的实施例可应用于任何水平或垂直片材13生长方法或装置。因此，本文所述的实施例不仅仅限于图1的特定实施例。举例而言，图2为自熔化物分离片材的装置的第二实施例的横截面侧视图。在片材形成装置50中，熔化物10容置于容器16中。在片材13由冷却板14形成之后，自熔化物10拉引片材13。尽管在图2中为水平的，但片材13亦可相对于熔化物10成一角度。在图1至图2的实施例中，熔化物10可在片材形成装置21或片材形成装置50周围(诸如，在片材形成装置21或片材形成装置50的侧面周围)循环。当然，熔化物10在片材13形成程序的部分或全部期间亦可为固定的。

本文所揭露的装置以及方法的实施例在如下情况下抽汲熔化物10：不引入大的热梯度或额外污染物，而替代地可自熔化物10移离SiO。图3为泵的第一实施例的横截面侧视图。气体进入，且液体与气体一起上升。因此，气泡27辅助使熔化物10上升，熔化物10为液体。此等气泡27例如可为稀有气体、氮、氢，或本领域技术人员已知的其他物质。此泵22可被描述为具有“效能曲线”，此曲线与对于不同浸没比率SR＝H_S/L的液体流动速率Q_L至气体流动速率Q_g相关。此效能曲线说明于图3的右侧。

图4为泵的第一实施例的第二横截面侧视图。在本文中作出近似：泵22中的液体区域33以及气泡区域34中的熔化物10被描述为连续流体。忽视摩擦效应，可在图3中所说明的三个点30、31及32处应用柏努力方程式(Bernoulli′s equation)。

$u_{\mathrm{gL}}={(\frac{2{\mathrm{\ρ}}_L\mathrm{gH}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gL}}}-2\mathrm{gL})}^{1/2}$

$P_1+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_L{u}_L^2=P_a+{\mathrm{\ρ}}_L\mathrm{gH}=P_a+\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gL}}{u}_{\mathrm{gL}}^2+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gL}}\mathrm{gL}$

针对能量观点，储集器23中的重力势能转为具有较低密度液体以及气体的熔化物10的流动动能。液体以及气体的密度取决于气体流动以及气泡27的速度。气泡27终端速度为浮力与阻力之间的平衡的结果。存在取决于气泡大小的若干行为状态。针对此特定实施例，气泡27的大小可在大约1mm至5mm之间，且气泡27可为球形的或可被拉平。此导致气泡27终端速度相对独立于气泡27的直径。以下方程式给出此气泡27终端速度相对于熔化物10的液体的半经验关系：

$u_B={\left(\frac{4\mathrm{gd}}{3C_D}\right)}^{1/2}{C}_D=\sqrt{\mathrm{Eo}},\mathrm{Eo}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{L}g{d}^2}{\mathrm{\σ}}$

$u_B={\left(\frac{16\mathrm{g\σ}}{9{\mathrm{\ρ}}_L}\right)}^{1/4}=23\frac{\mathrm{cm}}{s}\left(H_{2}O\right)=33\frac{\mathrm{cm}}{s}\left(\mathrm{Si}\right)$

图5说明液体及气体的密度取决于液体的体积流的方式。在图5中，斜线标记表示具有气泡以及熔化物两者的区域。液体的流动可藉由Q_L＝u_LA表示，其中u_L为液体速度且A为横截面面积。在时间间隔dt内，气泡与液体上升距离(u_L+u_B)dt，从而填充体积V_gL＝A(u_B+u_L)dt。V_g＝Q_gdt为气体，且V_L＝A(u_B+u_L)dt-Q_gdt为液体。因此，气体以及液体的平均密度(ρ_gL)为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gL}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_L{V}_L+{\mathrm{\ρ}}_g{V}_g}{V_{\mathrm{gL}}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_L{\mathrm{Au}}_B-({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_g)Q_g+{\mathrm{\ρ}}_L{Q}_L}{u_{B}A+Q_L}$

其中ρ_L为液体的密度，ρ_g为气体的密度，V_L为液体的体积，且V_g为气体的体积。连续性方程式由下式表示：

ρ_Lu_LA＝ρ_gLu_gLA

$u_L=u_{\mathrm{gL}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gL}}}{{\mathrm{\ρ}}_L}$

此自质量守恒基础规定，若液体的密度减小(诸如，藉由引入气泡)，则液体的速度必定增大。此假设，液体不会随着气泡上升而在气泡之间逆流。此情形实际上可能并不成立，因此引入“滑动因数”来进行经验校正。

$\frac{u_L}{u_{\mathrm{gL}}}<\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{gL}}}{{\mathrm{\&rho;}}_L}$

$\frac{u_L}{u_{\mathrm{gL}}}=s\frac{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{gL}}}{{\mathrm{\&rho;}}_L}$

将此等方程式置于一起：

$\frac{Q_L}{A}=\frac{s({\mathrm{Au}}_B-Q_g+Q_L)}{u_{B}A+Q_L}{(\frac{2{\mathrm{\&rho;}}_L\mathrm{gH}}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{gL}}}-2\mathrm{gL})}^{1/2}$

可针对给定几何学以及气泡速度对此方程式反复求解，以得到作为Q_g的函数的Q_L(亦即，气体效能曲线)。将此方程式应用于使用水的小规模气举式泵测试台。归因于对熔化硅起作用时的困难，将水用于初始测试。气泡滑动因数可取决于液体需要上升高于输入或储集器的高度(浸没比率)以及气泡填充管的程度。滑动因数可近似为浸没率(submergence ration，SR)以及“气泡填充比率”bf＝(ρ_L-ρ_gL)/ρ_L的幂函数。因此，s＝SR^α(bf^β)，其中α及β可藉由配合资料判定。

图6A至图6B为泵效能曲线以及α与β的计算与实际资料的比较。图6B的气举式泵(水厂)曲线图说明使用水的实际资料，而图6A的气举式泵表示预测结果。使用L＝5.4cm的管来执行实验，其中空气经由外径为3mm以及0.2mm孔的同心空气管而在底部附近被注入，此等孔是在被封堵的末端附近的侧面上被钻开(类似于图3)。使储集器的深度H_s变化以改变浸没比率。根据上文的方程式将气泡速度取为0.23m/s。使用为0.5的α以及为2的β产生针对实验资料的最佳配合，如图6中所说明。

气举式泵可供熔化硅或可处于高温下的其他液体熔化物使用。水的密度(ρ)为1g/cm³，而硅的密度为2.53g/cm³。水的表面张力(σ)为72达因/cm，而硅的表面张力为720达因/cm。水的动态粘度(μ)为0.89E-3Ns/m²，而硅的动态粘度为0.78E-3Ns/m²。参考上文的方程式，由于浮力与惯性之间的平衡，液体的密度可能不会影响计算。因此，尽管硅具有为水2.5倍的密度，但硅中的气泡的浮力将为水中的相同气泡的2.5倍。硅与水的粘度为类似的，但粘度可能不影响计算。抽汲效能经由气泡速度u_B以及间接地经由滑动因数s而取决于表面张力。但气泡速度仅取决于(σ/ρ)^0.25，气泡速度在硅中近似为水中的1.4倍。

自管中的浸没孔出现的气泡的大小可藉由考虑气泡至孔的表面张力粘着性而估计，藉由向上提升气泡的浮力而平衡。图7说明气泡大小对表面张力及密度的依赖性。基于图7，气泡27的大小取决于(σ/ρ)^0.33，使得硅中的氩气泡大小针对硅近似为针对水的1.6倍。因此，尽管硅的表面张力在硅中比水中大一个数量级，但气泡速度与大小的效应并非几乎一样大。

图8比较针对两种不同气举式泵大小对于硅与水的预测泵效能。气举式泵为两种长度：1.4cm以及5.4cm。使用水模型的此等结果表明，藉由气举式泵抽汲硅为可行的，具有与水相比类似的效能。

使用氩或其他稀有气体与硅熔化物的泵(诸如，气举式泵)可自熔化物排放SiO。图9为描绘硅熔化物中的SiO的来源及抽汲的流程图。在一个实施例中，SiO为容置有硅熔化物的石英坩埚或容器的结果。由于太阳能电池中氧的存在例如可导致LID，因此氧的移离为额外的益处。如图9中所见，SiO归因于石英坩埚或容器的溶解而进入熔化物。熔化物中SiO的稳态浓度在石英坩埚或容器的溶解(其与坩埚或容器的湿润面积A_d成比例)与蒸发速率(其与暴露于氩的表面面积A_e成比例)之间平衡。SiO浓度与面积的比率A_d/A_e成比例。使氩气泡通过熔化物减小此比率，由此降低熔化物中SiO的浓度。

图10为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第一实施例的横截面侧视图。此处，在片材13越过溢洪道12之后，自熔化物10水平地拉引或移离片材13。藉由在与片材13的分离点处使熔化物10流过溢洪道12，使得在片材13与熔化物10之间所形成的弯液面稳定。在溢洪道12的上的熔化物10的下降提供熔化物10中的降低压力，以稳定此弯液面。熔化物10可使用在通道17以及冷却板14下行进或在通道17的侧面周围的回路而自点35流回至点36。回路的部分可低于在冷却板14下的区域。隔板51安置于熔化物10中。

在熔化物10越过溢洪道12到达溢洪道12准位上游以及冷却板14(诸如，点36或隔板51附近)之后，可要求某一提升或落差(head)使熔化物10自点35返回。在一个例子中，泵22(其可为气举式泵)用以使用长度大于大约5cm的第一管道43产生大于大约1cm的落差。如图10中所说明，泵22引起高度37自第一高度至第二高度的提升。

泵22可具有由石英制造的部件。在此特定实施例中，泵22具有连接至第一管道43且与第一管道43流体连通的气源42。第一管道43用以允许气体自气源42的流动。第一管道43与第二管道44流体连通。第二管道44用以容置熔化物10以及气泡27。因此，第二管道44的一末端连接至用于熔化物10的回路，且第二管道44的另一末端连接至通道17以及凝固或形成片材13的区域(亦即，凝固区域)或点35。气源42用以使熔化物10自点36上升。

图11为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第二实施例的横截面侧视图。在此实施例中，诸如气喷嘴26的气体撞击用以使弯液面止于坩埚壁，且提供压力差以稳定此弯液面。泵22在浸没率SR＝1的情况下操作，且熔化物10在不需要落差的情况下流动。因此，泵22可为短的，诸如大约1cm。泵22可并入至包含溢洪道12的分流器24中。此实施例包含用于熔化物10的回路27。本文所揭露的其他实施例亦可包含此回路27。此回路27经说明为在分流器24下方，但亦可处于装置的侧面。

图12为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第三实施例的横截面侧视图。此实施例使用低角度硅片材方法(LASS)。弯液面的稳定化是藉由以小角度向上拉引片材13而提供，由此在片材13与弯液面或熔化物10之间的分离点处提供负的静水压。可冲去固体片材13所排斥的溶质，且可避免组成过冷。可能需要氦气冷却，因为需要大的热梯度来产生热对流。片材13内的大的热提取与热梯度可引起片材中的位错。可经由使用泵22来避免或减少此等梯度。泵22在无热梯度的情况下提供熔化物10对流。回路27允许熔化物10返回至泵22。

在另一例子中，片材13的弹性以及浮力使得片材13能够以水平方式自熔化物10移离。片材13可接着成角度或向上弯曲至支撑结构。在此例子中，泵22可用以使熔化物10流动。

泵亦可应用于柴氏(Czochralski，Cz)工艺。氧抽汲或移离特征可移离用以生产Cz人造晶体的石英坩埚所产生的SiO。泵22可为完全浸没(亦即，SR＝1)的，因为仅需要小量流动来产生足够循环以防止溶质的积聚。在一个实施例中，熔化物内的围绕人造晶体的空气管阵列可为足够的。在此例子中，对气举式泵无需外管。坩埚中的准位随着人造晶体结晶而降低。图13为用于柴氏处理的泵的实施例的横截面侧视图。自熔化物10移离人造晶体25，且使用泵22使熔化物10循环。若使用熔化物补给系统且熔化物准位保持恒定，则管可供泵22使用，此等管可增大抽汲速率。

图14为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第四实施例的横截面侧视图。在此例子中，泵22激励熔化物10。泵22仅诱发熔化物10经由气体的注入的流动，而非如(例如)图10中所见，使熔化物10自第一高度提升至第二高度。可将气泡水平地注入至熔化物10中。在一个例子中，可在高压下执行此注入。气泡将在不提供垂直上升或使熔化物10提升的情况下水平地捕获且激励熔化物10。因此，熔化物10近似保持准位。泵22可包含或连接至气源。此系统包含第一隔板38以及第二隔板39以影响熔化物10的流动。熔化物10可在通道17下方返回至泵22或返回至通道17的侧面。

图15为具有自熔化物分离片材的装置的泵的第五实施例的横截面侧视图。在此实施例中，泵22可使熔化物10自第一高度提升至第二高度。隔板40、41可提供熔化物10的收缩以及膨胀，以潜在地确保均一层流。熔化物10可在通道17下方返回至泵22或返回至通道17的侧面。

本文所揭露的实施例具有多个优点。来自泵(诸如，气举式泵)的气泡可使熔化物上升或将动量提供至熔化物。使用泵22可能不需要在熔化物10中移动部件。此增加可靠性且减少潜在污染。此外，移离氧提供用于制造用以制成太阳能电池的片材13的优点。可自晶出面(crystallization front)扫清溶质且可防止组成过冷，而不会引入针对热对流所需的高温度梯度。因此，对片材13的晶体的应力减小，且可形成较少位错。本文所揭露的抽汲实施例可用于高温系统中且可提供更均一的流动。

本发明并不藉由本文所述的特定实施例而在范畴上受限制。实际上，除本文所述的内容的外，一般本领域技术人员自前述描述及附图亦将显而易见本发明的其他各种实施例及对本发明的修改。因此，此等其他实施例及修改意欲属于本发明的范畴。此外，尽管本文已为特定目的而在特定环境中于特定实施的背景中描述了本发明，但一般本领域技术人员将认识到，其有用性不限于此，且本发明可针对许多目的而有益地实施于许多环境中。因此，应鉴于如本文所述的本发明的完全广度及精神来解释下文所阐述的申请专利范围。

Claims (16)

1.一种片材生产装置，其包括：

容器，其用以固持材料的熔化物，所述容器具有对应于凝固区域的通道；

冷却板，其接近所述熔化物而安置，所述冷却板用以在所述凝固区域中于所述熔化物上形成所述材料的片材；

回路，其用以固持所述熔化物，其中所述回路的第一末端连接至所述通道在熔化物流动方向的下游，且所述回路的第二末端接近泵，所述泵包括气源以及与所述气源流体连通的管道，所述管道的一末端连接至所述回路且所述管道的另一末端连接至所述凝固区域，其中所述气源用以使所述熔化物自所述回路上升至所述凝固区域；

第一隔板，部份地配置于所述熔化物中且部分在所述熔化物之外，所述第一隔板配置于沿着所述熔化物流动方向的所述泵与所述冷却板之间；以及

第二隔板，配置于所述通道的表面上的所述熔化物中，所述第二隔板具有凸起，所述凸起自所述通道的所述表面朝所述第一隔板向上延伸至所述熔化物中，且所述凸起配置接近于沿着所述熔化物流动方向的所述泵与所述冷却板之间的所述第一隔板。

2.如权利要求1所述的片材生产装置，其中所述材料为硅或硅与锗。

3.如权利要求1所述的片材生产装置，其中所述气源在所述管道中形成气泡，所述气泡用以在所述管道内上升。

4.如权利要求1所述的片材生产装置，其中所述泵用以引起所述熔化物在所述凝固区域中的水平运动。

5.如权利要求1所述的片材生产装置，其中所述管道由石英制造。

6.一种片材生产装置，其包括：

容器，其用以固持材料的熔化物；

冷却板，其接近所述熔化物而安置，所述冷却板用以在所述熔化物上形成所述材料的片材；

泵，其包括气源，所述气源具有位在所述容器中的出口使气体以平行于所述熔化物的表面的方向注入所述熔化物中，藉此所述气体引起所述熔化物的水平运动；

第一隔板，部份地配置于所述熔化物中且部分在所述熔化物之外，所述第一隔板配置于沿着所述方向的所述泵与所述冷却板之间；以及

第二隔板，配置于沿着所述方向的所述泵与所述冷却板之间的所述容器的底表面上的所述熔化物中，所述第二隔板具有凸起，所述凸起自所述容器的所述底表面朝所述第一隔板向上延伸至所述熔化物中，且所述凸起配置接近于沿着所述方向的所述泵与所述冷却板之间的所述第一隔板。

7.如权利要求6所述的片材生产装置，其中所述材料为硅或硅与锗。

8.如权利要求6所述的片材生产装置，其中所述熔化物的准位接近所述泵与接近所述冷却板相同。

9.如权利要求6所述的片材生产装置，其还包括用以固持所述熔化物的回路，所述回路在下游连接所述冷却板且在上游连接所述泵。

10.如权利要求9项所述的片材生产装置，其中所述熔化物的准位接近所述泵、接近所述冷却板以及在所述回路中相同。

11.一种片材生产方法，其包括：

将气体注入至材料的熔化物中且以平行于所述熔化物的表面的方向注入；

藉由所述气体激励所述熔化物，藉以使得所述气体的气泡将动量提供至所述熔化物，使所述熔化物移动通过第一隔板与第二隔板，其中所述第一隔板部份地配置于所述熔化物中且部分在所述熔化物之外，所述第一隔板配置于沿着所述方向的所述泵与所述冷却板之间，并且所述第二隔板配置于沿着所述方向的所述泵与所述冷却板之间的所述容器的底表面上的所述熔化物中，所述第二隔板具有凸起，所述凸起自所述容器的所述底表面朝所述第一隔板向上延伸至所述熔化物中，且所述凸起配置接近于沿着所述方向的所述泵与所述冷却板之间的所述第一隔板；

使所述材料的片材凝固于所述熔化物上；以及

自所述熔化物移离所述片材。

12.如权利要求11所述的片材生产方法，其中所述气体选自由以下各物组成的群组：稀有气体、氮以及氢。

13.如权利要求11所述的片材生产方法，其中所述片材以及所述熔化物以相等速度平移。

14.如权利要求11所述的片材生产方法，其中所述材料为硅或硅与锗。

15.如权利要求11所述的片材生产方法，其中所述激励使得所述熔化物自第一高度上升至第二高度。

16.如权利要求11所述的片材生产方法，其中所述气体为氩，且所述方法还包括降低所述熔化物中的氧含量。