CN106133208A - 硅熔体中控制热流的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于控制熔体内的热流的装置。装置可包括坩埚，用以容纳熔体，而熔体具有暴露面。装置也可包括加热器与散热屏障总成。加热器配置于坩埚的第一侧的下方，用以提供热以穿过熔体而至暴露面。散热屏障总成包括至少一散热屏障，配置于坩埚内，并在熔体中定义隔离区与外围区。
Description
关于联邦资助的研究与发展的声明
美国政府已缴清本发明的权利金且在有限的情形下有权要求专利权人以合理的条件许可他人，如美国能源部(U.S.Department of Energy)所授予的合同号DE-EE0000595的条款所规定。
技术领域
本实施例是有关于结晶材料从熔体(melt)的成长，且特别是有关于从熔体形成单晶片。
背景技术
硅晶圆或硅晶片可应用于例如积体电路或太阳能电池产业。当再生能源的需求不断增加时，太阳能电池的需求也不断增加。太阳能电池产业的主要成本在于用以制造太阳能电池的晶圆或晶片。降低晶圆或晶片的成本可减少太阳能电池的成本，并使得再生能源技术更为普及。已被研究用于降低太阳能电池的材料成本的有前途的方法是水平带状生长(horizontal ribbon growth，HRG)技术，结晶片是从熔体的表面水平地拉出。在此方法中，熔体的部分表面充分地冷却以局部地通过晶种的帮忙开始长晶，接着沿熔体的表面抽拉以形成结晶片。通过提供装置快速地从熔体表面开始长晶的区域移除热可达成局部冷却。在适当条件下，结晶片的稳定领导前沿(leading edge)可在此区建立。
为了确保成长稳定性，直接在结晶片的领导前沿下方提供足够的穿过熔体的热流可能是有效的方法。为了使结晶片的厚度少于200微米(μm)，也需要在结晶片已形成的部分的下方提供均匀热流。然而，因为几个原因，要在硅熔体内控制热流是很有挑战的。首先，熔融的硅具有很高的热传导性，因此从容纳熔体的坩埚的底部导入的热在到达熔体表面前就散开了。此外，容纳硅熔体的坩埚的材料是熔硅(fused silica)，因为它在高温时也不会跟硅(silicon)产生反应。然而，熔硅是很好的热隔绝体，因此需要很大的热梯度才能将相当的热传递给硅熔体。所以，被加热的熔硅坩埚的外部温度必须维持在远高于熔体的温度。然而，熔硅在1880K的温度以上软化，限制了可以导入熔体的热流的量。因此，现有的装置不能提供足够的热流以确保结晶片的稳定成长。
因此，本改善方案在这些与其他考虑下是有必要的。
发明内容
本摘要是以简化的形式介绍概念的选择，而后续会有进一步详细的说明。本摘要并非用以确认本申请所要保护的标的的关键特征或基础特征，也不是用以决定本申请所要保护的范围。在一实施例中，提供用于控制熔体内的热流的装置。此装置可包括坩埚，用以容纳熔体，熔体具有暴露面。此装置也可包括加热器与散热屏障总成。加热器配置于所述坩埚的第一侧的下方且用以提供热以穿过所述熔体而至所述暴露面。散热屏障总成包括至少一散热屏障，配置于所述坩埚内，并在所述熔体中定义隔离区与外围区。
在另一实施例，一种用以处理熔体的处理方法包括提供熔体于坩埚，所述熔体具有暴露面，加热所述坩埚相对于所述暴露面的第一侧，以提供穿过所述熔体而至所述暴露面的热，以及提供散热屏障总成于所述坩埚内。散热屏障总成包括至少一散热屏障且在所述熔体中定义隔离区与外围区，其中流过所述隔离区而至所述暴露面的热的第一部份具有第一热流密度，从所述隔离区通过所述至少一散热屏障而至所述外围区的热的第二部分具有第二热流密度，第一热流密度大于第二热流密度。
在又一实施例中，一种用以处理熔体的处理装置包括加热器配置于用以容纳熔体的坩埚的下方，加热器用以提供穿过熔体而至熔体的暴露面的热。此装置可还包括散热屏障总成，散热屏障总成包括配置于所述坩埚内的第一散热屏障与第二散热屏障，散热屏障总成并在所述熔体中定义隔离区与外围区，其中经过所述隔离区流而至所述暴露面的热的第一部份具有第一热流密度，从所述隔离区通过所述至少一散热屏障至所述外围区的热的第二部分具有第二热流密度，第一热流密度大于第二热流密度。
附图说明
图1A示出符合本实施例的用于处理熔体的装置的剖视图。
图1B示出散热屏障的另一实施例的细节。
图2示出再一实施例的用于处理熔体的装置的剖视图。
图3A示出本发明的又一实施例的装置在操作时的剖视图。
图3B示出图3A的装置的侧面剖视图。
图3C示出本发明的再一实施例的装置。
图4示出包括三种不同几何尺寸下在熔体的暴露面的热流的模拟的组合图。
图5A示出装置的一实施例，其中热流屏障总成用以在热穿过熔体时增加热流密度。
图5B示出图5A的装置操作的一实施例。
图5C示出图5A的装置操作的另一实施例。
图6示出多种状况的范例热流密度曲线。
图7示出另外多种状况的范例热流密度曲线。
图8示出根据其他实施例一的操作范例。
具体实施方式
本实施例提供装置以控制如硅熔体(silicon melt)之类的熔体内的热流。多种实施例有助于在熔体内提供均匀的热流或集中的热流，以便控制例如硅之类的半导体材料的连续结晶片的水平生长。多种实施例通过提供容纳热流的散热屏障而有助于控制熔体内的热流，以便引导熔体内的热流，这样可解决前述有关于熔体生长的问题。
多种实施例提供用于处理熔体的装置，包括坩埚，用以容纳熔体，其中熔体具有暴露面。在用于处理硅熔体的实施例中，坩埚可由熔硅构成。如同传统装置，加热器可配置于坩埚相对于暴露面的第一侧下方，以施加热通过熔体至会发生结晶片的处理的暴露面。不像传统装置，在此提供了散热屏障总成，其包括配置于坩埚内的至少一散热屏障。散热屏障总成可在熔体中定义隔离区与外围区，其中外围区位于隔离区外。以此原则，加热器提供的流经隔离区而至暴露面的热的第一部份具有第一热流密度，从隔离区通过至少一散热屏障至外围区的热的第二部分具有第二热流密度，第一热流密度大于第二热流密度。此特征用以容纳或限制热流，所以表面的热流会受规范而不同于传统熔体装置。
图1A示出符合本实施例的用于处理熔体的装置100的剖视图。装置100包括加热器102与坩埚104，坩埚104容纳熔体106。在本实施例与其他实施例，加热器102配置于坩埚的第一侧105旁或是下方，第一侧105相对于熔体106的暴露面107。因为熔体106定义上为液态，坩埚的第一侧105可表示为坩埚104的底部，且坩埚104可还包括侧壁112。因此，侧壁112与第一侧105用以容纳熔体106。在操作中，装置100可结合其他元件(未示出)一起使用，以从后续将详述的熔体106抽取结晶片。除了侧壁112，散热屏障总成108也被提供在熔体106内，其可固定于坩埚104的表面区109。
在图1A的范例中，散热屏障总成108包括第一散热屏障110与第二散热屏障111，彼此相对地配置。在多种实施例中，坩埚104与第一散热屏障110及第二散热屏障111都是由熔硅构成，这特别适用于硅熔体。散热屏障总成108可机械式地固定于坩埚104或可一体成型为坩埚104的一部分。在多种实施例中，散热屏障总成108具有低热传导性，以热传导性低于0.1W/cm-K。这样的热传导性远低于熔融的硅，熔融的硅的热传导性在1685K的温度被决定为约0.6W/cm-K的范围。例如，熔硅的热传导性在硅的熔融温度的温度范围被决定为约0.05W/cm-K的范围，这样的范围低了硅熔体的热传导性一个等级(order)以上。低热传导性的特点有助于在后面所述的实施例中限制了施加于例如熔体106的熔体的热的热流。其他作为散热屏障的适当范例包括由内部分和外壳构成的结构，外壳接触熔融硅(moltensilicon)，外壳是由熔硅(fused silica)构成。如此，外部分以不跟熔融硅产生反应的材料呈现。图1B示出散热屏障的另一实施例的细节。在一范例中，散热屏障120可以是整个由例如熔硅的单一材料构成的实心结构。在另一范例中，散热屏障130可具有例如为熔硅的材料构成的壳132，熔硅适合用于硅熔体，因为熔硅不易与硅产生反应。此外，散热屏障130可包括内部分134，用以使得散热屏障的整体的热传导性较低。在此范例的散热屏障130，如果壳132由熔硅构成则可完全包围内部分134，内部分134可具有甚至低于熔硅的热传导性，以散热屏障的热传导性低于0.05W/cm-K。例如，内部分134可包括具有低热传导性的气体介质或其他介质。在一范例，内部分134可包括硅气胶(silica aerogel)或其他具有非常低热传导性的结构。这样的散热屏障130的整体热传导性在一些例子中可以是0.02W/cm-K或更低。因为内部分134可由熔硅壳密封，内部分134可由可能与熔融硅产生反应的低热传导性材料构成，例如氧化锆(zirconia)构造物。实施例并不局限于此。
图2示出再一实施例的用于处理熔体的装置200的剖视图。此实施例与装置100共用除了下方所述之外的相同元件。特别是，提供了坩埚架202，其也可作为热增强器。在一些实施例，坩埚架容纳至少一隔绝间隙物，例如图2，其中坩埚架202具有隔绝间隙物204，其在一些例子中可对齐第一散热屏障110与第二散热屏障111。在一些实施例中坩埚架可由碳化硅构成，且可限制加热器102产生的热流向熔体106。例如加热器102产生的热可沿着平行于如所示的卡氏座标的Y轴的方向向上流，并可局限在第一散热屏障110与第二散热屏障111之间的区域。如此加热器102产生的热流的大部分可在散热屏障总成108上方的区域从熔体106的暴露面206向外流动。如下述，在适当设计过的散热屏障总成108的一些实施例中，热流可集中于暴露面206。例如，可在暴露面206实现40瓦/平方厘米(W/cm2)的热流。在其他实施例，热流在暴露面206可变得均匀。
如图2所示，装置200包括结晶器208，其可做为散热件以帮助快速移除从暴露面206流出的热。当热流向暴露面206，为了结晶成片，热可局部地快速移除，以使从暴露面206流出的热大于流向暴露面206的热。例如结晶器208可通过提供冷却块做为散热件而移除热或可提供气体至暴露面206以移除热。实施例并不局限于此。这样的快速移除热可导致熔体106的材料在其中固化的结晶区的形成，使用如下述的水平带状生长技术允许结晶片从熔体抽取。多种实施例通过提供散热屏障总成简化此方法，其中散热屏障总成集中足够的热流至表面206以稳定结晶片的成长过程。在其他实施例，散热屏障总成108以均匀的方式导引热流至暴露面206，此均匀热流例如可用以处理已经形成的结晶片。
在不同实施例，散热总成可以不同方位设置在坩埚内。在惯例上，结晶片的拉动方向可平行于Z轴。如图1A与图2所示的装置100或装置200可视为位于Y-Z平面(侧视)或在X-Z平面(端视)，其中Z轴平行于结晶片的拉取方向。此外，第一散热屏障110与第二散热屏障111相对于Y轴的方位可在不同实施例中变化。特别是，在适于提供均匀加热的实施例，第一散热屏障110与第二散热屏障111可平行于Y轴，且因此可具有垂直于暴露面206的壁，如下面关于图3A与图4的细节。在适于提供集中的热流的实施例中，第一散热屏障110与第二散热屏障111可以但非必要如图5A至图8所述的与Y轴形成非零夹角。
接着图3A示出本发明的又一实施例装置300在操作时的剖视图。图3B示出图3A的装置300的侧面剖视图。如所示出，装置300包括其操作已于前面叙述过的坩埚330与坩埚架202。在此实施例，散热屏障总成331包括第一散热屏障332与第二散热屏障334，其邻近坩埚330的表面320。第一散热屏障332与第二散热屏障334可设置为平行于Y轴且因此垂直于熔体106的暴露面322。特别是，第一散热屏障332可具有第一壁326，第二散热屏障334可具有面对第一壁326的第二壁328，如此第一壁326与第二壁328定义隔离区304的侧边。第一壁326可平行于第二壁328，且可垂直于暴露面322而延伸。
在操作时，加热器312产生通过坩埚架202与坩埚330而进入熔体106的热流302。如已描述的，熔体可以是硅，而第一散热屏障332与第二散热屏障334可由熔硅构成，其在硅的熔融温度具有远低于硅的热传导性。借此，热流302可被局限在第一散热屏障332与第二散热屏障334所定义的隔离区304内。通过可由熔融硅构成的隔离区304的热流密度可以是从熔体106的隔离区304向外流进外围区324的热的热流密度的10倍以上。为了清晰，后者的热流未于图3A中被指出。此外，通过适当的加热器312的架构，热流密度可均匀通过隔离区304，因此从隔离区304的顶部向外的热流密度在点A与B之间可具有相同值。
如图3A所示，装置300包括结晶器306，其可从表面322移除热。装置300也可包括晶体拉具(未示出)。当热流充分快速地离开表面322，从熔体106的结晶可以开始，晶体拉具可沿着平行于Z轴的拉取方向315抽拉结晶片308。如图3B所示，第一散热屏障332与第二散热屏障334位于坩埚330内，以使隔离区304在以拉取方向315拉取结晶片308时位于结晶片308的一部分的下方。当结晶片308固化且被拉往图3B的右侧时，结晶片308可能在平行于Y轴的方向上获得大于所要的厚度。在此例中，加热器312可用以产生热流302于隔离区304内，以使结晶片308的一部分被熔回而减少厚度。当结晶片被抽拉通过隔离区304，热流302可让邻近于结晶片308的熔体106产生足够的温度而使结晶片例如沿着其下表面熔融。结晶片308的厚度可接着在其被抽拉通过隔离区304时逐渐地减少。因为热流位于隔离区304内，装置300可提供结晶片308均匀热流，使结晶片的厚度在点A与B之间均匀地减少。
在图3A与3B的实施例中，可提供额外的加热器于坩埚330的其他部分的下方，以在至少两个加热区提供热至熔体106而使在隔离区304外的其他部分熔体106维持于所要的熔融温度。然而，因为第一散热屏障332与第二散热屏障334限制热流于隔离区304内，热流的方向可被导引为垂直于暴露面322，且热流密度可横跨隔离区304被维持在均匀值，此热流密度可不同于外围区324。
为了整理隔离区内的热流，加热器与散热屏障总成的几何条件可调整。图3C示出本发明的再一实施例的装置350。为了简化，装置350没有包括坩埚架，但在多种实施例中都可包括坩埚架。如所示，装置350容纳坩埚364与散热屏障总成366，散热屏障总成366包括第一热传屏障356与第二散热屏障358，其可如图3A与3B的实施例般平行于Y轴地延伸。加热器352作为横跨加热器宽度d2的均匀热源。加热器352可产生热流354，其穿过第一散热屏障332与第二散热屏障334所定义的隔离区360而朝向熔体106的表面362续行。为了增加隔离区360内的热流354的均匀性并增加在暴露面362的点C与D之间的热流的均匀性，隔离区宽度d1可相对于加热器宽度d2调整。在一些例子中，加热器宽度d2可大于隔离区宽度d1。
图4示出包括三种不同几何尺寸下熔体的暴露面在深13毫米(mm)处的热流的模拟的组合图。此结果是基于电脑流体动力计算所得，其应用于硅熔体，且沿着熔体下缘提供有均匀热源404。熔硅制成的散热屏障402具有5mm的宽度(沿着X轴)与10mm的高度(沿着Y轴)，其邻近于隔离区，隔离区具有60mm的全宽度以及30mm的半宽度，如图4所示。在熔体底部(沿着Y轴)，所有几何尺寸的热流密度(q”)为10瓦/平方厘米(W/cm2)。曲线406表示当熔体内没有散热屏障时对称架构的一半的热流密度架构，以沿着熔体的表面平行于X轴的位置函数表示。如所示，熔体表面的热流密度在中心区(X＝0)是非常接近熔体底部的初始热流的10W/cm2。热流密度以朝着均匀热源的边缘的方向逐渐减少，使热流密度在X＝30mm处少于7W/cm2，这依然是直接位于均匀热源404上方。曲线408表示具有散热屏障402且均匀热源404恰延伸于在X＝30mm处的隔离区412的边缘时的热流密度架构。如所示，热流密度更均匀且维持介于9-10W/cm2的值直到25mm。曲线410表示具有散热屏障402且均匀热源延伸超过在X＝35mm处的隔离区412的边缘时的热流密度架构。如所示，热流密度仍更均匀且维持接近10W/cm2的值直到25mm。从图4的结果可看到通过适当地安排散热屏障与热源，熔体表面的均匀热流可调整为所要的宽度。这可应用在结晶片成长装置，通过安排均匀热流的区域宽度涵盖结晶片在垂直于其拉取方向的横向方向上的要处理的宽度。这示出在图4，结晶片420的半宽度是25mm，当结晶片420如图所示定位时，整体宽度(未示出的另一半是在X＝0处的左侧)可受到相同的热流。
在其他实施例，散热屏障的性质可用于集中提供在熔体的表面的热流。图5A示出装置500的一实施例，其中散热屏障总成501排成在热穿过熔体106时增加热流密度。装置包括加热器502、加热器504与加热器506，其位于坩埚514的不同部分的下方。坩埚架510位于坩埚514与加热器之间。坩埚架510包括隔绝间隙物512，其沿着坩埚514底部定义彼此分开的区域，这些区域可由加热器502、加热器504或加热器506分别加热。加热器502位于散热屏障总成501下方，散热屏障总成501是由第一散热屏障516与第二散热屏障518构成。第一散热屏障516与第二散热屏障518的每一个都与熔体106的暴露面524形成夹角，这样在散热屏障总成501的更由暴露面524的部分之间的距离相较于靠近暴露面524的部分之间的距离更大。进一步如图5A所示，第一散热屏障516与第二散热屏障518位于暴露面524下方，散热屏障总成的顶部定义平面522，其位于熔体106内。在一些范例中，熔体106沿着平行于Y轴的方向的深度hm可以是10mm至20mm，而平面522与暴露面524之间的距离h1可以是1mm至5mm。装置500可还包括结晶器520，位于散热屏障总成501上方。在某些实施例，第一散热屏障516与第二散热屏障518可相对暴露面524构成相同夹角，在其他实施例，第一散热屏障516可相对暴露面525构成第一夹角，第二散热屏障518可相对暴露面524构成第二夹角，第一夹角不同于第二夹角。如果非对称的热通量分布产生，第一散热屏障516与第二散热屏障518非对称的方位是有用的。
在操作时，装置500可使用加热器502、加热器504与加热器506的任何组合加热熔体106。当加热器502启动时，传送至熔体106的热流可集中于暴露面524。集中的热流可用于稳定在暴露面524或附近产生的结晶片的生长。为了让结晶发生，热可以比集中的热流提供至暴露面524更快的速度被移除。
图5B示出装置500操作的一实施例。在此范例，加热器502启动并施加热于熔体106。加热器504与加热器506也可被启动，但在此为了简化而未做考虑。可假设在一范例中熔体106是硅且暴露面524的温度是1685K，这是硅的熔融温度。如所示，热流530向上移动通过坩埚架510且进入散热屏障总成501定义的隔离区534(如图5A)。散热屏障总成501是屏障热流朝外进入外围区536。借此，集中的热流532产生于散热屏障总成501的上部分。
如前述，坩埚514的适当材料是熔硅，因为不易与硅熔体反应，且不会在硅熔体引入金属污染物。然而，如下述，熔硅坩埚的软化点与热阻抗限制了通过坩埚514的底部的热流。这样的限制部分是因为熔硅具有低热传导性，因此坩埚的内外会产生很大的温差。熔硅的热传导性(～.05W/cm-K于1700K)让4mm厚的坩埚在被施加20W/cm2的热流时产生160K的温差，需要在坩埚外维持至少1845K的温度以使熔体底部的硅熔体维持在1685K的熔融温度。然而，熔体具有有限的例如12mm深度，在熔体的底部与顶部之间也会有温差，其在15W/cm2至20W/cm2的热流下可为30至40K，故熔体底部的熔融温度通常至少1715K至1725K以产生1685K的表面熔融温度。
当传统装置中提供20W/cm2的热流密度于二氧化硅(silica)坩埚时，上述的考虑因此设定了一个约1885K的最低温度以维持熔体表面于硅的熔融温度1685K。然而，传统装置的热流密度被限制于20W/cm2，不足以稳定结晶硅片的生长。散热屏障总成501通过集中热流朝向暴露面524而解决此问题。在一特别的范例，可假设导引通过坩埚514的底部而进入隔离区534的底部分的热流530是15W/cm2，其中隔离区534的面积是A1。为了说明，散热屏障总成501可具有角度，以使隔离区在平面522处的面积是A1/3，其增强热流以使热流532具有约45W/cm2的值。硅(Si)的给定传导率是0.6W/cm-K，温度梯度变化是从熔体506的底部的约3K/mm至平面522的约7K/mm，平均约5K/mm。借此，从坩埚514的底部至散热屏障总成501的顶部的净温差为50K，假设散热屏障总成501的高度为10mm。在范例中，平面522比暴露面524低3mm，熔体106在平面522的温度较暴露面524的温度高出3mm乘以7K/mm，或21K，使坩埚底部的温度高于暴露面524的温度约71K。借此，熔体106底部的温度可维持在1685K加上71K或1756K。
熔硅的给定热传导率在1700K为约0.05W/cm-K，热流密度15W/cm2的热流从加热器502施加于坩埚514而建立约30K/mm的温度梯度。对于4mm的合理的坩埚514的厚度，这使得坩埚514的底部表面538的温度较熔体106底部的温度高出30K/mm乘以4mm，或120K，或坩埚514的底部表面538的温度为1756K加上120K等于1876K。此温度低于可能使坩埚514严重软化的温度。
借此，既然仅产生15W/cm2的热流密度通过坩埚514的底部，装置500可传送约45W/cm2的热流至平面522而不需妥协坩埚，这是使用传统装置无法达成的。可提出，对于进入坩埚底部的给定热流，使用具有角度的散热屏障总成相较于未使用散热屏障的传统装置平均可创造更高的热梯度。例如，施加15W/cm2于传统装置会使整个熔体产生约3K/mm的热梯度，而上述实施例的平均热梯度却是5K/mm。然而，为了在熔体表面产生45W/cm2，传统装置需要在熔体的底部产生45W/cm2，这会导致90K/mm的温度梯度或跨过4mm厚的坩埚的360K的温差。此外，45W/cm2的热流密度会在硅熔体内产生超过7K/mm的热梯度，导致穿过10mm深的熔体的70K的温差。借此，坩埚外的温度需要至少1685K加上70K加上360K，或2115K，以在熔体表面产生1685K的温度。然而，熔硅坩埚的整体性在2115K将因为在此高温下产生的严重软化或流动而无法维持。
图5C示出另一实施例的装置500的操作，其中结晶器520从暴露面524移除热，如同热流537。热流537可超出热流532，以使结晶发生在散热屏障总成501上方的暴露面。晶体拉具(未示出)可通过沿着如所示的拉取方向515抽拉结晶片540。装置500用于形成结晶片的优点是装置500可以在熔体表面产生超过20W/cm2的热流密度，例如传统装置无法达成的从30W/cm2至50W/cm2。发明人确认这样高的热流密度有助于稳定结晶片在水平生长装置的生长。
为了方便沿着熔体表面的结晶材料片的生长，散热屏障总成501的顶部可位于熔体表面的下方。然而，高热流密度仍可传送至熔体表面，即使当散热屏障总成没有延伸至表面。图6示出多种状况的范例热流密度曲线。此结果是基于电脑流体动力计算所得，其应用于硅熔体，其中15W/cm2的热流提供于深13mm的熔体的底部。散热屏障总成的顶部可假设为低于熔体表面3mm。曲线602表示熔体内没有散热屏障的状况。在此状况，热流密度的宽峰具有少于12W/cm2的峰值。曲线604表示散热屏障总成具有角度的状况，且是计算位于散热屏障总成的顶部的热流密度。在此状况，观察到窄的波峰，其具有5mm至6mm的半峰全幅值(full width at half maximum，FWHM)，且具有35W/cm2的峰值，表示使用散热屏障总成增强热流密度所得。曲线606表示散热屏障总成具有角度的状况，且是计算位于低于熔体表面1mm处的热流密度。在此状况，观察到窄的波峰，其具有30W/cm2的峰值，表示热流密度仍有被增强。曲线608表示散热屏障总成具有角度的状况，且是计算位于熔体表面的热流密度。在此状况，观察到窄的波峰，其具有28.5W/cm2的峰值，表示热流密度的主要部分仍由具有角度的散热屏障总成增强。
熔体表面的热流密度的实际增强量可通过调整散热屏障的角度以及其与熔体表面的距离而调整。图7示出多种状况的范例热流密度曲线，其中散热屏障总成的顶部的散热屏障之间的距离有变化。在图7，所有热流密度曲线所反应的计算都是基于散热屏障总成的底部与坩埚底部有25mm的距离的状况。通过调整扩散屏障壁的角度，扩散屏障总成的顶部的距离可以调整。曲线702是散热屏障总成的顶部的距离25mm的状况，使隔离区具有固定的宽度。在此例，产生具有最大值26.3W/cm2的宽峰。曲线704是散热屏障总成的顶部的距离12mm的状况。在此例，产生具有最大值37.4W/cm2的窄峰。曲线706是散热屏障总成的顶部的距离8mm的状况。在此，产生具有最大值42.4W/cm2的窄峰。曲线708是散热屏障总成的顶部的距离4mm的状况。在此，产生具有最大值44.1W/cm2的更窄窄峰。曲线710是散热屏障总成的顶部的距离3mm的状况。在此，产生具有最大值42.9W/cm2的更窄窄峰。曲线712是散热屏障总成的顶部的距离2mm的状况。在此，产生具有最大值40.6W/cm2的更窄窄峰。曲线714是散热屏障总成的顶部的距离1mm的状况。在此，产生具有最大值35W/cm2的更窄窄峰。距离少至4mm以下而减少的最大热流值可归咎于热可在高热传导性的熔融硅内传递的距离减少所造成的热阻抗的增加。
从上述结果可观察到使散热屏障总成具有角度而使散热屏障总成的顶部的距离从25mm减少至4mm可增加热流密度的峰值。更可观察到当顶部的距离为4mm或更小时，可产生极大峰值。借此，这些结果显示可通过调整散热屏障总成的顶部与底部的距离而调整热流密度。从上面也可归纳出热流密度的波峰的宽度如FWHM可调整以维持窄峰，借以在窄区域内传递热，适于稳定硅片的领导前沿。
在其他实施例，用于处理熔体的装置可包括多个散热屏障总成。在一实施例，装置可包括第一散热屏障总成以产生集中的热流于熔体表面以及第二散热屏障以在熔体的目标区产生均匀热流。图8示出装置800的操作范例，包括前述的装置500与装置300的散热屏障总成元件。特别是，散热屏障总成501如前所述用以产生集中的热流532。此热流可超过例如30W/cm2，且可用以稳定结晶片804的领导前沿806的生长。这可在热流537被结晶器520从暴露面524移除时发生，且发生结晶。装置800也包括加热器352与散热屏障总成366，其操作已参考图3C于前面说明。特别是，散热屏障总成366与加热器352可提供热流沿着Y轴朝向结晶片804，其在横跨结晶片804平行于X轴的宽度上有均匀的热流密度，如图3C与图4所示。借此，散热屏障总成366可以均匀的方式横跨结晶片804的宽度熔融回部分的结晶片804，如图8。因此，装置800不仅提供改善的热流以稳定结晶片的领导前沿，并均匀热流以均匀地处理结晶片，借以横跨结晶片的宽度地均匀地熔融回结晶片。
本发明不局限于在此的特定实施例的范围。实际上，除了在此所述的之外，本发明的其他多种修改实施例对于本领域具有通常知识者而言再参考前述说明与附图后将是显而易见的。因此，其他多种修改实施例皆落于本发明所欲保护的范围。此外，虽然本发明以文字叙述为在特定环境下为了特定目的而有特定实施手段，本领域具有通常知识者可确认其实用性并不局限于此，且本发明可在任何环境下为了任何目的被执行。借此，随附的权利要求书应该在不脱离本发明的精神的范围内被建构。
Claims (15)
1.一种控制装置，用于控制熔体内的热流，包括：
坩埚，用以容纳所述熔体，所述熔体具有暴露面；
加热器，配置于所述坩埚的第一侧的下方且用以提供热穿过所述熔体至所述暴露面；以及
散热屏障总成，包括至少一散热屏障，所述至少一散热屏障配置于所述坩埚内，并在所述熔体中定义隔离区与外围区。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述至少一散热屏障是由熔硅构成。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述熔体是由硅构成，而其中流过所述隔离区而至所述暴露面的所述热的第一部份具有第一热流密度，从所述隔离区流过所述至少一散热屏障至所述外围区的所述热的第二部分具有第二热流密度，所述第一热流密度大于所述第二热流密度。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述散热屏障总成包括成角度的第一散热屏障与第二散热屏障，其中所述隔离区朝向所述暴露面变窄。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述散热屏障总成的第一壁与所述散热屏障总成的第二壁互相平行，且垂直所述暴露面安排。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中所述加热器安排以产生穿过所述隔离区而朝向所述暴露面的均匀热流。
7.根据权利要求1所述的控制装置，还包括坩埚架，配置于所述加热器与坩埚之间且具有至少一隔绝间隙物，安排以产生至少两个加热区而提供热至所述熔体。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述坩埚架是热增强器。
9.根据权利要求1所述的控制装置，
其中所述散热屏障总成包括第一散热屏障与第二散热屏障，配置于所述坩埚的表面区且以隔离区宽度彼此分离，
其中所述加热器用以产生热流通过加热器宽度进入所述隔离区，所述加热器宽度大于所述隔离区宽度，
其中在所述表面区的所述热流均匀通过所述第一散热屏障与所述第二散热屏障之间的所述隔离区。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述散热屏障总成的顶部定义的在所述熔体内的平面与所述暴露面的距离介于1至5毫米。
11.一种处理方法，用以处理熔体，包括：
提供所述熔体于坩埚，所述熔体具有暴露面；
加热所述坩埚相对于所述暴露面的第一侧，以提供热通过所述熔体而至所述暴露面；以及
提供散热屏障总成于所述坩埚内，所述散热屏障总成包括至少一散热屏障且在所述熔体中定义隔离区与外围区，其中流过所述隔离区流而至所述暴露面的所述热的第一部份具有第一热流密度，从所述隔离区流过所述至少一散热屏障至所述外围区的所述热的第二部分具有第二热流密度，第一热流密度大于第二热流密度。
12.根据权利要求11所述的处理方法，还包括提供所述散热屏障总成为具成角度的第一散热屏障与第二散热屏障，其中所述隔离区朝向所述暴露面变窄。
13.根据权利要求11所述的处理方法，其中所述散热屏障总成的第一壁与所述散热屏障总成的第二壁互相平行，且垂直所述暴露面安排。
14.根据权利要求12所述的处理方法，其中所述熔体是硅熔体，其中所述隔离区的顶部的热流为30至40瓦/平方厘米。
15.根据权利要求13所述的处理方法，还包括安排加热器以产生均匀热流穿过所述隔离区朝向所述暴露面。
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