DE102010030124A1

DE102010030124A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken

Info

Publication number: DE102010030124A1
Application number: DE201010030124
Authority: DE
Inventors: Dr. Dietrich Marc; Dr. Hollatz Mark; Robert Zacharias; Dr. Freudenberg Bernhard
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: US20110305622A1; DE102010030124B4; US9114990B2; SG177068A1

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Herstellung von Silizium-Blöcken umfasst ein Gefäß (2) zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze mit einer mindestens eine Seitenwand (7) und einen Boden (8) umfassenden Gefäß-Wand mit einer Innenseite (9) und einer Außenseite (10) und einer Mittel-Längs-Achse (11) und Mittel zur Erzeugung eines Temperaturfeldes auf der Innenseite (9) des Bodens (8), welches beim Abkühlen der Silizium-Schmelze zur Kristallisation derselben am Boden (8) des Gefäßes (2) zumindest bereichsweise einen quer zur Mittel-Längs-Achse (11) verlaufenden Temperatur-Gradienten (13) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken sowie nach dem Verfahren hergestellte Silizium-Blöcke.
Die Herstellung von großvolumigen Silizium-Blöcken ist ein Schlüsselschritt im Herstellungsprozess von Silizium-Solarzellen. Dieser Verfahrensschritt hat einen entscheidenden Einfluss auf die weiteren Eigenschaften des Halbleiter-Materials, insbesondere auf den erreichbaren Wirkungsgrad der fertigen Solarzellen.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken ist beispielsweise aus der JP 2000/327487 A bekannt.
Es besteht jedoch fortwährender Bedarf, derartige Verfahren besser kontrollierbar und reproduzierbar sowie kostengünstiger zu machen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, Silizium-Blöcke mit einer verbesserten Gefüge-Struktur zu schaffen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, durch Vorgabe eines Temperatur-Gradienten am Boden einer Kokille die Kristallisation einer Silizium-Schmelze gezielt zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich mittels eines lateralen Wärmeflusses ein Temperatur-Gradient am Boden der Kokille erzeugen lässt, welcher das Wachstum von langen, einheitlich orientieren Dendriten begünstigt. Dies war überraschend, da ein inhomogenes Temperaturfeld am Boden der Kokille bei der Kristallisation einer Siliziumschmelze üblicherweise vermieden wird, um die Phasengrenze nicht negativ zu beeinflussen.
Mittels der sich am Kokillenboden bildenden Dendriten lässt sich das weitere Kristallwachstum in der Silizium-Schmelze auf einfache Weise beeinflussen. Insbesondere lassen sich hierdurch auf einfache Weise die Gefügemerkmale der kristallisierten Silizium-Blöcke steuern. Insbesondere lassen sich so die Korngrößenverteilung und Kornorientierungsverteilung sowie die Form der Körner und Korngrenzenstruktur reproduzierbar beeinflussen. Es ist somit möglich, Silizium-Blöcke mit einer vorbestimmten Korngrößenverteilung und Kornorientierungsverteilung herzustellen.
Ein Temperaturfeld mit einem vorgegebenen Temperatur-Gradienten am Boden der Kokille kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass der Boden mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aufweist. Hierbei können mindestens zwei, insbesondere mehrere, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, diskrete Bereiche mit jeweils konstanter, jedoch paarweise unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen sein. Alternativ hierzu kann der Boden eine stetig variierende, insbesondere eine linear zu-/abnehmende Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Ebenso lässt sich ein Temperatur-Gradient durch eine Ausbildung der Seitenwand mit Bereichen von unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit erreichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Boden Anteile mindestens zweier unterschiedlicher Materialien auf, wobei der Anteil der einzelnen Materialien an der Dicke des Bodens in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse variiert. Die Materialien unterscheiden sich hierbei insbesondere durch ihre Wärmeleitfähigkeit. Sie können eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen. Sie können jedoch auch chemisch homogen sein und sich durch ihre physikalischen Eigenschaften, insbesondere ihre Dichte, Kristallstruktur oder Orientierung, unterscheiden. Der Boden kann insbesondere bereichsweise über seine gesamte Dicke aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Er weist in diesem Fall diskrete, nebeneinander angeordnete Bereiche aus unterschiedlichen Materialien auf. Es ist ebenso möglich, den Boden mehrlagig auszubilden, wobei der Anteil einer Lage an der Gesamtdicke des Bodens über die Erstreckung des Bodens in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse stetig, insbesondere linear, zu-/abnimmt. Anstelle oder zusätzlich zum Boden kann auch eine Seitenwand aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien vorgesehen sein.
Der Boden kann auch mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweisen. Auch hierdurch lässt sich auf einfache Weise ein Temperatur-Gradient am Boden der Kokille erreichen. Es ist ebenso möglich, anstelle oder zusätzlich zu einem Boden mit lokal variierender Dicke die Seitenwand des Gefäßes mit einer lokal variierenden Dicke auszubilden. Eine lokal variierende Dicke kann auf einfache Weise durch zusätzliche Verstärkungen oder Ausnehmungen, insbesondere Sacklochbohrungen, erreicht werden.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung eine Isolations-Einrichtung zur Isolation des Gefäßes auf. Die Isolations-Einrichtung weist mindestens ein Boden-Isolations-Element auf. Alternativ oder zusätzlich hierzu weist die Isolations-Einrichtung mindestens ein Seiten-Isolations-Element auf. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich auch durch Anordnung einer geeigneten Isolations-Einrichtung das Temperaturfeld auf der Innenseite des Bodens des Gefäßes gezielt beeinflussen lässt.
Mittels Boden-Isolations-Elementen mit Bereichen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit lässt sich das Temperaturfeld auf der Innenseite des Bodens des Gefäßes besonders wirksam beeinflussen.
Eine gezielte Beeinflussung des Temperaturfelds am Boden des Gefäßes ist auch mittels Seiten-Isolations-Elementen mit Bereichen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit möglich. Bereiche unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit können in den Isolations-Elementen durch Verstärkungen, Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen oder unterschiedliche Isolations-Materialien, erreicht werden. Unter unterschiedlichen Materialien seien hierbei wiederum Materialien verstanden, welche sich durch ihre chemische Zusammensetzung oder durch ihre physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Auch durch die Anordnung der Isolations-Elemente relativ zum Gefäß, insbesondere deren Abstand zum Gefäß, lässt sich deren isolierende Wirkung beeinflussen.
Vorzugsweise ist mindestens eines der Isolations-Elemente relativ zur Kokille verlagerbar. Hierdurch kann die Inhomogenität des Temperaturfelds auf einfache Weise beeinflusst werden. Mit einem verlagerbaren Isolations-Element ist es insbesondere möglich, das Einsetzen der Kristallisation der Silizium-Schmelze in der Kokille durch ein inhomogenes Temperaturfeld zu beeinflussen, im weiteren Verlauf der Kristallisation jedoch ein homogenes Temperaturfeld im Inneren der Kokille zu erzeugen. Mit anderen Worten kann somit die Bildung von Kristallisationskeimen am Boden der Kokille gezielt beeinflusst werden, das weitere Kristallwachstum in der Kokille jedoch unter homogenen, insbesondere isotropen Bedingungen durchgeführt werden.
Des Weiteren kann zur Erzeugung des inhomogenen Temperaturfelds am Boden der Kokille eine aktive Temperatur-Steuer-Einrichtung vorgesehen sein. Unter einer aktiven Temperatur-Steuer-Einrichtung sei hierbei eine Einrichtung verstanden, durch deren Aktivierung sich der Wärmefluss in/aus der Kokille steuern lässt. Dies kann beispielsweise durch ein Heiz-Element oder ein Kühl-Element, mittels welchem ein aktiver Wärmetransport möglich ist, geschehen. Bei dem Heiz-Element handelt es sich um eine Auswahl aus mindestens einem Boden-Heiz-Element und mindestens einem Seiten-Heiz-Element. Bei dem Kühl-Element handelt es sich um eine Auswahl aus mindestens einem Boden-Kühl-Element und mindestens einem Seiten-Kühl-Element. Es können vorteilhafterweise mehrere derartige Temperatur-Steuer-Elemente vorgesehen sein. Mittels mehrerer, unabhängig voneinander steuerbarer Temperatur-Steuer-Elemente lässt sich das Temperaturfeld in der Kokille gezielter und präziser beeinflussen.
Durch eine Verlagerbarkeit des mindestens einen Temperatur-Steuer-Elements lässt sich der mittels der aktiven Temperatur-Steuer-Einrichtung erzielbare Wärmetransport in/aus der Kokille auf einfache Weise beeinflussen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein einfaches, reproduzierbares Herstellen von Silizium-Blöcken mit einer vorgegebenen Gefügestruktur.
Die nach dem Verfahren hergestellten Silizium-Blöcke weisen die entsprechenden Vorteile auf.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 bis 11 schematische Teil-Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine als Ganzes mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Blöcken umfasst eine als Gefäß 2 ausgebildete Kokille zur Aufnahme einer Siliziumschmelze. Die Kokille 2 ist in einem allgemein als Prozessraum 3 bezeichneten Ofen angeordnet. Hierbei dient der Ofen 3 nicht notwendigerweise ausschließlich der Erhitzung. Er kann auch der Abkühlung, insbesondere der kontrollierten, gesteuerten Abkühlung seines Innenraums dienen. Zur Steuerung der Temperatur, insbesondere des Temperaturfelds, im Ofen 3 umfasst der Ofen eine erste, in 1 nur schematisch dargestellte Temperatur-Steuer-Einrichtung 4. Für konstruktive Details des Ofens 3 und der Temperatur-Steuer-Einrichtung 4 sei beispielsweise auf die DE 10 2005 013 410 A1 verwiesen. Die Temperatur-Steuer-Einrichtung 4 kann insbesondere ein oder mehrere Heiz-Elemente sowie ein oder mehrere Kühl-Elemente umfassen.
Diese können insbesondere im Ofen 3 um das Gefäß 2 herum, insbesondere unter, neben und über dem Gefäß 2 angeordnet sein.
Die Kokille 2 ist im Wesentlichen in Form eines nach oben offenen Quaders ausgebildet. Die Kokille 2 hat somit einen rechteckigen insbesondere einen quadratischen Querschnitt. Eine zylindrische Kokille mit einem runden Querschnitt ist jedoch ebenso möglich.
Die Kokille 2 weist eine als Grundkörper 5 ausgebildete Gefäß-Wand auf, die insbesondere auf seiner Innenseite zumindest bereichsweise, insbesondere ganzflächig, mit einer Beschichtung 6 versehen sein kann. Die Gefäß-Wand 5 umfasst mindestens eine, insbesondere vier Seitenwände 7 und einen Boden 8. Diese weisen jeweils eine Innenseite 9 und eine Außenseite 10 auf. Die Kokille 2 weist eine Mittel-Längs-Achse 11 auf. Der Boden 8 erstreckt sich quer, insbesondere senkrecht, zur Mittel-Längs-Achse 11.
Die Gefäß-Wand 5 kann Bestandteile aus einer Auswahl aus Quarz, Graphit und Keramik, insbesondere auf Basis von Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumcarbid, aufweisen.
Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Boden 8 mehrere aneinandergrenzende Bereiche 12 mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit L_i auf. Die Bereiche 12 erstrecken sich jeweils von der Innenseite 9 des Bodens 8 bis zu dessen Außenseite 10. Die Bereiche 12 weisen eine in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 zunehmende Wärmeleitfähigkeit L_i auf, L₁ < L₂ < L₃ < L₄. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die rechts dargestellte Seitenwand 7 die Wärmeleitfähigkeit L₄ auf, während die links dargestellte Seitenwand 7 die Wärmeleitfähigkeit L₁ aufweist. Es ist jedoch auch möglich, die Seitenwände 7 mit einer einheitlichen Wärmeleitfähigkeit L auszubilden.
Allgemein weist der Boden 8 mindestens zwei Bereiche 12 mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit L₁, L₂ auf.
Die Bereiche 12 mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit L_i dienen als Mittel zur Erzeugung eines Temperaturfelds auf der Innenseite 9 des Bodens 8, welches beim Abkühlen der Schmelze in der Kokille 2 zur Kristallisation derselben zumindest bereichsweise einen quer zur Mittel-Längs-Achse 11 verlaufenden Temperatur-Gradienten 13 aufweist. Der Temperatur-Gradient 13 verläuft insbesondere parallel zur Innenseite 9 des Bodens 8. Er ist insbesondere senkrecht zu den Grenzflächen 14 orientiert. Der Temperatur-Gradient 13 ist in den Figuren jeweils schematisch als Pfeil, welcher in Richtung abnehmender Temperatur zeigt, dargestellt.
Der sich beim Abkühlen der Schmelze in der Kokille 2 an der Innenseite des Bodens 8 derselben ausbildende Temperatur-Gradient 13 hat einen positiven Maximalwert. Er beträgt mindestens 0,1 K/cm, insbesondere mindestens 0,5 K/cm, insbesondere mindestens 1 K/cm.
Die Bereiche 12 stoßen an Grenzflächen 14 aneinander. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Grenzflächen 14 senkrecht zur Innenseite 9 des Bodens 8 orientiert. Sie verlaufen parallel zur Mittel-Längs-Achse 11. Die unterschiedlichen Bereiche 12 haben somit eine quaderförmige Ausbildung. Alternative Ausbildungen der Bereiche 12 sind jedoch ebenfalls denkbar.
Die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit L_i der Bereiche 12 kann durch eine geeignete Materialwahl erreicht werden. Der Boden 8 weist mit anderen Worten in den unterschiedlichen Bereichen 12 unterschiedliche Materialien auf. Unter unterschiedlichen Materialien sei hierbei verstanden, dass sich die Materialien in ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, insbesondere ihrer Dichte, unterscheiden. Eine unterschiedliche Dichte kann beispielsweise durch geeignetes Sintern eines keramischen Ausgangsmaterials erreicht werden.
Allgemein umfasst der Boden 8 mindestens zwei unterschiedliche Materialien, deren Anteil an einer Dicke D des Bodens 8 in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 variiert. Die Dicke D des Bodens 8 kann insbesondere über die gesamte Erstreckung des Bodens 8 in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 konstant sein.
Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Boden 8 in jedem Bereich 12 über seine gesamte Dicke D dieselbe Zusammensetzung auf. Die Anteile der unterschiedlichen Materialien an der Dicke D des Bodens 8 variieren in diskreten Stufen im Bereich der Grenzflächen 14.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
Der Boden 8a der in der 2 dargestellten Kokille 2a umfasst zwei unterschiedliche Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit L₁, L₂, insbesondere L₁ < L₂, deren Anteil an der Dicke D des Bodens 8a in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 stufenlos, insbesondere linear zu- bzw. abnimmt. Der Boden 8a weist insbesondere einen keilförmigen Einsatz 15 auf. Hierbei ist die Wärmeleitfähigkeit L₂ des keilförmigen Einsatzes 15 von der Wärmeleitfähigkeit L₁ im übrigen Bereich 12a des Bodens 8a verschieden. Die Wärmeleitfähigkeiten der Bereiche 12a unterscheiden sich insbesondere um mindestens 5%, insbesondere mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der Bereiche 12a ergibt sich beim Abkühlen der Schmelze in der Kokille 2 ein Temperatur-Gradient 13 an der Innenseite des Bodens 8 von mindestens 0,1 K/cm senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Boden 8a zweilagig ausgebildet. Es können jedoch auch mehr, insbesondere drei, vier oder noch mehr Lagen im Boden 8a vorgesehen sein. Entscheidend ist, dass mindestens eine Lage eine in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 variierende Dicke, insbesondere eine keilförmige Ausbildung, aufweist.
Als Alternative zu der in 2 dargestellten Ausführungsform ist außerdem denkbar, den gesamten Boden 8a aus einem einheitlichen Material, jedoch mit variierender Dicke D auszubilden. Auch hierdurch wird eine bereichsweise unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit L des Bodens 8a erreicht.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 weitere Ausführungsformen beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b.
Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Boden 8b der Kokille 2b Bereiche mit unterschiedlicher Dicke D auf. Die Dicke D kann insbesondere, wie im linken Teil der 3 exemplarisch dargestellt, durch eine zusätzliche Lage 16 vergrößert sein. Die zusätzliche Lage 16 kann aus demselben Material wie der Rest des Bodens 8a sein. Sie kann auch aus einem unterschiedlichen Material sein. Sie kann auf der Innenseite 9 oder auf der Außenseite 10 des Bodens 8b angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer Verstärkung des Bodens 8b kann der Boden 8b, wie im rechten Teil der 3 exemplarisch dargestellt, durch eine oder mehrere Aussparungen 17 eine bereichsweise reduzierte Dicke D aufweisen. Die Aussparungen können auch als Nuten 17 ausgebildet sein. Diese befinden sich auf der Innen- oder Außenseite des Bodens 8b und erstrecken sich vorzugsweise über den gesamten in der Dicke D zu reduzierenden Kokillenboden 8b. Die Aussparungen 17 sind insbesondere sacklochartig ausgebildet. Sie können auch trichterförmig ausgebildet sein.
Allgemein ausgedrückt weist der Boden 8b einen variablen Querschnitt auf. Ein variabler Querschnitt liegt vor, wenn der Boden 8b in mindestens zwei zueinander und zur Mittel-Längs-Achse 11 parallelen Ebenen unterschiedliche Querschnitte aufweist. Durch eine Verstärkung der Dicke D des Bodens 8b kann dessen Isolationsfähigkeit erhöht durch eine Reduktion erniedrigt werden.
Die Dicke D des Bodens 8b kann in diskreten Stufen oder stetig, insbesondere linear, variieren.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c.
Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform ist eine Isolations-Einrichtung 18 mit zwei Boden-Isolations-Elementen 19, 20 vorgesehen. Es können auch mehr als zwei Boden-Isolations-Elemente 19, 20 vorgesehen sein. Die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 sind in direktem Kontakt zur Außenseite 10 des Bodens 8c der Kokille 2c angeordnet. Sie weisen zumindest bereichsweise unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten L₁, L₂, insbesondere L₁ < L₂, auf. Entsprechend den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann dies durch unterschiedliche Materialien erreicht werden. Beispielsweise kann das Boden-Isolations-Element 19 aus Hartfilz sein, während das Boden-Isolations-Element 20 aus Graphit ist. Andere Materialien sind ebenso möglich. Sie sind jedoch vorzugsweise aus einem hoch-temperaturbeständigen Material. Ein hoch-temperaturbeständiges Material in diesem Sinne ist bis mindestens 1.000°C, insbesondere mindestens 1.500°C, temperaturbeständig.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 aus demselben Material, jedoch mit unterschiedlicher Dicke, auszubilden. Auch durch eine gezielte Strukturgebung kann die Wärmeleitfähigkeit der Boden-Isolations-Elemente 19, 20 beeinflusst werden. Im Falle von Boden-Isolations-Elementen 19, 20 aus Graphit können die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 insbesondere eine unterschiedliche Orientierung der Kristallstruktur aufweisen. Hierdurch lässt sich die Wärmeleitfähigkeit der Boden-Isolations-Elemente 19, 20 beeinflussen. Entsprechend lässt sich im Falle von Hartfilz die Wärmeleitfähigkeit der Boden-Isolations-Elemente 19, 20 über deren Dichte beeinflussen. Außerdem können in den Boden-Isolations-Elementen 19, 20 Aussparungen oder Öffnungen vorgesehen sein.
Allgemein ausgedrückt weist die Isolations-Einrichtung 18 mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit L₁, L₂, insbesondere L₁ < L₂, auf. Die Isolations-Einrichtung 18 mit den Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit dient als Mittel zur Erzeugung des inhomogenen Temperaturfelds auf der Innenseite 9 des Bodens 8, welches beim Abkühlen der Schmelze in der Kokille 2 zur Kristallisation derselben zumindest bereichsweise einen quer zur Mittel-Längs-Achse 11 verlaufenden Temperatur-Gradienten 13 aufweist.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform grenzen die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 in einer durch die Mittel-Längs-Achse 11 verlaufenden ebenen Grenzfläche 21 aneinander. Es ist auch möglich, die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 entsprechend dem Boden 8a gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Grenzfläche quer zur Mittel-Längs-Achse 11 auszubilden.
In Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 stehen die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 über den Boden 8c der Kokille 2c über. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 bündig mit dem Boden 8c abschließen zu lassen oder nur in einem Teil-Bereich des Bodens 8c ein oder mehrere Boden-Isolations-Elemente 19, 20 anzuordnen. Die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 können zusätzlich zu einer in der 4 nicht dargestellten Grundplatte vorgesehen sein. Sie sind in diesem Fall insbesondere auf der Grundplatte angeordnet. Alternativ können die Boden-Isolations-Elemente 19, 20 in der Grundplatte eingebaut sein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten d. Gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Isolations-Einrichtung 18d zusätzlich zu dem Boden-Isolations-Element 19d zwei Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 auf. Bei dem Boden-Isolations-Element 19d kann es sich um die vorstehend beschriebene Grundplatte handeln.
Die Seiten-Isolations-Elemente 22, 23, sind parallel zu den Seitenwänden 7c der Kokille 2c angeordnet. Sie sind beabstandet zu den Seitenwänden 7c angeordnet. Sie können jedoch auch in direktem Kontakt mit den Seitenwänden 7c angeordnet sein. Die Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 grenzen an einem bodenseitigen Ende jeweils an das Boden-Isolations-Element 19d. An ihrem gegenüber liegenden Ende stehen sie jeweils in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11 über die Seitenwand 7c über. Sie haben somit eine Ausdehnung in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11, welche mindestens so groß, insbesondere größer, ist als die der Seitenwände 7c.
Es ist jedoch auch möglich, die Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 mit einer geringeren Ausdehnung in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11 als die der Seitenwände 7c auszubilden. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, eines der Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 nur im vom Boden 8c abgewandten, d. h. oberen Bereich der Seitenwand 7c, anzuordnen. Dadurch kann der lateralen Wärmefluss im bodenseitigen Bereich der Seitenwand 7c weiter beeinflusst, insbesondere erhöht werden.
Die Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 weisen eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit L_i auf. Für konstruktive Details der Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 sei auf die vorhergehende Beschreibung der Boden-Isolations-Elemente 19, 20 verwiesen.
Es ist möglich, die Seiten-Isolations-Elemente 22, 23 jeweils einteilig mit einem der Boden-Isolations-Elemente 19, 20 auszubilden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten e.
Gemäß dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Seiten-Isolations-Element 23e mehrere Öffnungen 24 auf. Es weist mindestens eine, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf Öffnungen 24 auf. Die Öffnungen führen zu einer erhöhten lateralen Wärmeabfuhr im Vergleich zu den Bereichen des Seiten-Isolations-Elements 23e ohne Öffnungen. Die Öffnungen 24 können als Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sein. Sie sind vorzugsweise in dem Seiten-Isolations-Element 23e auf einer gemeinsamen Höhe parallel zum Boden 8c der Kokille 2c angeordnet. Es können auch zwei oder mehr Reihen an Öffnungen 24 übereinander angeordnet sein.
Der Temperaturgradient 13 senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 kann auch verstärkt werden indem das Seiten-Isolations-Element 22 aus einem Material mit einem niedrigeren Wärmeleitfähigkeitswert L_i als das Seiten-Isolations-Element 23e besteht.
Es ist ebenso möglich, eine als Langloch ausgebildete Öffnung 24 in dem Seiten-Isolations-Element 23e vorzusehen. Die langlochförmige Öffnung 24 ist in diesem Fall vorzugsweise parallel zum Boden 8c angeordnet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Öffnungen 24 verschließbar sein.
Entsprechende Öffnungen 24 können auch in den Boden-Isolations-Elementen 19, 20 vorgesehen sein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten f.
Gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Seiten-Isolations-Element 22f ein Zusatz-Isolations-Element 25 auf.
Das Zusatz-Isolations-Element 25 ist im bodenseitigen Bereich des Seiten-Isolations-Elements 22f angeordnet. Es ist Bestandteil des Seiten-Isolations-Elements 22f. Es weist eine Ausdehnung in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11 auf, welche geringer ist als die Ausdehnung der Seitenwand 7c in dieser Richtung. Die Ausdehnung des Zusatz-Isolations-Element 25 in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11 liegt insbesondere im Bereich von 5 cm bis 50 cm, insbesondere im Bereich von 10 cm bis 30 cm.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten g.
Gemäß dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Seiten-Isolations-Element 23g eine Dicke in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 auf, welche mit zunehmendem Abstand vom Boden 8c der Kokille 2c linear abnimmt. Die Isolationswirkung des Seiten-Isolations-Elements 23g nimmt somit mit zunehmendem Abstand vom Boden 8c der Kokille 2c ab. An ihrem dem Boden 8c abgewandten Ende weist das Seiten-Isolations-Element 23g eine Dicke D_s auf, welche gerade so groß ist wie eine Dicke D_s des Seiten-Isolations-Elements 22 auf der bezüglich der Mittel-Längs-Achse 11 gegenüber liegenden Seite. Auf der Seite mit dem Seiten-Isolations-Element 23g mit zum Boden 8c hin zunehmender Dicke herrschen beim Abkühlen der Silizium-Schmelze zur Kristallisation derselben am Boden 8c der Kokille 2c höhere Temperaturen als auf der gegenüber liegenden Seite des Bodens 8c. Die Seiten-Isolations-Elemente 23g, 22 bilden somit Mittel zur Erzeugung eines inhomogenen Temperaturfelds auf der Innenseite 6 des Bodens 8c. Das inhomogene Temperaturfeld verringert sich über die Höhe der stetig kleiner werdenden Dicke D_s des Seiten-Isolations-Element 23g. Hierdurch lässt sich der positive Effekt des Temperaturgradienten 13 senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 auf den Bodenbereich 8c der Kokille 2c fokussieren, kann aber dennoch in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11 aufrecht erhalten werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten h. Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Zusatz-Isolations-Elemente 25h vorgesehen. Die Zusatz-Isolations-Elemente 25h sind in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 beabstandet zu den Seiten-Isolations-Elementen 22, 23 angeordnet. Sie können auch an den Seiten-Isolations-Elementen 22, 23 anliegen. Vorteilhafterweise steht das Boden-Isolations-Element 19d in diesem Fall nicht in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 über den Boden 8c der Kokille 2c über. Die Zusatz-Isolations-Elemente 25h sind in einer Verschieberichtung 26 parallel zur Mittel-Längs-Achse 11 verschiebbar.
Allgemein ausgedrückt ist mindestens eines der Zusatz-Isolationselemente 25h relativ zur Kokille 2c verlagerbar. Hierbei kann die Verlagerung in einer Verschiebung in Richtung parallel zur Mittel-Längs-Achse 11 oder senkrecht zu dieser erfolgen. Auch ein Verschwenken der Zusatz-Isolations-Elemente 25h, insbesondere um eine Schwenkachse parallel zur jeweils zugehörigen Seitenwand 7c ist möglich.
Allgemein ausgedrückt weisen die Isolations-Einrichtungen 18, 18d bis 18h eine Asymmetrie auf derart, dass die laterale Wärmeabfuhr von der Kokille 2c im Bereich des Bodens 8c an einander gegenüberliegenden Seiten des Bodens 8c unterschiedlich ist. Sie bilden somit Mittel zur Erzeugung eines inhomogenen Temperaturfelds auf der Innenseite 9 des Bodens 8, welches beim Abkühlen der Schmelze in der Kokille 2 zur Kristallisation derselben zumindest bereichsweise einen quer zur Mittel-Längs-Achse 11 verlaufenden Temperatur-Gradienten 13 aufweist.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehend Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine aktive Temperatur-Steuer-Einrichtung 27 zur Erzeugung des inhomogenen Temperaturfeldes am Boden 8c der Kokille 2c vorgesehen. Bei der Temperatur-Steuer-Einrichtung 27 handelt es sich insbesondere um eine zweite Temperatur-Steuer-Einrichtung 27, welche zusätzlich zur ersten Temperatur-Steuer-Einrichtung 4 vorgesehen und unabhängig von dieser steuerbar ist. Die Temperatur-Steuer-Einrichtung 27 umfasst mindestens ein Temperatur-Steuer-Element. Das mindestens eine Temperatur-Steuer-Element ist eine Auswahl aus einem Heiz-Element 28 und einem Kühl-Element 29.
Bei dem Heiz-Element 28 handelt es sich wiederum um eine Auswahl aus mindestens einem Boden-Heiz-Element und mindestens einem Seiten-Heiz-Element. Es können insbesondere auch mehrere Heiz-Elemente 28 vorgesehen sein. Diese sind vorzugsweise unabhängig voneinander steuerbar.
Entsprechend handelt es sich bei dem Kühl-Element 29 um eine Auswahl aus mindestens einem Boden-Kühl-Element und mindestens einem Seiten-Kühl-Element. Es können insbesondere mehrere Kühl-Elemente 29 vorgesehen sein. Diese sind vorzugsweise unabhängig voneinander steuerbar.
Das als Seiten-Heiz-Element ausgebildete Heiz-Element 28 ist beabstandet zur Seitenwand 7c angeordnet. Es ist insbesondere auf der Seitenwand 7c gegenüberliegenden Seite des Seiten-Isolations-Elements 22 angeordnet.
Das als Seiten-Kühl-Element ausgebildete Kühl-Element 29 ist beabstandet zur Seitenwand 7c angeordnet. Es ist insbesondere auf der der Seitenwand 7c gegenüberliegenden Seite des Seiten-Isolations-Elements 23 angeordnet.
Das Heiz-Element 28 ist auf der dem Kühl-Element 29 gegenüberliegenden Seite der Kokille 2c angeordnet.
Gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Temperatur-Steuereinrichtung 27 sowohl das Heiz-Element 28 als auch das Kühl-Element 29. Es ist jedoch auch möglich, auf eines der Elemente 28, 29 zu verzichten. In diesem Fall umfasst die Temperatur-Steuereinrichtung 27 ausschließlich ein oder mehrere Heiz-Elemente 28 bzw. ein oder mehrere Kühl-Elemente 29.
Die Seiten-Temperatur-Steuerelemente haben vorzugsweise jeweils eine Ausdehnung in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11 im Bereich von 10% bis 120%, insbesondere im Bereich von 10% bis 30% oder im Bereich von 80% bis 120%, der Ausdehnung der Seitenwände 7c in Richtung der Mittel-Längs-Achse 11.
Es kann vorgesehen sein, mindestens eines, insbesondere mehrere, insbesondere jedes der Temperatur-Steuer-Elemente 28, 29 relativ zur Kokille 2c verlagerbar auszubilden. Sie können insbesondere in Richtung parallel oder senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11 verschiebbar angeordnet sein. Sie können auch um eine Schwenkachse, welche insbesondere parallel zu einer der Seitenwände 7c verläuft, schwenkbar ausgebildet sein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten j. Gemäß dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Temperatur-Steuer-Einrichtung 27j sowohl ein Seiten-Heizelement 28j als auch ein Seiten-Kühl-Element 29j. Darüber hinaus umfasst die Temperatur-Steuereinrichtung 27j mehrere Boden-Heiz-Elemente 30.
Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 10 sind das Seiten-Heiz-Element 28j und das Seiten-Kühl-Element 29j auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kokille 2c angeordnet.
Die Boden-Heiz-Elemente 30 sind beabstandet zum Boden 8c der Kokille 2c angeordnet. Sie sind auf der dem Boden 8c gegenüberliegenden Seite des Boden-Isolationselements 19d der Isolations-Einrichtung 18d angeordnet. Die Boden-Heiz-Elemente 30 sind unabhängig voneinander steuerbar. Ebenfalls kann das Seiten-Heiz-Element 28j und das Seiten-Kühl-Element 29j in mehrere Segmente aufgeteilt sein, welche unabhängig voneinander steuerbar sind.
Alternativ zu den Boden-Heizelementen 30 können auch Boden-Kühl-Elemente vorgesehen sein.
Selbstverständlich können die Merkmale der Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 11 auch miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kokille 2, 2a, 2b gemäß einem der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele, die Ausgestaltung der Isolationseinrichtung 18, 18d bis 18h gemäß einem der in den 4 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele und die Ausgestaltung der Temperatur-Steuereinrichtung 27, 27j gemäß einem der in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden. Es kann beispielsweise besonders vorteilhaft sein, eine Ausführungsform, bei welcher der Boden 8, 8a, 8b der Kokille 2, 2a, 2b mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit L_i aufweist, mit einer mehrere unterschiedliche Boden-Isolations-Elemente 19, 20 aufweisenden Isolations-Einrichtung 18 und/oder einer Temperatur-Steuer-Einrichtung 27, 27j, insbesondere mit mehreren Boden-Heizelementen 30 zu kombinieren.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Silizium-Blöcken beschrieben. Zunächst wird die Vorrichtung 1 mit der Kokille 2 zur Aufnahme der Silizium-Schmelze bereitgestellt. Sodann wird die Silizium-Schmelze in der Kokille 2 bereitgestellt. Hierbei ist es möglich, die Silizium-Schmelze bereits in flüssigem Zustand in die Kokille 2 einzufüllen. Sie kann ebenso in der Kokille 2 im Ofen 3 aufgeschmolzen werden. Zur Kristallisation der Silizium-Schmelze in der Kokille 2 wird ein inhomogenes Temperaturfeld am Boden 8 der Kokille 2 erzeugt. Das Temperaturfeld weist insbesondere einen Temperatur-Gradienten 13 auf. Aufgrund des Temperatur-Gradienten 13 am Boden 8 der Kokille 2 werden gerichtete Dendriten auf dem Boden 8 der Kokille 2 erzeugt. Durch eine geeignete Anpassung des Temperatur-Gradienten 13 an die geometrischen Details der Kokille 2 sowie deren thermischen Eigenschaften, insbesondere deren Wärmeleitfähigkeit kann erreicht werden, dass sich besonders lange gerichtete Dendriten am Boden 8 der Kokille 2 bilden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere möglich, dass mindestens 10%, insbesondere mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% der sich am Boden 8 der Kokille 2 bildenden Dendriten eine Länge von mindestens 25%, insbesondere mindestens 50%, insbesondere mindestens 75% der Gesamtausdehnung des Bodens 8 in Richtung des Temperatur-Gradienten 13, d. h. insbesondere in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 11, aufweisen.
Die Dendriten weisen eine Vorzugs-Orientierung entsprechend der Richtung des Temperatur-Gradienten 13 auf. Hierunter sei verstanden, dass mindestens 10%, insbesondere mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% der sich bildenden Dendriten einen Winkel von weniger als 45°, insbesondere weniger als 30°, insbesondere weniger als 15° mit der Richtung des Temperatur-Gradienten 13 aufweisen.
Da die weitere Kristallisation der Silizium-Schmelze in der Kokille 2 wesentlich durch die als Kristallisations-Keime dienenden Dendriten bestimmt wird, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Silizium-Blöcke mit vorbestimmter Gefügestruktur, insbesondere mit vorbestimmter Korngrößenverteilung, Kornorientierungsverteilung sowie die Form der Körner und Korngrenzenstruktur reproduzierbar herstellen. Hierbei wird die Gefügestruktur des Silizium-Blocks durch eine vorbestimmte Korngrößenverteilung und Kornorientierungsverteilung an der zuerst kristallisierten Seite des Silizium-Blocks vorbestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000/327487 A [0003]
DE 102005013410 A1 [0024]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung von Silizium-Blöcken umfassend a. ein Gefäß (2; 2a; 2b; 2c) zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze mit i. einer mindestens eine Seitenwand (7; 7c) und einen Boden (8; 8a; 8b; 8c) umfassenden Gefäß-Wand mit – einer Innenseite (9) und – einer Außenseite (10) und ii. einer Mittel-Längs-Achse (11) und b. Mittel zur Erzeugung eines Temperaturfeldes auf der Innenseite (9) des Bodens (8; 8a; 8b; 8c), welches beim Abkühlen der Silizium-Schmelze am Boden (8; 8a; 8b; 8c) des Gefäßes (2; 2a; 2b; 2c) zumindest bereichsweise einen quer zur Mittel-Längs-Achse (11) verlaufenden Temperatur-Gradienten (13) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefäß-Wand mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (L_i) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (8; 8a; 8b) mindestens zwei unterschiedliche Materialien umfasst, deren Anteil an einer Dicke (D) des Bodens (8; 8a; 8b) in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (11) variiert.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (8b) mindestens zwei Bereiche umfasst, an welchen er eine unterschiedliche Dicke (D) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Isolations-Einrichtung (18; 18d) zur Isolation des Gefäßes (2; 2a; 2b; 2c) mit einem Boden-Isolations-Element (19, 20; 19d) oder einem Seiten-Isolations-Element (22, 23; 23e; 22f; 23g) umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Boden-Isolations-Elemente (19, 20) vorgesehen sind, wobei das erste Boden-Isolations-Element (19) mindestens einen Bereich mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (LB₁) als die Wärmeleitfähigkeit (LB₂) in einem Bereich des zweiten Boden-Isolations-Elements (20) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Seiten-Isolations-Elemente (22, 23; 23e; 22f; 23g) vorgesehen sind, wobei das erste Seiten-Isolations-Element (22; 22f) mindestens einen Bereich mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (LB₁) als die Wärmeleitfähigkeit (LB₂) in einem Bereich des zweiten Seiten-Isolations-Elements (23; 23e; 23g) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Isolations-Elemente (19, 20, 22, 23; 19d; 23e; 22f; 23g) relativ zum Gefäß (2; 2a; 2b; 2c) verlagerbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mindestens eine aktive Temperatur-Steuer-Einrichtung (27; 27j) mit mindestens einem Temperatur-Steuer-Element (28, 29; 28j, 29j, 30) zur Erzeugung des inhomogenen Temperaturfeldes am Boden (8; 8a; 8b; 8c) des Gefäßes (2; 2a; 2b; 2c).
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Temperatur-Steuer-Element mindestens ein Boden-Heiz-Element (28; 30) oder mindestens ein Seiten-Heiz-Element (28; 28j) umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Temperatur-Steuer-Element mindestens ein Boden-Kühl-Element (29; 30) oder mindestens ein Seiten-Kühl-Element (29; 29j) umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Temperatur-Steuer-Element (28, 29; 28j, 29j, 30 relativ zum Gefäß (2; 2a; 2b; 2c) lageveränderlich angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen von Silizium-Blöcken umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Vorrichtung (1) mit – einem Gefäß (2; 2a; 2b; 2c) zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze, wobei das Gefäß (2; 2a; 2b; 2c) eine Gefäß-Wand mit einen Boden (8; 8a; 8b; 8c) aufweist, und – Bereitstellen einer Silizium-Schmelze in dem Gefäß (2; 2a; 2b; 2c), – Erzeugen eines inhomogenen Temperaturfeldes am Boden (8; 8a; 8b; 8c) des Gefäßes (2; 2a; 2b; 2c) bei der Kristallisation der Silizium-Schmelze.
Silizium-Block hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest an einer zuerst kristallisierten Seite eine vorbestimmte Korngrößenverteilung und Kornorientierungsverteilung aufweist.