DE2747753A1 - Herstellung einer kristallinen siliciumschicht - Google Patents

Herstellung einer kristallinen siliciumschicht

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DE2747753A1 DE19772747753 DE2747753A DE2747753A1 DE 2747753 A1 DE2747753 A1 DE 2747753A1 DE 19772747753 DE19772747753 DE 19772747753 DE 2747753 A DE2747753 A DE 2747753A DE 2747753 A1 DE2747753 A1 DE 2747753A1
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Description

7 7
Hamburg, den 20. Oktober~1'9?7
207977
Priorität: 1. November 1976, U.S.A.,
Pat.Anm.Nr. 737 389
Anmelder;
Sotec Corporation
Palo Alto, CaI., U.S.A.
Herstellung einer kristallinen Siliclumschicht
Eine der wesentlichen Grenzen bei der Kostensenkung für auf der Erde anwendbare Solarzellen ist das bisher gebräuchliche Herstellungsverfahren, dessen Ablauf die Erzeugung"von hochgradig reinem polykristallinem Silicium mit der Beschaffenheit eines Halbleiters, das umfangreiche Wachstum kristallinen Siliciums insbesondere in Form zylindrischer Stangen oder Barren und das Zersägen dieser Stangen in einzelne Scheiben erfordert. Durch die Zeit für die eigentliche Herstellung der Solarzelle, d.h. die Bildung einer p-n-Verbindung und die Anbringung der elektrischen Kontakte, fällt
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der größte Anteil der Produktionskosten an. Dies beruht auf der Tatsache, daß der beschriebene Herstellungsablauf beim Sägevorgang zu beträchtlichen Materialverlusten führt, da die Verluste durch die Schnittbreite oder den Sageabfall bis zu etwa 50% des ursprünglichen Barrens erreichen können· Ferner ist die in einer Größenordnung von 200 Atm bis 400 Aim liegende Dicke der fertigen Oblate oder Platte oft die tatsächlich zur Herstellung einer zufriedenstellenden Solarzelle erforderliche Dicke· Im übrigen geht nicht nur ein großer Teil des Materials für die Verwendung verloren, sondern das Verfahren ist auch selbst kostspielig und zeitraubend, erfordert große Energiemengen und führt zu einer scharfen Trennung des Beginne der Stoffkette vom fertigen Produkt.
Die Nukleation oder Keimbildung eines Halbleiter-Silicium-Materials auf einen geeigneten Substrat ist das Ziel zahlreicher Forschungsarbeiten und angestrengter Untersuchungen. Hierzu wird beispielsweise auf T.L. Chu et al "Polycrystalline Silicon Solar Cells for Terrestrial Applications" in "Photovoltaic Specialists Conference Report" 11, 1975, Seite 103 hingewiesen. In, wesentlichen wurde darauf abgezielt, als Substrat einen preisgünstigen und leicht zu behandelnden Werkstoff zu finden, der nicht zu störenden elektronischen Überlagerungen mit der herzustellenden Solarzelle führt, und
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der eine Eingliederung in einen kontinuierlichen Herstellungsvorgang ermöglicht. Diese Bestrebungen haben zu der Auswahl von Nichtsilicium-Substraten und metallurgischen SELicium-Substraten geführt. Glas, Kunststoff und verschiedene Metalle wurden als mögliche Substrate in Betracht gezogen. Die bis heute bestehenden Hindernisse und Schwierigkeiten bei der Entwicklung eines zufriedenstellenden Verfahrens sind die Qualität des erzeugten Kristalls und die Nukleations- oder Keimbildungsrate von Silicium auf den Substraten. Mit Solarzellen, bei deren Herstellung ein dünner Film aus SiIiciummaterial auf derartigen Substraten erzeugt wurde, wurden lediglich geringe Wirkungsgrade in der Größenordnung von wenigen Prozenten erreicht. Im Idealfall wäre es erwünscht, eine Schicht aus kristallinem Silicon auf einen geeigneten Substrat mit einem zufriedenstellend hohen Perfektionsgrad der Kristallisation kontinuierlich fortlaufend zu erzeugen, um eine Solarzelle mit einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad herstellen zu können·
Die Erfindung bezweckt daher hauptsächlich die Schaffung eines Verfahrene zur Erzeugung einer Schicht aus kristallinem Silicium auf einem anderen Substrat als Einkristall-Silicium.
Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Verfahrens,
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bei welchem für das Kristallsubstrat ein Surrogat verwendet wird, welches die Kristallstruktur von Silicium dadurch simuliert, daß ein ausgerichtetes bzw. orientiertes Wachstum von SilicWm erreicht wird.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens , mit welchem eine Schicht aus kristallinem Silicium gleichzeitig mit einer leitfähigen Legierung ausgebildet wird.
Hierzu werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Schicht aus kristallinem Silicium Siliciumatome auf die Oberfläche eines kristallinen Substrates vom Natrium-Thallium-Typ aufgebracht.
Vorzugsweise werden die Siliciumatome bei dem erfindungsgemäßen Verfahren allmählich nach und nach auf das Substrat aufgebracht, wodurch ein orientiertes Oberwachsen auftritt.
Die kristalline Siliciumschicht wird also erfindungsgemäß durch orientiertes Aufwachsen von Silicium auf einem kristallinen Substrat vom Natrium-Thallium-Typ mit Doppel-Diamant-Struktur erzeugt.
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Die erfindungsgemäß erzeugte Schicht aus kristallinem Silicium eignet eich besonders für die Herstellung von Silicium-Solarzellen.
Eine insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft herstellbare Zusammensetzung mit einer kristallinen Siliciumschicht kann besonders vorteilhaft bei Halbleitern und Solarzellen angewendet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden näher erläutert.
Kristallines Silicium bildet eine Diamant-Struktur. Jedes Atom liegt in der Mitte eines Tetraeders. Der tetraedlsche Abstand von der Mitte zu einer Spitze des Tetraeders ist
ο ο
1.17 A. Die Gitterkonstante ist 5#4 A. Nahezu vollkommene Kristalle können aue einer Schmelze bei einer Temperatur Oberhalb von 1.420° C erzeugt werden. Um kristallines Silicium hoher Qualität für die Herstellung von Halbleiteranordnungen zu erzeugen, ist das Czochralski-Verfahren weithin gebräuchlich. Kristallines Silicon guter Qualität kann ferner epitaxial durch Dampfniederschlag, Sprüh- oder Verdampfungsbzw. Verdunetungsverfahren auf Oberflächen von Einkristall-Silicium mit Halbleiterbeschaffenheit erzeugt werden. Im
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allgemeinen konnte bisher auf kristallinem Silicium für metallurgische Zwecke oder auf Nichtsilicium-Substraten nur verhältnismäßig unvollkommen kristallines Silicium erzeugt werden· Eine im folgenden diskutierte Ausnahme ist dabei Silicium auf Saphir.
Der Entstehungsmechanismus epitaxiales Aufwachsen ist bisher nicht vollständig geklärt. Es wird angenommen, daß die SiIiciumatome sich selbst in eine Energieminimumkonfiguration umgruppieren. Ferner wird angenommen, daß das Aufwachsen in Richtung einer ununterbrochenen Kette starker Bindungen zwischen den zwischen den Bausteinen auftritt (periodische Verbindungekette), siehe hierzu "Structure and morphology" Crystal Growth; an introduction, 1973» Seite 373.
Dieses Aufwachsen ist möglich, wenn eine kristalline Oberfläche hder Qualität vom Typ des aufgebrachten Atoms vorhanden ist. Die Oberfläche dient eigentlich im wesentlichen als Schablone oder Muster. Entscheidend sind Kristallordnung und- Abmessung, während die chemische Verträglichkeit oder Toleranz eine geringere Bedeutung hat. Das Aufwachsen wird erschwert oder verhindert, wenn als Versetzungen bezeichnete physikalische Fehler oder Fehlstellen in oder in der Nähe der Oberfläche des kristallinen Substrates vorhanden sind.
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Eine erfolgreiche Bildung von kristallinem Silicium ist auf einem kristallinen Silicium für Halbleiter als Substrat möglich, wenn Silicium-Atome auf die Oberfläche des Substrates mit ausreichender Wärmeenergie und somit ausreichender Oberflächenbeweglichkeit aufgebracht werden, damit sie eine Stelle einer periodischen Verbinduhgskette aufsuchen. Bekannte Verfahren arbeiten mit Dampfniederschlag, Aufsprühen oder Wärmeaufdampfung. Einer erfolgreichen Ausbildung einer Schicht aus kristallinem Silicium auf metallurgischen Silicium stehen Verunreinigungen und physikalische Fehler oder Defekte entgegen. Die Ausbildung einer Schicht aus kristallinem Silicium auf nichtkristallinem Material ergibt im allgemeinen eine unvollkommene Nukleation bzw. Keimbildung. In einigen Fällen war die Bildung einer Schicht aus kristallinem Silicium auf kristallinen Nichtsilicium-Substraten erfolgreich, so z.B. auf Saphir oder a-Aluminiumoxyd (Silicon auf Saphir) und auf Spinell (ALjO, * MgO). Auf derartigen isolierenden Substraten erzeugtes Silicium ist jedoch nicht für die Herstellung von Solarzellen geeignet, wenn das isolierende Substrat nicht entfernt wird. Dies ist jedoch im Hinblick auf ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren äußerst nachteilig, da ein elektrischer Kontakt mit beiden Oberflächen des Silicium hergestellt werden muß.
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ΛΑ
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Verwendung eines Surrogates vom Natrium-Thallium-(Doppel-Diamant)-Typ als kristallines Substrat, welches die Eigenschaften kristallinen Siliciums simuliert bzw. nachbildet. Das als Substrat vorgesehene Surrogat bildet häufig als Einkristall im wesentlichen ein Muster bzw. eine Schablone für das Überwachstum bzw. Aufwachsen einer Schicht von kristallinem Silicium. Natrium-Thallium ist eine Legierung, die einen Typus einer Kristallstuktur bildet, die als Naturwunder zu bezeichnen ist. Dieser Typus kann beispielsweise nach den Angaben bei M.Sittig, "Alloy Formation" in Sodium, Its Manufacture, Properties and Uses, ACS Publication, 1956, Seiten 51-89* gebildet werden. Er bildet ein Würfelförmiges kubischflächenzentriertes Gitter, in welchem die einen wesentlichen Teil dee Kristallsystems bildenden Metallatome, wenn sie für sich allein betrachtet werden, eine doppelt ineinandergefügte Diamantstruktur (Doppel-Diamant). Die Natrium-Atome allein betrachtet bilden eine Diamantstruktur und die Thalliumatome allein betrachtet bilden eine Diamantstruktur· Die Struktur ist in jedem Fall diejenige von kristallinem Silicium. Di· kombinierte Struktur hat die charakteristische Eigenschaft, daß der Abstand zwischen benachbart.en Natrium- und Thalliumatomen konstant ist· AIa ein Ergebnis sind die tetraedrischen Abstände (von der Mitte zu jeder Spitze) in den einzelnen Diamant-Strukturen ebenfalls gleich. Diese
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Konstanz ist nur möglich, wenn der Atomradius des elektrisch positiveren Metalles, das ist Natrium, stark verkleinert ist, während der des elektrisch negativeren Metalles, das ist Thallium, mit nur geringfügiger Änderung erhalten bleibt. Dies ist der experimentell ermittelte Zustand, siehe W. Huckel, "Structural Chemistry of Inorganic Compounds", Vol. II, Seiten 829-851. Diese Strukturen werden als "NaTl-Typ" oder Natrium-Thallium-Typ" bezeichnet, obgleich viele Kristalle, die derartige Strukturen haben, weder Natrium noch Thallium als Bestandteile enthalten. Ausgehend von dieser Erscheinung wurden die tetraedrischen Abstände einer Anzahl von Legierungen des NaTl-Typs berechnet, die in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt sind.
Tafel 1·
Legierung
Erstes zweites
Metall Metall		 Tetraedri-
scher Ab
stand		 Beziehung
zu
Silicium-
Abstand		 Erstes Me
tall, Elek-
tronegati-
vität «■ 		Zweites Me
tall. Elek-
tronogati-
vität
LiZn 1.25 A0 + 5,1% 1.0 1.6
LiAl 1.26 A0 + 7,6% 1.0 1.5
LiGa 1.26 A0 + 7.6% 1.0 1.6
LiCd 1.54 A° +14.5% 1.0 1.7
LiIn 1.40 A0 +19.0% 1.0 1.7
NaTl 1.51 A0 +29.0% .9 1.8
* Diese Werte wurden durch Rechnung unter Zugrundelegung der Atomradien der zusammensetzenden Elemente und der festen geometrischen Beziehungen der doppelt überlagerten Diamant-Struktur in dem kubisch flächenzentrierten Gitter erhalten.
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Al'
Die Werte stimmen in einem Bereich von 10% mit (und die Tendenz bzw. der Trend wird bestätigt durch) früheren Angaben über Röntgenstrahlen, siehe E. Zintl, et al, Z. Physik, Chem. 2OB, 1933, Selten 245-271.
Sämtliche Legierungen dieses Typs besitzen die doppelt ineinander gesetzte oder gelagerte Diamant-Struktur und können als Surrogat-Substrate für die Keimbildung kristallinen Siliciums verwendet werden. Es ist zu erkennen, daß die Diamant-Gitter der Einzelatome der flächenzentrierten kubischen Kristalle des NaTl-Typs all« größer sind als das Gitter für ein Einkristall-Silicium. Dadurch können sie als Muster oder Schablone dienen, vorausgesetzt, daß die Abweichung nicht zu groß ist. Während Paare mit Abweichungen von etwa 30% in den tetraedrischen Abständen als brauchbar anzusehen sind, wird eine Übereinstimmung innerhalb 15% bevorzugt. Damit liegen LiZn, LiAl, LiGa und LiCd in dem bevorzugten Bereich. Die erfolgreiche Keimbildung oder Nukleation von kristallinem Silicium auf einem Substrat, vom Natrium-Thallium-Typ hängt von der oben erläuterten Übereinstimmung zwischen den Gitterabständen sowie von der Pauling-Elektronegativität des Atoms in dem Natrium-Thallium-Typ-Kristall ab, der als Substrat verwendet wird. Silicium hat eine größere Affinität für Stellen , an welchen ein kernbildendes Atom mit naher Elektronegativität ist. Wie aus Tafel 1 zu sehen ist, reichen die Elektronegativitäten der schwereren zwei-
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ten Elemente von 1,5 bis 1,8. Diese eind nahe genug bei Silicium mit 1,8, um an diesen Stellen für eine Affinität zu sorgen, wo diese schweren Atome Keime bilden würden.
Kristalline Legierungen vom Natrium-Thallium-Typ sind elektrische Leiter. Sie können daher an der Rückseite als elektrischer Kontakt zu einer Siliciumschicht dienen, die in eine arbeitende Solarzelle eingebaut ist. Im Gegensatz zu einem für die Herstellung von Halbleiteranordnungen erwünschten Verfahren zum Aufwachsen von Silicium auf isolierenden Substraten wird mit der Erfindung ein für die Herstellung von Solarzellen vorteilhaftes Verfahren zum Aufwachsen von Silicium auf elektrisch leitfähigen Substraten geschaffen. Die dabei entstehende Zelle vom Silicium-Natrium-Thallium-Typ ist im allgemeinen besonders vorteilhaft einteilig ausgebildet und besitzt damit gut reproduzierbare und beständige elektrische und pyhsikalische Eigenschaften.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, Silicium-Atome auf ein Substrat vom Natrium-Thallium-Typ aufzubringen. Die Atome müssen mit ausreichender Wärmeenergie aufgebracht werden, um zu erreichen, daß sie sich durch orientierte Krietallverwachsung auf dem Substrat selbst ausrichten, und zwar im allgemeinen in Form eines Einkristalle oder gelegentlich als polykristallines Silicium. Die Natrium-
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Thallium-Legierung selbst kann dabei aus einer Schmelze geformt werden, mit nachfolgendem Niederschlag oder Aufbringen durch Sprühen oder Verdampfen auf einer bevorzugten rückwärtigen Verstärkung bzw. einem bevorzugten Träger. Wenn die Schicht aus kristallinem Silicium unmittelbar in einer Solarzelle ausgebildet wird, ist Kupfer oder ein anderes leitfähiges Metallblech als Träger besonders geeignet.
Das Aufbringen der Silicium-Atome kann in herkömmlicher Weise beispielsweise durch Niederschlag aus der Gasphase, d.h. SiCl^ und Hp Gasepitaxie bei einer Temperatur von 1100° C, durch Vakuumniederschlag, durch Aufsprühen oder Verdampfen vorgenommen werden. Um die Bildung einer Verwachsung von kristallinem Silicon weiter zu unterstützen, wird das Substrat vom Natrium-Tahllium-Typ bei einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise durch Erhitzen mit Wärmeenergie versorgt. Dies versorgt die auftreffenden Atome mit zusätzlicher Wärmeenergie, um ihre Anordnung an den Nukleations-bzw. Keimbildungsstellen zu unterstützen. Die praktischen Bedingungen bei der Aufbringung hängen von den jeweils gewählten Verfahren und dem im Einzelfall verwendeten Substrat ab. Es ist zu beachten, daß einige der Legierungen Elemente enthalten, die wirksame Dotierungsstoffe, d.h. Akzeptoren für Silicium-Werkstoff sind, sodaß Borge dafür getragen werden sollte, das Verfahren unter Bedingungen durchzuführen, die nicht zu ei-
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AId
ner Zerlegung der Legierung und einer Auslösung bzw, Freigabe dieser Elemente führen.
In der .vorliegenden Beschreibung wurde von einem Kristall des NaTl-Typs gesprochen, d.h. von einer doppelt überlagerten Diamant-Struktur. Damit ist^mehr die Kristallstruktur und deren Abmessungen als chemische Eigenschaften, die eine orientierte Kristallverwachsung ermöglichen. Die Erfindung umfaßt daher außer den spezielle aufgezählten, oben und in den folgenden Ansprüchen definierten Legierungen auch andere Legierungen, welche diese Kristallstruktur aufweisen (Isomorphe).
Es sind also über die speziellen Ausführungsbeispiele hinausgehend im Rahmen der Erfindung noch andere Abwandlungen möglich, und die Erfindung umfaßt noch weitere Variationen und Einsatzmöglichkeiten, soweit diese nur im bisher bekannten Rahmen von der vorstehenden Beschreibung abweichen.
- ANSPRÜCHE -809818/0828

Claims (1)

  1. ANSPRÜCHE :
    1. Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, gekennzeichnet durch den Verfahreneschritt des Aufbringens von Silicium-Atomen auf die Oberfläche eines kristallinen Substrates vom Natrium-Thallium-Typ.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zufuhr von Wärmeenergie zu dem kristallinen Substrat vom Natrium-Thallium-Typ.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Silicium-Atome durch Gasepitaxie, durch Dampfniederschlag, durch Verdampfung oder Verdunstung auf das Substrat aufgebracht werden·
    4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsprühen durch Kathoden- oder Plasma-Zerstäubung ausgeführt wird.
    5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein kristallines Substrat vom Natrium-Thallium-Typ verwendet wird, dessen tetraedrischer Abstand von der Mitte zu einer Spitze in einem 30%-Bereich eines tetraedrischen Mitten-Spitzen-Abstandes des kristallinen Siliciums liegt.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge-
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    ORIGINAL INSPECTED
    kennzeichnet, daß ein kristallines Substrat vom Natrium-Thallium-Typ verwendet wird, dessen tetraedrischer Mitten-Spitzen-Abstand in einem 15%-Bereich eines tetraedrischen Mitten-Spitzen-Abstandes des kristallinen Siliciums liegt.
    7· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vom Natrium-Thallium-Typ aus der Gruppe LiZn, LiAl, LiGa, LiCd, LiIn und NaTl ausgewählt wird.
    8. Verfahren zur Herstellung kristallinen Siliciums in Solarzellenqualität auf einem Träger, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein kristallines Legierungs-Substrat vom Natrium-Thallium-Typ verwendet wird, daß nach und nach Silicium-Atome auf dieses Substrat mit einer Geschwindigkeit aufgebracht werden, die zuläßt, daß sich die Silicium-Atome selbst für eine orientierte Kristallverwachsung auf dem Substrat ausrichten, sodaß das kristalline Silicon einteilig mit dem durch die Kristall-Legierung vom Natrium-Thallium-Typ gebildeten leitenden Träger ausgebildet wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstausrichtung der Silicium-Atome durch Wärmezufuhr unterstützt wird.
    -16-8098 1 S/0820
    - 16 -
    10. Insbesondere nach einem Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9 hergestellte Zusammensetzung, gekennzeichnet durch eine leitende Kristall-Legierung vom Natrium-Thallium-Typ als Substrat für kristallines Silicium, welches darauf einteilig in einer orientierten Kristallschicht aufgewachsen ist.
    11. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der tetraedrische Mitten-Spitzen-Abstand dee Substrates vom Natrium-Thallium-Typ in einem 30%-Bereich eines tetraedrischen Mitten-Spitzen-Abstandes des kristallinen Siliciums liegt.
    12. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein tetraedrischer Mitten-Spitzen-Abstand des Substrates vom Natrium-Thallium-Typ in einem 15%-Bereich eines tetraedrischen Mitten-Spitzen-Abstandes des kristallinen Siliciums liegt.
    13· Stoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 10 - 12, gekennzeichnet durch einen mit dem Substrat einteiligen leitfähigen Träger.
    809818/0828
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4042447A (en) * 1976-11-01 1977-08-16 Sotec Corporation Crystallizing a layer of silicon on a sodium thallium type crystalline alloy substrate
US4222814A (en) * 1978-01-26 1980-09-16 Sotek Corporation Method for forming a crystalline film for a paramagnetic sodium thallium type intermetallic compound
US4235662A (en) * 1978-06-28 1980-11-25 Sotec Corporation Layer of crystalline silicon having (111) orientation on (111) surface of lithium aluminum
US4187126A (en) * 1978-07-28 1980-02-05 Conoco, Inc. Growth-orientation of crystals by raster scanning electron beam
JPS56122123A (en) * 1980-03-03 1981-09-25 Shunpei Yamazaki Semiamorphous semiconductor
US4471003A (en) * 1980-11-25 1984-09-11 Cann Gordon L Magnetoplasmadynamic apparatus and process for the separation and deposition of materials
US4487162A (en) * 1980-11-25 1984-12-11 Cann Gordon L Magnetoplasmadynamic apparatus for the separation and deposition of materials
US4451391A (en) * 1982-09-24 1984-05-29 International Business Machines Corporation Conductive silicon carbide
US4891091A (en) * 1986-07-14 1990-01-02 Gte Laboratories Incorporated Method of epitaxially growing compound semiconductor materials
FR2603905A1 (fr) * 1986-09-12 1988-03-18 Elf France Procede de protection des surfaces metalliques contre la corrosion vanadosodique
JP2501118B2 (ja) * 1988-06-17 1996-05-29 忠弘 大見 半導体装置の製造方法
JP2721271B2 (ja) * 1990-11-20 1998-03-04 キヤノン株式会社 太陽電池の製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3325392A (en) * 1961-11-29 1967-06-13 Siemens Ag Method of producing monocrystalline layers of silicon on monocrystalline substrates
GB1050659A (de) * 1963-04-24
US3370980A (en) * 1963-08-19 1968-02-27 Litton Systems Inc Method for orienting single crystal films on polycrystalline substrates
US3515576A (en) * 1966-01-26 1970-06-02 North American Rockwell Single crystal silicon on beryllium oxide
US3658586A (en) * 1969-04-11 1972-04-25 Rca Corp Epitaxial silicon on hydrogen magnesium aluminate spinel single crystals
US3990914A (en) * 1974-09-03 1976-11-09 Sensor Technology, Inc. Tubular solar cell
US3993533A (en) * 1975-04-09 1976-11-23 Carnegie-Mellon University Method for making semiconductors for solar cells
US4042447A (en) * 1976-11-01 1977-08-16 Sotec Corporation Crystallizing a layer of silicon on a sodium thallium type crystalline alloy substrate

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