ES2269794T3 - Recipiente para la contencion de silicio y procedimiento para su produccion. - Google Patents
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Abstract
Recipiente para la recepción o fusión de silicio fundido que comprende un recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto de silicio que comprende silicio metálico, nitruro de silicio y óxido de silicio sobre al menos parte de la pared interna del recipiente de contención de silicio, caracterizado porque el recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto de silicio tiene una relación de mezcla de silicio metálico (X): nitruro de silicio (Y): óxido de silicio (Z) de X : Y : Z: = 20 - 50: 77 - 30: 3 - 20.
Description
Recipiente para la contención de silicio y
procedimiento para su producción.
Esta invención se refiere a un recipiente para
fundir silicio o a un recipiente para contener silicio fundido y a
un procedimiento para su producción.
El recipiente conforme a la invención incluye un
molde realizado en sílice fundida sinterizada que se usa para
producir una oblea de silicio semiconductor o una oblea de silicio
policristalino para generar energía a partir de la luz solar o para
la fundición de un lingote de silicio, o un crisol de sílice fundida
sinterizada para fundir, limpiar y llevar seguidamente el silicio a
la fundición y, por otro lado, a un recipiente para contener un baño
de silicio hasta que es inyectado.
Hasta ahora, en el campo de la producción de
semiconductores, es corriente producir una oblea de silicio como la
base de un elemento semiconductor solidificando una solución en
estado fundido de silicio de alta pureza, formando un monocristal de
silicio y cortándolo. Por ejemplo, se funde un material de silicio
puro mediante una resistencia de calentamiento, un dispositivo de
calentamiento por inducción de alta frecuencia y similares, se
añaden seguidamente a la solución de silicio en estado fundido
iniciadores de cristalización. La solución se mezcla intensamente y
luego se extrae lentamente y solidifica de forma unidireccional
formando un gran monocristal de silicio cilíndrico que tiene una
orientación preferida del cristal iniciador. En dicho procedimiento
de producción, el grafito, el cuarzo, el nitruro de boro y el
platino son materiales adecuados para el recipiente para fundir y
contener el silicio (es decir, el
crisol).
crisol).
Por otro lado, en caso de producir silicio
amorfo o silicio policristalino para una célula solar, es necesario
contener una solución en estado fundido de silicio muy puro en un
recipiente tal como el crisol anteriormente descrito.
No obstante, como se ha descrito antes, cuando
se usa un crisol como recipiente para la contención de metal
fundido, la solución en estado fundido de silicio se contamina con
frecuencia con impurezas de componentes metálicos de las paredes del
crisol que están en contacto con el baño fundido, reduciendo de este
modo la pureza del silicio.
Además, con unos antecedentes de una oferta de
silicio asequible y la necesidad de una mejora en la productividad
en los últimos años, para el crisol en lugar de cuarzo de ha usado
un material de óxido de silicio fundido de bajo coste (sílice
fundida sinterizada o densificada) y son necesarias medidas para
evitar la contaminación de la solución de silicio en estado
fundido.
Para solucionar dichos requerimientos, hasta
ahora, como medidas para evitar la contaminación de la solución de
silicio en estado fundido, se ha considerado un procedimiento de
aplicar un recubrimiento a la porción en contacto con la solución en
estado fundido de un crisol de material de óxido de silicio
sinterizado para proteger la solución de silicio en estado fundido
del contacto directo con las paredes del crisol. Es decir, la cara
interna de la pared del crisol está revestida con un agente de
recubrimiento tal como un óxido, un nitruro y similares, que tiene
una capacidad excelente para desprender el silicio fundido y una
humectabilidad excelente con el silicio fundido (cuanto más
humectable es el recubrimiento, menor es la profundidad de
penetración del silicio fundido).
Sin embargo, puesto que dichos agentes de
recubrimiento (óxido, nitruro) casi no se sinterizan por si solos,
existen defectos tales como una débil resistencia de unión a la
pared del crisol y un desprendimiento parcial. Además, el agente de
recubrimiento desprendido se mezcla con el silicio fundido y forma
nuevas impurezas, disminuyendo de nuevo la pureza del producto.
Por otro lado, como agente de recubrimiento, se
puede usar nitruro de silicio (Si_{3}N_{4}), que es bien
conocido como un material que tiene una excelente falta de
reactividad con silicio fundido porque incluye un elemento no
metálico. Sin embargo, el nitruro de silicio es muy poco
sinterizable y se produce peor puesto que tratamientos de
conformado-sinterizado tal como prensado en
caliente, HIP y similares no están disponibles para llevar la
resistencia mecánica hasta niveles prácticos. Por otro lado, existe
un problema de la gran pérdida económica cuando se aplican los
tratamientos anteriormente citados para un crisol que se considera
expandible.
Es decir, al aumentar las necesidades de pureza,
mayores son los requerimientos de alto rendimiento de la composición
química del propio agente de recubrimiento, de resistencia mecánica
de una capa de recubrimiento per se y de resistencia de la
unión a la pared del crisol. Por otro lado, la técnica anterior
para aplicar la capa de recubrimiento anterior es lenta en lo
referente a la velocidad de formación de película y requiere muchas
capas para obtener un espesor práctico. Por tanto, existe la
necesidad de mejorar en términos de productividad y coste.
Como se ha descrito antes, cuando se usa un
crisol como recipiente para producir una oblea de silicio, es
necesario proteger la solución de silicio en estado fundido de la
contaminación con impurezas de las paredes del crisol con el fin de
obtener silicio de alta pureza. Por tanto, se aplican con frecuencia
recubrimientos termorresistentes tales como óxido, nitruro y
similares sobre la superficie interna del crisol con el fin de
evitar cualquier contaminación, pero como se ha descrito antes,
estos materiales de recubrimiento, por lo general, sinterizan mal y
tienen una baja resistencia mecánica, y es necesaria una mejora en
vista de productividad y economía.
Un objeto principal de la invención es, por
tanto, solucionar los problemas anteriormente citados de la técnica
anterior, es decir, proporcionar un recipiente de contención de un
baño de silicio fundido que no contamine la solución de silicio en
estado fundido junto con una excelente capacidad de sinterización,
resistencia mecánica y productividad.
Además, otro objeto de la invención es
proporcionar dicha técnica de formación de un recubrimiento por
pulverizado, tal que el baño de silicio fundido reaccione poco con
la superficie de contacto del baño en estado fundido del recipiente
de contención de silicio fundido, que la resistencia a la erosión
sea excelente contra un flujo en el baño fundido, que la
contaminación del baño sea baja y que se pueda obtener de forma
eficaz un lingote de alta calidad y con un elevado rendimiento.
La invención proporciona un recipiente de
contención de silicio realizado básicamente por recubrimiento de una
capa de recubrimiento pulverizada cermet (término del inglés
ceramic-metal) de material compuesto de silicio
que consiste en silicio metálico, nitruro de silicio y óxido de
silicio sobre el interior del recipiente de contención de silicio.
En dicha construcción, el citado recubrimiento pulverizado cermet de
material compuesto de silicio desempeña una función de no
reactividad de un nitruro frente al silicio fundido y muestra buena
resistencia a la erosión contra un flujo en estado fundido de
solución formando mútuamente una fase de unión vítrea de un óxido
mezclado con el nitruro y una fase de unión de silicio metálico.
Además, en la invención, el citado recubrimiento
pulverizado cermet de material compuesto de silicio se forma con
preferencia pulverizando un cermet de material compuesto de silicio
realizado añadiendo silicio metálico como agente de unión a una
mezcla de Si_{3}N_{4} y SiO_{2}. Además, el recipiente de
contención de silicio se realiza usando bien uno de óxido de
silicio, nitruro de boro y grafito, en el que el óxido de silicio
(SiO_{2}) es preferiblemente sílice fundida densificada.
Además, la invención se refiere a un
procedimiento para producir un recipiente de contención de silicio,
que comprende pulverizar un cermet de material compuesto de silicio
que consiste en silicio metálico, nitruro de silicio y óxido de
silicio sobre el interior del recipiente de contención de silicio
(recipiente de contención de silicio), formando de este modo un
recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto de
silicio.
Por otro lado, en la invención, el citado
recipiente de contención de silicio se forma con preferencia en un
material que comprende óxido de silicio, nitruro de boro y/o
grafito. El citado recubrimiento pulverizado se reviste con
preferencia y se forma por cualquier procedimiento de pulverización
tal como pulverización de plasma, pulverización a la llama de gas a
alta velocidad, pulverización de gas en polvo o pulverización por
detonación.
Por otro lado, conforme a la invención, el
anterior recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto de
silicio tiene preferiblemente una relación de mezcla de silicio
metálico (X), nitruro de silicio (Y), óxido de silicio (Z) de X:Y:Z
= 20 - 50:77 - 30:3 - 20.
La Figura 1 es una fotomicrografía de la
estructura transversal del recubrimiento pulverizado de material
compuesto de la invención.
Los autores de la invención han examinado el
recubrimiento pulverizado de nitruro de silicio casi no sinterizable
durante muchos años. Como resultado, los autores de la invención
han determinado que es eficaz para el uso de cermet de material
compuesto de silicio (materia prima mixta) obtenido mezclando
nitruro de silicio con óxido de silicio y silicio metálico en una
relación previamente determinada. Conforme al procedimiento
preferido de la invención, la superficie del recipiente se limpia en
primer lugar, se pulveriza a continuación el citado cermet de
material compuesto de silicio para formar un recubrimiento
pulverizado cermet de material compuesto de silicio y, a
continuación y de forma opcional, si se considera deseable para
ajustar la suavidad de la superficie, se puede pulir la superficie
recubierta.
Conforme a la técnica anterior, con el fin de
usar como material industrial Si_{3}N_{4}, es necesario formar
una capa mediante estampación en caliente o HP, añadiendo un
auxiliar de sinterizado. En caso de formar un recubrimiento
pulverizado mediante el uso de un material inorgánico no metálico
tal como óxido, carburo, boruro o nitruro, es fundamental la adición
de metal como aglutinante. No obstante, conforme a la invención como
el objeto de la misma es un recipiente para fundir y contener
silicio de alta pureza, se considera que es inapropiado el uso de un
metal distinto al silicio. Por tanto, puesto que el material de alta
pureza que se va a tratar es silicio, la invención usa silicio de
alta pureza como aglutinante.
Además, la invención añade un óxido de silicio
además de usar silicio metálico como aglutinante. La razón de porqué
se usa óxido de silicio en la invención es que se obtiene un
recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto que incluye
nitruro de silicio y óxido usando silicio metálico como matriz (capa
de aglutinante) reblandeciendo óxido de silicio (SiO_{2}) en una
llama de plasma durante la pulverización en plasma, adheriéndose de
forma circundante el óxido de silicio (SiO_{2}) en la llama de
plasma durante la pulverización en plasma, adheriéndose de forma
circundante al menos parte del Si_{3}N_{4}, adheriéndose
seguidamente en forma de recubrimiento tanto el Si_{3}N_{4} como
el SiO_{2} a dicho silicio metálico y durante el proceso como
partículas o pseudopartículas fijas de Si_{3}N_{4}. Dicho
recubrimiento pulverizado tiene una resistencia muy elevada.
El material pulverizado anterior (polvo de
materia prima) se prepara mezclando silicio metálico
(MSi)_{x}, nitruro de silicio
(Si_{3}N_{4})_{y} y óxido de silicio
(SiO_{2})_{z} en la siguiente relación de mezcla
(relación de capacidad)
X:Y:Z = 20 -
50:77 - 30:3 -
20.
A la relación de mezcla anterior de cada
componente, la razón por la que el (MSi)_{x} está limitado
a 20-50 se debe a que una cantidad menor que 20 no
es suficiente para trabajar como aglutinante entre óxido y nitruro
con el fin de obtener una resistencia del recubrimiento y, como
resultado, no soporta la pérdida por erosión causada por el contacto
en movimiento con una solución en estado fundido. Una cantidad mayor
que 50 proporciona una gran zona de silicio metálico en el
recubrimiento, de modo que se forma una capa de reacción difusa del
recubrimiento y la solución en estado fundido hasta la
solidificación de la solución en estado fundido y, por lo tanto, se
forma una capa que contiene impurezas en la superficie producto
solidificada. La cantidad preferida varía de 30 a 45.
Además, la razón por la que
(SiO_{2})_{x} está limitada a 3-20 se
debe a que cuando ésta es menor que 3, no se puede obtener una
resistencia de unión entre partículas de Si_{3}N_{4}, y cuando
es mayor que 20, se impide la capacidad de humectación de
Si_{3}N_{4} por la solución en estado fundido. La cantidad
preferida varía de 7 a 13.
Se determina (Si_{3}N_{4})_{y}
optimizando la cantidad de los anteriores (M Si)_{x} y
(SiO_{2})_{z} teniendo en cuenta la resistencia deseada
del recubrimiento y la humectabilidad deseada de la solución en
estado fundido.
Además, se prefiere el uso de sílice (sílice
fundida densificada) para SiO_{2}. Como material de SiO_{2}
industrial, existe una sílice fundida como sustancia opaca que usa
arena de sílice como materia prima y sílice vítrea como sustancia
transparente producida usando cristal y material prima, las cuales
se pueden usar ambas en el presente uso siempre que las propiedades
de los materiales sean adecuadas. No obstante, la razón de porqué se
prefiere el uso de sílice fundida densificada conforme a la
invención se debe a que un producto de sílice fundida densificada se
puede conformar como forma requerida fundiendo arena de sílice para
obtener una materia prima de grano grueso que consiste esencialmente
en SiO_{2}, pulverizar a continuación para formar partículas finas
y, moldear seguidamente en un molde y, sinterizar a continuación el
molde para impartir la resistencia mecánica necesaria para el
producto. El producto realizado con dicho material de sílice fundida
densificada tiene una compatibilidad y capacidad para
dimensionarse
excelentes.
excelentes.
El material pulverizado anterior se pulveriza
sobre al menos la superficie de una parte en contacto con metal
fundido en un recipiente de contención con un espesor de
aproximadamente 20-500 \mum, con preferencia de
40-300 \mum. La razón por la que el espesor del
recubrimiento está limitado de este modo se debe a que si el espesor
es menor que 20 \mum, éste es insuficiente para formar una capa
coherente entre las partículas de cermet y existe la posibilidad de
que la solución en estado fundido entre en contacto con el material
base del crisol a través de huecos, mientras que si el espesor es
mayor que 500 \mum, se incrementa el riesgo de desprendimiento del
recubrimiento.
Ejemplo
Este ejemplo usa polvo mixto de silicio metálico
y SiO_{2} con Si_{3}N_{4} que tiene la siguiente composición
pulverizando material cermet de material compuesto de silicio como
capa de recubrimiento sobre la superficie de un recipiente de
contención de silicio.
\vskip1.000000\baselineskip
| Composición | |
| oxígeno | menor que 0,2% en peso |
| carbono | menor que 0,2% en peso |
| cloro | menor que 100 ppm |
| He | menor que 100 ppm |
| Al, Ca | cantidades minoritarias |
| Si_{3}N_{4} | el resto |
Se usan silicio metálico de una pureza del 99,9%
y SiO_{2} de una pureza del 99,8%. La relación de mezcla de estos
polvos materia prima es Si:Si_{3}N_{4}:SiO_{2} = 40:50:10.
Además, el polvo mixto se convierte en un material de pulverización
térmico granulando con anterioridad a aproximadamente 25,3 \mum de
diámetro medio de partículas.
La Figura 1 muestra la estructura en sección de
un recubrimiento de material compuesto sinterizado conforme a la
invención. El número de referencia 1 ilustrado muestra un material
base de sílice fundida densificada y 2 un recubrimiento pulverizado
de material compuesto.
En este ejemplo, se evalúa la interacción entre
un material base de sílice fundida densificada cubierto con un
recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto de silicio y
una solución de silicio en estado fundido conforme a la invención.
Como sonda, se usa un material base de sílice fundida densificada de
las siguientes dimensiones: 100 x 50 x 6 mm. Sobre la superficie de
la sonda se pulveriza material mixto en la relación de
Si:Si_{3}N_{4}:SiO_{2} = 40:50:10 con un espesor de 300 \mum
mediante un procedimiento de pulverización de plasma atmosférico
para formar un recubrimiento pulverizado cermet de material
compuesto de silicio. Se examina la resistencia a la erosión del
recubrimiento debida a la solución en estado fundido que cae y se
examina la influencia del contacto con la solución en estado fundido
disponiendo dicha sonda formada con el recubrimiento pulverizado en
el fondo de un crisol realizado en sílice fundida densificada de un
tamaño de 350 x 350 x 400 (h) mm e inyectando una solución de
silicio en estado fundido desde la parte superior. El crisol se
calienta desde el exterior haciendo uso de un calentador eléctrico y
se mantiene en estado fundido la solución de silicio en estado
fundido durante 3 horas.
Después de 3 horas, se toma una muestra del
crisol y se observa la superficie. En una observación visual, se
reconoce que no existe desprendimiento del material base de
recubrimiento y, se muestran buena unión y falta de reactividad.
Además, se ha encontrado que no existe influencia de la solución en
estado fundido sobre el recubrimiento.
En este ejemplo se forma un recubrimiento
pulverizado de material compuesto de silicio conforme a la invención
sobre el interior de un molde de fundición para un lingote de
silicio policristalino moldeado con el fin de producir una oblea de
silicio policristalina para células solares con el objeto de generar
energía a partir de la luz solar. El molde usado está realizado en
sílice fundida densificada o sinterizada que contiene
Al_{2}O_{3}:2000 ppm y Fe_{2}O_{3}:200 ppm, y con unas
dimensiones de 350 x 350 x 400 (h) mm. Sobre la parte inferior del
molde se pulveriza un polvo de material pulverizable hasta una
relación de capacidad de Si:Si_{3}N_{4}:SiO_{2} = 40:50:10 con
un espesor de 50-70 \mum mediante un procedimiento
de pulverización de plasma atmosférico para formar un recubrimiento
pulverizado cermet de material compuesto de silicio.
Como ejemplo comparativo, se usa un
recubrimiento formado suspendiendo polvo de Si_{3}N_{4} con el
uso de poli(alcohol vinílico) como disolvente, aplicando la
suspensión resultante sobre la base del molde o aplicándola mediante
un procedimiento de pulverización y secado a 900°C.
La Tabla 2 muestra un resultado después de
examinar la contaminación debida a diferentes tipos o materiales en
la porción de superficie de un lingote de silicio producto después
de la fundición.
| Material de recubrimiento | Material diferente detectado | ||
| del crisol | |||
| Componente | Profundidad desde la capa | ||
| de superficie del lingote | |||
| Ejemplo de la invención | película pulverizada en | SiO_{2} | varios \mum |
| plasma de Si_{3}N_{4}/SiO_{2}/ | |||
| Si (50-70 \mum) | |||
| Ejemplo comparativo | Recubrimiento secado | Si_{3}N_{4}, Al_{2}O_{3}, | varios cientos de 100 \mum |
| aplicado de suspensión | SiO_{2}, Fe_{2}O_{3} | ||
| de Si_{3}N_{4} (500-1500 \mum) |
Como resulta evidente a partir de los resultados
de la tabla 2, en el ejemplo de la invención, el material diferente
detectado en la capa de superficie del lingote de silicio es
únicamente SiO_{2}. Además, la profundidad penetrada desde la capa
de superficie es de varios micrómetros. Este SiO_{2} se debe a la
oxidación atmosférica del Si. Por tanto, este SiO_{2} puede
eliminarse totalmente mediante fresado a no más de 2 mm. Como
resultado, el rendimiento del lingote no es menor que el 98%.
Por el contrario, en el ejemplo comparativo,
además de Si_{3}N_{4}, Al_{2}O_{3}, SiO_{2},
Fe_{2}O_{3} y similares se detectan otros componentes en la capa
de superficie. En particular, como elementos metálicos se observan
Al y Fe, y la profundidad penetrada desde la capa de superficie del
material diferente es de varios cientos de micrómetros. Con el fin
de eliminar estos materiales diferentes detectados sobre la capa de
superficie, es necesario fresar ambos lados con espesores de 10 mm y
el rendimiento de un lingote producto es de tan solo aproximadamente
el 94%.
Conforme a la invención como se ha expuesto
anteriormente, en un crisol para la fundición de silicio metálico
requerido por su alta pureza, sobre la superficie de contacto con el
baño en estado fundido del crisol se pulveriza un material
pulverizable de cermet de material compuesto de silicio consistente
en Si/Si_{3}N_{4}/SiO_{2}, formando de este modo un
recubrimiento para evitar que el crisol de sílice fundida
densificada entre en contacto directo con la solución en estado
fundido, para disolver la contaminación debida al material del
crisol y para formar una capa funcional desprendible resistente al
compararla con la capa de recubrimiento única de Si_{3}N_{4}
usada hasta ahora. Como resultado, puede ser posible tener como
objeto la mejora del rendimiento del producto del lingote de silicio
de alta pureza.
Claims (7)
1. Recipiente para la recepción o fusión de
silicio fundido que comprende un recubrimiento pulverizado cermet de
material compuesto de silicio que comprende silicio metálico,
nitruro de silicio y óxido de silicio sobre al menos parte de la
pared interna del recipiente de contención de silicio,
caracterizado porque el recubrimiento pulverizado cermet de
material compuesto de silicio tiene una relación de mezcla de
silicio metálico (X): nitruro de silicio (Y): óxido de silicio (Z)
de X:Y:Z: = 20 - 50:77 - 30:3 - 20.
2. Un recipiente según la reivindicación 1,
caracterizado porque el recubrimiento pulverizado cermet de
material compuesto de silicio se forma pulverizando un material
cermet de material compuesto de silicio realizado añadiendo silicio
metálico como material de unión a una mezcla de Si_{3}N_{4} y
SiO_{2}.
3. Un recipiente según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el recipiente de contención de silicio
está realizado a partir de un material que comprende óxido de
silicio, nitruro de boro y/o grafito.
4. Un recipiente según la reivindicación 3, en
el que el óxido de silicio (SiO_{2}) es sílice fundida
densificada o sinterizada.
5. Un recipiente según la reivindicación 1,
caracterizado porque el recubrimiento tiene un espesor que
varía de 20 a 500 \mum, con preferencia de 50 a 300 \mum.
6. Un procedimiento para producir un recipiente
para la recepción o fusión de silicio en estado fundido, que
comprende pulverizar un material cermet de material compuesto de
silicio que consiste en silicio metálico, nitruro de silicio y óxido
de silicio sobre la pared interna de dicho recipiente, formando de
este modo un recubrimiento pulverizado cermet de material compuesto
de silicio en el que el recubrimiento pulverizado cermet de silicio
tiene una relación de mezcla de silicio metálico (X): nitruro de
silicio (Y): óxido de silicio (Z) de X:Y:Z: = 20 - 50:77 - 30:3 -
20.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6,
en el que dicho recipiente está realizado en un material que
comprende óxido de silicio, nitruro de boro y/o grafito, con
preferencia sílice fundida densificada o sinterizada.
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|---|---|---|---|---|
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| WO2006002779A1 (de) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Deutsche Solar Ag | Herstellungsverfahren für kokille mit antihaftbeschichtung |
| DE102005029039B4 (de) * | 2004-07-08 | 2012-07-12 | Deutsche Solar Gmbh | Herstellungsverfahren für Kokille mit Antihaftbeschichtung |
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| EP1739209A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-03 | Vesuvius Crucible Company | Crucible for the crystallization of silicon |
| TWI400369B (zh) * | 2005-10-06 | 2013-07-01 | Vesuvius Crucible Co | 用於矽結晶的坩堝及其製造方法 |
| DE102005050593A1 (de) | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Dauerhafte siliciumnitridhaltige Hartbeschichtung |
| EP1811064A1 (fr) | 2006-01-12 | 2007-07-25 | Vesuvius Crucible Company | Creuset pour le traitement de silicium à l'état fondu |
| NO327122B1 (no) * | 2007-03-26 | 2009-04-27 | Elkem Solar As | Beleggingssystem |
| US8062704B2 (en) * | 2007-08-02 | 2011-11-22 | Motech Americas, Llc | Silicon release coating, method of making same, and method of using same |
| DE102007053284A1 (de) * | 2007-11-08 | 2009-05-20 | Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg | Fest haftende siliciumnitridhaltige Trennschicht |
| CN101433890B (zh) * | 2008-12-05 | 2010-12-29 | 江阴海润太阳能电力有限公司 | 低压下在石英坩埚内壁上喷涂氮化硅涂层的方法及装置 |
| CN101775639B (zh) * | 2009-01-08 | 2012-05-30 | 常熟华融太阳能新型材料有限公司 | 用于多晶硅结晶炉炉壁保护的内衬及其制造方法 |
| CN102639439B (zh) * | 2009-12-01 | 2014-05-07 | 道康宁公司 | 旋转铸造工艺 |
| WO2011150057A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | Mossey Creek Solar, LLC | Method of producing a solar cell |
| US9620664B2 (en) * | 2010-05-25 | 2017-04-11 | Mossey Creek Technologies, Inc. | Coating of graphite tooling for manufacture of semiconductors |
| CN101892517B (zh) * | 2010-06-30 | 2013-07-17 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种多晶硅坩埚涂层制备用浆料以及配置方法 |
| TWI403461B (zh) * | 2010-07-21 | 2013-08-01 | Masahiro Hoshino | Method and apparatus for improving yield and yield of metallurgical silicon |
| CN102909163A (zh) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | 镇江仁德新能源科技有限公司 | 在多晶硅铸锭用坩埚的内表面上形成涂层的方法 |
| CN102358953B (zh) * | 2011-09-28 | 2015-12-09 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种减少粘埚的坩埚及其制备方法 |
| US20130192516A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Memc Singapore Pte. Ltd. (Uen200614794D) | Method of preparing cast silicon by directional solidification |
| CN102586856B (zh) * | 2012-02-01 | 2015-03-11 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 一种提高硅锭利用率和籽晶使用次数的坩埚及其制备方法 |
| FR2989680B1 (fr) * | 2012-04-24 | 2014-04-18 | Saint Gobain Ct Recherches | Procede de fabrication d'un creuset en nitrure de silicium |
| FR2997419A1 (fr) | 2012-10-31 | 2014-05-02 | Saint Gobain Ct Recherches | Creuset incorporant un revetement sialon. |
| CN103011836B (zh) * | 2012-12-03 | 2015-09-16 | 北京中材人工晶体研究院有限公司 | 一种碳材料表面涂层组合物及涂层的制备方法 |
| DE102013206993B4 (de) | 2013-04-18 | 2014-12-04 | Morgan Advanced Materials Haldenwanger GmbH | Verfahren zur Beschichtung von Formkörpern aus Quarzgut |
| CN104048505B (zh) * | 2014-05-24 | 2016-09-21 | 青岛百顿坩埚有限公司 | 大型承压楔形密封组合式石墨坩埚及其制作方法 |
| CN106087048A (zh) * | 2016-08-19 | 2016-11-09 | 西安华晶电子技术股份有限公司 | 一种降低多晶硅铸锭底部氧含量的方法 |
| CN106283183A (zh) * | 2016-08-19 | 2017-01-04 | 西安华晶电子技术股份有限公司 | 一种基于氮化硼涂层的多晶硅铸锭工艺 |
| WO2023235285A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | Globalwafers Co., Ltd. | Methods for forming single crystal silicon ingots with reduced carbon contamination and susceptors for use in such methods |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4090851A (en) * | 1976-10-15 | 1978-05-23 | Rca Corporation | Si3 N4 Coated crucible and die means for growing single crystalline silicon sheets |
| US4356152A (en) * | 1981-03-13 | 1982-10-26 | Rca Corporation | Silicon melting crucible |
| JPS6148491A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-10 | 株式会社 ほくさん | カ−ボン型材のコ−テイング膜表面に形成する離型剤層の形成方法 |
| DE3639335A1 (de) * | 1986-11-18 | 1988-05-26 | Bayer Ag | Gegenueber metall- und salzschmelzen resistente werkstoffe, ihre herstellung und deren verwendung |
| CN87206316U (zh) * | 1987-04-16 | 1987-12-30 | 清华大学 | 氮化硅涂层坩埚 |
| DE59801041D1 (de) * | 1997-02-06 | 2001-08-23 | Solar Gmbh Deutsche | Mit siliciumschutzschichten versehene schmelztiegel, ein verfahren zum aufbringen der siliciumschutzschicht und deren verwendung |
| JP3981538B2 (ja) * | 2001-07-27 | 2007-09-26 | トーカロ株式会社 | シリコン保持容器およびその製造方法 |
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