FR2546188A1 - Dispositif et procede de realisation de corps cristallins par croissance - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF ET UN PROCEDE PERFECTIONNES DESTINES A ETRE UTILISES DANS UN SYSTEME PERMETTANT DE REALISER LA CROISSANCE D'UN CORPS TUBULAIRE CREUX EN MATERIAU CRISTALLIN, EN FAISANT CROITRE LE CORPS DEPUIS L'EXTREMITE D'UN ELEMENT DE FILIERE 40, 50, CE CORPS TUBULAIRE CREUX POUVANT ENSUITE ETRE DECOUPE LONGITUDINALEMENT LE LONG DE LIGNES PREDETERMINEES POUR FOURNIR DES CORPS CRISTALLINS SEPARES. CE DISPOSITIF COMPREND UN MOYEN (DE PREFERENCE SOUS LA FORME D'ENCOCHES 70 MENAGEES DANS L'EXTREMITE DE L'ELEMENT DE FILIERE 40, 50 A PARTIR DUQUEL EST REALISEE LA CROISSANCE DU TUBE) DESTINE A CONCENTRER LES CONTRAINTES DU CORPS TUBULAIRE CREUX LE LONG DE LIGNES PREDETERMINEES AU MOMENT DU TIRAGE DU CORPS DEPUIS L'EXTREMITE DE FILIERE 40, 50. LE PROCEDE COMPREND LES ETAPES CONSISTANT (A) A REALISER LA CROISSANCE DU TUBE DEPUIS L'EXTREMITE D'UN ELEMENT DE FILIERE 40, 50 DE TELLE MANIERE QUE LES CONTRAINTES SOIENT CONCENTREES LE LONG DE LIGNES PREDETERMINEES DU TUBE LORS DE SA CROISSANCE; ET (B) A DECOUPER ENSUITE LE TUBE LE LONG DE CES LIGNES PREDETERMINEES, DE MANIERE A SEPARER LE TUBE CREUX EN PLUSIEURS CORPS EN MATERIAU CRISTALLIN.

Description

La présente invention concerne de façon générale la croissance cris-

talline, et a plus particulièrement trait à la fabrication de corps en maté-

riaux cristallins à partir d'une masse fondue liquide, destinés à être utili-

sés pour former des cellules solaires et autres dispositifs à semiconducteurs.

Différentes techniques sont maintenant connues pour réaliser la croissance de corps cristallins à partir d'une masse fondue liquide L'une de ces techniques, qui s'est révélée très efficace dans la croissance de tels

corps cristallins, est le procédé de croissance à définition de forme et ali-

mentation en film, généralement désigné en abrégé par le terme "procédé EFG".

Ce procédé est décrit par le brevet américain NO 3 591 348, au nom de Harold E La Belle, Jr, ainsi que par de nombreux brevets délivrés par la suite Selon ce procédé, il est possible de réaliser la croissance de corps cristallins en

silicium ou en d'autres matériaux tels que l'alpha-alumine (saphir), la spi-

nelle, le chrysobéryl, le titanate de baryum, le niobate de lithium et le gre-

nat yttrium-aluminium.

Des corps cristallins ont été réalisés par croissance dans des formes

diverses, telles que tiges, tubes creux, et rubans plats Les tubes creux com-

prennent des sections de formes diverses, y compris les formes circulaires, polygonales et ovales On se référera par exemple au brevet américain NO 3 687 633 au nom de Harold E La Belle Jr, pour le dispositif destiné à la croissance de tiges, de tubes à section circulaire et de rubans, tandis que le brevet américain 4 036 666, au nom de Abraham I Mlavsky, porte sur des corps

tubulaires de section ovale.

De façon plus détaillée, le procédé EFG utilise un ensemble "creuset-

filière" qui comprend de façon typique un élément formant creuset destiné à contenir le matériau fondu à une température supérieure au point de fusion du matériau, et un élément formant filière capillaire partiellement inséré dans

l'élément formant creuset La filière comprend un ou plusieurs passages de di-

mensions capillaires assurant une communication fluide entre la masse en fu-

sion dans le creuset et la surface supérieure de la filière capillaire Lors-

que l'on réalise la croissance d'un matériau cristallin à partir de cet ensem-

ble creuset-filière, un cristal d'ensemencement est tout d'abord mis au con-

tact du sommet de la filière pour permettre la fusion d'une quantité suffisan-

te de matériau au sommet de la filière ainsi que dans les parties des passages capillaires situées au dessus de la masse fondue dans le creuset Le cristal d'ensemencement est alors tiré vers le haut à vitesse constante en s'éloignant du sommet de la filière Lorsque le cristal d'ensemencement est ainsi tiré, la masse fondue liquide qui se trouve au sommet de la filière, c'est à dire le ménisque, entre le sommet de la filière et le corps cristallin solidifié déjà formé, se renouvelle en continu en attirant par capillarité le matériau depuis la masse fondue liquide se trouvant dans le creuset au-dessous du sommet de la filière en passant par les passages capillaires de la filière La forme du corps cristallin obtenu par croissance à partir de la filière est déterminée

par la configuration externe ou la configuration d'arêtes de la surface termi-

nale supérieure de la filière, c'est à dire l'arête supérieure délimitant l'aire de la face mouillée par la masse fondue liquide Par exemple, un corps cristallin cylindrique creux peut être obtenu par croissance en ménageant dans l'extrémité supérieure du sommet de la filière un trou de même forme que la section de la partie creuse du corps, puisque le film d'arrivée du liquide ne

fait pas de discrimination entre les arêtes extérieures et les arêtes inté-

rieures du sommet de la filière, à condition toutefois que le trou ménagé dans

le sommet de la filière soit suffisamment grand pour que la tension superfi-

cielle n'amène pas le film se trouvant autour du trou à déborder sur celui-ci.

L'épaisseur de chaque corps cristallin obtenu par croissance selon ce procédé est fonction de la température régnant au sommet de la filière, ainsi

que de la vitesse avec laquelle le corps est éloigné du sommet de la filière.

A titre d'exemple non limitatif, une température typique au sommet de la fi-

lière lors d'une opération de croissance sur du silicium est de 14500 C envi-

ron, tandis qu'une vitesse typique de tirage est d'environ 19,05 à 38,10 mm

par minute-

Initialement, les cellules solaires étaient communément fabriquées sous forme de rubans sensiblement plats Les rubans utilisés dans les cellules solaires doivent être sensiblement monocristallins, de dimensions et de forme uniformes, et sensiblement exempts de défauts cristallins Toutefois, l'un des

problèmes rencontrés dans l'obtention par croissance de corps en forme de ru-

ban plat, est que des gradients de température présents dans la section trans-

versale du sommet de filière, peuvent se traduire par une croissance non homo-

gène, et peuvent également engendrer des tensions parasites engendrées dans

l'intérieur du corps cristallin au moment de sa solidification.

Le brevet américain No 4 036 666 au nom de Abraham I Mlavsky décrit

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une technique relativement peu coûteuse permettant de produire un ruban, par exemple de silicium, de qualité semi-conducteur, en réalisant dans un premier

temps la croissance d'un tube du matériau semi-conducteur possédant une sec-

tion en forme d'ovale aplati Le tube est alors découpé dans le sens longitu-

dinal afin d'éliminer les parties latérales incurvées, de manière à fournir des rubans séparés sensiblement plats De préférence la surface extérieure du corps en forme d'ovale aplati est d'abord revêtue d'un matériau photosensible

conventionnel, tel qu'un matériau en polyméthylméthacrylate à sensibilité po-

sitive Ensuite, les parties de la couche sensible recouvrant les parties les

plus larges de la paroi latérale sont exposées à un faisceau étroit de lumiè-

re, de manière à ce que, sur chaque partie de paroi latérale, deux zones étroites rectilignes de matériau photosensible s'étendant longitudinalement soient exposées et soient ainsi modifiées pour donner un polymère de poids moléculaire différent Le tube est alors plongé dans un solvant ou un agent d'attaque chimique sélectif, tel que la méthylisobutyl cétone, le résultat de cette opération étant de laisser intactes les parties non exposées du matériau photosensible, tandis que les zones exposées se trouvent dissoutes en faisant apparaitre deux parties linéaires étroites sur chacune des parties de paroi

latérale Un agent d'attaque chimique du silicium, tel que l'hydroxyde de po-

tassium, est alors appliqué sur le tube, de manière à diviser ce dernier le

long des zones exposées Les jonctions photovoltaïques peuvent alors être for-

mées dans les corps résultants en forme de ruban.

Le brevet américain NO 4 095 329, au nom de Kramadhati Venkata Ravi, décrit un autre procédé de production à faible coût de corps façonnés en ruban

de silicium de qualité semi-conducteur Un corps tubulaire en matériau semi-

conducteur, de grandes dimensions, est tout d'abord obtenu par croissance cristalline selon le procédé EFG Une jonction photovoltaïque est formée dans le corps tubulaire, ce dernier étant ensuite découpé par attaque chimique en éléments isolés Un des avantages principaux du procédé d'obtention de tubes par croissance cristalline qui sont ensuite découpés par attaque chimique en

rubans ou en corps en forme de ruban, est qu'il permet-de réaliser des écono-

mies par effet de série en obtenant par croissance cristalline plusieurs ru-

bans simultanément En outre, il réduit probablement les problèmes de défauts

de forme qui apparaissent dans des rubans obtenus isolément par croissance di-

recte à partir d'une filière, problèmes dont on pense qu'ils sont dus à la 2 i 46 l 88 forme de l'interface liquide/solide au niveau des arêtes du ruban lors de la

croissance de ce dernier, o à une accumulation, dans la zone voisine des arê-

tes du ruban, d'impuretés présentes dans la masse fondue Ces défauts de forme

sont critiques, et les rubans obtenus par croissance directe doivent être en-

suite traités pour éliminer ces défauts avant de pouvoir être utilisés Toute-

fois, le procédé consistant à obtenir par croissance cristalline un corps tu-

bulaire qui est ensuite soumis à une attaque chimique pour former des rubans ou des corps en forme de ruban, pose le problème d'exiger un contrôle très

strict de l'application du produit chimique d'attaque.

Des lasers ont été également utilisés pour découper les tubes cris-

tallins en rubans et en éléments en forme de ruban Toutefois des contraintes internes peuvent être engendrées dans le tube cristallin au moment de sa

croissance De telles contraintes internes peuvent se traduire par des craque-

lures ou même par des cassures du ruban ou de l'élément en forme de ruban au

moment du découpage du tube.

En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de réduire

ou d'éliminer sensiblement les inconvénients de l'art antérieur décrits ci-

dessus.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un disposi-

tif perfectionnés pour fabriquer plusieurs corps en matériau cristallin à par-

tir d'un tube creux en ce même matériau.

Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif perfectionnés pour réduire les craquelures et la cassure des

corps cristallins découpés dans des tubes en matériau cristallin.

Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif perfectionnés pour fabriquer des corps tubulaires cristallins creux, de telle façon que les contraintes internes et externes tendent à se

concentrer dans les zones prédéterminées du tube o chaque tube doit être dé-

coupé, afin de faciliter le découpage du corps tubulaire en éléments prédéter-

minés.

Les buts qui précèdent ainsi que d'autres buts sont atteints par un dispositif destiné à être utilisé dans un système permettant de réaliser la

croissance d'un corps creux tubulaire en matériau cristallin, en faisant crol-

tre ce corps à l'extrémité d'un élément formant filière, le corps tubulaire

creux pouvant ensuit être découpé longitudinalement selon des lignes prédéter-

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minées du corps pour fournir des corps cristallins séparés Le dispositif com-

prend un moyen formant récipient destiné à contenir une masse fondue du maté-

riau cristallin; et un moyen formant élément de filière comportant (a) une ex-

trémité de filière définissant la forme de section géométrique fermée du corps tubulaire creux, (b) un moyen pour acheminer la masse fondue depuis le moyen formant récipient jusqu'à l'extrémité de filière lors de la croissance du corps à partir de l'extrémité de filière, et (c) un moyen pour concentrer

les contraintes dans le corps tubulaire creux le long de lignes prédéter-

minées, au moment de la croissance du corps à partir de l'extrémité de la

filière.

Le procédé perfectionné de la présente invention est du type permet-

tant de réaliser la croissance de plusieurs corps en matériau cristallin à partir du tube creux Le procédé comprend (a) l'étape consistant à réaliser la croissance d'un tube à l'extrémité de la filière d'un élément de filère de façon à ce que les contraintes de croissance soient concentrées, au moment de la croissance, dans le tube le long de lignes prédéterminées; et (b) l'étape consistant à découper le tube le long des dites lignes prédéterminées de façon

à séparer le tube creux en plusieurs corps en matériau cristallin.

D'autres buts de l'invention seront pour partie évidents et pour par-

tie décrits dans ce qui suit L'invention comprend en conséquence les techni-

ques comportant plusieurs étapes, et la relation et l'ordre de l'une ou plu-

sieurs de ces étapes les unes par rapport aux autres; le dispositif présentant la construction, la combinaison d'éléments et la disposition des constitants décrits ci-après à titre d'exemple; et le domaine d'application précisé dans

les revendications annexées.

Afin de mieux faire comprendre la nature et les buts de la présente invention, le dispositif et le procédé pour réaliser la croissance de corps cristallins vont maintenant être décrits plus en détail, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté en élévation, montrant en coupe un mode de réalisation de l'ensemble creuset-filière de la présente invention, disposé dans un dispositif de chauffage; la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1;

la figure 3 est une vue de côté en élévation, à plus grande échel-

le, montrant une coupe partielle, selon la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en plan de dessus, montrant un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue isométrique fragmentaire, montrant un corps

cristallin creux typique réalisé par croissance à partir du dispositif repré-

senté sur les figures 1 à 3; la figure 6 est une vue en plan de dessus, montrant un autre mode de réalisation de l'ensemble creuset-filière de la présente invention, disposé dans un dispositif de chauffage; la figure 7 est une vue en élévation et en coupe, selon la ligne 7-7 de la figure 6; la figure 8 est une vue en élévation et en coupe, selon la ligne 8-8 de la figure 6, mais sans le dispositif de chauffage; et la figure 9 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation,

différent des précédents, de la présente invention.

Les mêmes références sont utilisées dans les différentes figures pour

désigner des parties identiques ou similaires.

Un dispositif selon la présente invention peut être utilisé pour pro-

duire des corps sensiblement monocristallins ayant une configuration en forme de ruban plat ou de ruban incurvé, cette dernière étant désignée dans ce qui suit par le terme "rubanoide" Le ou les matériaux servant à la fabrication du dispositif dépendent dans une large mesure du type de matériau monocristallin obtenu par croissance à partir du sommet de la filière Pour réaliser la croissance de silicium par exemple, les composants du dispositif représenté sont de préférence réalisés en graphite, bien que d'autres matériaux aient été proposés pour au moins certaines parties de ce dispositif Pour des raisons de

commodité, la description détaillée qui va être faite de l'invention, concerne

un dispositif destiné à réaliser la croissance de corps sensiblement monocristallins en silicium, bien qu'elle n'entende pas limiter l'invention à

cette application.

Les figures 1 à 3 montrent un ensemble incorporant les principes de la présente invention, permettant de réaliser la croissance d'un corps creux en matériau sensiblement monocristallin comportant des "lignes de contrainte" prédéterminées Le terme "ligne de contrainte", utilisé ciaprès, s'applique à une zone du matériau cristallin à l'état solide dans laquelle les contraintes

sont délibérément concentrées De préférence, ces lignes de contrainte prédé-

terminées présentées par le corps creux réalisé par croissance selon la pré-

sente invention, sont réparties dans le sens longitudinal du corps L'ensemble montré sur les figures l à 3 comprend de préférence, mais non obligatoirement, un dispositif cylindrique de chauffage 20, de préférence réalisé en molybdène ou en graphite Ce dispositif de chauffage 20 est ouvert à son extrémité supérieure, et il comprend une paroi inférieure 22 et une paroi latérale cylindrique 24 Des cavités 26 sont ménagées dans la face intérieure de la

paroi latérale 24, leur fonction devant être explicitée ci-après.

Disposé à l'intérieur du dispositif de chauffage 20, se trouve un en-

semble creuset-filière cylindrique, désigné de façon générale par la référence 30 Ainsi que le montrent ces figures, l'ensemble creusetfilière 30 comprend

deux éléments séparés 32, 34 de préférence formés en une seule pièce, qui se-

ront désignés ci-après pour les besoins de la description par les termes "élé-

ment de creuset" et "élément de garnissage" L'élément de creuset 32 est fa-

çonné en une coupelle cylindrique formant une seule pièce, et possédant une paroi inférieure 36 et une paroi latérale cylindrique 38 La forme de section

polygonale de l'ensemble creuset-filière 30 définit des arêtes 39 sur la sur-

face extérieure de la paroi 38 Ces arêtes sont en contact avec la surface in-

térieure de la paroi 24 du dispositif de chauffage 20 de manière à assurer un ajustage parfait La paroi 38 comporte une section supérieure 40 espacée de

façon circulaire autour de l'ensemble 30 de manière à définir la forme géomé-

trique fermée identique à la forme de la section interne du corps creux à réa-

liser par croissance à partir de l'ensemble 30 La section supérieure 40 com-

porte une arête supérieure en biseau 42 L'élément de creuset 32 est de préfé-

rence dimensionné de façon à se loger de façon ajustée dans l'élément de chauffage 20, l'arête supérieure 42 étant dégagée du sommet de l'élément de

chauffage 20, et s'étendant au dessus de ce sommet.

La surface extérieure cylindrique 44 de l'élément de garnissage 34 est façonnée de manière à présenter des nervures 46 orientées verticalement, qui viennent en prise ajustée avec la surface intérieure de l'élément formant creuset de manière à créer, entre deux nervures 46 voisines, un passage 48 d'écoulement de fluide entre la surface intérieure de la paroi cylindrique 38 de l'élément de creuset 32 et la surface extérieure de l'élément 34 Chaque

passage 48 est de dimensions capillaires, de manière à ce que le matériau fon-

du puisse être attiré par capillarité dans chaque passage, d'une manière con-

nue dans l'art antérieur L'élément de garnissage comprend également une sec-

2-z 46188 tion supérieure 50, correspondant et faisant vis-à-vis à la section supérieure

de l'élément de creuset 32 La section supérieure 50 est biseautée en di-

rection de l'extrémité supérieure 52 Un rebord 54 est disposé autour de la paroi intérieure de l'élément de garnissage pour supporter, de manière connue, un bouclier thermique et un couvercle de fusion, ces deux derniers éléments

n'étant représentés ni l'un ni l'autre.

L'élément de creuset 32 et l'élément de garnissage 34 sont maintenus

en position concentrique-l'un par rapport à l'autre, et les sections supérieu-

res 40, 50 sont maintenues en position opposées les unes par rapport aux au-

tres au moyen de plusieurs rivets ou broches 56 qui s'étendent au travers d'ouvertures convenables ménagées dans la paroi latérale 38 de l'élément de creuset 32 et dans l'élément de garnissage 34 Comme le montrent les figures, la cavité 26 de l'élément de chauffage 20 est voisine de chaque broche 56, de manière à ménager un intervalle pour recueillir la masse fondue qui pourrait

déborder au delà d'une quelconque des broches 56.

Les extrémités supérieures 42,52 chanfreinées ou biseautées des

sections supérieures opposées 40,50, forment une paire d'arêtes terminales pa-

rallèles qui définissent un intervalle 58 de dimensions capillaires entre elles en assignant la forme géométrique fermée à la section du corps creux en cours de croissance Les extrémités supérieures 42, 52 peuvent être en lame de couteau, ou bien elles peuvent avoir une largeur prédéterminée Les extrémités supérieures 42, 52 peuvent être disposées dans le même plan ou peuvent être décalées l'une par rapport à l'autre Comme le montre la figure 1, lorsque

l'élément de garnissage 34 est fixé en place, l'arête inférieure 60 de l'élé-

ment de garnissage est positionnée juste au-dessus de la surface intérieure de la paroi inférieure 36 de l'élément de creuset 32, afin de permettre le passage de matériau fondu entre elles En alternative ou en addition, une ou plusieurs ouvertures peuvent être ménagées dans l'élément de garnissage afin de permettre à la masse fondue de s'écouler dans chaque passage 48 au travers

de l'intervalle capillaire 58.

La forme de la section définie par les sections supérieures 40,50 peut être polygonale, comme le montrent les figures 1 à 3, ou circulaire comme le montre la figure 4, ou de toute autre forme géométrique fermée, telle une forme ovale Lorsque l'on utilise un ensemble présentant une section de forme

polygonale, telle que celle représentée sur les figures 1 à 3, les corps obte-

nus individuellement par découpage du corps creux réalisé par croissance, seront des rubans plats, tandis que la section circulaire de l'ensemble 30 A de la figure 4 conduira à la formation d'un corps creux ayant une section de

forme circulaire, qui pourra être découpé en élément en forme de rubanoïdes.

L'ensemble, ainsi décrit, est identique à celui décrit par le brevet américain NO 4 230 674, à cette exception près que des moyens sont prévus pour concentrer les contraintes dans des sites prédéterminés, de préférence dans le sens longitudinal le long des lignes de rupture du corps creux en matériau cristallin o ce dernier doit être découpé pour former des rubans séparés ou des rubanoides séparés en forme de ruban Les moyens servant à assurer une telle répartition des contraintes comprennent de préférence plusieurs encoches ménagées transversalement dans les extrémités supérieures 42, 52 Ces encoches sont de préférence, mais non obligatoirement, orientées dans le sens radial et/ou espacées de façon équidistante autour de la circonférence des sections supérieures de filière 40, 50 par rapport au centre géométrique du sommet de filière De préférence, une encoche 70 est ménagée au-dessus de chaque nervure 44 des figures 1 à 3 (ou de la structure similaire de la figure 4) entre deux passages 48 voisins Chaque encoche 70 est dimensionnée de façon à être suffisamment étroite et profonde pour qu'une quantité suffisante de masse fondue soit présente dans chaque encoche, afin de permettre au matériau cristallin de s'accumuler entre le matériau en cours de croissance à partir du sommet de filière adjacent aux sections supérieures 40,50 et chaque côté de chaque encoche, mais de façon à ce que l'épaisseur du matériau en ces zones soit inférieure à celle du corps formé à partir des extrémités supérieure 42,

52 entre chaque paire d'encoches voisines.

Les dimensions typiques, dont on pense qu'elles donnent satisfaction en réalisant la croissance cristalline de silicium à partir d'un ensemble en graphite tel que le montrent les figures 1 à 4, sont choisies de façon à avoir un sommet de filière ayant des sections supérieures biseautées 40, 50 d'une

hauteur d'environ 3 mm, une épaisseur d'environ 4,5 mm au dessous des extrémi-

tés biseautées 42,52, et une épaisseur d'environ 0,07 mm au niveau de l'arête supérieure de chaque extrémité 42,52 L'intervalle 58 a une largeur d'environ 0,7 mm entre les sections 40, 50, et chaque encoche 70 a une largeur atteignant 2,5 mm et une profondeur atteignant 1,3 mm, une largeur de 0,32 mm

et une profondeur de 1,3 mm pour ces encoches donnant satisfaction Les dimen-

sions de cet ensemble peuvent être différentes.

Lorsque l'on réalise la croissance de corps cristallins, la masse fondue est obtenue dans le creuset à une température supérieure d'environ 300 C au point de fusion du matériau soumis à la croissance cristalline Un germe du matériau cristallin, présentant une configuration géométrique creuse fermée

identique à celle définie par les sections supérieures 40,50, est mis en con-

tact avec les sections supérieures 40, 50, permettant à une quantité suffisan-

te de matériau de fondre dans chacun des intervalles 58 et dans chacun des

passages 48 Le germe sont ensuite tiré depuis le sommet de filière, à une vi-

tesse sensiblement constante, par exemple d'environ 2,5 cm par minute Les en-

coches 70 étant dimensionnées de façon à fournir une quantité suffisante de

matériau fondu entre le matériau sortant de chaque extrémité de filière adja-

cente à chaque face de chaque encoche, un corps creux 72 ayant une forme de section conforme à la forme imposée par les extrémités 42 et 52 des sections

supérieures 40 et 50, sera réalisé selon la vue montrée par la figure 5.

Toutefois, l'épaisseur des parties 74 du corps réalisées à partir de chaque encoche 70 sera diminuée, comme le représente cette figure Le corps creux étant tiré à une vitesse constante, les parties 72 plus minces, s'étendant chacune dans une direction parallèle à la direction de tirage du corps creux, auront tendance à présenter des contraintes plus importantes que celles des parties 76 du corps 72 réalisées entre les encoches 70 Les encoches 70 sont donc considérées comme créant des lignes de contraintes dans le corps lors de sa croissance Les lignes de contrainte situées le long des parties 74 sont disposées le long des lignes selon lesquelles le corps cristallin creux est

ensuite découpé en ruban ou en éléments rubanofdes A titre d'exemple nulle-

ment limitatif, un sommet de filière ayant une épaisseur de 0,07 mm environ au

niveau de chaque arête 42, 52, et un intervalle d'environ 0,7 mm entre les a-

rêtes 42, 52, produira de façon typique un corps d'environ 0,4 mm d'épaisseur.

En donnant aux encoches transversales 70 une largeur d'environ 0,8 mm et une profondeur d'environ 1,3 mm, les parties plus minces 74 du corps 72 représenté sur la figure 5 et réalisé au niveau de chaque encoche 70 aura une épaisseur

d'approximativement 0,1 mm dans sa zone de moindre épaisseur.

Une fois le corps obtenu par croissance, il peut être découpé longi-

tudinalement le long des parties plus minces, selon un procédé connu Par exemple, le corps peut être découpé par un procédé d'attaque chimique, tel qu' t 46188

il est décrit dans les brevets américains No 4 036 666 ou 4 095 329, ou en al-

ternative, par des procédés recourant à un laser (par exemple un laser à C 02) déjà connu dans l'art antérieur Au cours de l'opération de découpage, les contraintes de croissance étant concentrées dans les parties plus minces 72, le découpage réalisé le long desdites parties se traduira par une rupture plus

nette entre les sections 76, avec des craquelures et des cassures moins impor-

tantes Les jonctions photovoltaïques peuvent être formées dans les éléments en forme de ruban après découpage, ou, en alternative, avant découpage, ainsi que le décrivent les brevets américains No 4 036 666 et 4 095 329 Les parties restantes 76 découpées dans le corps cristallin deforme polygonale représenté sur la figure 5, seront des rubans sensiblement plats D'autres sections ayant des formes et des contours différents peuvent être obtenues à partir de corps

creux présentant une section de forme différente, réalisés par croissance se-

lon la présente invention Par exemple, des rubanoïdes incurvés ayant la forme de sections courbes d'un cylindre droit, peuvent être découpées dans un corps creux cylindrique réalisé avec des lignes de contrainte à partir d'un sommet de filière de l'ensemble 30 A définissant une section circulaire et pourvu

d'encoches 70 A comme le montre la figure 4.

Il doit être bien entendu que divers modifications peuvent être ap-

portées aux modes de réalisation représentés sur les figures 1 à 4 sans affec-

ter l'esprit de l'invention Par exemple, comme le montrent les figures 6 à 8, l'élément séparé unique de filière décrit par le brevet américain 4 230 674

peut être modifié selon la présente invention L'élément séparé unique de fi-

lière modifié 80, représenté sur les figures 6 à 8, a la forme d'un cylindre

droit comportant un fond plat 82 et une paroi latérale cylindrique 84, réali-

sés d'une seule pièce pour ne former qu'un seul élément L'élément 80 peut a-

voir une forme géométrique fermée quelconque, telle que la forme polygonale représentée, ou une forme circulaire ou ovale La paroi latérale 84 possède une surface extérieure dimensionnée pour s'ajuster parfaitement dans l'élément de chauffage 20 représenté sur les figures 6 et 7 Le sommet de l'élément 80 est pourvu d'une section intérieure 86 de sommet de filière et d'une section

extérieure 88 correspondante de sommet de filière opposée à la section inté-

rieure 86 et espacée par un intervalle 90 de dimension capillaire Les enco-

ches 90, espacées circonférentiellement autour du sommet de filière, sont mé-

nagées transversalement dans les sections supérieures 86,88 (de préférence o-

rientées dans le sens radial en direction du centre géométrique défini par les

sections supérieures 86, 88) Des fentes 92 sont formées dans la partie infé-

rieure de la surface intérieure cylindrique de l'élément 80 Ces fentes sont également de dimension capillaire et sont en communication de fluide avec chaque intervalle 90, de manière à ce que la masse fondue arrivant dans l'élément 80 puisse être attirée par les fentes 92 vers l'intervalle 90 et tirée depuis le sommet de filière formé par les sections intérieure et extérieure 86,88 La structure est ainsi identique à l'ensemble décrit par le brevet américain NI 4 230 674, à cette exception près que des encoches 90 sont ajoutées Chacune des encoches 90 se traduit par une diminution de l'épaisseur de la paroi du corps creux, et donc par la formation d'une ligne de contrainte dans ce corps creux, réalisé par croissance avec concentration de contraintes de croissance le long de chacune de ces zones de moindre épaisseur Le corps creux ainsi réalisé peut être découpé plus aisément le long des lignes

constituées par ces zones de moindre épaisseur.

Comme le montre la figure 9 et comme le décrit le brevet américain N O 4. 230 674, l'élément 80 représenté sur les figures 6 à 8 peut être modifié en

supprimant le fond de l'élément de filière capillaire 100, de sorte que l'élé-

ment cylindrique est ouvert à sa partie inférieure L'élément 100 est disposé de façon parfaitement ajustée dans un récipient cylindrique 102 en forme de

coupelle, réalisé par exemple en quartz, et comportant un fond 104 et une pa-

roi latérale 106, de sorte que les sections terminales de filière s'étendent

au dessus de la paroi latérale 106 et sont dégagées de cette dernière Le ré-

cipient 102 est lui-même reçu en ajustage parfait dans l'élément de chauffage

20 Ce mode de réalisation peut être modifié pour incorporer la présente in-

vention, en ménageant des encoches 112 dans les extrémités intérieures et ex-

térieures 108, 110 du sommet de filière.

Les ensembles ainsi représentés et leur utilisation fournissent un perfectionnement du procédé et du dispositif pour réaliser par croissance des corps creux en un matériau sensiblement monocristallin à partir d'une réserve commune de masse en fusion Les encoches ménagées dans le sommet de filière fournissent un moyen simple pour créer des lignes de contrainte dans des zones

prédéterminées du corps creux ainsi réalisé Ces corps creux peuvent être dé-

coupés plus facilement en sections pour former des rubans ou des corps en for-

me de ruban, en raison de la présence des lignes de contraintes créées dans le

corps creux au cours de sa croissance Ceci se traduit par une plus grande ef-

ficacité de production, due à une réduction des craquelures et des cassures du ruban ou des sections en forme de ruban découpées à partir de chaque corps creux. Comme certaines modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrit ci-dessus sans affecter l'esprit de l'invention, il est bien

entendu que toutes les données contenues dans la description qui vient d'être

faite ou montrées dans les dessins annexés, doivent être interprétées comme de

simples illustrations nullement limitatives.

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Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Dispositif destiné à être utilisé dans un système permettant de réaliser la croissance d'un corps tubulaire creux ( 72) en matériau cristallin

en faisant crottre le corps ( 72) à partir de l'extrémité d'un élément de fi-

lière ( 40,50; 80; 100), le corps tubulaire creux ( 72) pouvant être découpé longitudinalement le long de lignes prédéterminées ( 74) afin de fournir des corps cristallins séparés ( 76), caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen formant récipient ( 32) destiné à contenir une masse fondue du matériau cristallin; et

un moyen définissant un élément de filière ( 40,50; 80; 100) compor-

tant (a) une extrémité de filière ( 42,52; 86,88; 108,110) définissant la forme de section géométrique fermée-du corps tubulaire creux ( 72), (b) un moyen pour acheminer la masse fondue depuis le moyen formant récipient ( 32) jusqu'à l'extrémité de filière ( 42,52; 86,88; 108,110) lors de la croissance du corps ( 72) à partir de l'extrémité de filière, et (c) un moyen ( 70; 70 A; 90; 112) pour concentrer les contraintes internes du corps tubulaire creux ( 72) le long

des lignes prédéterminées ( 74) au moment de la croissance du corps ( 72) à par-

tir de l'extrémité de filière.

2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mo-

yen pour concentrer les contraintes dans le corps creux ( 72) comprend une en-

coche ( 70; 70 A; 90; 112) ménagée dans l'extrémité de filière ( 42,52; 86,88;

108,110) à chaque site o le corps ( 72) est tiré, le long de la ligne corres-

pondante ( 74) prédéterminée.

3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ex-

trémité de filière ( 42,52; 86,88; 108,110) comprend deux arêtes parallèles opposées séparées par un intervalle ( 58), et en ce que chacune des encoches ( 70; 70 A; 90; 112) s'étend au-travers des arêtes parallèles, transversalement

à l'intervalle ( 58).

4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune

des encoches ( 70; 70 A; 90; 112) est orientée radialement vers le centre géo-

métrique de l'extrémité de filière ( 42,52; 86,88; 108,110).

Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les en-

coches ( 70; 70 A; 90; 112) disposées circonférentiellement autour de l'extré-

mités de filière, sont à égale distance du centre géométrique.

6 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la for-

me de section géométrique fermée est un cercle, de sorte que le corps tubu-

laire creux ( 72) peut être découpé longitudinalement le long des lignes prédé-

terminées ( 74) du corps ( 72) afin de fournir des rubanoïdes.

7 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la for-

me de section géométrique fermée est un polygone, de sorte que le corps tubu- laire creux ( 72) peut être découpé le long des lignes prédéterminées ( 74)du

corps ( 72) afin de fournir des rubans sensiblement plats.

8 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune

des encoches ( 70; 70 A; 90; 112) a une profondeur inférieure à 1,2 mm approxi-

mativement et une largeur inférieure à 2,5 mm approximativement.

9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des encoches ( 70; 70 A; 90; 112) a une profondeur de 1 2 mm approximativement

et une largeur de 0,8 mm approximativement.

Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps tubulaire creux ( 72) est réalisé par croissance à partir de l'extrémité de filière en tirant le corps tubulaire ( 72) depuis l'extrémité de filière ( 42,52; 86,88; 108,110), et en ce que le moyen destiné à acheminer la masse fondue depuis le moyen formant récipient ( 32) jusqu'à l'extrémité de filière comprend au moins un passage ( 48) de dimension capillaire, de sorte que la

masse fondue peut être acheminée par capillarité jusqu'à l'extrémité de filiè-

re au moment o le corps creux ( 72) est tiré depuis l'extrémité de filière.

11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen formant récipient ( 32) et le moyen définissant un élément de filière ( 40 50; 80; 100) sont façonnés de telle façon qu'au moins une partie du moyen définissant un élément de filière ( 40,50; 80; 100) soit solidaire du moyen formant récipient ( 32) et que le moyen formant récipient constitue une partie

essentielle du moyen définissant un élément de filière ( 40, 50; 80; 100).

12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que (a) le moyen formant récipient ( 32) est ouvert à son extrémité supérieure, fermé à son extrémité inférieure et comporte une paroi latérale définissant un espace intérieur destiné à contenir le matériau fondu, (b) l'extrémité de filière

comporte deux surfaces parallèles d'arêtes supérieures séparées par un inter-

valle ( 58) de dimension capillaire, et (c) la paroi latérale du moyen formant récipient ( 32) comporte une extrémité supérieure définissant au moins l'une des surfaces d'arête supérieure de l'extrémité de filière ( 42,52; 86,88; 108, ). 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen définissant des éléments de filière comprend un moyen formant garnissage comportant une paroi latérale dont l'extrémité supérieure définit l'autre des surfaces d'arête supérieure de l'extrémité de filière ( 42,52; 86,88; 108,110). 14 Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen formant récipient ( 32) et le moyen formant garnissage sont solidaires

l'un de l'autre et forment un élément séparé.

Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le

moyen formant récipient ( 32) comprend au moins un passage de dimension capil-

laire ( 48) ménagé dans la paroi latérale du moyen formant récipient ( 32) .

16 Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le passage ( 48) comprend une fente ( 92) ménagée dans la surface intérieure de la

paroi latérale du moyen formant récipient ( 32).

17 Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen formant récipient ( 32) et le moyen formant garnissage constituent des éléments séparés, et en ce qu'il comprend en outre un moyen ( 56) pour fixer le

moyen formant récipient ( 32) et le moyen formant garnissage l'un à l'autre.

18 Procédé pour réaliser plusieurs corps ( 72) d'un matériau cristal-

lin à partir d'un tube creux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes con-

sistant à: réaliser la croissance du tube à partir de l'extrémité de filière d'un élément de filière ( 40,50; 80; 100), de telle manière que les contraintes soient concentrées dans le tube le long de lignes prédéterminées ( 74) lors-de la croissance du tube; et découper le tube le long des lignes prédéterminées ( 74)-de manière

à séparer le tube creux en plusieurs corps ( 76) en matériau cristallin.

19 Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'éta-

pe consistant à réaliser la croissance du tube comprend l'étape consistant à créer les contraintes le long de lignes prédéterminées ( 74) dans une direction

parallèle à la direction de croissance du tube.

Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'étape consistant à créer les contraintes comprend l'étape consistant à réaliser la croissance du tube de telle manière que celui-ci soit plus mince le long de

chacune des lignes prédéterminées ( 74).