JP2012505824A - 複数の個々のストリングを有するリボン結晶末端ストリング - Google Patents
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Abstract
リボン結晶は、本体と、本体内の末端ストリングと、を有する。少なくとも１つの末端ストリングは、ほぼ凹面断面形状を有し、少なくとも２つの個々のストリングから形成される。上記本体は、厚さの寸法を有し、前記少なくとも２つの個々のストリングは、概して、該本体の厚さの寸法に沿って離間され、該少なくとも２つの個々のストリングは、ほぼ細長い凹面断面形状を形成する。上記少なくとも２つの個々のストリングの間に、本体材料をさらに備える。上記少なくとも２つの個々のストリングは、物理的に接触する。
Description
優先権
本願は、２００８年１０月８日に、Ｓｃｏｔｔ Ｒｅｉｔｓｍａを発明者として出願された米国特許出願第１２／２５２，５５７号「ＲＩＢＢＯＮ ＣＲＹＳＴＡＬ ＥＮＤ ＳＴＲＩＮＧ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＩＮＤＩＶＩＳＵＡＬ ＳＴＲＩＮＧＳ」（代理人整理番号３１５３／１７８）からの優先権を主張し、この特許出願の開示は、本明細書においてその全体が参照により援用される。
本願は、２００８年１０月８日に、Ｓｃｏｔｔ Ｒｅｉｔｓｍａを発明者として出願された米国特許出願第１２／２５２，５５７号「ＲＩＢＢＯＮ ＣＲＹＳＴＡＬ ＥＮＤ ＳＴＲＩＮＧ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＩＮＤＩＶＩＳＵＡＬ ＳＴＲＩＮＧＳ」（代理人整理番号３１５３／１７８）からの優先権を主張し、この特許出願の開示は、本明細書においてその全体が参照により援用される。
発明の分野
本発明は、概して、ストリングリボン結晶に関し、より具体的には、本発明は、ストリングリボン結晶を形成するために使用されるストリングに関する。
本発明は、概して、ストリングリボン結晶に関し、より具体的には、本発明は、ストリングリボン結晶を形成するために使用されるストリングに関する。
特許文献１（１９８７年発行、単独本発明者として、Ｅｍａｎｕｅｌ Ｍ． Ｓａｃｈｓを指定）に論じられるようなストリングリボン結晶は、種々の電子デバイスの基礎を形成し得る。例えば、Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ Ｓｏｌａｒ， Ｉｎｃ．（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）は、従来のストリングリボン結晶から太陽電池を形成する。
上記の特許に詳述されるように、従来のプロセスは、２つ以上のストリングを溶融シリコンに通過させることによって、ストリングリボン結晶を形成する。ストリングの組成および性質は、その効率、およびある事例では、最終的に形成されるストリングリボン結晶のコストに大きな影響を及ぼし得る。
本発明の一実施形態によると、リボン結晶は、本体と、本体内に埋入される末端ストリングと、を有する。少なくとも１つの末端ストリングは、ほぼ凹面断面形状を有し、少なくとも２つの個々のストリングから形成される。
着目される２つの個々のストリングは、概して、本体の厚さの寸法に沿って離間し、ほぼ細長い凹面断面形状を形成してもよい。さらに、本体材料（例えば、シリコン）は、２つの個々のストリングの間にあってもよい。代替実施形態では、着目される２つの個々のストリングは、物理的に接触する。
本発明の別の実施形態によると、リボン結晶は、本体と、本体内に埋入される複数の末端ストリングと、を有する。少なくとも１つの末端ストリングは、少なくとも一対の離間した個々のストリングから形成される。本体材料は、対の個々のストリングの間に位置付けられる。
ストリングは、ほぼ凹面断面形状を有する。加えて、個々のストリングはそれぞれ、ほぼ細長い断面形状を形成してもよい。さらに、個々のストリングのうちの少なくとも１つは、幅の寸法を中心としてほぼ対象である、凹面を有してもよい。少なくとも１つの末端ストリングの個々のストリングは、概して、本体の厚さの寸法を中心として離間されてもよい。
本発明の他の実施形態によると、リボン結晶を形成する方法は、複数の末端ストリングを提供する。末端ストリングのうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの離間した個々のストリングを有する。また、本方法は、溶融材料をるつぼに添加し、次いで、末端ストリングを溶融材料に通過させ、界面の上方で溶融材料を冷凍し、したがって、溶融材料のシートを形成する。少なくとも１つの末端ストリングは、界面の上方のその個々のストリングの間に冷凍溶融材料を有する。
当業者は、以下に要約される図面を参照して論じられる以下の詳細な説明から、本発明の種々の実施形態の利点をより完全に理解する。
例証的ストリングリボン加工プロセスは、リボン結晶の各端に対して、複数の個々のストリングを使用する。例えば、各末端ストリングは、一対の個々の離間したストリングから形成されてもよい。そのようなストリングの幾何学的および熱特性は、より厚い首領域を形成することによって、結晶特性を改善するはずである。種々の実施形態の詳細は、後述される。
図１は、本発明の例証的実施形態に従って構成されるストリングリボン結晶１０を概略的に示す。他のリボン結晶と同様に、本リボン結晶１０は、略矩形形状であって、その前後面上に比較的大きな表面積を有する。例えば、リボン結晶１０は、約３インチの幅と、約６インチの長さとを有してもよい。当業者によって周知のように、長さは、大幅に変動する可能性がある。例えば、いくつかの周知のプロセスでは、長さは、その成長に伴ってリボン結晶１０を切断すべき場所に関して、炉操作者の裁量に依存する。加えて、幅は、リボン結晶幅の境界を形成するその２つのストリング１２（図２参照）の分離に依存して、変動する可能性がある。故に、特定の長さおよび幅の議論は、例証的であって、本発明の種々の実施形態を制限することは意図されない。
リボン結晶１０の厚さは、可変であって、その長さおよび幅の寸法と比較して、非常に小さくてもよい。例えば、ストリングリボン結晶１０は、その幅全体にわたって、約６０ミクロン〜約３２０ミクロンの範囲の厚さを有してもよい。本可変厚にかかわらず、ストリングリボン結晶１０は、その長さおよび／または幅全体にわたって、平均厚を有するように考慮されてもよい。
リボン結晶１０は、用途に応じて、種々の材料（概して、「リボン材料」または「結晶材料」と称される場合が多い）のいずれかから形成されてもよい。例えば、発電用途用の成長の場合、リボン結晶１０は、シリコン等の単一要素、またはシリコン系材料（例えば、シリコンゲルマニウム）等の化合物から形成されてもよい。他の例証的リボン材料は、ガリウムヒ素またはリン化インジウムを含んでもよい。リボン材料は、多重結晶、単結晶、多結晶、微結晶、または半結晶等、種々の結晶種のいずれかであってもよい。
当業者によって周知のように、リボン結晶１０は、概して、リボン材料によって埋入／封入される一対のストリング１２から形成される（図２以降参照）。後述のプロセスから確認されるように、対のストリング１２は、リボン結晶１０の縁を効果的に形成する。すなわち、それらは、リボン結晶１０の幅を確定する。故に、ストリングは、概して、「末端ストリング」、または単に、ストリング１２と称され得る。さらに、便宜上、リボン結晶１０は、ポリシリコンリボン材料から形成されるように論じられる。それでもなお、ポリシリコンの議論は、あらゆる実施形態を制限するものとして意図されるものではないことをあらためて表明する。
例証的実施形態は、図２に示されるようなリボン結晶生成炉１４内において、リボン結晶１０を成長させる。より具体的には、図２は、本発明の例証的実施形態に従って、ストリングリボン結晶１０を形成するために使用され得る、シリコンリボン結晶生成炉１４を概略的に示す。炉１４は、とりわけ、実質的に酸素のない（燃焼を防止するため）密閉内部を形成する筐体１６を有する。酸素の代わりに、内部は、アルゴン等のある濃度の別の気体、または気体の組み合わせを有する。また、筐体内部は、とりわけ、るつぼ１８と、４つのシリコンリボン結晶１０を実質的に同時に成長させるための他の構成要素と、を含有する。筐体１６内の供給入口２０は、シリコン原料を内部るつぼ１８に誘導するための手段を提供する一方、任意の窓２２は、内部構成要素の検査を可能にする。
示されるように、るつぼ１８は、筐体１６内の内部基盤上に支持され、実質的に平坦な上表面を有する。るつぼ１８の本実施形態は、その長さに沿って、並列構成にシリコンリボン結晶１０を成長させるための領域を伴う、細長形状を有する。例証的実施形態では、るつぼ１８は、黒鉛から形成され、シリコンをその融点を超えて維持可能な温度に抵抗加熱される。結果を向上させるために、るつぼ１８は、その幅をはるかに超える長さを有する。例えば、るつぼ１８の長さは、その幅を３倍以上超えてもよい。当然ながら、いくつかの実施形態では、るつぼ１８は、このように細長でなくてもよい。例えば、るつぼ１８は、ほぼ四角形状または非矩形形状を有してもよい。
図２に示され、以下に詳述されるように、炉１４は、ストリング１２（すなわち、末端ストリング１２）を受容するための複数の孔２４を有する。具体的には、図２の炉１４は、４対の末端ストリング１２を受容するために、８つのストリング孔２４を有する。各対のストリング１２は、るつぼ１８内の溶融シリコンを通過し、単一リボン結晶１０を形成する。
多くの従来のリボン結晶成長プロセスは、ストリング近傍に薄い首部分を伴う、リボン結晶を形成する。より具体的には、図３は、従来技術のストリング１２Ｐを有する、従来技術のリボン結晶１０Ｐの一部の断面図を概略的に示す。本先行技術のリボン結晶１０Ｐは、ストリング１２Ｐとリボン結晶１０のより広い部分３８との間に薄い首部分３６を有する。首部分３６が薄すぎる場合、リボン結晶１０Ｐは、非常に脆弱であって、より破砕しやすくなり、したがって、収率損失をもたらし得る。例えば、ストリング１２とリボン結晶１０Ｐを形成するリボン材料（例えば、ポリシリコン）との間の熱膨張差係数が著しく大きい場合、リボン結晶１０Ｐは、首部分３６でより破砕しやすくなり得る。
首部厚を増加させるために、当業者は、リボン成長プロセスに機器を追加していた。例えば、そのような解決策の１つは、炉１４にガス噴射器（図示せず）を追加するものである。これらのガス噴射器は、首部分３６に向かって比較的冷たい気流を誘導し、したがって、その領域内の温度を低下させ、首部厚を増加させる。他の解決策は、特殊メニスカス整形器の追加を伴う。
そのような付加的外部手段を使用せずに、本発明の例証的実施形態は、所定の方法でストリング１２の断面寸法を設計する。次いで、例証的実施形態は、成長リボン結晶１０の首部分３６のサイズを増加させるように、結晶生成炉１４内にストリング１２を位置付ける。例えば、平均厚約１９０ミクロンを伴う結果として生じるリボン結晶１０は、ある用途では、十分であり得る、最小厚約６０ミクロンを伴う首部分３６を有し得る。本革新は、結果として、収率損失を低減させ、したがって、生産コストを低減させるはずである。
図４Ａは、本発明の例証的実施形態に従って形成され得る、ストリング１２を概略的に示す。本図は、ほぼ凸面または円唇断面を示すように見られるが、単なる概略図であって、任意の特定の断面形状の代表であるとみなされるべきではない。これを受けて、図４Ｂは、本発明のいくつかの異なる実施形態による、図４Ａの交差線Ｂ−Ｂに沿ったストリング１２の８つの異なる可能な断面図を概略的に示す。例えば、形状のいくつかは、ストリング１の不整形形状、ストリング２の矩形形状、およびストリング３のほぼ楕円形状等、ほぼ細長である。
細長であるかどうかにかかわらず、種々のストリング１２は、ほぼ凹面またはほぼ凸面のいずれかとして分類され得る。本明細書で使用されるように、断面形状は、その外周のいずれかの部分が少なくとも１つの無視できない程度の凹面を形成する場合、ほぼ凹面である。したがって、ストリング１は、その他の凸面部分にかかわらず、ほぼ凹面であるとみなされる。反対に、断面形状は、その外周が無視できない程度の凹面を形成しない場合、ほぼ凸面であるとみなされる。したがって、図４Ｂのストリング２およびストリング３は、ほぼ凸面である。
図４Ｂは、ほぼ凹面であるいくつかの他の断面ストリング形状を示す。実際、いくつかは、細長および凹面とみなされる場合がある。例えば、ストリング４は、ほぼ「Ｃ」形状の凹面かつ細長である一方、ストリング５は、ほぼ十字形状の凹面であるが、細長ではない。ストリング５（十字形状）の形状は、ほぼ対称（十字の水平および垂直部分の両方が約同サイズ）であるため、細長ではない。その実際の寸法に応じて、ほぼ「Ｔ」形状のストリング８は、細長とみなされる場合もあれば、そうではない場合もある。例えば、下方に延在する「Ｔ」形状の部分が、その水平部分よりも長い場合、ストリング８は、細長とみなされ得る。いずれの場合も、ストリング８は、ほぼ凹面であるとみなされる。
実験の際、後述のように、本発明者は、驚くべきことに、複数の個々のストリングから末端ストリング１２を形成することによって、首サイズが大幅に改善されたことを発見した。言い換えると、末端ストリング１２は、２つ以上の個々のストリングから形成されてもよい。ストリング６および７は、２つのそのような実施形態を示す。具体的には、ストリング６は、個々のストリング１２が最終リボン結晶１０内で互いに物理的に接触する一実施形態を示す一方、ストリング７は、個々のストリング１２が最終リボン結晶１０内で互いに離間する別の実施形態を示す。ストリング７によって本質的に示されるように、２つの離間した個々のストリングを使用する末端ストリング１２は、２つの個々のストリングに加えて、２つの個々のストリングの間にいくつかのリボン本体材料（例えば、ポリシリコン）を備える。
複数の個々のストリングを使用する末端ストリング１２は、２つを超える個々のストリングを使用してもよいことに留意されたい。例えば、いくつかの末端ストリング１２は、３つまたは４つのストリングを使用して、その奥行寸法を増加させてもよい。加えて、これらの複数のストリング実施形態の個々のストリングは、同一または異なる断面形状（例えば、第１の楕円形に成形されたストリング１２と、別の十字または円形に成形されたストリング１２）を有してもよい。
図４Ｂの特定の形状は、種々の異なる断面ストリング形状の単なる実施例であることに留意されたい。故に、当業者は、他のストリング形状も、種々の実施形態の範囲内にあることを理解されたい。
図５は、本発明の例証的実施形態に従って構成されるストリング１２によって、ストリングリボン結晶１０を形成する例証的プロセスを示す。便宜上、本プロセスは、図４Ｂのストリング２のみを参照して論じられる（ストリング２は、その図が本プロセスにおいて論じられる種々のストリング層を明示的に示すという点において、唯一のストリング１２であるため）。それでもなお、論じられる原則は、他の断面形状を有するストリング１２、または他のプロセスによって形成される他のストリングに適用されることに留意されたい。
プロセスは、耐熱性材料層を受容する基板として作用する、コア／基板２８を形成することによるステップ５００から開始する。代理人整理番号第３２５３／１７２号「ＲＥＤＵＣＥＤ ＷＥＴＴＩＮＧ ＳＴＲＩＮＧ ＦＯＲ ＲＩＢＢＯＮ ＣＲＹＳＴＡＬ」（上述の参照によって組み込まれる）を有する同時係属の米国特許出願において詳述されるように、コア２８は、従来の押出プロセスによって、炭素から形成可能である。しかしながら、他の実施形態では、コア２８は、ワイヤ、フィラメント、または束としてともに巻着される複数の小導電性繊維であってもよい。例えば、加工後プロセスは、酸化、炭化、または浸潤等の周知の加工プロセスを通して、モノフィラメントを形成可能である。
コア２８は、所望の断面形状を有してもよい。例えば、図４Ｂに示されるように、ストリング２のコア２８は、ほぼ矩形である。代替として、コア２８は、異なる断面形状を有してもよい一方、耐熱性材料適用機器は、所望の断面形状を形成するように特別に構成されてもよい。例えば、押出機器は、コア材料から、最終断面ストリング形状と同一または異なる事前に指定された断面形状を有する断面形状を形成するように、特別に構成されてもよい。
コア２８を形成後、プロセスは、上述の耐熱性材料層３０として作用する第１の塗膜／層を形成する（ステップ５０２）。とりわけ、第１の塗膜３０は、炭化ケイ素、タングステン、または炭化ケイ素およびタングステンの組み合わせを含んでもよい。加えて、本第１の層は、従来の（かつ、多くの場合、複雑な）ＣＶＤ塗膜プロセス等のいくつかの従来の方法で形成されてもよい。
ＣＶＤプロセスの複雑な機械類および危険な化学物質の使用を回避するために、例証的実施形態は、耐熱性材料をコア／基板２８上に直接押し出す。これは、とりわけ、引抜成形プロセス、または後に焼成されるポリマー成分とともに、耐熱性材料両方のスピニング加工を伴ってもよい。プロセスは、炭素、シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミニウム、ムライト、二酸化ケイ素、ＢＮ粒子、またはポリマー接着剤と混合され、押出／引抜成形によって結合される繊維のうちの少なくとも１つの成分を使用してもよい。また、これは、少なくとも１つの炭化ケイ素、炭素、シリコン、ならびに酸素、ムライト、炭素、および／または炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを伴う被覆とのコア２８の複合押出を伴ってもよい。故に、上述のように、コア２８は、耐熱性材料層３０を支持するための基板として効果的に作用する。
したがって、本ステップは、基礎ストリング部分２６とみなされるものを形成する。基礎ストリング部分２６は、種々の材料のいずれかの１つ以上から形成されてもよいことをあらためて表明する。そのような材料は、黒鉛繊維または束、タングステンまたは炭化ケイ素等の耐熱性材料、あるいはそれらの組み合わせを含んでもよい。実際、いくつかの実施形態は、コア２８を伴わない基礎ストリング部分２６を形成してもよい。
プロセスの本時点では、基礎ストリング部分２６は、好ましくは、リボン材料の熱膨張係数とほぼ調和する、結合熱膨張係数を有する。具体的には、ストリング１２の熱膨張特性は、過剰な応力が界面において発生しないように、リボン材料と十分に調和すべきである。応力は、ストリング１２が、合理的その後のリボン結晶の処理および加工ステップの際にリボンから分離する傾向を呈する場合、あるいはストリング１２が、リボン結晶縁から外側または内側に屈曲する傾向を呈する場合、過剰であるとみなされる。しかしながら、他の実施形態では、基礎ストリング部分２６の熱膨張係数は、リボン材料のものとほぼ調和しない。
本発明のいくつかの実施形態は、用途に応じて、１つ以上の付加的層を有してもよい。例えば、代理人整理番号第３２５３／１７２号を有する上述の組み込まれた特許出願で詳述されるように、ストリング１２は、リボン材料の粒子サイズを増加させるために、非湿潤／低湿潤層３２を有してもよい。その場合、プロセスは、５０４に進み、基礎ストリング部分２６上に露出非湿潤／低湿潤層３２を形成する。熱膨張係数差に敏感な用途では、本層３２は、好ましくは、ストリング全体の熱膨張係数に僅かな影響を及ぼすように、非常に薄い。例えば、低湿潤層３２は、耐熱性材料層３０よりもはるかに薄くあるべきである。
本非湿潤層３２を使用する実施形態では、その外表面のリボン材料との接触角は、溶融リボン材料を接着させるために、慎重に制御されるべきである。そうでなければ、プロセスは、リボン結晶１０を形成不可能である。溶融ポリシリコンを使用する用途では、例えば、約１５〜１２０度のシリコンとの接触角が、満足のゆく結果をもたらすはずであると予測される。２５度を超えるそのような角度は、より優れた結果をもたらす場合がある。
とりわけ、非湿潤層３２は、ＣＶＤプロセス、浸漬塗膜、または他の方法によって形成されてもよい。例えば、基礎ストリング部分２６は、通過の際、蒸着チャンバ内で電気接触を適用する、したがって、基礎ストリング部分２６自体を加熱することによって、ＣＶＤ塗膜されてもよい。代替として、基礎ストリング部分２６は、チャンバを通して誘導加熱することによって、加熱されてもよい。
本ステップを実装するための関連技術は、以下を含む。
ＣＶＤ炉の最後の時点または巻取の際の、シリカあるいはアルミナ酸化物、もしくは酸炭化ケイ素のゾルゲル浸漬
外側から石英を加熱し、基礎ストリング部分２６を誘導加熱することによって蒸着される、ＣＶＤ非湿潤塗膜
その後焼除されるであろうポリマー接着剤による、噴霧蒸着
基礎ストリング部分２６または束上に粒子を振盪し、次いで、基礎ストリング部分２６または束に焼き付ける
耐熱性スラリー（例えば、炭化ケイ素／二酸化ケイ素）または液体によって、基礎ストリング部分２６を塗膜し、次いで、残渣を焼き払う
また、ストリング１２は、耐熱性材料層３０の半径方向外側に処理層３４を有し、基礎ストリング部分２６の完全性を維持してもよい。それを受けて、含まれる場合、処理層３４は、基礎ストリング部分２６に僅かな圧縮応力をもたらし、したがって、ストリング１２全体の頑健性を改善する。故に、基礎ストリング部分２６に亀裂が生じる場合、処理層３４の圧縮応力は、ストリング１２が破損する可能性を低減させるはずである。とりわけ、処理層３４は、炭素の薄層であってもよい（例えば、ほぼ周知のサイズを有するストリング１２に対して１または２ミクロン厚）。
外側から石英を加熱し、基礎ストリング部分２６を誘導加熱することによって蒸着される、ＣＶＤ非湿潤塗膜
その後焼除されるであろうポリマー接着剤による、噴霧蒸着
基礎ストリング部分２６または束上に粒子を振盪し、次いで、基礎ストリング部分２６または束に焼き付ける
耐熱性スラリー（例えば、炭化ケイ素／二酸化ケイ素）または液体によって、基礎ストリング部分２６を塗膜し、次いで、残渣を焼き払う
また、ストリング１２は、耐熱性材料層３０の半径方向外側に処理層３４を有し、基礎ストリング部分２６の完全性を維持してもよい。それを受けて、含まれる場合、処理層３４は、基礎ストリング部分２６に僅かな圧縮応力をもたらし、したがって、ストリング１２全体の頑健性を改善する。故に、基礎ストリング部分２６に亀裂が生じる場合、処理層３４の圧縮応力は、ストリング１２が破損する可能性を低減させるはずである。とりわけ、処理層３４は、炭素の薄層であってもよい（例えば、ほぼ周知のサイズを有するストリング１２に対して１または２ミクロン厚）。
故に、ステップ５０４を行なう前に、いくつかの実施形態は、生成された非湿潤層３２と別個の処理層３４を形成してもよい（例えば、図４Ｂのストリング２参照）。したがって、そのような実施形態では、非湿潤層３２は、処理層３４を実質的に被覆する。より具体的には、非湿潤層３２は、処理層３４の外側円周正面を被覆する。しかしながら、いくつかの実施形態、処理層３４内に非湿潤層３２を統合してもよい。
次いで、ステップ５０６では、塗膜されたストリング１２が、非湿潤層３２を通して延在するフィラメント（そのようなフィラメントは、本明細書では、「髭状物」と称される）を有するかどうか判断される。これは、例えば、フィラメントの牽引が、コア２８を形成する場合に生じ得る。塗膜されたストリング１２が、髭状物を有する場合、プロセスは、ステップ５０８において、それらを削り取る。次いで、プロセスは、ステップ５０４に戻り、非湿潤層３２を再適用してもよい。
代替として、ストリング１２が、髭状物を有さない場合、プロセスは、ステップ５１０に進み、図２に示されるように、炉１４にストリング１２を提供する。これを受けて、いくつかの実施形態は、各リボン結晶縁に対して単一ストリング１２、または各リボン結晶縁に対して複数のストリング１２を提供する（例えば、図６Ｂのストリング６および７）。用語「ストリング」は、それとは反対に明示的に修正されない限り（例えば、「単一」または「複数」によって）、リボン結晶１０の境界／幅の形成を参照して言及される場合、概して、１つ以上のストリングを意味する。
ストリング１２を形成するための上述の方法を使用せずに、いくつかの実施形態は、凹面を円唇または別様にほぼ凸面ストリング１２に機械加工あるいは穿孔する。故に、ストリング１２は、他の方法によって形成されてもよい。
例証的実施形態は、リボン結晶首部分３６の厚さを増加させるように、炉１４内にストリング１２を配向する。例えば、図６Ａ−６Ｃは、細長、ほぼ楕円、およびほぼ凸面断面形状を有するストリング１２を伴う、３つのリボン結晶１０の断面図を概略的に示す。首部分３６の厚さを増加させるために、これらの実施形態は、それらのそれぞれのリボン結晶１０の幅の寸法に伴って逸脱するように、それらのそれぞれのほぼ縦軸４２を配向する。言い換えると、逸脱させるために、縦軸４２は、幅の寸法と平行ではなく、代わりに、縦軸４２および幅の寸法は、交差する。
より具体的には、各ストリング１２の断面は、それぞれ、図６Ａ−６Ｃにおいて、両側矢印として示される最大寸法を有する。したがって、参照目的のために、これらの細長断面形状のそれぞれの縦軸４２は、最大寸法と共線的であるとみなされる。本発明者に周知の先行技術は、本縦軸４２をリボン結晶１０の幅の寸法とほぼ平行に配向する。しかしながら、当技術分野における本明示的教示とは対照的に、本発明者は、リボン結晶幅の寸法に伴って逸脱するように縦軸４２を配向することによって、首サイズを増加させるはずであることを発見した。
例えば、図６Ａは、縦軸４２を幅の寸法に実質的に垂直に配向する一方、図６Ｃは、幅の寸法と低角を形成するように縦軸４２を配向する。図６Ｂは、図６Ａおよび６Ｃの極端性間に縦軸４２を配向する。いずれの実施形態も、上述の従来の技術と比較して、首部分３６のサイズを増加させるはずである。結果として、本首部サイズの増加は、破損を低減させ、したがって、収率を向上させるはずである。
また、図６Ａ−６Ｃに示されるもの以外の配向も、十分な結果をもたらすはずであることに留意されたい。例えば、図６Ｂに示される角度から約９０度（時計回りまたは反時計回り）回転されるように縦軸４２を配向することもまた、首部サイズを増加させるはずである。
ストリング１２が炉１４を通過すると、溶融リボン材料（各リボン結晶１０の）は、メニスカスを形成する。また、試験の際、本発明者は、メニスカスの高さを上昇させることによって、首部分３６の厚さをほぼ増加させることを発見した。これを受けて、本発明者は、断面ストリング形状の主曲率半径が、ある所定の特性を有するはずであることを認めた。
より具体的には、気体と溶融材料との間の静的界面全体にわたる圧力差は、以下のように規定されるＹｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅの式によって定義される。
ＰＩは、溶融材料の圧力
ＰＩＩは、気体の圧力
ｒ１およびｒ２は、メニスカスの主曲率半径
σ（ロー）は、表面張力
本発明者は、溶融材料が気体の圧力未満である場合、メニスカス高が増加するはずであると判断した。これを達成するために、本発明者は、メニスカスの主曲率半径は、それらが正である場合（すなわち、断面形状がほぼ凹面である場合）小さいはずであると判断した。反対に、第２の曲率半径ｒ２が負である場合（その場合、断面形状がほぼ凸面である）、第２の曲率半径ｒ２は、大きいはずである。
早期試験では、少なくとも予め、これらの結果を確認している。さらに、そのような試験は、付加的な驚くべき結果をもたらした。具体的には、本発明者は、リボン結晶１０の単一縁のために２つの個々のストリング１２を溶融材料に通過させることによって、メニスカス上昇現象に気付いた。図７Ａおよび７Ｂは、本技術を使用して形成されるリボン結晶１０を概略的に示す。
また、本発明者は、各縁のための個々のストリング１２が分離される際、別の驚くべき結果に気付いた（図７Ｂ）。特に、ある試験では、単一縁を形成する２つの個々のストリング１２は、約７００ミクロン分離された。また、首部分３６の厚化に加えて、本縁の精密検査は、その領域近傍により大きな粒子が存在することを示し、その結果は、完全に予想外のものであった（これらの個々のストリング１２は、上述の非湿潤層３２を有していなかった）。したがって、本発明者は、そのような技術および関連技術もまた、リボン結晶１０の電気効率を向上させるはずであると考える。
図８Ａおよび８Ｂは、ほぼ凹面断面形状を有するストリング１２を伴う、２つのリボン結晶１０を概略的に示す。示されるように、ストリング１２は、それらの凹面が、ウエハ幅（すなわち、Ｘ方向）に完全に向かって、または完全に離れて配向されるように配向される。特に、凹面は、ほぼ対称に配向され、例えば、凹面は、Ｘ軸上下に鏡像を形成する。本発明者は、適切な結晶成長を促進するように、メニスカスを成形するであろうと考えるため、本配向は、好ましい。しかしながら、これらの配向からの大幅な回転（時計回りまたは反時計回り）は、メニスカス形状に影響を及ぼし、適切な結晶成長を妨害する場合がある。当業者は、複数の凹面または断面形状（例えば、十字形状）の対向面上に凹面を有するストリング１２に本概念を適用することが可能である。
本時点で、成長される各リボン結晶１０に対して、プロセスは、２つのストリング１２（ともに、最終リボン結晶幅を形成する）を炉１４およびるつぼ１８に通過させ、したがって、ストリングリボン結晶１０を形成する（ステップ５１２）。
故に、本発明の例証的実施形態は、特殊構成ストリング１２をリボン結晶１０内に配向し、首部厚を増加させる。代替として、または加えて、特殊構成ストリング１２は、炉１４内のメニスカスの高さを上昇させ、首部厚をさらに増加させる。例えば、複数の個々のストリングから形成される末端ストリング１２は、末端ストリング１２の間のメニスカス部分に加え、各個々のストリングの間のメニスカス部分を隆起させ得る。したがって、これらの技術を使用して成長されるリボン結晶１０は、破損しにくく、故に、したがって、収率を改善するはずである。
上述の議論は、本発明の種々の例示的実施形態を開示するが、当業者が、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の利点のうちのいくつかを達成するであろう種々の修正を成すことが可能であることは明白であるはずである。例えば、いくつかの実施形態は、２つを超える末端ストリング１２を使用して、単一リボン結晶１０を形成してもよい。
Claims (17)
- リボン結晶であって、
本体と、
該本体内の末端ストリングであって、少なくとも１つの末端ストリングが、ほぼ凹面断面形状を有し、少なくとも２つの個々のストリングから形成される、末端ストリングと
を備える、リボン結晶。 - 前記本体は、厚さの寸法を有し、前記少なくとも２つの個々のストリングは、概して、該本体の厚さの寸法に沿って離間され、該少なくとも２つの個々のストリングは、ほぼ細長い凹面断面形状を形成する、請求項１に記載のリボン結晶。
- 前記少なくとも２つの個々のストリングの間に、本体材料をさらに備える、請求項２に記載のリボン結晶。
- 前記少なくとも２つの個々のストリングは、物理的に接触する、請求項１に記載のリボン結晶。
- リボン結晶であって、
本体と、
該本体内の複数の末端ストリングであって、少なくとも１つの末端ストリングは、一対の離間した個々のストリングを備える、末端ストリングと、
該一対の個々のストリングの間の本体材料と
を備える、リボン結晶。 - 前記本体材料は、シリコンを備える、請求項５に記載のリボン結晶。
- 前記少なくとも１つの末端ストリングは、ほぼ凹面の断面形状を有する、請求項５に記載のリボン結晶。
- 前記個々のストリングはそれぞれ、ほぼ細長い断面形状を形成する、請求項５に記載のリボン結晶。
- 前記本体は、幅の寸法を形成し、前記個々のストリングのうちの少なくとも１つは、該幅の寸法に関してほぼ対称である凹面を有する、請求項５に記載のリボン結晶。
- 少なくとも２つの末端ストリングはそれぞれ、一対の離間した個々のストリングを有し、本体材料は、前記前記２つの末端ストリングの個々のストリングの間にある、請求項５に記載のリボン結晶。
- 前記本体は、厚さの寸法を有し、前記少なくとも１つの末端ストリングの個々のストリングは、概して、該本体の厚さの寸法に沿って離間される、請求項５に記載のリボン結晶。
- リボン結晶を形成する方法であって、
複数の末端ストリングを提供することであって、該末端ストリングのうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの離間された個々のストリングを備える、ことと、
るつぼに溶融材料を添加することと、
該末端ストリングを該溶融材料に通過させ、該溶融材料を界面の上方で冷凍させ、冷凍材料のシートを形成することであって、該少なくとも１つの末端ストリングは、該界面の上方のその個々のストリングの間に冷凍溶融材料を有する、ことと
を含む、方法。 - 前記溶融材料は、シリコンを備える、請求項１２に記載の方法。
- 前記個々のストリングはそれぞれ、ほぼ細長い断面形状を形成する、請求項１２に記載の方法。
- 少なくとも２つの末端ストリングはそれぞれ、複数の離間された個々のストリングを有する、請求項１２に記載の方法。
- 前記少なくとも２つの末端ストリングはそれぞれ、前記界面の上方のそのそれぞれの個々のストリングの間に冷凍溶融材料を有する、請求項１５に記載の方法。
- 前記シートは、厚さの寸法を有し、前記少なくとも１つの末端ストリングの個々のストリングは、概して、該本体の厚さの寸法に沿って離間される、請求項１２に記載の方法。
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