JP2013530530A - 単結晶シートの製造のための方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】単結晶シートを製造する方法およびデバイスの提供
【解決手段】
単結晶シート（１１）、特にシリコン・シート（１１）を製造するための方法は、間にギャップ（３）を形成する少なくとも２つの開口要素（１、２）を提供するステップと、当該少なくとも２つの開口要素（１、２）間のギャップ（３）内に、シリコンを含む溶融合金（４）を提供するステップと、溶融合金（４）の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体（５）を提供するステップと、溶融合金（４）の近傍にシリコン核形成結晶（６）を提供するステップと、当該シリコン核形成結晶（６）および溶融合金（４）を接触させるステップとを含む。
単結晶シート（１１）、特にシリコン・シート（１１）を製造するためのデバイス（１０、２０）は、互いに所定の距離（Ｄ）にあり、それによってギャップ（３）を形成し、開口要素（１、２）間の前記ギャップ（３）内の表面張力によってシリコンを含む溶融合金（４）を保持するために加熱されるように適合された、少なくとも２つの開口要素（１、２）と、溶融合金（４）の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体（５）を供給するための手段（１５）と、溶融合金（４）の近傍に核形成結晶（６）を保持および移動するための位置決め手段（１６）とを備える。
【選択図】 図８
【解決手段】
単結晶シート（１１）、特にシリコン・シート（１１）を製造するための方法は、間にギャップ（３）を形成する少なくとも２つの開口要素（１、２）を提供するステップと、当該少なくとも２つの開口要素（１、２）間のギャップ（３）内に、シリコンを含む溶融合金（４）を提供するステップと、溶融合金（４）の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体（５）を提供するステップと、溶融合金（４）の近傍にシリコン核形成結晶（６）を提供するステップと、当該シリコン核形成結晶（６）および溶融合金（４）を接触させるステップとを含む。
単結晶シート（１１）、特にシリコン・シート（１１）を製造するためのデバイス（１０、２０）は、互いに所定の距離（Ｄ）にあり、それによってギャップ（３）を形成し、開口要素（１、２）間の前記ギャップ（３）内の表面張力によってシリコンを含む溶融合金（４）を保持するために加熱されるように適合された、少なくとも２つの開口要素（１、２）と、溶融合金（４）の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体（５）を供給するための手段（１５）と、溶融合金（４）の近傍に核形成結晶（６）を保持および移動するための位置決め手段（１６）とを備える。
【選択図】 図８
Description
本発明は単結晶シートを製造するための方法およびデバイスに関し、特に、単結晶シリコン・シートに関する。さらに、太陽電池を製造するための方法および太陽電池の配置構成が提示される。
集積回路またはマイクロチップなどのほとんどの半導体デバイスは、シリコンを基にしている。加えて、シリコンは光起電力適用範囲において適用可能であり、使用される大多数の太陽電池の基礎を形成する。太陽電池適用範囲で使用される場合、薄シリコン基板が広く使用される。
シリコン・ベースの太陽電池の効率は、基板として使用されるシリコンの結晶化度に依存する。たとえば、非晶質シリコンを適用する太陽電池は、１０％未満の効率を示す。多結晶シリコンを使用するより効率の良い太陽電池の効率は、約１５％に達することができる。太陽電池の効率は、通常、入射太陽光パワー当たりの太陽電池によって生成される電力に関して測定される。太陽電池の最高効率は、単結晶シリコン基板で得ることができる。光起電力適用範囲では、おそらくは単結晶形の他の半導体材料も使用される。しかしながら、商用適用範囲では圧倒的にシリコン基板が採用される。
本発明は単結晶シートを製造する方法及びデバイスを提供する。
本発明の態様の実施形態に従って、半導体材料の単結晶シートを製造するための方法が提示され、当該方法は、
間にギャップを形成する少なくとも２つの開口要素を提供するステップと、
当該少なくとも２つの開口要素間のギャップ内に、当該半導体材料を含む溶融合金を提供するステップと、
溶融合金の近傍に半導体材料を含む気体前駆媒体（gaseous precursor medium）を提供するステップと、
溶融合金の近傍に当該半導体材料の核形成結晶を提供するステップと、
当該核形成結晶および溶融合金を接触させるステップと、
を含む。
間にギャップを形成する少なくとも２つの開口要素を提供するステップと、
当該少なくとも２つの開口要素間のギャップ内に、当該半導体材料を含む溶融合金を提供するステップと、
溶融合金の近傍に半導体材料を含む気体前駆媒体（gaseous precursor medium）を提供するステップと、
溶融合金の近傍に当該半導体材料の核形成結晶を提供するステップと、
当該核形成結晶および溶融合金を接触させるステップと、
を含む。
実施形態によれば、方法は、核形成結晶上に半導体材料を堆積させるステップを含むことができる。
半導体材料は、たとえばシリコン、ゲルマニウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム、ヒ化ガリウム、またはリン化ガリウムから製造可能である。前駆媒体は、蒸気として印加されるシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、またはガリウム（Ｇａ）からの、塩化物、水素化物、または有機金属化合物を含むことができる。
特に、本発明の他の実施形態に従って、単結晶シリコン・シートを製造するための方法が提示され、当該方法は、
間にギャップを形成する少なくとも２つの開口要素を提供するステップと、
当該少なくとも２つの開口要素間のギャップ内に、シリコンを含む溶融合金を提供するステップと、
溶融合金の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体を提供するステップと、
溶融合金の近傍にシリコン核形成結晶を提供するステップと、
当該シリコン核形成結晶および溶融合金を接触させるステップと、
を含む。
間にギャップを形成する少なくとも２つの開口要素を提供するステップと、
当該少なくとも２つの開口要素間のギャップ内に、シリコンを含む溶融合金を提供するステップと、
溶融合金の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体を提供するステップと、
溶融合金の近傍にシリコン核形成結晶を提供するステップと、
当該シリコン核形成結晶および溶融合金を接触させるステップと、
を含む。
提案された方法を適用することによって、単結晶の半導体材料のブロックを薄シートに切断する必要なしに、単結晶半導体シートを取得することができる。さらに、単結晶シリコン・シートは核形成結晶と共に成長するため、シートは矩形の形状を有することができる。このジオメトリは、太陽電池用の基板として使用される場合に特に好適な可能性がある。
方法の実施形態には、溶融合金が表面張力によって開口要素間に保持されるように開口要素および溶融合金を位置決めするステップが含まれる。
方法は、開口要素を加熱するステップも含むことができる。
一実施形態では、核形成結晶を溶融合金から徐々に後退させるステップが実行される。
たとえば、シリコンを含む気体前駆媒体を使用することによって、前駆媒体または前駆気体内のシリコンは溶融合金内に入ることが可能であり、それが過飽和につながる。その後、単結晶シリコンは溶融合金領域に接触している核形成結晶の縁部上で成長可能である。したがって、方法のある一定の実施形態では、シリコンを含む気体前駆媒体から溶融合金内にシリコンを放出することが可能であり、それによって溶融合金をシリコンで過飽和させる。ここでシリコンは、前駆媒体内に含まれる任意の半導体材料、または、製造されることになる単結晶薄シートの核形成結晶および半導体材料を表すことが可能である。
他の実施形態によれば、方法は、不活性ガスを含むことが可能な保護大気（protective atmosphere）内で実行される。処理時には真空室を使用することも可能である。
本発明の態様の実施形態によれば、単結晶シートを製造するためのデバイスが提供される。デバイスは、互いに所定の距離にあり、それによってギャップを形成し、開口要素間のギャップ内の表面張力によって半導体材料を含む溶融合金を保持するために加熱されるように適合された、少なくとも２つの開口要素を備えることができる。デバイスは、溶融合金の近傍に半導体材料を含む気体前駆媒体を送達または製造するための手段と、溶融合金の近傍に核形成結晶を保持および移動するための位置決め手段とを、含むことができる。
半導体材料は、たとえば、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化インジウム、またはヒ化ガリウムとすることができる。前駆媒体は、気相状態の材料として印加される、シリコン、ゲルマニウム、インジウム、またはガリウムなどからの塩化物、水素化物、または有機金属化合物を含むことができる。
特に、本発明の実施形態によれば、単結晶シリコン・シートを製造するためのデバイスが提示される。デバイスは、互いに所定の距離にあり、それによってギャップを形成し、開口要素間のギャップ内の表面張力によってシリコン含む溶融合金を保持するために加熱されるように適合された、少なくとも２つの開口要素と、溶融合金の近傍にシリコンを含む気体前駆媒体を送達または製造するための手段と、溶融合金の近傍に核形成結晶を保持および移動するための位置決め手段とを、含む。
本発明の態様の実施形態では、溶融合金は、たとえば少なくとも１つの金属、たとえば金またはアルミニウムと、半導体材料とを含む、共晶（eutectic）材料とすることができる。
気体前駆媒体は、少なくともシリコン、ゲルマニウム、インジウム、ヒ素、リン、窒素、またはガリウムからの、塩化物、水素化物、または有機金属化合物のグループのうちの、少なくとも１つを含むことができる。
シリコンの場合、開口要素は、好ましくは３００℃から８５０℃の間の温度まで加熱される。好ましくは、方法または処理ステップは、３５０℃から５００℃の間の温度で実行される。
本発明の態様の実施形態では、少なくとも２つの開口要素間のギャップは、細長いスリットとすることができる。
２つの開口要素は、ｖ字形または溝付きのセクションを有することができる。次に、向かい合って配置された２つのセクションは、その間にギャップを作成することができる。
加えて、開口要素は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）被覆または炭素被覆を有することができる。被覆は、特に、金属酸化物を含む誘電体被覆とすることができる。
本発明の実施形態によれば、開口要素はシリコンで形成することができる。
一実施形態では、開口要素間の所定の距離は好ましくは２００μｍ未満である。
方法の変形では、当分野で一般に知られるように、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、硫黄（Ｓ）、ヒ素（Ａｓ）、および、対象とされる半導体に適切な他のドーピング要素のグループのうちの少なくとも１つを含むドーピング・ガスを提供するステップが実行される。
方法またはデバイスのさらに他の実施形態では、開口要素用の洗浄剤として、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、あるいは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、または臭素（Ｂｒ）を含む分子のグループの、少なくとも１つを含むエッチング・ガスを提供するステップが実行される。さらに、エッチング・ガスを提供する当該ステップは、結果として生じる半導体の表面を平滑化または不動態化するために使用することができる。
幾何学的には、シリコンを含む気体前駆媒体を、溶融合金に対して開口要素の第１の側に提供することが可能であり、シリコン核形成結晶を、溶融合金に対して開口要素の第２の側に提供することが可能である。たとえば、前駆ガスまたは気体前駆媒体を、水平に配置された開口要素の上に配置することが可能であり、核形成結晶を、開口要素の下に位置決めすることが可能である。
他の実施形態によれば、シリコン核形成結晶を溶融金属と接触させる前に、シリコン核形成結晶を＜１１１＞成長方向に沿って切断するステップが実行される。これによって、単結晶シリコン・シート内でいかなる欠陥もなしに正確な成長を容易にすることができる。
たとえば矩形の形状を有する成長した単結晶シリコン・シートは、さらに処理するためにロールに巻き上げることができる。
たとえば、シリコン・シートは、マスキング、ドーピング、または金属化ステップによってさらに処理し、透明の支持層上に表面構造化または配置し、電気的接点を提供することができる。
本発明の他の態様の実施形態によれば、単結晶シートを製造するための開示された方法によって製造された単結晶シートを備える太陽電池配置構成が提供され、単結晶シートはフィーチャｐ−ｎ接合に関してドーピングされる。
太陽電池配置構成は、前述の様式で製造された、薄単結晶シリコン・シートまたは他の半導体材料を基にすることができる。
シリコン・シートは、基板なしで、あるいは、シリコン層を基板から除去または切断することなく、成長または製造可能である。むしろ、シートまたはホイルは、中間の層または基板なしに直接成長および製造可能である。
他の態様の実施形態によれば、ディスプレイが提案され、当該ディスプレイは、単結晶シートを製造するための開示された方法によって製造された単結晶シートを備え、単結晶シートはフィーチャｐ−ｎ接合に関してドーピングされる。
特に、結晶Ｓｉシートは、ディスプレイ用、特に結晶Ｓｉトランジスタによって駆動される大型ディスプレイ用に使用可能である。特に、たとえば有機発光ディスプレイなどに、性能の低い非晶質Ｓｉトランジスタを使用することができる。
デバイスおよび方法の態様のある実施形態は、例示的実施形態に関して上記または下記で述べるような個々のまたは組み合わせられた特徴、方法ステップ、または態様を含むことができる。
以下では、同封の図面に関して、単結晶シートを製造するための方法およびデバイスならびに太陽電池配置構成の例示的実施形態について説明される。
図面内の同様または機能的に同様な要素は、特に指示されていない場合、同じ参照番号が割り当てられている。
本明細書で使用される場合、「接触させること」は、特に核形成結晶と溶融合金との間で接する、接触する、または密接する動作を言い表すことができる。接触させることは、接触させることになる要素の、互いの方向への相対的な動きを含む。
本明細書で使用される場合、「溶融」は融解される物質を言い表すことが可能であり、融解は、固形物質を液体に変化する融解点まで加熱するプロセスである。したがって溶融合金は、合金の液相を作成するための適切な温度が選択および適用されることを示唆することができる。
「合金」は、少なくとも１つが金属である２つまたはそれ以上の要素の均一混合物を言い表すことができる。例として、単結晶シリコン・シートを製造するための方法またはデバイスの態様に従って、金シリコン合金を使用することができる。
「共晶」という用語は、材料の組み合わせを含む合金が、その成分のいずれかの融解温度よりも低い温度で融解することを意味する。金シリコン共晶合金は、その成分のいずれかの約７００℃よりも低い、約３６０℃で融解することができる。
本明細書で使用される場合、「ギャップ」は開口、スロット、溝、通気孔とも呼ばれる場合がある。ギャップは、２つの開口要素間のスペースとすることが可能であり、ここで開口の幅は開口の長さよりも短い。好ましくは、長さと幅の比率は少なくとも２であり、幅は開口要素間の距離に対応する。ギャップはスリットとして実装することが可能である。
「単結晶シリコン・シート」は、支持基板のない単結晶シリコンに対応する。シートはシリコン・フィルム、層、膜、またはホイルと呼ばれる場合もある。
「単結晶」という用語は、シート全体の結晶格子がシートの縁部まで連続して途切れない、固体材料を言い表すことができる。製造される単結晶シートは、材料原子の位置の長距離秩序（long-range order）が存在しない非晶質材料とは対照的である。典型的には、非晶相は基板上に材料の層を堆積させることによって製造される。単結晶材料は、サイズおよび向きの異なる多くの晶子または粒子からなる多結晶材料に勝る利点を有することができる。太陽光発電ユニット当たりの発電電力に関して、非晶質シリコン基板（ａＳｉ）を基にした太陽電池は１０％未満の効率を示し、多結晶シリコン（ｍｃ−またはｐｏｌｙ−Ｓｉ）を基にした場合は約１５％の効率を示すことが可能であり、単一または単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）の効率は２２％に達することが可能である。
次に、単結晶シリコン・シートを製造するための方法の一実施形態のブロック流れ図を示す図１を参照し、潜在的な方法ステップを示す図２〜図７を参照しながら、こうしたシリコン・シートを製造するための方法のある態様について説明する。特に図２〜図７は、単結晶シリコン・シートを製造するための方法を実行するのに好適な装置またはデバイスの特徴および要素も、概略的に示す。
図１に示されるように、第１の方法ステップＳ１では、図２Ａおよび図２Ｂに示されるような２つの開口要素が提供される。開口要素１、２は、それぞれ、溝状またはｖ状の形状を有するセクション１Ａ、２Ａを有する。２つの溝状セクション１Ａおよび２Ａは、２つの開口要素１、２の間にギャップ３が生じるように、互いに向かい合って配置構成される。図２Ａは断面図を示し、図２Ａの向きでは、上側Ｔおよび下側Ｂは２つの水平に配置構成された開口要素１、２によって画定される。
図２Ｂは、２つの開口要素１、２の上面図を示す。２つの開口要素は、所定の距離Ｄで配置構成される。図２Ｂの上面図から見られるように、ギャップ３は長さＬの細長いスリットの形を有する。好ましくは、長さＬは距離Ｄを著しく超える。たとえば、開口またはギャップの幅Ｄは、２００μｍよりも短い距離Ｄによって画定可能である。しかしながらある実施形態では、スリットまたはギャップ３の長さは、１０ｃｍまたはそれ以上とすることができる。スリットまたはギャップ３は真っ直ぐとすることが可能であり、すなわち２つの溝状の開口セクション１Ａ、２Ａは、並行に配置構成される。開口要素は、好ましくはシリコンから微細加工され、二酸化シリコンまたは炭素によって被覆可能である。しかしながら、保護カバーとして他の材料も企図可能である。
次のステップＳ２では、シリコンを含む溶融合金が、２つの開口要素１、２の間のギャップ３のスペース内に配置される。図３Ａおよび３Ｂは、たとえば開口またはギャップの長さに沿ってギャップ内に収まった溶融合金４を示す。たとえば金シリコン（Ａｕ−Ｓｉ）合金を含む合金は共晶であり、約３６０℃の温度を有する。これはドット領域４として示されている。
次のプロセス・ステップＳ３では、気相の前駆媒体が溶融合金２の近傍に提供される。これは図４に示されている。前駆媒体または前駆ガスは概略的クラウド５として示されている。たとえば、ガス供給デバイスは、塩化シリコンＳｉＣｌ４またはシランＳｉＨ４あるいはシリコンからの他の有機金属化合物を、溶融合金４へと供給する。シリコンを含む前駆体が金シリコン合金内にシリコンを放出し、これは矢印Ａで示されている。しばらくの後、合金４は過飽和となる。
開口および前駆ガスの温度は、使用される前駆材料および合金材料に従って選択される。温度は、３５０℃から８５０℃の間で調整可能である。しかしながら、たとえば塩化シリコンが使用される場合、より高い温度も使用可能である。
次に、ステップＳ４では、図５に示されるように、核形成結晶６として使用される単結晶シリコン結晶が、溶融過飽和合金４の近傍に下から提供される。図５は核形成結晶６を示し、これは好ましくは＜１１１＞成長方向に沿って切断され、その先端７は過飽和シリコンを備えた溶融合金の近くに位置決めされる。
図６は、溶融合金４が位置付けされる細長いスリットまたはギャップを間に形成する、２つの細長い開口要素の斜視図を示す。この溶融合金４は、表面張力のみによって２つの開口要素１、２の間に保持することができる。第１の開口要素１、ギャップ内の溶融合金４、および第２の開口要素２の水平配置構成の下に、シリコンで作られた核形成結晶６が位置決めされる。図６に示されるような配置構成は、単結晶シリコン・シートを製造するためのデバイスまたは装置の一実施形態に対応する。
図７に示される、核形成結晶が過飽和溶融合金と接触させられる（ステップＳ４）と、単結晶シリコン・シートが発生する。たとえば金およびシリコンの共晶混合物を含む溶融合金が、前駆ガス５の影響で引き続き過飽和状態のままである場合、溶融合金４にごく接近した核形成結晶６の先端７に、シリコン８が結晶化する。図７の矢印Ｍで示されるように、単結晶シート８の成長に伴い、核形成結晶６を引き続き後退させることができる。合金４からの核形成結晶の後退速度は、シート８の成長率に適合される。製作プロセス中、過飽和合金はシリコンを核形成結晶上で連続して溶解させる。開口要素１、２の間の溶融合金材料４の一定形状または断面形状を保証するように、速度を制御することができる。
成長する単結晶シリコン・シートの成長率または後退速度は、本発明の好ましい実施形態に従って、毎分０．１ｍｍ〜３ｍｍの間で変動可能である。しかしながら、より高い成長率も取得可能である。
図８は、単結晶シリコン・シートを製造するためのデバイスの他の実施形態、および、それによる前述された方法の他の実施形態の実装を示す。図８は、溶融合金４が表面張力によって開口要素間に保持されるように加熱されるのに好適な、間にギャップを形成する２つの開口要素を有する製造デバイス２０を示す。気体前駆媒体を送達するための手段としても示される、前駆ガス供給１５は、シリコンを含む前駆媒体５を提供する。たとえば金およびシリコンのような溶融合金ならびに前駆媒体５の温度を適切に適合させることにより、合金４はシリコンによって過飽和となる。これが印Ａによって示されている。
さらに、位置決め手段としても示される位置決めまたはけん引デバイス１６は、核形成結晶６を保持し、成長領域８内で成長を続ける単結晶シートを溶融合金４から徐々に後退させる。たとえば、成長した単結晶シリコン・シート１１は、さらなる処理のためにロール９に巻き上げることができる。
単結晶シリコン薄シートを製作または製造するためのデバイス２０の実施形態は、前駆ガス供給１５に対して適切な制御信号ＣＴを生成する制御デバイス１７、加熱された開口要素１、２、および位置決めデバイス１６も備える。全配置構成２０は、たとえばアルゴンのような不活性ガスを使用して保護大気内で覆うことができる。
半導体シートをその成長時にドーピングするために、プロセスにドーピング・ガスを追加することも企図可能である。たとえば、シリコン、リン、ホウ素、または炭素をドーピング材料として使用することができる。さらに、開口要素の洗浄剤として、エッチング・ガスの追加も企図可能である。適切なエッチング・ガスは、塩素、フッ素、または臭素を含む分子を含むことができる。前述のように、開口要素１、２はシリコンから作られ、酸化層または炭素で被覆することができる。
平行な開口要素の幾何学的実装と、それによる細長いスリットまたはギャップの実現により、さらなる処理のために巻き上げ可能な矩形形状のシリコン・シートが取得される。図９は、提示された方法またはデバイスによって製造されるこうした単結晶シリコン・シートの概略図を示す。
シリコンの単一結晶シート材料が、太陽電池の実現のために適用可能である。特に、単一結晶材料は、光起電力適用範囲内で、より高い性能または効率性を可能にする。薄シートを直接製作することが可能であるため、従来必要とされた、鋸引きまたは切断によるいかなる材料の無駄も発生しない。その結果、材料およびプロセスのコストを削減することができる。全プロセスは、比較的低い温度で実行可能である。これにより、エネルギー効率に優れた製造方法が提供可能である。
図１０は、たとえば、図１〜図７に関して説明した方法に従って製造された薄単結晶シリコン・シートを含む、太陽電池の例示的実施形態を示す。シリコン・シートは、厚さ全体にわたってｐ−ｎ接合を提供するようにドーピングされる。太陽電池１２は、上側に電気的接点１３および下側に追加の接点１４を伴う、ドーピングされたシリコン・シート１１を備える。こうした太陽電池は、発電のために使用される複数のこうした太陽電池を備える太陽電池パネルまたは太陽光電池モジュール内で使用可能である。
提案された方法およびデバイスは、単結晶シリコン・シートを製造するための実施形態に関して説明されているが、他の単結晶半導体シートも製造可能である。たとえば、金シリコン合金の代わりに、ゲルマニウム、インジウム、またはガリウムを含む金属合金を合金として使用することが可能である。さらに、シリコン・ベースの前駆媒体の代わりに、ゲルマニウム、インジウム、またはガリウムを含む適切な前駆ガスも使用される。
代替の太陽電池配置構成を実現するために、透明な支持または基板上にシリコン・ホイルを配置し、配線を提供することが可能である。さらに光起電力の適用範囲では、たとえばセンサ、ナノテクノロジー・システム、ディスプレイなどとして、半導体基板を使用するすべての他の電子デバイス内で、薄単結晶シリコン・フィルムを使用することができる。
Claims (22)
- 半導体材料の単結晶シート（１１）を製造するための方法であって、
間にギャップ（３）を形成する少なくとも２つの開口要素（１、２）を提供するステップと、
前記少なくとも２つの開口要素（１、２）間の前記ギャップ（３）内に、前記半導体材料を含む溶融合金（４）を提供するステップと、
前記溶融合金（４）の近傍に前記半導体材料を送達する気体前駆媒体（５）を提供するステップと、
前記溶融合金（４）の近傍に核形成結晶（６）を提供するステップと、
前記核形成結晶（６）および前記溶融合金（４）を接触させるステップと、
を含む、方法。 - 前記溶融合金（４）が前記開口要素（１、２）の間に表面張力によって保持されるように、前記開口要素（１、２）および前記溶融合金（４）を位置決めするステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記核形成結晶（６）を前記溶融合金（４）から徐々に後退させるステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
- 前記開口要素（１、２）を加熱するステップを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記半導体材料が、前記半導体材料を含む前記気体前駆媒体（５）から前記溶融合金（４）内へと放出され、それによって前記半導体材料で前記溶融合金（４）を過飽和にする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が保護大気の下で実行される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記溶融合金（４）が共晶合金である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記気体前駆媒体（５）が、少なくともシリコン、ゲルマニウム、インジウム、ヒ素、リン、窒素、またはガリウムからの、塩化物、水素化物、有機金属化合物のグループのうちの、少なくとも１つを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記開口要素（１、２）が摂氏３５０度から１０００度の間の温度を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
- シリコン、リン、ヒ素、炭素、硫黄、ホウ素、あるいは、シリコンまたは臭素を含む分子のグループのうちの少なくとも１つを含むドーピング・ガスを提供するステップを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
- 塩素、フッ素、臭素、あるいは、塩素、フッ素、または臭素を含む分子のグループのうちの少なくとも１つを含むエッチング・ガスを提供するステップを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも２つの開口要素間の前記ギャップ（３）が細長いスリットである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記核形成結晶（６）と接触させる前に、＜１１１＞成長方向に沿って前記核形成結晶（６）を切断するステップを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記気体前駆媒体（５）が前記溶融合金（４）に対して前記開口要素（１、２）の第１の側（Ｔ）に提供され、前記核形成結晶（６）が前記溶融合金（４）に対して前記開口要素（１、２）の第２の側に提供される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
- さらなる処理のために、前記単結晶シリコン・シート（１１）をロール（９）に巻き上げるステップを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法によって製造される、単結晶シリコン・シート（１１）。
- 請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法によって製造される単結晶シート（１１）を備え、前記単結晶シート（１１）はフィーチャｐまたはｎタイプの導電性に関してドーピングされる、太陽電池配置構成（１２）。
- 単結晶半導体シート（１１）を製造するためのデバイス（１０、２０）であって、
互いに所定の距離（Ｄ）にあり、それによってギャップ（３）を形成し、開口要素（１、２）間の前記ギャップ（３）内の表面張力によって半導体材料を含む溶融合金（４）を保持するために加熱されるように適合された、少なくとも２つの開口要素（１、２）と、
前記溶融合金（４）の近傍に前記半導体材料を含む気体前駆媒体（５）を送達するための手段（１５）と、
前記溶融合金（４）の近傍に核形成結晶（６）を保持および移動するための位置決め手段（１６）と、
を備える、デバイス（１０、２０）。 - 前記２つの開口要素（１、２）がｖ字形または溝付きのセクション（１Ａ、２Ａ）を有する、請求項１８に記載のデバイス（１０、２０）。
- 前記２つの開口要素（１、２）が、金属酸化物または炭素被覆を含む被覆を有する、請求項１８または１９に記載のデバイス（１０、２０）。
- 前記所定の距離（Ｄ）が２００マイクロメータ未満である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のデバイス（１０、２０）。
- 前記デバイス（１０、２０）が、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法を実行するように適合された、請求項１８から２１のいずれか一項に記載のデバイス（１０、２０）。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4108714A (en) * | 1975-02-26 | 1978-08-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for producing plate-shaped silicon bodies for solar cells |
| GB2104410A (en) * | 1981-08-20 | 1983-03-09 | Mobil Tyco Solar Energy Corp | Crystal growing |
| JPS58181794A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-24 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 板状シリコン結晶製造用ダイ |
| DE3226931A1 (de) * | 1982-07-19 | 1984-01-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von grossflaechigen, fuer die fertigung von solarzellen verwendbaren bandfoermigen siliziumkoerpern |
| JPH0393691A (ja) * | 1989-08-24 | 1991-04-18 | Westinghouse Electric Corp <We> | サセプタ用の蓋とシールドを含む装置 |
| US5229083A (en) * | 1990-02-05 | 1993-07-20 | Bleil Carl E | Method and apparatus for crystal ribbon growth |
| JPH0912394A (ja) * | 1995-06-26 | 1997-01-14 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 板状結晶の製造方法 |
| JP2001064098A (ja) * | 1999-08-24 | 2001-03-13 | Ricoh Co Ltd | 結晶成長方法および結晶成長装置およびｉｉｉ族窒化物結晶 |
| JP2005268267A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Ricoh Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物の結晶成長方法およびｉｉｉ族窒化物結晶および半導体デバイス |
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|---|---|---|---|---|
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| US6592663B1 (en) * | 1999-06-09 | 2003-07-15 | Ricoh Company Ltd. | Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed on a GaN bulk crystal substrate |
| KR100450595B1 (ko) | 2000-02-09 | 2004-09-30 | 히다찌 케이블 리미티드 | 결정실리콘 반도체장치 및 그 장치의 제조방법 |
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| JP4489446B2 (ja) * | 2004-01-21 | 2010-06-23 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ガリウム含有窒化物単結晶の製造方法 |
| DE102005060391B4 (de) | 2004-12-17 | 2012-02-16 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Ein Apparat zur Herstellung eines Einkristalls und ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls |
| US20080168942A1 (en) * | 2007-01-16 | 2008-07-17 | Bernhard Dehmer | Liquid transportation and crystallization growth |
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Patent Citations (11)
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|---|---|---|---|---|
| US4108714A (en) * | 1975-02-26 | 1978-08-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for producing plate-shaped silicon bodies for solar cells |
| GB2104410A (en) * | 1981-08-20 | 1983-03-09 | Mobil Tyco Solar Energy Corp | Crystal growing |
| JPS58104093A (ja) * | 1981-08-20 | 1983-06-21 | モ−ビル・ソラ−・エナ−ジ−・コ−ポレ−シヨン | 結晶生長帯域を取り巻く雰囲気を制御する方法および装置 |
| JPS58181794A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-24 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 板状シリコン結晶製造用ダイ |
| DE3226931A1 (de) * | 1982-07-19 | 1984-01-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von grossflaechigen, fuer die fertigung von solarzellen verwendbaren bandfoermigen siliziumkoerpern |
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| US5229083A (en) * | 1990-02-05 | 1993-07-20 | Bleil Carl E | Method and apparatus for crystal ribbon growth |
| JPH0912394A (ja) * | 1995-06-26 | 1997-01-14 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 板状結晶の製造方法 |
| JP2001064098A (ja) * | 1999-08-24 | 2001-03-13 | Ricoh Co Ltd | 結晶成長方法および結晶成長装置およびｉｉｉ族窒化物結晶 |
| JP2005268267A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Ricoh Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物の結晶成長方法およびｉｉｉ族窒化物結晶および半導体デバイス |
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