JP2015527964A - シリコンの制御された方向性凝固 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年6月25日に出願された米国仮出願第61/663,940号に対する優先権の恩典を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換するその能力を利用することにより、実施可能なエネルギー源であり得る。シリコンは、太陽電池の製造に使用される半導体材料であるが、しかしながら、シリコンの使用における制限は、シリコンをソーラーグレード(SG)へと精製するためのコストに関連している。
現在のエネルギーの需要および供給の制限の観点から、本発明者は、冶金グレード(MG)シリコン(または、ソーラーグレードより多くの不純物を有する任意の他のシリコン)をソーラーグレードシリコンへと精製するための、よりコスト効率の高い方法の必要性を認識している。この方法は、サファイアのような他の材料に使用され得る。
ここで、開示される主題のある特定の実施例について詳細に言及するが、そのいくつかについては添付の図面に示す。開示される主題については、添付の図面と併せて主に説明するが、そのような説明は、開示される主題がそれらの図面に限定されることを意図するものではないことを理解すべきである。むしろ、開示される主題は、特許請求の範囲によって定義されるような、ここで開示される本主題の範囲内に包含され得る代替物、変形例、および等価物のすべてを網羅することが意図される。
単数形「a」、「an」および「the」は、文脈が明確に他のことを示していない限り、複数形の指示対象を含むことができる。
図1は、本開示に係るるつぼ10(例えば、るつぼ)の1つの例を示す。るつぼ10は、シリコンの方向性凝固に使用され得る。例えば、るつぼ10は、加熱炉内でシリコンを溶融するためのるつぼとして使用され得る。1つの例において、材料は、るつぼ10に注ぐ前に加熱炉中で溶融することができる。るつぼ10はまた、方向性凝固が行われる器として使用され得、これはまた、方向性凝固るつぼと呼ぶこともできる。るつぼ10は、シリコンの溶融または溶融シリコンの方向性凝固、またはその両方を提供するように構成されている、少なくとも1つの耐火性材料12から形成され得る。
図2は、本開示に係る方向性凝固機器210の1つの例を示す。機器210は、シリコンまたは任意の他の材料の方向性凝固に使用され得る。機器210は、本明細書に記載するような、るつぼ210、例えば、図1のるつぼ10を含むことができる。るつぼ210は、冷却プラットホーム216の最上部に置くかまたは冷却プラットホーム216上に位置付けることができる。冷却プラットホーム216は、多数の異なる構成材料(金属、例えばステンレス鋼、コンクリート、鉄筋等を含む)を含むことができる。
図4は、底部るつぼ420の上部に位置付けられた上部加熱器部を含む、シリコンの方向性凝固のための機器400のある特定の態様を示す。上部加熱器は、垂直構造部材403の穴402を介して上部加熱器410に連結された鎖401を含む。鎖401は、添ロープを形成し、これによってクレーンを使用して上部加熱器を移動させることができる。当該機器はまた、例えば、機器の底部半体上に上部加熱器を残しながら、機器の底部半体をシザーリフト上に置くことによって移動させることができる。当該機器は、任意の適切な様式で移動させることができる。1つの例において、当該機器は、調節補助機能付きの油圧または機械システムによって移動させることができる。垂直構造部材403は、上部加熱器410の外側ジャケットの下端から上部加熱器410のステンレス鋼製の外側ジャケットの上端へと垂直に延伸している。垂直構造部材は、上部加熱器の外側ジャケットの外側に位置しており、かつ上部加熱器の中心から離れる方向と並行に当該ジャケットから延伸している。上部加熱器はまた、上部加熱器の外側ジャケットの外側に位置し、かつ上部加熱器の中心から離れる方向と並行である方向に当該ジャケットから延伸している、水平構造部材404を含む。上部加熱器はまた、上部加熱器の外側ジャケット一部である縁部405を含む。縁部は、上部加熱器の外側ジャケットから離れるように突き出ている。縁部は、上部加熱器の断熱材を任意の適切な程度で覆うように上部加熱器の中心軸に向かって内向きに延伸していてもよい。代替的に、縁部は、上部加熱器の外側ジャケットの下端を覆うのに十分なだけ内向きに延伸していてもよい。スクリーンボックス406は、上部加熱器の外側ジャケットから突き出ている加熱部材の端部を取り囲み、これらの部材の端部におよびその近傍に存在し得る熱および電気から使用者を保護する。
図5は、本開示に係る方向性凝固るつぼの底部536のある態様を示す。底部536は、本明細書に記載するように、るつぼ、例えば、るつぼ10または210に含まれ得る。底部536は、底部536を部分的に横断して延伸している構造部材532を含むことができる。構造部材532は、帯、棒、管、または機器に構造支柱を加えるための任意の適切な構造体を含むことができる。構造部材532は、溶接、蝋付けまたは任意の他の適切な方法によって、るつぼ10の外側ジャケット22に取り付けることができる。外側ジャケット10が底部の一部を覆わない1つの例において、図1と関連させて記載すると、構造部材は、るつぼの底部14にまたは耐火物12に取り付けられたいくつかの他の支持材料に直接取り付けることができる。構造部材532は、機器の輸送および物理的操作を容易にするように適合させることができる。例えば、構造部材532は、特定のフォークリフトまたは他のリフト機が、機器をリフトまたは移動させるか、または他の方法で物理的に操作することができるような、十分なサイズ、強度、方向、間隔またはそれらの組み合わせの管であり得る。
様々な態様において、上部加熱器を、るつぼ、例えば、上述のるつぼ10、212、420の上部に含めかつ位置付けて、方向性凝固の間にるつぼ内の溶融シリコンに熱を加えることもできる。上部加熱器は、るつぼの断面形状とほぼ一致する断面形状を有し得る。上部加熱器によるるつぼの加熱は、るつぼ中の溶融シリコンの温度制御を可能にする。上部加熱器はまた、加熱することなくるつぼの上部に位置付けることができ、それによって上部加熱器は、るつぼからの熱の放出を制御するための断熱体として機能することができる。るつぼの温度または熱の放出を制御することによって、所望の温度勾配を提供することができ、より高度に制御された方向性凝固を可能にする。最終的に、温度勾配の制御は、より効果的な方向性凝固を可能にし、結果として得られるシリコンの純度が最大化される。
本発明は、上述の機器を使用した方向性凝固の方法を提供し、当該機器は、当該機器の任意の態様であり得る。方向性凝固の方法は、シリコンを精製して、1つまたは複数のソーラーウェハーへと切断するための1つまたは複数のシリコンインゴットを作製する工程を含むことができる。当該方法は、第一のシリコンを提供または受け入れる工程を含む。第一のシリコンは、任意の適切な純度のシリコンを含むことができる。当該方法は、第一のシリコンを少なくとも部分的に溶融する工程を含むことができる。当該方法は、第一のシリコンを十分に溶融する工程を含むことができる。第一のシリコンを少なくとも部分的に溶融する工程は、第一のシリコンを完全に溶融する工程、第一のシリコンをほぼ完全に溶融する工程(重量で約99%、95%、90%、85%、または80%超が溶融する)、または第一のシリコンを部分的に溶融する工程(重量で約80%未満またはそれ以下が溶融する)を含むことができる。第一のシリコンを溶融する工程は、第一の溶融シリコンを提供する。当該方法は、底部を含む方向性凝固るつぼを提供または受け入れる工程を含む。方向性凝固るつぼは、本明細書に記載したものと実質的に類似し得る。
本発明は、以下の典型的な態様を提供するが、その番号付けが重要性のレベルを示すものと解釈されるべきではない。
底部を含む方向性凝固るつぼ、および
方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面と、方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気の一部を供給するように構成された冷却用ダクトとを含む、冷却プラットホーム
を含む、方向性凝固のための機器を提供する。
態様2
方向性凝固るつぼの複数の側壁が、加熱面(hot face)耐火物を含む、態様1の機器。
態様3
方向性凝固るつぼの底部が、伝導性耐火物を含む、態様1または2の機器。
態様4
方向性凝固るつぼの底部の一部が、強制空気によって1時間あたり約10%の比率で熱を消散させる、態様1〜3のいずれか一つの機器。
態様5
方向性凝固るつぼの底部の少なくとも一部が、熱を消散させるように構成された複数の伝熱フィンを含む、態様1〜4のいずれか一つの機器。
態様6
複数の伝熱フィンの少なくとも一部が、方向性凝固るつぼの底部に沿って外向きに延伸している、態様5の機器。
態様7
伝熱フィンが、平棒を含む、態様5または6の機器。
態様8
伝熱フィンが、ステンレス鋼を含む、態様5〜7のいずれか一つの機器。
態様9
方向性凝固るつぼの底部の少なくとも一部が、開口部内に位置するように構成された凸面を含む、態様1〜8のいずれか一つの機器。
態様10
開口部が、方向性凝固るつぼの底部の実質的に中心を受け入れる、態様1〜9のいずれか一つの機器。
態様11
開口部が、方向性凝固るつぼを冷却プラットホーム上に実質的に水平に置くことによって、方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成されている、態様1〜10のいずれか一つの機器。
態様12
開口部が、底部の表面積の約25%を受け入れるように構成されている、態様1〜11のいずれか一つの機器。
態様13
開口部が、円形である、態様1〜12のいずれか一つの機器。
態様14
開口部が、長方形である、態様1〜12のいずれか一つの機器。
態様15
第一の面が、冷却用ダクトの長方形断面を規定するように第二の面と分離されている、態様1〜14のいずれか一つの機器。
態様16
冷却用ダクトが、第一の面と共にノズルを規定するように構成された第二の面をさらに含み、当該ノズルが、開口部によって受け入れられた方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気の一部を供給する、態様1〜15のいずれか一つの機器。
態様17
冷却用ダクトが、方向性凝固るつぼの底部の一部に実質的に直角に強制空気の一部を供給するように構成されている、態様1〜16のいずれか一つの機器。
態様18
冷却用ダクトが、冷却用ダクトに強制空気を供給するように構成された冷却用ダクト吸入口を含む、態様1〜17のいずれか一つの機器。
態様19
冷却用ダクト吸入口が、ファンからの強制空気を受け入れるように構成された少なくとも1つの強制空気吸入口を含む、態様18の機器。
態様20
冷却用ダクトが、方向性凝固るつぼの底部の一部に実質的に均等なパターンで強制空気の一部を供給するように構成されている、態様1〜19のいずれか一つの機器。
態様21
方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部が、乱流である、態様1〜20のいずれか一つの機器。
態様22
方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部の速度が、少なくとも約16メートル/秒(m/s)である、態様1〜21のいずれか一つの機器。
態様23
方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部の体積速度が、少なくとも約5000立方フィート/分である、態様1〜21のいずれか一つの機器。
態様24
冷却用ダクト吸入口によって受け入れられる強制空気が、およそ周囲温度である、態様18〜23のいずれか一つの機器。
態様25
加熱要素または誘導加熱器を含む少なくとも1つの加熱部材を含む上部加熱器をさらに含む、態様1〜24のいずれか一つの機器。
態様26
上部加熱器が、断熱材をさらに含み、当該断熱材が、断熱れんが、耐火物、複数の耐火物の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの混合物を含む、態様25の機器。
態様27
上部加熱器が、外側ジャケットをさらに含み、断熱材が、加熱要素と上部加熱器の外側ジャケットとの間に少なくとも部分的に配置されている、態様26の機器。
態様28
上部加熱器の外側ジャケットが、ステンレス鋼を含む、態様27の機器。
態様29
方向性凝固るつぼが外側ジャケットをさらに含み、外側ジャケットが、強制空気の一部を受け入れる方向性凝固るつぼの底部の一部を規定する、態様1〜28のいずれか一つの機器。
態様30
第一のシリコンを提供するまたは受け入れる工程、
底部を含む方向性凝固るつぼを提供するまたは受け入れる工程、および
冷却プラットホームを提供するまたは受け入れる工程
を含む、方向性凝固のための方法。冷却プラットホームは、方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面と、方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気を供給するように構成された冷却用ダクトとを含む。本方法は、方向性凝固るつぼの一部を強制空気で冷却する工程、および方向性凝固るつぼ中で第一のシリコンを方向性凝固して、第二のシリコンを提供する工程をさらに含む。
態様31
加熱要素および誘導加熱器から選択される加熱部材を方向性凝固るつぼの上方に位置付けることを含む、加熱器を方向性凝固るつぼの上方に位置付ける工程
をさらに含む、態様30の方法。
態様32
受け入れる工程が、ファンからの強制空気を受け入れることを含む、態様30または31の方法。
態様33
方向性凝固るつぼの一部に乱流で強制空気を供給する工程をさらに含む、態様30〜32のいずれか一つの方法。
態様34
方向性凝固るつぼの一部に直角に強制空気を供給する工程をさらに含む、態様30〜33のいずれか一つの方法。
態様35
方向性凝固るつぼの一部の冷却を停止することを含む、第一のシリコンの約80%が第二のシリコンに直接凝固したときに第一のシリコンの方向性凝固を実質的に停止する工程
をさらに含む、態様30〜34のいずれか一つの方法。
態様36
方向性凝固るつぼまたは鋳型の熱プロファイルを制御して第一のシリコンの結晶成長速度を調節する工程をさらに含む、態様30〜35のいずれか一つの方法。
態様37
結晶成長速度を調節する工程が、方向性凝固るつぼの一部の冷却を調節することを含む、態様36の方法。
態様38
底部を含む方向性凝固るつぼと、冷却プラットホームとを含む、方向性凝固のための機器。冷却プラットホームは方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面を含む。方向性凝固るつぼの底部は、シリコンカーバイド、グラファイト、またはそれらの組み合わせ、および熱を消散するように構成された複数の水路を含む。冷却プラットホームは、強制空気を受け入れるように構成された第一の面の下の冷却用ダクト吸入口、ならびに方向性凝固るつぼの底部の一部に乱流で強制空気を供給するように構成された冷却用ダクトをさらに含む。本機器は、加熱要素または誘導加熱器を含む加熱部材を含む、上部加熱器をさらに含み、加熱要素は、シリコンカーバイド、二ケイ化モリブデン、グラファイト、もしくはそれらの組み合わせを含む。
方向性凝固るつぼを冷却プラットホーム上に置いた。溶融シリコンを方向性凝固るつぼに注いだ。上部加熱器をるつぼの上方に置いた。加熱器を1450℃で14時間に設定し、次にオフにした。6時間後、上部加熱器部分を取り外し、シリコンを室温まで放冷し、測定を行った。その結果を図7および図8に示す。
強制空気をるつぼの底部に接触させながら、実施例1を繰り返した。測定を行った。その結果を図9および図10に示す。
溶融シリコンを方向性凝固鋳型に注ぎ、複数回の加熱および冷却サイクルに供した。加熱および冷却サイクルを表1にまとめる。冷却は、本明細書に記載されるように冷却プラットホームを用いて達成した。加熱は、本明細書に記載されるように上部加熱器を用いて達成した。6つの別々の加熱および冷却サイクルの間に測定を行った。測定値を図11にまとめる。図11は、温度(℃)対時間(分)のプロットを示す。上部プロットはプロセス温度であり、底部プロットは方向性凝固るつぼの底部で測定された温度である。プロットは、表1のサイクル数に対応する6つの区分に分けられる。
底部を含む方向性凝固るつぼ、および
方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面と、方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気の一部を供給するように構成された冷却用ダクトとを含む、冷却プラットホーム
を含む、方向性凝固のための機器を提供する。
態様2
方向性凝固るつぼの複数の側壁が、加熱面(hot face)耐火物を含む、態様1の機器。
態様3
方向性凝固るつぼの底部が、伝導性耐火物を含む、態様1または2の機器。
態様4
方向性凝固るつぼの底部の一部が、強制空気によって1時間あたり約10%の比率で熱を消散させる、態様1〜3のいずれか一つの機器。
態様5
方向性凝固るつぼの底部の少なくとも一部が、熱を消散させるように構成された複数の伝熱フィンを含む、態様1〜4のいずれか一つの機器。
態様6
複数の伝熱フィンの少なくとも一部が、方向性凝固るつぼの底部に沿って外向きに延伸している、態様5の機器。
態様7
伝熱フィンが、平棒を含む、態様5または6の機器。
態様8
伝熱フィンが、ステンレス鋼を含む、態様5〜7のいずれか一つの機器。
態様9
方向性凝固るつぼの底部の少なくとも一部が、開口部内に位置するように構成された凸面を含む、態様1〜8のいずれか一つの機器。
態様10
開口部が、方向性凝固るつぼの底部の実質的に中心を受け入れる、態様1〜9のいずれか一つの機器。
態様11
開口部が、方向性凝固るつぼを冷却プラットホーム上に実質的に水平に置くことによって、方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成されている、態様1〜10のいずれか一つの機器。
態様12
開口部が、底部の表面積の約25%を受け入れるように構成されている、態様1〜11のいずれか一つの機器。
態様13
開口部が、円形である、態様1〜12のいずれか一つの機器。
態様14
開口部が、長方形である、態様1〜12のいずれか一つの機器。
態様15
第一の面が、冷却用ダクトの長方形断面を規定するように第二の面と分離されている、態様1〜14のいずれか一つの機器。
態様16
冷却用ダクトが、第一の面と共にノズルを規定するように構成された第二の面をさらに含み、当該ノズルが、開口部によって受け入れられた方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気の一部を供給する、態様1〜15のいずれか一つの機器。
態様17
冷却用ダクトが、方向性凝固るつぼの底部の一部に実質的に直角に強制空気の一部を供給するように構成されている、態様1〜16のいずれか一つの機器。
態様18
冷却用ダクトが、冷却用ダクトに強制空気を供給するように構成された冷却用ダクト吸入口を含む、態様1〜17のいずれか一つの機器。
態様19
冷却用ダクト吸入口が、ファンからの強制空気を受け入れるように構成された少なくとも1つの強制空気吸入口を含む、態様18の機器。
態様20
冷却用ダクトが、方向性凝固るつぼの底部の一部に実質的に均等なパターンで強制空気の一部を供給するように構成されている、態様1〜19のいずれか一つの機器。
態様21
方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部が、乱流である、態様1〜20のいずれか一つの機器。
態様22
方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部の速度が、少なくとも約16メートル/秒(m/s)である、態様1〜21のいずれか一つの機器。
態様23
方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部の体積速度が、少なくとも約5000立方フィート/分である、態様1〜21のいずれか一つの機器。
態様24
冷却用ダクト吸入口によって受け入れられる強制空気が、およそ周囲温度である、態様18〜23のいずれか一つの機器。
態様25
加熱要素または誘導加熱器を含む少なくとも1つの加熱部材を含む上部加熱器をさらに含む、態様1〜24のいずれか一つの機器。
態様26
上部加熱器が、断熱材をさらに含み、当該断熱材が、断熱れんが、耐火物、複数の耐火物の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの混合物を含む、態様25の機器。
態様27
上部加熱器が、外側ジャケットをさらに含み、断熱材が、加熱要素と上部加熱器の外側ジャケットとの間に少なくとも部分的に配置されている、態様26の機器。
態様28
上部加熱器の外側ジャケットが、ステンレス鋼を含む、態様27の機器。
態様29
方向性凝固るつぼが外側ジャケットをさらに含み、外側ジャケットが、強制空気の一部を受け入れる方向性凝固るつぼの底部の一部を規定する、態様1〜28のいずれか一つの機器。
態様30
第一のシリコンを提供するまたは受け入れる工程、
底部を含む方向性凝固るつぼを提供するまたは受け入れる工程、および
冷却プラットホームを提供するまたは受け入れる工程
を含む、方向性凝固のための方法。冷却プラットホームは、方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面と、方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気を供給するように構成された冷却用ダクトとを含む。本方法は、方向性凝固るつぼの一部を強制空気で冷却する工程、および方向性凝固るつぼ中で第一のシリコンを方向性凝固して、第二のシリコンを提供する工程をさらに含む。
態様31
加熱要素および誘導加熱器から選択される加熱部材を方向性凝固るつぼの上方に位置付けることを含む、加熱器を方向性凝固るつぼの上方に位置付ける工程
をさらに含む、態様30の方法。
態様32
受け入れる工程が、ファンからの強制空気を受け入れることを含む、態様30または31の方法。
態様33
方向性凝固るつぼの一部に乱流で強制空気を供給する工程をさらに含む、態様30〜32のいずれか一つの方法。
態様34
方向性凝固るつぼの一部に直角に強制空気を供給する工程をさらに含む、態様30〜33のいずれか一つの方法。
態様35
方向性凝固るつぼの一部の冷却を停止することを含む、第一のシリコンの約80%が第二のシリコンに方向性凝固したときに第一のシリコンの方向性凝固を実質的に停止する工程
をさらに含む、態様30〜34のいずれか一つの方法。
態様36
方向性凝固るつぼまたは鋳型の熱プロファイルを制御して第一のシリコンの結晶成長速度を調節する工程をさらに含む、態様30〜35のいずれか一つの方法。
態様37
結晶成長速度を調節する工程が、方向性凝固るつぼの一部の冷却を調節することを含む、態様36の方法。
態様38
底部を含む方向性凝固るつぼと、冷却プラットホームとを含む、方向性凝固のための機器。冷却プラットホームは方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面を含む。方向性凝固るつぼの底部は、シリコンカーバイド、グラファイト、またはそれらの組み合わせ、および熱を消散するように構成された複数の水路を含む。冷却プラットホームは、強制空気を受け入れるように構成された第一の面の下の冷却用ダクト吸入口、ならびに方向性凝固るつぼの底部の一部に乱流で強制空気を供給するように構成された冷却用ダクトをさらに含む。本機器は、加熱要素または誘導加熱器を含む加熱部材を含む、上部加熱器をさらに含み、加熱要素は、シリコンカーバイド、二ケイ化モリブデン、グラファイト、もしくはそれらの組み合わせを含む。
Claims (38)
- 底部を含む方向性凝固るつぼ、および
方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面と、方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気の一部を供給するように構成された冷却用ダクトとを含む、冷却プラットホーム
を含む、方向性凝固のための機器。 - 方向性凝固るつぼの複数の側壁が、加熱面(hot face)耐火物を含む、請求項1に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部が、伝導性耐火物を含む、請求項1または2に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部の一部が、強制空気によって1時間あたり約10%の比率で熱を消散させる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部の少なくとも一部が、熱を消散させるように構成された複数の伝熱フィンを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の機器。
- 複数の伝熱フィンの少なくとも一部が、方向性凝固るつぼの底部に沿って外向きに延伸している、請求項5に記載の機器。
- 伝熱フィンが、平棒を含む、請求項5または6に記載の機器。
- 伝熱フィンが、ステンレス鋼を含む、請求項5〜7のいずれか一項に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部の少なくとも一部が、開口部内に位置するように構成された凸面を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の機器。
- 開口部が、方向性凝固るつぼの底部の実質的に中心を受け入れる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の機器。
- 開口部が、方向性凝固るつぼを冷却プラットホーム上に実質的に水平に置くことによって、方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成されている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の機器。
- 開口部が、底部の表面積の約25%を受け入れるように構成されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の機器。
- 開口部が、円形である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の機器。
- 開口部が、長方形である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の機器。
- 第一の面が、冷却用ダクトの長方形断面を規定するように第二の面と分離されている、請求項1〜14のいずれか一項に記載の機器。
- 冷却用ダクトが、第一の面と共にノズルを規定するように構成された第二の面をさらに含み、当該ノズルが、開口部によって受け入れられた方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気の一部を供給する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の機器。
- 冷却用ダクトが、方向性凝固るつぼの底部の一部に実質的に直角に強制空気の一部を供給するように構成されている、請求項1〜16のいずれか一項に記載の機器。
- 冷却用ダクトが、冷却用ダクトに強制空気を供給するように構成された冷却用ダクト吸入口を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の機器。
- 冷却用ダクト吸入口が、ファンからの強制空気を受け入れるように構成された少なくとも1つの強制空気吸入口を含む、請求項18に記載の機器。
- 冷却用ダクトが、方向性凝固るつぼの底部の一部に実質的に均等なパターンで強制空気の一部を供給するように構成されている、請求項1〜19のいずれか一項に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部が、乱流である、請求項1〜20のいずれか一項に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部の速度が、少なくとも約16メートル/秒(m/s)である、請求項1〜21のいずれか一項に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼの底部の一部に供給される強制空気の一部の体積速度が、少なくとも約5000立方フィート/分である、請求項1〜21のいずれか一項に記載の機器。
- 冷却用ダクト吸入口によって受け入れられる強制空気が、およそ周囲温度である、請求項18〜23のいずれか一項に記載の機器。
- 加熱要素または誘導加熱器を含む少なくとも1つの加熱部材を含む上部加熱器をさらに含む、請求項1〜24のいずれか一項に記載の機器。
- 上部加熱器が、断熱材をさらに含み、当該断熱材が、断熱れんが、耐火物、複数の耐火物の混合物、断熱板、セラミックペーパー、高温ウール、またはそれらの混合物を含む、請求項25に記載の機器。
- 上部加熱器が、外側ジャケットをさらに含み、断熱材が、加熱要素と上部加熱器の外側ジャケットとの間に少なくとも部分的に配置されている、請求項26に記載の機器。
- 上部加熱器の外側ジャケットが、ステンレス鋼を含む、請求項27に記載の機器。
- 方向性凝固るつぼが外側ジャケットをさらに含み、外側ジャケットが、強制空気の一部を受け入れる方向性凝固るつぼの底部の一部を規定する、請求項1〜28のいずれか一項に記載の機器。
- 第一のシリコンを提供するまたは受け入れる工程、
底部を含む方向性凝固るつぼを提供するまたは受け入れる工程、
方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面と、方向性凝固るつぼの底部の一部に強制空気を供給するように構成された冷却用ダクトとを含む冷却プラットホームを提供するまたは受け入れる工程、
方向性凝固るつぼの一部を強制空気で冷却する工程、および
方向性凝固るつぼ中で第一のシリコンを方向性凝固して、第二のシリコンを提供する工程
を含む、方向性凝固のための方法。 - 加熱要素および誘導加熱器から選択される加熱部材を方向性凝固るつぼの上方に位置付けることを含む、加熱器を方向性凝固るつぼの上方に位置付ける工程
をさらに含む、請求項30に記載の方法。 - 受け入れる工程が、ファンからの強制空気を受け入れることを含む、請求項30または31に記載の方法。
- 方向性凝固るつぼの一部に乱流で強制空気を供給する工程をさらに含む、請求項30〜32のいずれか一項に記載の方法。
- 方向性凝固るつぼの一部に直角に強制空気を供給する工程をさらに含む、請求項30〜33のいずれか一項に記載の方法。
- 方向性凝固るつぼの一部の冷却を停止することを含む、第一のシリコンの約80%が第二のシリコンに直接凝固したときに第一のシリコンの方向性凝固を実質的に停止する工程
をさらに含む、請求項30〜34のいずれか一項に記載の方法。 - 方向性凝固るつぼまたは鋳型の熱プロファイルを制御して第一のシリコンの結晶成長速度を調節する工程をさらに含む、請求項30〜35のいずれか一項に記載の方法。
- 結晶成長速度を調節する工程が、方向性凝固るつぼの一部の冷却を調節することを含む、請求項36に記載の方法。
- 底部を含む方向性凝固るつぼ;
方向性凝固るつぼの底部の一部を受け入れるように構成された開口部を規定する第一の面であって、方向性凝固るつぼの底部が、シリコンカーバイド、グラファイト、またはそれらの組み合わせ、および熱を消散するように構成された複数の水路を含む、第一の面と、
強制空気を受け入れるように構成された第一の面の下の冷却用ダクト吸入口と、
方向性凝固るつぼの底部の一部に乱流で強制空気を供給するように構成された冷却用ダクトと
を含む、冷却プラットホーム;ならびに
加熱要素または誘導加熱器を含む加熱部材であって、加熱要素が、シリコンカーバイド、二ケイ化モリブデン、グラファイト、もしくはそれらの組み合わせを含む、加熱部材
を含む、上部加熱器
を含む、方向性凝固のための機器。
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