JP6475751B2 - 冷却ブロック及びガス噴射を使用した結晶シート成長のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
米国政府は、本発明における一括払いライセンスと、及び限られた状況において、特許権者に対して米国エネルギー省が授与した契約番号DE-EE0000595の条項によって規定されるような合理的な条件で他者へ使用許可を要求する権利とを有する。
融液から結晶シートを成長させる晶析装置及び方法において、ガス噴射を供給して融液表面と冷却ブロックとの間に対流領域を生ずる晶析装置の使用は、極めて高速な除熱を促進する。
Claims (14)
- 結晶シートを融液から成長させる晶析装置において、
前記融液の露出面に面した冷却ブロック表面を有する冷却ブロックであって、前記冷却ブロック表面で冷却ブロック温度を生ずるように構成し、前記冷却ブロック温度は前記露出面での前記融液の融解温度よりも低いものとする、前記冷却ブロックと、
前記冷却ブロック内に配置し、また前記露出面にガス噴射を送給するように構成したノズルであって、前記ガス噴射及び前記冷却ブロックが相互動作して、前記露出面から第1除熱速度で熱を除去するプロセスゾーンを生じ、前記第1除熱速度が、前記プロセスゾーンの外側の外側領域における前記露出面からの第2除熱速度より速い速度となる、前記ノズルと、
を備え、
前記冷却ブロック表面を前記露出面の上方に第1高さに配置し、前記ノズルの先端部を前記露出面の上方に前記第1高さより低い第2高さに配置する、晶析装置。 - 請求項1記載の晶析装置において、前記ノズルは石英ガラスから成るものとする、晶析装置。
- 請求項1記載の晶析装置において、前記ノズルは、細長い断面を有する開孔であって、前記断面の長軸が引出し方向に直交する横方向に沿って延在する、前記開孔を有する、晶析装置。
- 請求項3記載の晶析装置において、前記開孔の前記引出し方向に沿う開孔長さを0.05mm〜0.5mmとする、晶析装置。
- 請求項3記載の晶析装置において、さらに、
開口を確定するエンクロージャであって、前記開口内に前記冷却ブロックを前記露出面に対向させて配置し、前記冷却ブロックの温度より高いエンクロージャ温度を有する、前記エンクロージャと、
前記エンクロージャと前記冷却ブロックとの間に配置し、また前記ガス噴射からのガスの75%〜95%を排出するように構成した、少なくとも1つの内部排出チャネルと、
を備える、晶析装置。 - 請求項5記載の晶析装置において、前記少なくとも1つの内部排出チャネルは前記ガス噴射によって供給されるガスの70%〜90%を再利用するように構成した、晶析装置。
- 請求項1記載の晶析装置において、さらに、前記冷却ブロック表面と前記露出面との間における高さを調整するように構成したアクチュエータを備える、晶析装置。
- 請求項1記載の晶析装置において、前記ガス噴射は、ガス渦を前記プロセスゾーン内に生ずるように構成し、前記ガス渦が少なくとも一部の熱を前記露出面から冷却ブロックに至る対流によって除去する、晶析装置。
- 請求項1記載の晶析装置において、前記第1除熱速度は100W/cm2より速いものとする、晶析装置。
- 請求項1記載の晶析装置において、前記ノズルは、横方向に沿う幅によって画定した細長い断面を持つ開孔であって、前記ガス噴射の流速が前記横方向に沿う前記開孔の幅1センチメートルあたり毎分少なくとも1リットルとなる、前記開孔を有する、晶析装置。
- 融液から結晶シートを成長させる方法において、
冷却ブロックを前記融液の露出面の上方に設置するステップと、
前記融液に面する前記冷却ブロックの冷却ブロック表面に、前記露出面における前記融液の融解温度よりも低い冷却ブロック温度を生ずるステップと、
ガス噴射を前記露出面まで前記冷却ブロック内に配置したノズルを経て送給するガス噴射送給ステップであって、前記ガス噴射及び前記冷却ブロックが相互動作して、前記露出面から第1除熱速度で熱を除去するプロセスゾーンを生じ、前記第1除熱速度は、前記プロセスゾーンの外側の外側領域における前記露出面からの第2除熱速度より速い速度となるようにする、前記ガス噴射送給ステップと、
を有し、
前記冷却ブロック表面を前記露出面の上方に第1高さに配置し、前記ノズルの先端部を前記露出面の上方に前記第1高さより低い第2高さに配置する方法。 - 請求項11記載の方法において、さらに、前記ガス噴射を使用して、ガス渦を前記プロセスゾーン内に生ずるガス渦発生ステップであって、前記ガス渦が対流除熱によって前記露出面から熱を除去し、前記プロセスゾーンにおける対流除熱速度が前記第1除熱速度の半分よりも速い速度となる、前記ガス渦発生ステップを有する、方法。
- 請求項11記載の方法において、さらに、
前記冷却ブロックを前記露出面に対向させて配置させる開口を画定するエンクロージャを前記冷却ブロックの周りに設けるステップと、
前記冷却ブロック温度よりも高い前記エンクロージャのエンクロージャ温度を生ずるステップと、
前記エンクロージャと前記冷却ブロックとの間に少なくとも1つの内部排出チャネルを設けるステップと、
前記ガス噴射からの75%〜95%のガスを前記少なくとも1つの内部排出チャネルを経て排出するステップと、
を有する、方法。 - 前記ノズルは、開孔に沿って配置した複数のガス供給口を装備した前記開孔であって、前記複数のガス供給口は、それぞれ作動状態にあるとき個別にガスを前記開孔に送給するように構成して前記ガス噴射を形成する、前記開孔を有するものとし、また、前記少なくとも1つの内部排出チャネルは、複数の排出口であって、それぞれ作動状態にあるとき個別にガスを排出するように構成した、前記複数の排出口を有するものとした、請求項13記載の方法において、
前記方法はさらに、
前記作動状態にあるガス供給口の数を調整して、前記プロセスゾーンの幅を目標幅まで調整するステップと、
前記少なくとも1つの内部排出チャネルにおける前記作動状態の排出口の数を調整して、前記目標幅に合致する排出幅を得るステップと、
を有する、方法。
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