KR0134185B1

KR0134185B1 - 수지상 웨브 결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로된 장치

Info

Publication number: KR0134185B1
Application number: KR1019900007135A
Authority: KR
Inventors: 앤터니 파이어트로우스키 포옴
Original assignee: 리챠드 로시; 에바라 솔라 인코포레이티드
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1998-04-21
Also published as: IT1240063B; KR910004855A; IT9020240A1; FR2651249B1; JP2925267B2; AU5452890A; JPH0393691A; US4997628A; IT9020240A0; FR2651249A1; AU622020B2

Abstract

내용 없음.

Description

수지상 웨브 결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로된 장치

제1도는 증가하는 크기로 된 슬롯 개구를 갖는 적층 시일드 및 리드를 이용하는 본 발명의 양호한 실시예에 대한 평면도.

제2도는 본 발명과 관련하여 사용된 웨브가이드를 갖는 양호한 리드슬롯의 약평면도.

제3도는 제 1 도의 A-A선을 따라 취한, 본 발명의 양호한 리드 및 시일드로 배열된 장치에 대한 단면 정면도.

제4도는 본 발명의 양호한 리드 및 시일드로 이루어진 장치를 이용하여 생성한 수지상 웨브결정에 관한 웨브두께 대 결정폭의 플롯.

제5도는 본 발명의 양호한 시일드에 대한 약평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 리드 11 : 슬롯

14-16 : 시일드 17 : 상부판

18 : 웨브가이드 32 : 평행부

본 발명은 수지상 웨브(dendritic web) 결정을 성장시키는데 사용된 장치에 관한 것으로, 특히, 서셉터(susceptor) 리드 및 시일드로 구성된 장치에 관한 것이다. 실리콘 수지상 웨브결정은 (111)방향으로 성장되는 고품질의 조직을 갖는 단결정성 물질의 긴 얇은 리본이다. 실리콘 수지상 웨브결정을 성장시키기위한 현 기술은 햇빛을 전기 에너지로 직접 전환시키기 위한 저가의 고도의 효과적인 태양전지를 생산하기 위해 적용된다. 얇은 리본 형태의 결정은 사용하기전에 슬라이스하고 겹치고 닦아야 하는 통상적인 초크랄스키(czochralski)결정으로 된 웨이퍼기판(wafer substrate)과는 달리, 비용이 많이 절약되지만, 고가의 공정으로 장치를 제작하기에 앞서 처리공정이 추가되지 않는다. 또한, 실리콘 리본의 장방형 형태는 태양전지의 배열 및 대형 모듀을로 개별전지의 효과적인 페킹을 이루게 한다. 수지상 웨브결정성장법에 관하여 더 많은 정보를 얻기위해서는, 세던스틱커의 실리콘 수지상 웨브 성장법 크리스탈 8 P.146-172(1982)를 참고한다. 성공적인 수지상 웨브결정 성장에 대한 한 중요한 측면은 고온실리콘 용응물을 덮기 위해 사용된 리드 및 시일드로 배열된 장치에 있다. 과거에는, 소위 도그본(dog bono) 형태로 된 슬롯을 갖는 리드는 성공적으로 사용되어왔다. 이와같은 리드는 또는 전형적으로 슬롯의 단부에서 선결된 거리로 소정 간격진 한쌍의 의부구멍을 포함하고있다. 여기서 참고로 통합된 미합중국 특허 제 4,751,059호를 참조한다. 이 의부구멍은 성장하는 수지상 웨브결정을 일정폭으로 유지시키는데 도움이된다. 최근에는, 도그본 형태의 슬롯은 공동출원중인 특허출원번호 제 07/092,796호에 개시된 것과 같은 소위 보다니(bowtie)형태로 된 슬롯으로 교체되었다. 또한 미합중국 특허 제 4,786,479호는 열복사를 제어하도록 섭리드(sublid)사용을 개시하고있다. 이 리드 형태가 효과적인 것으로 증명되었지만, 고생산성을 겸한 100% 공급률 가능성(100% reed rate capability)을 달성할수없다. 예를들면, 공동출원중인 미국특허출원번호 07/092,796 호에 개시된 보타이 형태에서, 다만 6.2cm²/min 생산율이 100% 공급률 가능성에서 수득되었다. 여기서 사용된 100% 공급률 가능성의 용어는 용응물질이 용응물에서 끌어당겨지는 성장하는 수지상 웨브에 의해 물러나는 속도와 동일한 속도로 서셉터에 내장된 용응물질(실리콘과 같음)이 교체된다는 것을 의미한다. 과거에는, 100% 공급률의 용응물의 보충으로 차가운 펠릿 보충물이 내부에 떨어지기 때문에 용응물에 얼음이 생성되엇다. 이것은 또한 결정생성 또는 얼음생성이 일어나기전에 다만 75%의공급를 가능성이 도달될 수 있는 점으로 감소된 생산성을 가져온다. 다른 형태의 장치는 다만 75%의 공급를 가능성 달성으로, 7.4cm²/min생산율을 산출하였다. 따라서, 결정성장에 대해 고생산율을 달성시키면서 동시에 100% 공급를 가능성을 달성시키는데 유용할 것이다. 본 발명의 목적은 넓혀진 수지상 웨브면에서 복사일 제거를 촉진시켜서, 100% 용응물 보충이 고 생산을로 이루어질수있도록 높은 시스템 온도를 허용하는 이전에 가능했던 것보다 웨브를 더 두텁게 성장시키는데 있다. 본 발명에 따라 행해질 때 수지상 웨브결정을 성장시키는데 사용되는 서셉티 리드 및 시일드로 배열된 장치는 상기 수지상 웨브결정이 보타이 형태로 된 슬롯을 통해 끌어당겨지는 이것을 갖는 리드를 구비하고있다. 보타이 형태로 된 리드슬롯은 상기 슬롯의 세로방향의 평행 부분에서의 보타이의 꼭지점에 위치하고 둥근 돌기를 갖는 다수의 웨브 가이드, 끌어당겨진 결정을 향해 돌출하는 단부를 구비하며, 장치는 리드위에 배치된 다수의 시일드를 포함하며, 최하부의 시일드는 상기 리드위에 놓이고 내부에 슬롯을 갖고 있다. 최하부의 시일드 슬롯은 리드의 보타이 형태의 슬롯에 관하여 사실상 동심으로 배치되며, 리드의 보타이 형태의 슬롯보다 크다. 각각의 추가 시일드는 서로 위쪽에 배치되고 리드의 보타이 형태의 슬롯에 관하여 사실상 동심으로 배치된 슬롯을 갖는다. 시일드의 각각의 슬롯은 각각의 상기 시일드가 바로밑의 시일드의 슬롯보다 큰 슬롯을 가지도록, 슬롯크기를 증가시키는 순서를 따라 다른 슬롯위에 배치된다. 본 발명의 양호한 실시예는 서셉터리드의 웨브가이드를 포함하며, 이것은 수지상 웨브를 성장시키며 리드의 슬롯 중심을 통해 실제로 끌어당겨지게 한다. 특허 청구의 범위에서 기술되는 바와같이 본 발명은 첨부된 도면과 관련하여, 양호한 실시예와 본 발명을 실시하는 방법에 의해 명백해질 것이다. 제1도는 본 발명의 양호한 실시예를 예시하고있는데, 통상 10으로 나타낸 실리콘 수지상 웨브결정을 성장시키기위한 서셉터리드는 내부에 슬롯(11)을 구비하며, 이것을 통해 수지상 웨브결정이 끌어당겨진다. 슬롯(11)은 예시된 보타이형의 형태가 가장 효과적인 것으로 판명되었지만, 어떤 형태라도 좋다. 또한 제1도에 도시된 바와같이, 슬롯(11)의 단부는 일정한 웨브폭을 유지시키는데 오둠이 되는 외부개구(12)를 포함한다. 또한 제1도에 예시된 바와같이, 장치는 리드(10) 바로 위쪽에 배치된 다수의 시일드(14 -16)를 포함하고 있다. 최하부의 시일드(14)는 리드(10)위에 놓이고, 리드(10)의 슬롯(11)에 관하여 사실상 동심으로 배치되는 슬롯을 가지고 있다. 예시된 바와같이 최하부 시일드(14)의 슬롯은 시일드(10)의 슬롯(11)보다 약간 크다. 바람직하게는, 시일드(14)의 스롯폭은 비록 시일드(14)의 슬롯 길이가 후술될 외향으로 활골로 휘어진 부분(23)을 갖는 시일드외에는, 리드(10)의 슬롯 길이와 사실상 동일한 것이 바람직하지만, 리드(10)의 슬롯(11)폭보다 약간 넓다. 유사하게, 시일드(15)는 시일드(14)의 슬롯에 관하여 사실상 동심으로 위치하는 슬롯을 갖는다. 시일드(15)는 시일드(14) 바로 위쪽에 배치된다. 시일드(15)의 슬롯은 시일드(14)의 슬롯보다 약간 넓다. 마찬가지로, 시일드(16)는 시일드(15) 바로 위쪽에 배치되고 시일드(15)의 슬롯에 관하여 사실상 동심으로 배치되는 슬롯을 갖는다. 또한, 시일드(16)의 슬롯은 예시된 바와 같이 시일드(15)의 슬롯보다 약간 더 넓다. 바람직하게는, 장치의 시일드중 하나는 시일드(14-16)위쪽에 배치되고 그 내부에 슬롯을 갖고있는 상부판(17)을 포함한다. 시일드 슬롯과 마찬가지로, 상부판(17)의 슬롯은 시일드의 슬롯에 관하여 사실상 동심으로 유사하게 배치되어있고 상부판슬롯은 시일드의 슬롯보다 더 넓다. 제1-3도에 예시된 바와같이, 리드슬롯(11)은 슬롯을 통해 성장되는 수지상 웨브결정이 슬롯(11)의 중심을 통해 실제로 끌어당겨지게 하는 다수의 웨브 가이드(18)을 포함하고있다. 이렇게하여, 웨브는 슬롯에서 앞뒤로의 이동이 저지되며, 종종 리드슬롯의 측부와 접촉되어 성장하는 웨브에 관한 부적당한 열전달의 결과로써 결정에 결함이 생기게 된다. 웨브가이드(18)는 리드(10)로 직접 기제 가공되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 웨브가이드(18)는 제3도에 예시된 바와같이, 리드(10)의 하부면 가까이에 배치된다. 이렇게하여, 웨브가이드는 그위에 SiOx 생성을 저지시키도록 충분히 뜨겁게 유지된다. 바람직하게는, 웨브가이드는 예시된 바와같이 작은 둥근팁을 갖는다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 시일드는 소결 몰리브덴으로 제작되며, 1.55mm두께를 갖는다. 상부리드(17)는 3.2mm두께를 갖는 것이 바람직하며, 리드(10)는 12mm두께 를 갖는 것이 바람직하다. 제3도는 제1도의 선(AA)을 따라 취한 장치에 대한 단면정면도이다. 예시된 바와같이, 시일드(14-16) 및 상부판(17)은 통상적으로 20으로 나타낸 공간에 의해 서로 분리되어있으며, 이 공간은 약 1.6mm인 것이 바람직하다. 최하부의 시일드(14)는 약 4.75mm의 공간(24)에 의해 리드(10)와 분리되는 것이 바람직하다. 이 공간(20 및 24)은 연속 시일드 및/또는 리드(10)와 최하부 시일드(14) 사이에 몰리브덴 와서 (도시되지않음)와같은 적당한 두께로 된 스페이서 수단을 배치시키므로써 제공된다. 리드(10)는 슬롯(11)을 형성시키는 제3도에 예시된 바와같이 더블 스텝을 갖는다. 리드의 각 스텝은 6mm의 높이를 갖는 것이 바람직하다. 또한 제3도에 예시된 바롸같이, 리드(10)의 슬롯, 시일드(14-16)및 상부판(17)은 오프셋되고 상향으로 넓혀지되, 리드, 시일드 및 상부판이 위쪽에 놓이는 수평방향의 용응물(21)에 관하여 약 30^o의 각(θ₁)을 이루는 것이 바람직하다(또는 수직방향에 대하여 60^o). 이 각 (θ₁)을 수평방향의 용응물(21)에 관하여 30^o이상으로 증가시키면 성장하는 웨브로부터 열손실량이 감소되는데 비해 이 각(θ₁)을 수평 방향의 용응물 (21)에 관하여 30^o이하로 감소시키면 열손실을 증가시킨다. 양호한 오프셋 각(θ₁)은 성장하는 웨브상에 Siox 침전을 동시에 저지시키는 동안에, 100% 공급률 가능성을 허용하도록 적당한 양의 열손실을 제공한다. 제1도에 예시된 바와같이, 본 발명의 리드 및 시일드로 베열된 장치는 공급구(22)를 포함하는 것이 바람직하다. 실리콘 펠릿과 같은 공급제는 성장하는 웨브결정에 의해 감소된 용응물을 보충시키기위해, 이 공급구를 통해 투입된다. 또한 제1도에 예시된 바와같이, 일련의 시일드의 공급구멍은 리드의 공급구(22)에 대하여 동심으로 피트되도록 설계될 것이며 리드 또는 바로 아래쪽의 시일드 구멍보다 점차적으로 커지는 크기로 만들어 질 것이다. 공급구(22)는 공급구(22)내의 산화물 생성을 방지하기 위하여, 수평방향에 대해 약 30^o또 수직방향에 대해 약 60^o의 각도에서 크기가 증가하는 시일드 및 리드의 구멍에 의해 규정되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 실리콘 펠릿은 한 모서리가 2.3mm로 자른 두께로 된 실리콘으로 준비된다. 양자택일적으로, 둥근 실리콘 쇼트(shot)펠릿이 사용될수있다. 제1도에 예시된 슬롯형태는 소위 T자형외부개구(12)를 포함하여, 시일드의 슬롯은 이 외부개구(12)에 관하여 동심으로 피트되도록 형태를 취한다. 예시된 바와같이, 리드(10)위쪽에 배치된 연속 시일드(14-16)에 의해 규정된 바와같이, 이 외부개구(12)는 성장하는 웨브의 단부로 부터 열을 복사하는데 도움이되는 의향으로 활골로 휘어진 부분(23)을 포함할 것이다. 새로운 형태를 위한 본 발명의 리드 및 시일드로 구성된 장치는 넓혀진 표면으로부터 복사열을 방출시키고 수지상 웨브결정을 성장시켜서, 웨브자체가 두꺼워지게 한다. 결과적으로 두꺼워진 웨브는 딴 방법으로 가능한 것보다 더 높은 시스템 온도를 허용하며, 100% 공급율 가능성을 달성할수있다. 특히 본 발명의 리드 및 시일드로 배열된 장치를 이용하여, 5.7mm의 웨브폭을 갖는 실리콘 수지상 웨브결정이 100%공급를 가능성 및 8,9cm²/min의 생성속도로 얻어졌다. 제4도는 본 발명의 리드/시일드 장치를 통해 설장된 결정에 관한 웨브두께 대 결정폭에 대한 플롯을 예시한다.

표(1)는 본 발명의 리드 및 시일드 장치(6355-L5)를 통해 성장된 수지상 웨브 결정 대 미합중국 특허 제 4,828,808호에 교수된 리드 및 시일드로 배열된 장치 및 이 특허의 제5도에 예시된 6342-L5를 통해 동일한 조건하에서 성장된 수지상 웨브 결정에 관한 수행결과 비교를 나타낸다.

예기치 못할 정도로 향상된 웨브성장결과는 본 발명의 유일한리드 및 시일드 설계의 결과로서 가능했다. 제5도는 슬롯(31)을 갖는 시일드(30)을 예시한다. 본 발명에 따라, 슬롯(31)은 슬롯(31)의 실제 세로중심에 위치하는 좁은 평행부(32)를 갖는다. 바람직하게는, 좁은 평행부(32)는 약 25mm의 길이를 갖는다. 슬롯(31)은 또한 예시된 바와같이 좁은 평행부(32)에 관하여 각(θ)을 형성하는 네 개의 외향으로 각을 이룬 부분(33)을 갖는다. 바람직하게는, 이 각(θ)은 평행부(32)에 관하여 약 22를 이룬다. 바람직하게는, 연속 리드/시일드의 각각의 슬롯은 서로 시일드/리드의 좁은 평행부(32)와 동일한 길이를 갖는 좁은 평행부(32)를 갖는다. 그러나, 제3도에 예시된 바와같이, 리드(10)위쪽의 각각의 시일드는 슬롯폭이 리드 위쪽에 배치된 각각의 연속 시일드에 관하여 증가되도록, 시일드 또는 시일드 바로 밑의 리드의 평행부로부터 오프셋된 좁은 평행부(32)를 가진다. 마찬가지로, 각각의 시일드의 외향으로 각을 이룬 부분(33)은 제5도에예시된 바와 같이, 시일드 또는 시일드 바로 밑의 리드의 외향으로 각을 이룬 부분(33)으로부터 오프셋되고 이 부분에대해 실제로 평행한다.

본 발명이 예시될 목적으로 전술한 내용에서 상세하게 기술되었지만, 이 세부사항은 다만 그러한 목적을 위한 것이고, 본 발명의 변경은 다음의 특허청구의 범위에 이해 규정된 것으로서 본 발명의 의도 및 범위를 벗어나지 않고 당해 기술분야의 숙련공들에 의해서 이루어질 수 있다.

Claims

수지상 웨브결정을 성장시키는데 사용되는 서셉티리드(10) 및 시일드(14-16)로 구성된 장치에 있어서, 상기 리드(10)는 슬롯(11)의 세로 방향의 평행부의 꼭지점에 위치하고 둥근 돌기를 갖는 다수의 웨브가이드(18), 끝이 당겨진 경정을 향해 돌출하는 단부를 갖고 상기 수지상 웨브결정이 끌어당겨지는 보타이 형태의 슬롯(11)을 구비하며, 상기 장치는 상기 시일드(14) 중 하나가 상기 리드(10)위에 놓이고 내부에 슬롯(11)을 갖는 최하부 시일드(14)로 이루어지는 상기리드(10)위에 배치되는 다수의 시일드(14-16)를 포함하며, 상기 최하부 시일드 슬롯(11)은 상기 리드(10)의 상기 보타이 형태의 슬롯(11)에 관하여 실제로 동심으로 배치되고, 상기 리드(10)의 상기 보타이 형태의 슬롯보다 더 크며, 각각의 상기 부가되는 시일드(15,16)는 상기 시일드(15, 14)중 한 시일드 위쪽에 배치되며 상기 리드(10)의 상기 보타이 형태의 슬롯(11)에 관하여 실제로 동심으로 배치되는 슬롯(11) 및 상기 시일드의 각각의 슬롯(11)을 구비하며, 상기 시일드(14-16)는 각각의 상기 시일드(14-16)가 바로 밑의 시일드의 슬롯보다 큰 슬롯을 갖도록 슬롯크기가 증가하는 순서대로 서로 위쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브 결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제1항에 있어서, 상부판(17)은 상기 다수의 시일드 위쪽에 배치되며, 상기 시일드(14-16)의 슬롯(11)에 관하여 실제로 동심으로 배치되고 상기 시일드(14-16)의 슬롯보다 큰 슬롯(11)을 내부에 구비하는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제1항에 있어서, 상기 시일드(14-16)는 1.5mm 두께를 가지며 약 1.6mm 거리로 서로 소정 간격져 있는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제1항에 있어서, 상기 시일드(14-16)는 소결된 몰리브덴으로 제작되는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및시일드로 된 장치.
수지상 웨브결정을 성장시키는데 사용되는 서셉터리드(10) 및 시일드(14-16)로 구성된 장치에 있어서, 상기리드(10)는 상기 슬롯(11)의 세로 방향의 평행부의 꼭지점에 위치하고 둥근 돌기를 갖는 다수의 웨브가이드(18), 끌어당겨진 결정을 향해 돌출하는 단부를 갖고 상기 수지상 웨브결정이 끌어 당겨지는 보타이 형태의 슬롯(11)을 구비하며, 상기 장치는 상기 리드(10) 바로 위쪽에 배치되며, 상기 리드(10)의 보타이 형태의 슬롯(11)d에 관하여 실제로 동심으로 배치되고 상기 리드(10)의 보타이 형태의 슬롯(11)의 폭 보다 큰 시일드 슬롯(11)폭을 갖는 슬롯(11)을 내부에 구비하는 제 1시일드(14)를 포함하는 다수의 시일드(14-16)로 구성되며, 상기 다수의 시일드(14-16)는 또한 상기 제1시일드(14)위쪽에 배치되고, 상기 제1 시일드슬롯(11)에 관하여 실제로 동심으로 배치되고 상기 제1 시일드슬롯(11)폭보다 큰 시일드슬롯(11)폭을 갖는 시일드 슬롯(11)을 구비하는 제2시일드(15)를 포함하며, 상기 다수의 시일드(14-16)는상기 제2시일드(15)위쪽에 배치되고, 상기 제2시일드슬롯(11)에 관하여 동심으로 배치되고 상기 제2시일드슬롯(11)보다 큰 시일드슬롯(11)을 구비하는 제3시일드(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제5항에 있어서, 상부판(17)은 상기 다수의 시일드 위쪽에 배치되며, 상기 시일드(14-16)의 슬폿(11)에 관하여 실제로 동심으로 배치되고 상기 시일드(14-16)의 슬롯보다 큰 슬롯(11)을 내부에 구비하는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제5항에 있어서, 상기 시일드(14-16)는 1.5mm 두께를 가지며 약 1.6mm 거리로 서로 소정간격져있는 것을 특징으로 하느 수지상 웨브결정 성장용이 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제5항에 있어서, 상기 시일드(14-16)는 소결된 몰리브덴으로 제작되는 것을특징으로하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제5항에 있어서, 상기 시일드(14-16)의 슬롯(11)은 상기 시일드(14-16)가 그위쪽에 놓이는 수평방향의 응용물(21)에 관하여 약 30^o의 각(θ₁)을 이루도록 크기가 점차적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제6항에 있어서, 상기 보타이 형태의 슬롯(11), 상기 시일드(14-16)의 각각의 슬롯(11) 및 상기 상부판(17)의 슬롯(110 각각은 중심으로 배치된 평행부로부터 뻗어있는 외향으로 각을 이룬부분(33)을 구비하는 중심으로 배치된 평행부(32)를 포함하며, 상기 외향으로 각을 이룬 부분(33)은 상기 좁은 평행부(32)에 관하여 약 22^o의 각(θ₂)을 형성하는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제10항에 있어서, 상기리드(10), 시일드(14-16) 및 상부판(17)의 평행부(32)는 상기 리드(10), 시일드(14-16) 및 상부판(17)의 상호 좁은 평행부(32)에 관하여 사실상 동일거리에 있는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.
제11항에 있어서, 각각의 상기 시일드(14-16) 및 상기 상부판(17)의 외향으로 각을 이룬 부분(33)은 상기 리드 및 시일드의 외향으로 각을 이룬부분(33)과 실제로 평행하는 것을 특징으로 하는 수지상 웨브결정 성장용의 서셉터리드 및 시일드로 된 장치.