KR101781398B1 - 용융 실리콘 플로우 및 정제를 위한 가스-리프트 펌프들 - Google Patents

용융 실리콘 플로우 및 정제를 위한 가스-리프트 펌프들 Download PDF

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Abstract

본원에서의 실시예들은 시트(sheet)생산 장치에 관련된다. 용기는 재료의 용융물을 담도록 구성되고 그리고 냉각판이 용융물에 근접하여 배치된다.이 냉각 판은 용융물상에서 재료의 시트를 형성하도록 구성된다.펌프가 사용된다. 일 예로서, 이 펌프는 가스 소스 및 가스 소스를 가진 유체 통로내에 도관(conduit)를 포함한다. 다른 예에서, 이 펌프는 용융물에 가스를 주입한다. 이 가스는 용융물을 상승시키거나 또는 용융물에 모멘텀(momentum)을 제공한다.

Description

용융 실리콘 플로우 및 정제를 위한 가스-리프트 펌프들 {GAS-LIFT PUMPS FOR FLOWING AND PURIFYING MOLTEN SILICON}
본 발명은 용융물로부터 시트(sheet) 형성에 관한 것으로 보다 상세하게는 용융물 플로우 또는 펌핑 방법들에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼들 또는 시트들은 예를 들어 집적 회로 또는 솔라 셀 산업에 이용될 수 있다. 재생 가능 에너지 자원들에 대한 수요가 증가하면서 솔라 셀들에 대한 수요는 계속하여 증가하고 있다. 솔라 셀들의 대부분은 단결정 실리콘 웨이퍼(single crystal silicon wafer)들과 같은 실리콘 웨이퍼들로 만들어진다. 현재, 결정질 실리콘 솔라 셀의 주요 비용은 웨이퍼이며 그위에 솔라 셀이 만들어진다. 솔라 셀 효율, 또는 표준 조명 (illumination)하에서 생산되는 전력량은 부분적으로 이 웨이퍼의 품질(quality)에 의해 제한된다. 솔라 셀들에 대한 수요가 증가함에 따라, 솔라 셀 산업의 한가지 목표는 비용/전력 비율을 낮추는 것이다. 품질의 저하없는 웨이퍼를 제조하는 비용에서의 얼마간의 감소는 비용/전력 비율을 낮출것이고 그리고 이 청정 에너지 기술의 더 폭넓은 이용가능성을 가능하게 할 것이다.
최고 효율의 실리콘 솔라 셀들은 20%보다 큰 효율을 가질 수 있다. 이것들은 전자기기 등급(electronics-grade) 단결정질(monocrystalline) 실리콘 웨이퍼들을 이용하여 만들어진다. 이런 웨이퍼들은 초크랄스키 방법(Czochralski method)을 이용하여 성장된 단결정질 실리콘 원통형의 부울(bouble)로부터 얇은 슬라이스(slice)들을 소잉(sawing)함으로써 만들어질 수 있다. 이런 슬라이스들은 200 μm 보다 작은 두께일 수 있다. 단결정 성장을 유지하기 위해서, 부울은 용융물을 수용하는 도가니(crucible)로부터 천천히, 예를 들어 10μm/s 보다 작게, 성장되어야만 한다.후속 소잉 프로세스는 웨이퍼마다 약 200 μm의 커프 손실(kerf loss), 또는 소우 블레이드(saw blade)의 폭에 의한 손실,을 초래한다. 원통형의 부울 또는 웨이퍼는 또한 정사각화 솔라 셀(square solar cell)을 만들기 위해서 정사각화될 필요가 있을 수 있다. 정사각화 및 커프 손실들, 양자는 재료 낭비 및 증가된 재료 비용을 초래한다. 솔라 셀들이 더 얇아질수록, 커트(cut)당 실리콘 낭비의 퍼센트(percent)가 증가한다. 잉곳 슬라이싱(ingot slicing) 기술에 대한 제한들은 더 얇은 솔라 셀들을 획득하기 위한 능력을 저해할 수 있다.
다른 솔라 셀들은 다결정질 실리콘 잉곳들로부터 소잉된 웨이퍼들을 이용하여 만들어진다. 다결정질 실리콘 잉곳(polycrystalline silicon ingot)들은 단결정질 실리콘보다 더 빨리 성장될 수 있다. 그러나, 더 많은 결함(defect)들 및 결정립계(grain boundary)들이 존재하기 때문에 결과적인 웨이퍼의 품질은 더 낮아지고 이것은 더 낮은 효율의 솔라 셀들로 귀결된다. 다결정질 실리콘 잉곳을 위한 소잉 프로세스는 단결정질 실리콘 잉곳 또는 부울만큼 비효율적이다.
다른 해결책은 용융물(melt)로부터 수직으로 실리콘의 얇은 리본(ribbon)을 견인(pull)하고 그런다음 견인된 실리콘을 시트(sheet)로 냉각하고 고체화(solidify)하도록 하는 것이다. 이 방법의 견인 레이트(pull rate)는 약 18 mm/minute보다 작게 제한될 수 있다. 실리콘의 냉각화 및 고체화동안에 제거되는 잠열(latent heat)은 수직 리본을 따라 제거되어야만 한다. 이것은 리본을 따라 큰 온도 구배(temperature gradient)로 귀결된다. 이 온도 구배는 결정질 실리콘 리본에 응력을 가하고 그리고 열악한 품질의 멀티-입자 실리콘(multi-grain silicon)으로 귀결될 수 있다. 리본의 폭과 두께는 또한 이 온도 구배 때문에 또한 제한될 수 있다. 예를 들어, 폭은 80 mm 보다 작게 제한될 수 있고 그리고 두께는 180 μm 로 제한될 수 있다.
용융물로부터 수평으로 시트들을 생산하는 것은 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘보다 덜 고가일 수 있고 커프 손실 또는 정사각화 때문의 손실을 배제할 수 있다. 용융물로부터 수평으로 생산된 시트들은 또한 용융물로부터 수직으로 견인된 실리콘 리본보다 덜 고가일 수 있다. 더욱이, 용융물로부터 수평으로 생산된 시트들은 용융물로부터 수직으로 또는 임의 각도에서 견인된 실리콘 리본들에 비해 시트의 결정 품질을 개선시킬 수 있다 . 재료 비용을 줄일 수 있는 이와 같은 결정 성장 방법은 실리콘 솔라 셀들의 비용을 줄이는 것을 가능하게 하는 주요 단계일 것이다.
용융물로부터 물리적으로 견인된 실리콘 수평 리본들이 테스트(test)되었다. 한 방법에서, 로드(rod)에 부착된 시드(seed)는 용융물로 삽입되고 그리고 로드 및 결과 시트는 도가니의 에지(edge)위에 낮은 각도에서 견인된다. 각도, 표면 장력 및 용융물 레벨은 용융물은 도가니 위로 흘리는 것을 방지하도록 균형이 맞추어진다. 그러나, 이런 견인 프로세스를 개시하고 및 제어하는 것은 어렵다. 첫째, 도가니 에지에서 형성된 메니스커스(meniscus)의 중력 및 표면 장력의 균형을 맞추기 위한 경사각의 조절은 어려울 수 있다. 둘째, 만약 냉각판(cooling plate)이 시트와 용융물사이의 분리 지점(separation point)근처에 있다면 이 분리 지점에서의 리본을 따라서의 온도 구배는 결정에서 전위(dislocation)들을 야기할 수 있다. 셋째, 용융물위에서 시트를 기울이는 것은 동결 팁(freeze tip)에서의 응력으로 귀결될 수 있다. 이 동결 팁(freeze tip)은 시트가 가장 얇고 가장 깨지기 쉬운 곳일 수 있어서 시트(sheet)에서 전위들 또는 파손(break)들이 발생할 수 있다. 넷째, 복잡한 견인 장치가 낮은 각도를 획득하기 위해서 요구될 수 있다.
전자회로 또는 솔라 셀들을 위해 사용되는 실리콘은 고품질(high-quality)실리콘 결정들을 필요로 할 수 있다. 실리콘 공급원료에서 철(iron)과 같은 용질(solutes)들은, 결정의 고체상태 특성들에 부정적인 영향을 미친다. 일 예로서, 이런 시트를 이용하여 만들어지는 디바이스들에서의 소수 캐리어 수명(lifetime)이 영향을 받게 될 수 있다. 용질들은 또한 결정으로부터 분리되고 용융물에서 농축되는 경향이 있다. 이것이 구조상 과냉각(constitutional supercooling) 및 수지상 성장(dendritic growth)을 초래할 수 있다. 실리콘의 고체화의 레이트가 증가함에 따라서, 구조상 과냉각도 마찬가지로 증가할 수 있다. 열적 구배(thermal gradient)들의 이용은 용융물에서 대류 플로우(convective flow)를 생성할 수 있고 그리고 동결 계면(freezing interface)으로부터 어떤 용질들을 씻어 낼 수 있으나, 이것 또한 결정에서 열적 응력(thermal stress)을 야기할 수 있다. 열적 응력은 전위(dislocation)들 또는 결함(defect)들을 초래할 수 있다.
일 실시예에서 석영(quartz)은 실리콘 용융물을 에워싸기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 석영은 이 용융물과 접촉할때 용해될 수 있다. 산소가 용융물로 방출될 수 있고 SiO를 형성할 수 있으며, 그것은 형성된 실리콘 결정에서 산소로 귀결된다. 예를 들어, 산소는 p형 솔라 셀들에서 붕소 클러스터링(clustering) 및 솔라 셀 효율의 광 유도 열화(LID : light-induced degradation)을 야기할 수 있다. 따라서, SiO를 제거하면서 용융물에 플로우를 생성하는 방법 및 열적 구배없이 용융물에 플로우를 생성하는 개선된 방법에 대한 기술의 요구가 있다.
본 발명의 제 1 측면에 따라서, 시트 생산 장치가 제공된다. 장치는 재료의 용융물을 담을(hold) 수 있도록 구성된 용기를 포함하고, 용기는 동결 구역(freezing area)을 갖는다. 냉각판(cooling plate)이 용융물에 근접하여 배치된다. 냉각판은 동결구역에 용융물 위에서 재료의 시트(sheet)를 형성하도록 구성된다. 회귀로(return)가 용융물을 담을 수 있도록 구성된다. 펌프는 가스 소스 및 가스 소스를 가진 유체 통로(fluid communication)내에 도관(conduit)을 포함한다. 도관의 일단은 회귀로에 연결되고 도관의 타단은 동결 구역에 연결된다. 가스 소스는 회귀로로부터 동결 구역으로 용융물을 상승하도록 구성된다.
본 발명의 제 2 측면에 따라서, 시트 생산 장치가 제공된다. 장치는 재료의 용융물을 담을(hold) 수 있도록 구성된 용기(vessel)를 포함한다. 냉각판(cooling plate)이 용융물에 근접하게 배치된다. 이 냉각 판은 용융물 상에서 재료의 시트를 형성하도록 구성된다. 펌프는 용융물에 수평적으로 가스를 주입하도록 구성된 가스 소스를 포함하고 그것에의하여 가스는 용융물의 수평 모션(horizontal motion)을 야기한다.
본 발명의 제 3 측면에 따라서, 시트 생산 방법이 제공된다. 방법은 재료의 용융물에 가스를 주입하는 단계를 포함한다. 용융물은 가스에 의해 움직이게(motivate) 되고 그렇게 함으로써 가스의 기포들이 용융물에 모멘텀(momentum)을 제공한다. 재료의 시트는 융물 위에서 동결되고 그리고 시트는 용융물로부터 제거된다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 참조로서 본원에 통합된 첨부 도면들에 참조번호가 제공된다.
도 1 은 용융물로부터 시트를 분리하는 장치 실시예의 측단면도(cross-sectional side view)이다.
도 2 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치의 제 2 실시예 측단면도이다
도 3 은 펌프의 제 1 실시예의 측단면도이다.
도 4 는 펌프의 제 1 실시예의 제 2 측단면도이다.
도 5 는 액체의 밀도 및 가스가 액체의 체적 플로우(volume flow)에 어떻게 의존하는지를 예시한다.
도 6a-b 은 펌프 성능 곡선(curve)들, α 및 ß에 대한 계산과 실제 데이터의 비교이다.
도 7 은 표면 장력 및 밀도에 의한 기포 사이즈(bubble size)의 의존 관계를 예시한다.
도 8 은 두개의 상이한 가스-리프트 펌프 사이즈들에 대하여 실리콘 및 물(water)에 대한 예측된 펌프 성능을 비교한다.
도 9 는 실리콘 용융물에서 소스 및 SiO의 펌핑을 묘사하는 흐름도이다.
도 10 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 1 실시예 측단면도이다.
도 11 은 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 2 실시예의 측단면도이다.
도 12 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치의 제 3 실시예의 측단면도이다.
도 13 은 초크랄스키 프로세싱을 위한 펌프 실시예의 측단면도이다
도 14 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 4 의 실시예의 측단면도이다.
도 15 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 5 실시예의 측단면도이다.
본원에서의 장치들 및 방법들의 실시예들은 솔라 셀들과 관련되어 설명된다. 그러나, 이것들은 또한 예를 들어, 집적 회로(integrated circuit)들, 평판 판넬(flat panel)들, LED들, 또는 당업자에게 주지된 다른 기판들을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 본원에서 용융물은 실리콘인 것으로 설명되고 있지만, 용융물은 게르마늄(germanium), 실리콘 및 게르마늄, 갈륨(gallium), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride), 다른 반도체 재료들, 또는 당업자에게 주지된 다른 재료들을 수용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되는 특정 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1 은 용융물로부터 시트를 분리하는 장치 실시예의 측단면도다. 시트 형성 장치(sheet-forming apparatus)(21)는 용기(16)를 갖는다. 용기(16)는 예를 들어, 텅스텐(tungsten), 붕소 나이트라이드(boron nitride), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 몰리브덴(molybdenum), 흑연(graphite), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 또는 석영(quartz)일 수 있다. 용기(16)는 용융물(10)을 수용하도록 구성된다. 이 용융물(10)은 실리콘일 수 있다. 시트(13)는 용융물(10) 위에서 형성될 것이다. 일 예로서, 시트(13)는 용융물(10)내에서 적어도 부분적으로 부유(float)할 것이다. 도 1 에서 시트(13)은 용융물(10)에서 부유하는 것으로 예시되고 있지만, 시트(13)는 용융물(10)에 적어도 부분적으로 잠길 수 있거나 또는 용융물(10) 상부에 부유할 수 있다. 시트(13)가 위치되는 깊이는 시트(13) 및 용융물(10)의 상대적인 밀도에 부분적으로 기초되고 있다. 일 예로서, 시트(13)의 단지 10% 만이 용융물의 상부위로부터 돌출된다. 용융물(10)은 시트 형성 장치(21)내에서 순환 할 수 있다.
이 용기(16)는 적어도 하나의 채널(17)을 정의한다. 이 채널(17)은 용융물(10)을 담을 수 있도록 구성되고 용융물(10)은 채널(17)의 제 1 지점(18)로부터 제 2 지점(19)로 흐른다. 용융물(10)은 예를 들어, 압력 차이, 중력, 펌프 또는 다른 이송방법들로 인해 흐를 수 있다. 그 다음 용융물(10)은 배수로(spillway)(12) 위로 넘쳐 흐른다. 배수로(12)는 램프(ramp), 둑(weir), 선반(ledge), 작은 댐(dam), 또는 모서리(corner)일 수 있고 도 1 에 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 배수로(12)는 시트(13)가 용융물(10)로부터 분리되게 하는 임의의 형상(shape)일 수 있다.
일 특정 실시예에서, 용기(16)는 약 1685 K 보다 약간 초과하는 온도에서 유지될 수 있다 . 실리콘에 대하여,1685 K 는 동결 온도(freezing temperature )또는 계면 온도(interface temperature)를 나타낸다. 용융물(10)의 동결 온도를 약간 초과하도록 용기(16)의 온도를 유지함으로써, 냉각 판(14)은 용융물(10) 위에서 또는 용융물내에서 시트(13)의 희망하는 동결 레이트(freezing rate)를 획득하기 위해서 복사 냉각(radiation cooling)을 이용하여 기능할 수 있다. 이 특정 실시예에서 냉각 판(14)은 단일 세그먼트 또는 섹션으로 구성되지만, 또한 다수의 세그먼트들 또는 섹션들을 포함할 수 있다. 채널(17)의 하단(bottom)은 용융물(10)의 용융 온도보다 높게 가열될 수 있어서 시트(13)상에서의 구조상 과냉각(constitutional supercooling)또는 덴드라이트(dendrite)의 또는 분기하는 프로젝션(projection)들 형성을 방지하도록 계면에서 용융물(10)내의 작은 수직 온도 구배(vertical temperature gradient)를 생성한다. 그러나, 용기(16)는 용융물(10)의 용융 온도보다 높은 임의의 온도 일 수 있다. 이것은 용융물(10)이 용기(16)상에서 고체화되는 것을 방지한다.
인클로저(enclosure)내에 시트 형성 장치(21)를 적어도 부분적으로 또는 완전히 에워쌈으로써 시트 형성 장치(21)는 용융물(10)의 동결 온도보다 약간 높은 온도에서 유지될 수 있다. 만약 인클로저가 용융물(10)의 동결 온도 보다 높은 온도에서 시트 형성 장치(21)를 유지하면 , 시트 형성 장치(21)를 가열에 대한 요구가 회피되거나 또는 감소될 수 있고 인클로저내 또는 주위의 히터(heater)들은 임의 열 손실을 보상할 수 있다. 이 인클로저는 이방성 전도성(anisotropic conductivity)이면서 등온(isothermal)일 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 히터들은 인클로저 상에 또는 인클로저 내부에 배치되지 않고 오히려 시트 형성 장치(21)내부에 있다. 일 예로서, 용기(16)의 다른 영역들은 용기(16)내에 히터들을 내장하고 멀티-구역 온도 제어를 이용함으로써 상이한 온도들로 가열될 수 있다.
인클로저는 시트 형성 장치(21)가 배치되는 환경을 제어할 수 있다. 특정 실시예에서, 인클로저는 불활성 가스(inert gas)를 수용한다. 이 불활성 가스는 용융물(10)의 동결 온도보다 높게 유지될 수 있다. 불활성 가스는 시트(13)의 형성 동안에 구조상의 불안정(constitutional instability)을 야기할 수 있는 용융물(10)에 용질들의 추가를 감소시킬 수 있다.
냉각 판(14)은 시트(13)가 용융물(10)위에서 형성되는 것을 가능하게 하는 열 추출(heat extraction)을 허용한다. 냉각 판(14)의 온도가 용융물(10)의 동결 온도보다 더 낮게 내려갈때 냉각 판(14)은 시트(13)가 용융물(10) 위에서 또는 용융물 내에서 동결되게 할 수 있다. 이 냉각 판(14)은 복사냉각을 이용할 수 있고 예를 들어, 흑연, 석영, 또는 실리콘 카바이드로 제조될 수 있다. 시트(13)에서 결점(imperfection)들을 방지하기 위해서 용융물(10)에 대한 교란들은 시트(13)가 형성되는 동안 감소될 수 있다. 용융물(10)의 표면 위의 시트(13) 또는 용융물(10) 위에 부유하는 시트(13)를 냉각하는 것은 비교적 큰 시트(13) 추출 레이트를 가지면서 융해 잠열(latent heat of fusion)이 천천히 그리고 넓은 면적에 걸쳐 제거되도록 한다.
용융물(10)위에서 시트(13)가 형성된 후에, 시트(13)는 배수로(12) 를 이용하여 용융물(10)로부터 분리된다. 용융물(10)은 채널(17)의 제 1 지점(18)으로부터 제 2 지점(19)로 흐른다. 시트(13)는 용융물(10)과 함께 흐를 것이다. 이 시트(13)의 이송은 연속적인 모션(motion)일 수 있다. 일 예로서, 시트(13) 는 용융물(10)이 흐르는 대략 동일한 속력에서 흐를 것이다. 따라서, 시트(13)는 용융물(10)에 대하여 정지상태(at rest)에서 형성될 수 있고 이송될 수 있다. 배수로(12)의 형상 또는 배수로(12)의 방위(orientation)는 용융물(10) 또는 시트(13)의 속도 프로파일(velocity profile)을 변화시키기 위해서 변경될 수 있다.
용융물(10)은 배수로(12)에서 시트(13)로부터 분리된다. 일 실시예에서, 용융물(10)의 플로우는 배수로(12)를 넘어 용융물(10)을 이송시키고 적어도 부분적으로, 배수로(12)를 넘어 시트(13)를 이송시킬 수 있다. 외부 응력이 시트(13)에 적용되지 않기 때문에 이것은 시트(13)의 파손을 최소화 또는 방지할 수 있다. 물론, 시트(13)는 또한 견인될 수 있거나 또는 어떤 외력(external force)이 적용될 수 있다.이 특정 실시예에서, 용융물(10)은 시트(13)로부터 떨어져 배수로(12)를 넘어서 흐를 것이다. 시트(13)에 열적 쇼크(thermal shock)를 방지하기 위해서, 냉각은 배수로(12)에 적용되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 배수로(12)에서의 분리는 근사-등온(near-isothermal) 조건들에서 일어난다. 일 실시예에서, 시트(13)는 배수로(12)를 지나서 곧장 나아가는 경향이 있을 수 있다. 이 시트(13)는 어떤 실시예에서 파손(breakage)을 방지하기 위해서 배수로(12)를 건넌 후에 지지될 수 있다.
물론, 냉각 판(14)의 길이에 걸쳐서 상이한 냉각 온도들, 용융물(10)의 상이한 유량들 또는 시트(13)의 견인 속력들, 시트 형성 장치(21)의 다양한 섹션들의 길이, 또는 시트 형성 장치(21)내에서의 타이밍이 프로세스 제어를 위해 사용될 수 있다. 만약 용융물(10)이 실리콘이면, 시트(13)는 시트 형성 장치(21)를 이용하여 다결정질(polycrystalline) 또는 단결정 시트(single crystal sheet)일 수 있다 . 도 1 은 용융물(10)로부터 시트(13)를 형성할 수 있는 시트 형성 장치의 단지 일 예제이다. 수평 시트(13) 성장의 다른 장치들 또는 방법들이 가능하다. 본원에서 설명된 실시예들은 임의의 수평 또는 수직 시트(13)성장 방법 또는 장치에 적용될 수 있다. 따라서, 본원에서 설명된 실시예들은 도 1 의 특정 실시예에 전적으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치의 제 2 실시예의 측단면도이다. 시트 형성 장치(50) 에서, 용융물(13)은 용기(16)에서 수용된다. 냉각 판(14)에 의한 형성후에 시트(13)는 용융물(10)로부터 견인된다. 도 2 에서는 수평이지만, 시트(13)는 또한 용융물(10)에 대하여 어떤 각도에 있을 수 있다. 도 1-2의 실시예들에서 용융물(10)은 시트 형성 장치(21) 또는 시트 형성 장치(50)의 측면들 주위와 같은 시트 형성 장치(21) 또는 시트 형성 장치(50) 주위를 순환할 수 있다. 물론, 용융물(10)은 시트(13)형성 프로세스의 일부 또는 전부 동안에 비유동적(stationary)일 수 있다.
본원에서 개시된 장치들 및 방법들의 실시예들은 큰 열적 구배(thermal gradient)들 또는 추가적인 오염 물질(contaminant)들 없이 용융물(10)을 펌핑하고 용융물(10)로부터 SiO을 제거할 수 있다. 도 3 은 펌프의 제 1 실시예의 측단면도이다. 가스가 유입되고 액체는 가스와 함께 상승된다. 따라서, 기포(bubble)들(27)은 액체인 용융물(10)을 상승시키는 것을 지원한다. 이런 기포들(27) 은 예를 들어, 희가스(noble gas), 질소(nitrogen), 수소(hydrogen), 또는 당업자에게 주지된 다른 종들 일 수 있다. 이 펌프(22)는 “성능 곡선 (performance curve),” 상이한 침수율(submergence ratio)들에 대하여 액체 유량(flow rate) QL 을 가스 유량(flow rate) Qg 에 관련시키는,을 가지고 설명될 수 있다. 이런 성능 곡선은 도 3의 오른쪽에 예시된다.
도 4 는 펌프의 제 1 실시예의 측단면도이다. 펌프에서의 액체 영역(liquid region)(33) 및 기포 영역(bubble region)들(34)에서 용융물(10)은 연속적인 유체(fluid)로서 설명된다는 가정(approximation)이 본원에서 이루어진다. 마찰 영향(frictional effect)들을 무시한 베르누이 방정식(Bernoulli's equation)이 도 4 에서 예시된 세개의 지점들 30, 31, 및 32 에서 적용될 수 있다.
Figure 112012100195968-pct00001
Figure 112012100195968-pct00002
에너지 기준점(standpoint)으로부터, 저장소(23)에서 중력 포텐셜 에너지(gravitational potential energy)는 낮아진 밀도 액체 및 가스와 함께 용융물(10) 플로우의 운동에너지(kinetic energy)가 된다. 액체 및 가스의 밀도는 가스 플로우 및 기포들(27)의 속도에 의존한다. 기포(27) 종단 속도(terminal velocity)는 부력(buoyancy)과 항력(drag)사이의 균형의 결과이다. 사이즈(size)에 의존하는 행위의 몇가지 일정한 형(regime)들이 있다. 이 특정 실시예에 대하여, 기포들(27)의 사이즈는 약 1-5 mm 사이일 수 있고 기포들(27)은 구형 (spherical)일 수 있거나 또는 평평(flatten out)해 질 수 있다. 이것은 기포(27)의 직경(diameter)에 비교적 무관한 기포(27) 종단 속도로 귀결된다. 다음 방정식은 용융물(10)의 액체에 관하여 이 기포(27) 종단 속도를 위한 반 경험적인 관계(semi-empirical relation)를 제공한다 :
Figure 112012100195968-pct00003
도 5 는 어떻게 액체의 밀도 및 가스가 액체의 체적 플로우(volume flow)에 의존하는지를 예시한다. 도 5 에서, 사선 표시(slash mark)들은 기포들 및 용융물, 양자를 갖는 구역(area)을 나타낸다. 액체의 플로우는 QL=uLA 에 의해 나타내어 질 수 있고 여기서 uL는 액체 속도 (liquid velocity)이고 A 는 단면적(cross-sectional area)이다. 시간 간격 dt에 대하여, 기포들 및 액체는 거리 (uL+uB)dt 를 올라가고, 체적 VgL=A(uB+uL)dt를 채운다. Vg=Qgdt 는 가스이고 그리고 VL=A(uB+uL)dt-Qgdt 는 액체이다. 따라서, 가스 및 액체의 평균 밀도(average density )는 (ρgL)이다:
Figure 112012100195968-pct00004
여기서, ρL 는 액체의 밀도이고, ρg 는 가스의 밀도이고, VL 는 액체의 체적이고, 그리고 Vg 는 가스의 체적이다. 연속 방적식(continuity equation)는
Figure 112012100195968-pct00005
에 의해 표시된다.
이것은 기포들의 도입(introduction)에 의한 것과 같은 액체의 밀도가 감소하면 액체 속도는 반드시 증가하여야 한다는 질량 보존 법칙(conservation of mass) 기준으로부터 명시된다. 이것은 기포가 올라감에 따라 액체는 기포들 사이에서 거꾸로 미끌어지지 않는 것을 간주한다. 실제로 이것은 정확하지 않을 수 있어서“슬립 팩터(slip factor)” 가 경험적인 보정(empirical correction)을 하기 위해서 도입된다.
Figure 112012100195968-pct00006
이 방정식들을 함께 놓으면:
Figure 112012100195968-pct00007
이 방정식은 Qg 의 함수로서 QL을 얻기 위해서 (즉, 가스 성능 곡선(gas performance curve)) 주어진 기하학 구조(geometry) 및 기포 속도에 대하여 반복하여 해결될 수 있다. 이 방정식은 물(water)을 이용하는 소규모(small scale)의 가스-리프트 펌프 테스트 스탠드(stand)에 적용된다. 용융된 실리콘으로 작동하는데 어려움이 있기 때문에, 물이 초기 테스트를 위해 사용된다. 기포 슬립 팩터(slip factor)는 액체가 입력 또는 저장소(침수율(submergence ratio))보다 위로 얼마나 높게 상승되어질 필요가 있는지 그리고 기포들이 튜브를 채우는 정도(degree)에 의존할 수 있다. 슬립 팩터는 침수량 (SR : submergence ration)및 “ 기포 충전 율(bubble fill ratio)” bf=(ρL-ρgL)/ρL의 멱함수(power function)로 근사될 수 있다. 따라서, s=SRα(bfß), 여기서 α 및 ß 는 피팅 데이터(fitting data)에 의해 결정된다.
도 6a-b 는 펌프 성능 곡선(pump performance curve)들, α 및 ß에 대한 계산과 실제 데이터의 비교이다. 도 6b의 가스 리프트 펌프 (Waterworks)그래프는 물을 이용하는 실제 데이터를 예시하는 반면 도 6a 의 가스 리프트는 예측된 결과들을 나타낸다. 실험들은 3 mm 의 외경(outer diameter) 및 봉쇄된 끝단 근처의 측면들상에 천공된 0.2 mm 홀(hole)들을 갖는 동심원 공기 파이프(concentric air pip) (도 3에 유사한)을 통하여 하단 근처에서 주입된 공기와 L=5.4 cm 를 갖는 튜브를 이용하여 수행되었다. 저장소 Hs 의 깊이는 침수율(submergence ratio)을 변화시키기 위해 달라진다. 위의 방적식에 따라 기포 속도는 0.23 m/s 로 주어진다. 도 6 에서 예시된 바와 같이 0.5의 α 및 2의 ß 를 이용하는 것이 실험 데이터에 대하여 최적의 피트(fit)를 산출한다.
가스-리프트 펌프는 용융 실리콘 또는 높은 온도들에 있을 수 있는 다른 액체 용융물들로 이용될 수 있다.물의 밀도 (ρ)는 1 g/cm3 이나 실리콘의 밀도는 2.53 g/cm3 이다. 물의 표면 장력 (σ)은 72 dynes/cm이나, 실리콘의 표면 장력은 720 dynes/cm이다.물의 역학 점도(dynamic viscosity)(μ)는 0.89E-3 Ns/m2 이나 , 실리콘의 역학 점도는 0.78E-3 Ns/m2이다. 위의 방정식과 관련하여, 부력(buoyancy)과 관성력(inertia)사이의 균형 때문에 액체의 밀도는 계산에 영향을 미치지 않을 수 있다. 그래서 실리콘은 물보다 2.5배 더 큰 밀도를 가지지만, 실리콘에서의 기포는 물에서의 동일한 기포보다 2.5배 더 뜰 것이다. 실리콘과 물의 점도(viscosity)는 비슷하지만 점도는 계산들에서 영향을 미치지 않을 수 있다. 펌핑 성능(pumping performance)은 간접적으로는 슬립 팩터 s 를 통하여 뿐만 아니라 기포 속도 uB를 통한 표면 장력(surface tension)에 의존한다. 그러나 기포 속도는 단지 (σ/ρ)^0.25에 의존하고, 그것은 물보다 실리콘에서 약 1.4 배 더 크다.
파이프에서 물에 잠긴 홀(hole)로부터 부상하는 기포의 사이즈는 위쪽으로 떠오르는 기포의 부력에 의해 균형이 이루어진, 홀에서의 기포의 표면 장력 응착력(surface tension adherence)을 고려함으로써 추정될 수 있다. 도 7 은 표면 장력 및 밀도에 기초한 기포 사이즈의 의존성(dependence)을 예시한다. 도 7를 기초로, 기포(27) 의 사이즈는 (σ/ρ)^0.33 에 의존하고, 그래서 실리콘에서 아르곤에 대한 기포 사이즈는 물보다 실리콘에 대하여 약 1.6 배 더 크다. 따라서 실리콘의 표면 장력이 물보다 더 큰 자릿수( order of magnitude)일지라도, 기포 속도 및 사이즈에 대한 영향들은 거의 크지 않다.
도 8 은 두개의 상이한 가스-리프트 사이즈들에 대하여 실리콘 및 물을 위한 예측된 펌프 성능을 비교한다. 가스-리프트 펌프들은 1.4 cm 및 5.4 cm : 두개의 길이들이었다. 물 모델(model)들을 이용한 결과들은 가스-리프트 펌프로 실리콘을 펌핑하는 것이 물과 비교되어 유사한 성능으로 적합한 것을 입증한다.
실리콘 용융물과 함께 아르곤 또는 다른 희가스들을 이용하는 가스-리프트 펌프들과 같은 펌프들은 용융물로부터 SiO를 제거(purge)할 수 있다. 도 9 는 소스를 묘사하고 실리콘 용융물에서 SiO을 펌핑하는 흐름도이다. 일 실시예에서 SiO는 실리콘 용융물을 수용하는 석영 도가니 또는 용기(vessel)의 결과이다. 예를 들어, LID를 초래하는, 솔라 셀에서의 산소의 존재때문에 산소의 제거는 추가된 장점이다. 도 9에서 보여지는 바와 같이, SiO는 석영 도가니 또는 용기의 용해 때문에 용융물에 진입한다. 용융물에서 SiO의 정상상태 농도는 석영 도가니 또는 용기의 용해 (도가니 또는 용기의 젖은 면적 Ad에 비례)및 기화 레이트(evaporation rate)(아르곤에 노출된 표면적 Ae 비례)사이에서 균형이 맞추어진다. SiO 농도는 Ad/Ae 면적들의 비율에 비례한다. 용융물을 통해 아르곤 기포들을 통과시키는 것은 이 비율을 감소시키고, 따라서, 용융물에서 SiO의 농도를 줄이는 것이다.
도 10 은 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 1 실시예의 측단면도이다. 여기서, 시트(13)는 배수로(12)를 넘어간 후에 용융물(10)로부터 수평적으로 견인 또는 제거된다. 시트(13)와 용융물(10)사이에 형성된 메니스커스는 시트(13)로부터의 분리 지점에서 배수로(12)를 넘어 용융물(10)을 흘림으로써 안정화된다. 배수로(12)를 넘어가는 용융물(10)에서의 낙하물(drop)이 이 메니스커스를 안정화시키기 위해서 용융물(10)에 낮춰진 압력을 제공한다. 용융물(10)은 채널(17)및 냉각 판(14)아래로 지나가거나 또는 채널(17)의 측면들 주위로 지나가는 회귀로(return)를 이용하여 지점(35)로부터 지점(36)으로 되돌려 흐를 수 있다. 회귀로의 부분은 냉각 판(14) 아래 구역보다 낮을 수 있다 . 배플(baffle)(51)이 용융물(10)에 배치된다.
배수로(12) 를 넘어 통과한 후에 지점(35)로부터 지점(36) 또는 배플(51) 근처와 같은 배수로(12) 및 냉각판(14)의 상류(upstream) 레벨로 되돌리기 위해 어떤 리프트 또는 헤드(head)가 요구될 수 있다. 가스-리프트 펌프일 수 있는 펌프(22)는 약 5cm보다 큰 제 1 도관(conduit)(43)를 이용하여 일 예로서 약 1 cm보다 큰 헤드를 생산하도록 구성될 수 있다. 도 10 에 예시된 바와 같이, 펌프(22)는 제 1 높이로부터 제 2 높이로 높이(37)의 리프트(lift)를 야기한다.
펌프(22)는 석영으로 제조된 부분들을 갖을 수 있다. 이 특정 실시예에서,펌프(22)는 가스 소스(42)를 갖고 제 1 도관을 갖는 유체 통로(fluid communication) 안에 그리고 유체 통로에 연결된다. 제 1 도관(43)은 가스 소스(42)로부터 가스의 플로우(flow)를 허용하도록 구성된다. 제 1 도관(43)은 제 2 도관(44)를 갖는 유체 통로내에 있다. 제 2 도관(44)은 용융물(10) 및 기포들(27)들을 수용하도록 구성된다. 따라서,제 2 도관(44)의 일단은 용융물(10)에 대한 회귀로(return)로 연결되고 제 2 도관(44)의 타단(other end)은 채널(17)및 시트(13)가 냉각 또는 형성되는 구역(예, 동결 구역)또는 지점 35에 연결된다. 가스 소스(42) 는 지점 (36)으로부터 용융물(10)을 상승시키도록 구성된다.
도 11은 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 2 실시예 측단면도이다. 이 실시예에서, 가스 제트(gas jet)(26)와 같은 가스 충돌(gas impingement)은 도가니의 벽에 메니스커스를 고정시키고 이 메니스커스를 안정화시키는 다른 압력을 제공하는데 사용될 수 있다. 펌프(22)는 침수량(submergence ration) SR=1로 동작하고 용융물(10)은 요구되는 헤드(head)없이 흐른다. 따라서, 펌프(22)는 약 1cm로 짧아질 수 있다. 펌프(22)는 배수로(12)를 포함하는 플로우 분리대(divider)(24)내에 통합될 수 있다. 이 실시예는 용융물(10)을 위한 회귀로(returen)(27)를 포함한다. 본원에서의 다른 실시예는 또한 이런 회귀로(27)를 포함할 수 있다. 이 회귀로(27)는 플로우 분리대(24) 아래에 예시되었지만, 또한 장치의 측면에 있을 수 있다.
도 12 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 3 실시예의 측단면도이다. 이 실시예 낮은 각도 실리콘 시트 방법 (LASS : low angle silicon sheet method)을 이용한다. 낮은 각도에서 시트(13)를 위쪽으로 견인함으로서 따라서 시트(13) 및 메니스커스 또는 용융물(10)사이의 분리지점에서 네거티브 유체 정압(negative hydrostatic pressure)을 제공함으로써 메니스커스의 안정화가 제공된다. 고체 시트(13)에 의해 거부된 용질(solute)들은 플러싱 될 수 있고 구조상 과냉각이 회피될 수 있다. 열적 대류(thermal convection)를 생성하기 위해서 큰 열적 구배들이 요구되기 때문에 헬륨 가스 냉각이 필요로 될 수 있다. 시트(13)내에서의 큰 열 추출(heat extraction)및 열적 구배들은 시트에서 전위(dislocation)들을 야기할 수 있다. 이런 구배들은 펌프(22)의 사용을 통하여 회피 또는 감소될 수 있다. 펌프(22)는 열적 구배들 없이 용융물(10) 대류를 제공한다. 회귀로(return)(27)는 용융물(10)을 펌프(22)로 되돌릴 수 있게 한다.
다른 예에서, 시트(13)의 탄력성(elasticity)과 부력(buoyancy)이 그것을 수평 방식에서 용융물(10)로부터 제거되게 하는 것을 가능하게 한다. 그 다음 시트(13)는 지지 구조 위쪽으로 기울여지거나 또는 구부러질 수 있다. 이런 예에서 펌프(22)는 용융물(10)을 흐르게 하기 위해 사용될 수 있다.
펌프들은 또한 초크랄스키 (Cz)프로세스에 적용될 수 있다. 산소 펌핑 또는 제거 특징부(removal feature)는 Cz 부울(boule)들을 생산하기 위해서 이용되는 석영 도가니들로부터 생성되는 SiO를 제거할 수 있다. 플로우의 단지 작은 양만이 용질의 집적(build-up)을 방지하는데 충분한 순환(circulation)을 생성하는데 필요되기 때문에 펌프(22)는 완전히 잠길 수 있다(예, SR=1). 일 실시예에서, 용융물내에서 부울(boule)을 둘러싸는 가스 파이프들의 어레이(array)가 충분할 수 있다. 이 예에서, 외부 튜브들이 가스-리프트 펌프상에 필요로 되지 않을 수 있다. 부울이 결정질화되면서 도가니에서 레벨이 더 낮아진다. 도 13은 초크랄스키 프로세싱에 대한 펌프 실시예의 측단면도이다. 부울(25)은 용융물(10)로부터 제거되고 그리고 용융물(10)은 펌프(22)를 이용하여 순환된다. 만약 용융물 보충(replenishment)시스템이 사용되고 용융물 레벨이 일정하게 유지되면, 튜브(tube)들이 펌프(22)들과 함께 사용될 수 있고, 그것은 펌핑 레이트들을 증가시킬 수 있다.
도 14는 용융물로부터 시트를 분리시키는 장치로 펌프의 제 4 실시예의 측단면도이다. 이 예제에서 펌프(22)는 용융물(10)을 움직이게(motivate)한다. 예를 들어,도 10에서 보여지는 것처럼 제 1 높이로부터 제 2 높이로 용융물(10)을 리프트하기기 보다는, 펌프(22)는 가스 주입을 통하여 용융물(10)의 흐름을 단순히 유도한다. 기포들은 용융물(10)에 수평적으로 주입될 수 있다. 일 예에서 이것은 높은 압력에서 수행될 수 있다. 기포들은 용융물(10)의 수직 상승 또는 리프팅없이 수평적으로 용융물(10)을 인트랩(entrap)시키고 그리고 움직이게(motivate) 할 것이다. 따라서, 용융물(10)은 거의 수평하게 유지된다. 펌프(22)는 가스 소스를 포함하거나 또는 가스 소스에 연결될 수 있다. 이 시스템은 용융물(10)의 플로우에 영향을 미치는 제 1 배플(baffle)(38) 및 제 2 배플(39)을 포함한다. 용융물(10)은 채널(17)아래의 펌프(22)로 또는 채널들(17)의 측면들로 되돌아 갈 수 있다.
도 15 는 용융물로부터 시트를 분리하는 장치로 펌프의 제 5 실시예의 측단면도이다. 이 실시예에서 펌프(22)는 제 1 높이로부터 제 2 높이로 용융물(10)을 상승시킬 수 있다. 배플들(40, 41)은 균일한 층류 (laminar flow)를 잠재적으로 보장하기 위해서 용융물(10)의 압축(constriction) 및 확장(expansion)을 제공할 수 있다. 용융물(10)은 채널(17)의 아래 펌프(22)로 돌아가거나 또는 채널(17)의 측면들로 되돌아 갈 수 있다.
본원에서 개시된 실시예들은 다수의 장점들을 갖는다. 가스-리프트 펌프와 같은 펌프로부터 기포(bubble)들은 용융물을 상승시키거나 용융물에 모멘텀(momentum)을 제공할 수 있다. 펌프(22)의 이용은 용융물(10)에 움직이는 부분들을 필요로 하지 않을 수 있다. 이것은 신뢰성(reliability)을 증가시키고 그리고 잠재적 오염(contamination)을 감소시킨다. 게다가, 산소의 제거는 솔라 셀들을 만드는데 이용되는 시트들(13)의 제조를 위한 장점들을 제공한다. 용질들은 결정질화(crystallization) 앞단에서 제거 될 수 있고 열적 대류를 위해 요구되는 높은 온도 구배(temperture gradient)들을 도입함이 없이 구조적 과냉각(constitutional supercooling)는 방지될 수 있다. 따라서, 결정상의 응력(stress)는 감소되고 그리고 더 작은 전위들이 형성될 수 있다. 본원에서 개시된 펌핑은 고온(high-temperature)시스템에서 사용될 수 있고 더 균일한 플로우를 제공할 수 있다.
본 발명은 본원에서 설명된 특정 실시예들에 의한 범위에 제한되지 않는다. 실제로, 본원에서 설명된 것들에 추가하여 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 변형예들이 앞에서의 설명 및 첨부한 도면들로부터 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 이런 다른 실시예들 및 변형예들은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 의도된다. 더욱이 , 비록 본 발명은 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 상황에서 설명되었지만, 당업자들은 그것의 유용성이 거기에 한정되지 않고 여러 많은 목적들을 위한 여러 많은 환경들에서 이롭게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 기재된 청구항들은 본원에서 설명된 바의 본 발명의 충분한 폭(breadth)과 사상(spirit)을 고려해서 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 시트 생산 장치에 있어서,
    재료(material)의 용융물(melt)을 담을 수 있도록 구성된 용기(vessel), 상기 용기는 동결 구역에 대응하는 채널을 갖는, 상기 용기;
    상기 용융물에 근접하게 배치된 냉각판(cooling plate)으로서, 상기 냉각판은 상기 동결 구역에 상기 용융물 위에서 상기 재료의 시트(sheet)를 형성하도록 구성되는, 상기 냉각판;
    상기 용융물을 담도록 구성된 회귀로(return)로서, 상기 회귀로의 제 1 단은 용융물 플로우 방향(flow direction)에서 상기 채널의 다운스트림에 연결되고, 상기 회귀로의 제 2 단은 펌프 근처에 연결되되, 상기 펌프는 가스 소스 및 상기 가스 소스를 갖는 유체 통로(fluid communication)에 도관(conduit)을 포함하고, 상기 도관의 일단은 상기 회귀로에 연결되고 상기 도관의 타단은 상기 동결 구역에 연결되며, 상기 가스 소스는 상기 회귀로로부터 상기 동결 구역으로 상기 용융물을 상승시키도록 구성되는, 상기 회귀로;
    부분적으로 상기 용융물 안에 그리고 부분적으로 상기 용융물 밖에 배치된 제 1 배플(baffle)로서, 상기 용융물 플로우 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판 사이에 배치된, 상기 제 1 배플; 및
    상기 채널의 표면상에 상기 용융물안에 배치된 제 2 배플로서, 상기 2 배플은 상기 제 1 배플쪽으로 상기 용융물안으로 상기 채널의 상기 표면으로부터 위쪽으로 연장된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 용융물 플로우 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판사이에 상기 제 1 배플 근처에 배치되는, 상기 제 2 배플;을 포함하는, 시트 생산 장치.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 재료는 실리콘(silicon)또는 실리콘 및 게르마늄(germanium)인, 시트 생산 장치.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 가스 소스는 상기 도관에서 기포(bubble)들을 형성하고, 상기 기포들은 상기 도관내에서 올라가도록 구성된, 시트 생산 장치.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 펌프는 상기 동결 구역에서 상기 용융물의 수평 모션(horizontal motion)을 야기하도록 구성되는, 시트 생산 장치.
  5. 청구항 1 에 있어서,
    상기 도관은 석영(quartz)으로 제조되는, 시트 생산 장치.
  6. 시트 생산 장치에 있어서,
    재료의 용융물을 담을 수 있도록 구성된 용기(vessel);
    상기 용융물에 근접하게 배치된 냉각판(cooling plate)으로서, 상기 냉각판은 상기 용융물 위에서 상기 재료의 시트를 형성하도록 구성된, 상기 냉각판;
    가스 소스를 포함하는 펌프로서, 상기 가스 소스는 상기 용기내에 위치된 출구(outlet)를 가져서 가스가 상기 용융물의 표면에 평행한 방향으로 상기 용융물내에 주입됨으로써 상기 가스가 상기 용융물의 수평 모션(horizontal motion)을 야기하는, 상기 펌프;
    부분적으로 상기 용융물 안에 그리고 부분적으로 상기 용융물 밖에 배치된 제 1 배플(baffle)로서, 상기 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판 사이에 배치된, 상기 제 1 배플; 및
    상기 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판 사이에 상기 용기의 바닥 표면상에 상기 용융물 안에 배치된 제 2 배플로서, 상기 2 배플은 상기 제 1 배플쪽으로 상기 용융물안으로 상기 용기의 상기 바닥 표면으로부터 위쪽으로 연장되고, 상기 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판사이에 상기 제 1 배플 근처에 배치된 돌출부(protrusion)을 갖는, 상기 제 2 배플;을 포함하는, 시트 생산 장치.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 재료는 실리콘 또는 실리콘 및 게르마늄인, 시트 생산 장치.
  8. 청구항 6 에 있어서,
    상기 용융물의 레벨은 상기 냉각판 근처에서와 상기 펌프 근처에서 동일한, 시트 생산 장치.
  9. 청구항 6 에 있어서,
    상기 용융물을 담을 수 있도록 구성된 회귀로(return)를 더 포함하고, 상기 회귀로는 상기 냉각판의 다운스트림(downstream)과 상기 펌프의 업스트림(upstream)에 연결된, 시트 생산 장치.
  10. 청구항 9 에 있어서,
    상기 용융물의 레벨은 상기 펌프 근처, 상기 냉각판 근처 그리고 상기 회귀로에서 동일한, 시트 생산 장치.
  11. 시트 생산 방법에 있어서,
    재료의 용융물에, 상기 재료의 표면에 평행한 방향으로 가스를 주입하는 단계;
    상기 가스로 상기 용융물을 움직이는 단계로서, 상기 가스의 기포들이 상기 용융물에 모멘텀(momentum)을 제공하여 상기 용융물이 제 1 배플과 제 2 배플을 지나 이동되고, 상기 제 1 배플은 부분적으로 상기 용융물 안에 그리고 부분적으로 상기 용융물 밖에 배치되고, 상기 제 1 배플은 상기 방향을 따라서 펌프와 냉각판 사이에 배치되고, 상기 제 2 배플은 상기 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판 사이에 용기의 바닥 표면상에 상기 용융물 안에 배치되고, 상기 2 배플은 상기 제 1 배플쪽으로 상기 용융물안으로 상기 용기의 상기 바닥 표면으로부터 위쪽으로 연장되고, 상기 방향을 따라서 상기 펌프와 상기 냉각판사이에 상기 제 1 배플 근처에 배치된 돌출부(protrusion)을 갖는, 상기 움직이는 단계;
    상기 용융물 위에서 상기 재료의 시트를 동결하는 단계; 및
    상기 용융물로부터 상기 시트를 제거하는 단계;를 포함하는, 시트 생산 방법.
  12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 가스는 희가스, 질소 및 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 시트 생산 방법.
  13. 청구항 11 에 있어서,
    상기 시트 및 상기 용융물은 동일한 속력으로 이동하는, 시트 생산 방법.
  14. 청구항 11 에 있어서,
    상기 재료는 실리콘(silicon) 또는 실리콘 및 게르마늄(germanium)인, 시트 생산 방법.
  15. 청구항 11 에 있어서,
    상기 움직이는 단계는 상기 용융물을 제 1 높이로부터 제 2 높이로 상승되도록 하는, 시트 생산 방법.
  16. 청구항 11 에 있어서,
    상기 가스는 아르곤이며 상기 용융물에서 산소의 함유량(content)를 낮추는 단계를 더 포함하는, 시트 생산 방법.
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