KR20100123745A - 순수 또는 도핑된 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법 - Google Patents

순수 또는 도핑된 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 물질 및 그들로 형성된 광전지 셀들(photovoltaic cells)을 만드는데 유용할 수 있는 반도체 물질의 제품과 같은 반도체 물질 제품의 제조방법에 관한 것이다.

Description

순수 또는 도핑된 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법{METHODS OF MAKING AN UNSUPPORTED ARTICLE OF PURE OR DOPED SEMICONDUCTING MATERIAL}
본 출원은 2008년 2월 29일의 미국 가 특허 출원 제 61/067,679 호, "METHOD OF MAKING AN UNSUPPORTED ARTICLE OF A PURE OR DOPED SEMICONDUCTING ELEMENT OR ALLOY"의 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 반도체 물질 및 그것들로 형성된 광전지 셀들(photovoltaic cells)을 만드는데 유용할 수 있는 반도체 물질의 제품과 같은 반도체 물질의 비지지 제품의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 물질은 많은 분야에서 사용되고 있다. 예를 들면, 반도체 물질은 반도체 웨이퍼(wafer) 상에 형성된 프로세서(processor)로서 전자 제품에서 사용될 수 있다. 추가 예로서, 반도체 물질은 또한 광전지 효과를 통해 전기적 에너지로 태양 복사(solar radiation)를 전환하기 위해 사용될 수 있다.
실리콘-계 광전지 셀들로서, 실리콘은 예를 들면 기판상에 상기 실리콘을 형성하는 것에 의해 비지지 시트 또는 지지로서 형성될 수 있다. 실리콘 시트와 같은 반도체 물질의 비지지 또는 지지 제품을 제조하기 위한 일반적 방법은 여러 단점이 있다.
예를 들어, 일체(integral)의 기판 없이 비지지 얇은 반도체 물질 시트를 제조하는 방법은 상기 반도체 물질 공급재료(feedstock)가 늦거나 불필요할 수 있다. 예를 들면 단-결정 및 다결정(polycrystalline) 실리콘 잉곳(ingot)과 같은 반도체 물질의 벌크 성장은 일반적으로 얇은 시트로 연속적 슬라이싱(slicing), 물질, 예를 들어 와이어-절단(wire-sawing)으로부터 대략 50% kerf 너비의 손실 유도를 포함한다. 리본(Ribbon) 성장 기술은 슬라이싱 때문에 물질의 손실을 극복할 수 있지만, 예를 들면 다결정 실리콘 리본 성장 기술을 위한 1-2 cm/min와 같이 느릴 수 있다.
지지 반도체 물질 시트는 보다 비싸지 않게 제조될 수 있으나, 상기 얇은 반도체 물질 시트는 그것이 제조되는 기판에 의해 제한될 수 있고, 상기 기판은 상충될 수 있는 다양한 공정 및 적용 요건을 만족해야 한다.
따라서, 반도체 물질의 제품을 제조하는 방법을 위한 산업에서 물질의 낭비를 감소 및/또는 생산의 속도 증가를 오랫동안 느껴온 필요가 있는 것이다.
다양한 실시예들에 따라 본 발명의 구체예는 온도 TMold에서 몰드(mold)를 제공하는 단계, 벌크 온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고, 선택적으로 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계, 상기 몰드의 외부표면 위에 반도체 물질의 고체층을 형성하기 위해 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에 상기 몰드를 침지시키는(immersing) 단계, 상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는(withdrawing) 단계 및 상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 고체층을 분리하는 단계를 포함하는 반도체 물질의 제품을 제조하는 방법들이 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 구체예는 온도 TMold에서 몰드를 제공하는 단계, 벌크 온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고, 선택적으로 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계, 상기 몰드의 외부표면 위에 반도체 물질의 고체층을 형성하기 위해 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지시키는 단계, 여기서 상기 몰드의 상기 온도는 상기 용융 반도체 물질의 상기 온도에 의해서만 변형되며, 상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는 단계, 및 상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 층을 분리하는 단계를 포함하는 반도체 물질의 제품을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
본 발명의 다른 바람직한 구체예는 온도 TMold에서 몰드를 제공하는 단계, 벌크 온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고, 선택적으로 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계, 상기 몰드의 외부표면 위에 형성하고 재용융(remelt)하기 시작하기 위한 반도체 물질의 고체층을 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지시키는 단계, 상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는 단계, 상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기층을 분리하는 단계를 포함하는 반도체 물질 제품의 두께를 조절하는 방법들에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 구체예는 또한 온도 TMold에서 몰드를 제공하는 단계, 벌크 온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고, 선택적으로 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계, 상기 몰드의 외부표면 위에 형성하기 위해 반도체 물질의 고체층을 위하여 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지시키는 단계, 상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는 단계, 및 상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 층들을 분리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성된 반도체 물질의 제품에 관한 것이다.
본 발명의 추가적 바람직한 구체예는 반도체 물질의 제품을 형성하기 위한 몰드에 관한 것이고, 상기 몰드는 외부표면 및 상기 외부표면의 입자들을 포함하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법들은 적어도 어느 구체예에서 물질의 낭비를 감소 및/또는 상기 반도체 물질의 생산 속도를 증가시킬 수 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "반도체 물질(semiconducting material)"은 예를 들면 실리콘, 게르마늄, 주석, 및 갈륨 비소, 뿐만 아니라 합금, 화합물 및 그들의 혼합물과 같은 반도체 성질을 나타내는 물질을 포함한다. 다양한 구체예에서, 상기 반도체 물질은 순수 (예를 들면, 본질적이거나 또는 i-타입 실리콘과 같은) 또는 도핑된 (예를 들면, 인 또는 붕소, 각각과 같은 n-타입 또는 p-타입 도펀트(dopant)를 포함하는 실리콘) 것일 수 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "반도체 물질의 제품(article of semiconducting material)은 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 반도체 물질의 어느 모양 또는 형상을 포함한다. 그러한 제품의 예들은 부드럽거나 텍스처된(textured) 제품을 포함한다; 평평하거나, 커브되거나, 구부러지거나, 혹은 각이 있는 제품; 및 대칭 또는 비대칭인 제품. 반도체 물질의 제품은 예를 들면 시트 혹은 튜브와 같은 형상을 포함할 수 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "비지지(unsupported)"는 반도체 물질의 제품이 몰드로 완전히 되지 않는 것을 의미한다. 비지지 제품은 그것이 형성되는 동안 몰드에 느슨하게(loosely) 연결될 수 있으나, 그것이 몰드를 넘어 형성된 후에 상기 몰드로부터 분리된다. 비지지 제품은 그러나 광전지 적용과 같은 다양한 적용들을 위해 기판상에 연속적으로 적용될 수 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "몰드(mold)"는 반도체 물질 제품의 마지막 모양에 영향을 미칠 수 있다. 용융 또는 고형화(solidified) 반도체 물질은 비록 접촉이 상기 몰드의 표면과 상기 용융이나 고형화 반도체 물질 사이에 일어날 수 있음에도 불구하고 실제로 여기에 개시된 방법에서 상기 몰드의 표면을 물리적으로 접촉할 필요가 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "몰드의 외부표면(external surface of the mold)"은 침지상에 용융 반도체 물질로 노출될 수도 있는 상기 몰드의 표면을 의미한다. 예를 들면, 튜브-모양 몰드의 상기 내부 표면은 만일 상기 내부 표면이 상기 몰드가 침지될 때 용융 반도체 물질을 접촉할 수 있다면 외부표면일 수 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "상기 몰드의 외부표면을 넘어 반도체 물질의 고체층 형성(form a solid layer of semiconducting material over an external surface of the mold)" 및 이들의 변형은 상기 몰드의 외부표면 상(on), 위에(over), 또는 근처에(near) 고형화 (또는 여기서 결빙(freezing) 또는 결정화를 일컫는) 상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질을 의미한다. 상기 몰드의 외부표면을 넘어 반도체 물질의 고체층 형성은 어느 구체예에서 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 입자의 층 상에 반도체 물질 고형화를 포함할 수도 있다. 다양한 구체예에서, 몰드 및 용융 반도체 물질 사이의 온도 차이 때문에, 반도체 물질은 그것이 물리적으로 몰드의 외부표면을 접촉하기 전에 고형화될 수 있다. 그것이 물리적으로 몰드와 접촉하기 전에 상기 반도체 물질이 고형화될 때, 상기 고형화 반도체 물질은 어느 구체예에서 실질적으로 몰드 또는 몰드와 코팅하는 입자와 물리적 접촉이 될 수도 있다. 반도체 물질은 어느 구체예에서 또한 물리적으로 몰드의 외부표면을 접촉한 후에 고형화되거나 또는 만일 존재한다면 몰드의 외부표면을 코팅한 입자를 고형화할 수도 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "증가된 생산 속도(increased rate of production)" 및 이들의 변형은 리본(ribbon) 성장 방법과 같은 반도체 물질의 생산을 위한 일반적 방법에 관한 반도체 물질 제품 생산의 속도에서 어느 증가를 포함한다. 예를 들면, 증가된 생산 속도는 1-2 cm/min 이상의 어느 속도일 수 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "감소된 물질 낭비(reduced material waste)" 및 이들의 변형은 다음의 반도체 물질 제품 생산의 슬라이싱(slicing) 또는 커팅 을 사용한 일반적 방법을 통한 반도체 물질 손실의 양에서 어느 감소를 의미한다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "결정(crystalline)"은 예를 들면, 단결정 및 다결정 반도체 물질을 포함하는 결정 구조를 포함하는 어느 물질을 의미한다.
여기서 사용된 것으로, 용어 "다결정(multicrystalline)"은 결정 입자의 다수를 포함하는 어느 물질을 포함한다. 예를 들면, 다결정 물질은 폴리결정(polycrystalline), 미세결정(microcrystalline), 및 나노결정(nanocrystalline) 물질을 포함할 수도 있다.
여기서 사용된 것으로, 용어, "용융 반도체 물질의 온도(temperature of the molten semiconducting material)", "용융 반도체 물질의 벌크 온도(bulk temperature of the molten semiconducting material)", 및 이들의 변형은 적절한 용기(vessel) 내에 포함된 용융 반도체 물질의 평균 온도를 의미한다. 용융 반도체 물질 내의 국부적(Localized) 온도는 예를 들면, 몰드가 침지될 때 몰드에 가장 가까운 용융 반도체 물질, 또는 용기의 탑(top) 표면 분위기 조건에 노출된 용융 반도체 물질의 영역과 같은 시점에 어느 포인트에서 다양할 수도 있다. 다양한 구체예에서, 용융 반도체 물질의 평균 온도는 실질적으로 어느 국부적 온도 변화에도 불구하고 단일하다.
여기에 개시된 바와 같이, 본 발명은 반도체 물질의 제품을 제조하는 방법 및 이로 인해 형성된 반도체 물질 제품에 관한 것이다. 후술하는 개시에서, 어떤 측면 및 구체예들은 명백하게 될 것이다. 본 발명은 가장 넓은 의미에서 이 측면들 및 구체예들의 하나 이상의 특징들을 가지지 않고 실행되는 것으로 이해되어야 한다. 이 측면들 및 구체예들은 단지 구체예나 설명적인 것이고, 주장되는 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니라고 이해되어야 한다.
하기에 개시되고 본 명세서의 부분으로 통합되고 구성되는 이하 도면은 본 발명의 바람직한 구체예를 설명하며, 본 발명이 다른 동일한 효과의 구체예를 인정할 수도 있으므로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니라고 이해되어야 한다. 도면이 반드시 확대되어야 하는 것은 아니며, 어떤 특징 및 어떤 도면의 도시는 명확성과 간결성의 관점에서 크기 및 도식적으로 확대되어 보여질 수도 있다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따라 반도체 물질의 비지지 제품 제조의 바람직한 방법의 도식적 설명이다;
도 2는 본 발명의 구체예에 따라 다양한 몰드 두께를 위한 침지의 시간에서 몰드 온도 및 실리콘의 최대 두께 사이의 관계를 설명하는 그래프이다;
도 3은 본 발명의 바람직한 방법에 따라 제조된 비지지 실리콘 제품의 사진이다;
도 4는 본 발명의 바람직한 방법에 따라 제조된 비지지 실리콘 제품의 사진이다;
도 5는 본 발명의 구체예에 따라 용융 실리콘에서 몰드의 침지 시간 및 몰드 상에 형성된 고체 실리콘층의 두께 사이의 관계를 설명하는 그래프이다;
도 6은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 형성된 비지지 실리콘 제품의 사진이다;
도 7은 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 형성된 비지지 실리콘 제품의 사진이다;
도 8 및 9는 본 발명에 따라 바람직한 방법에 의해 형성된 평평한 비지지 실리콘 제품의 앞면 및 뒷면 각각의 사진이다;
도 10은 본 발명의 바람직한 구체예에서 사용된 관모양의 외부표면을 가진 몰드를 보여준다;
도 11은 도 10에서 보여진 것과 같은 몰드를 사용한 본 발명의 바람직한 구체예에 따라 형성된 비지지 실리콘 제품의 사진이다;
도 12 및 13은 본 발명의 바람직한 방법에 따라 사용된 바람직하게 텍스처된(textured) 몰드를 보여준다;
도 14 및 15는 도 12 및 13, 각각에서 보여진 것과 같은 몰드를 사용한 본 발명의 바람직한 방법에 의해 형성된 비지지 실리콘 제품의 사진이다;
도 16은 본 발명의 구체예에 따라 입자-코팅된 몰드의 현미경 사진이다;
도 17은 도 16에서 보여진 입자 코팅된 몰드의 측면을 보여주는 현미경 사진이다;
도 18은 용융 반도체 물질로부터 빼내지는 속도의 기능으로서 용융 반도체 물질의 드래그(drag)층 두께를 설명하는 그래프이다; 그리고
도 19는 용융 반도체 물질에서 침지될 때 바람직한 몰드의 침지 각도의 도식적 묘사이다.
전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 단지 설명적인 구체예일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 구체예는 여기서 개시된 본 발명의 구체화 및 설명에 의해 당업자에게 명확해질 것이다.
도 1은 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 구체적 방법을 설명한다. 구체적 방법은 단지 몰드 캐비티(cavity)를 채우는 것보다 몰드의 외부표면과 같은 표면상에 제품을 캐스트(cast)하는 엑소캐스팅(exocasting) 공정이다. 도 1에서 보여지는 구체적 방법에서, 몰드(100)는 바람직한 크기 (표면 영역), 모양, 및 표면 텍스처/패턴의 외부표면 (102)을 가진 것으로 제공된다. 몰드(100)의 외부표면 (102)의 표면 영역, 모양, 및 표면 텍스처/패턴은 캐스트(cast) 제품의 크기, 모양, 및 표면 텍스처/패턴을 결정한다. 이 분야의 당업자는 예를 들면, 캐스트 제품의 바람직한 성질 및 특징에 기반하여 선택될 수 있는 몰드(100)의 외부표면 (102)의 크기, 모양, 및 표면 텍스처/패턴을 인식한다.
예를 들면 용융 실리콘과 같은 용융 반도체 물질 (104)은 실리콘과 선택적으로 반응하지 않을 수도 있는 크루서블 (crucible) (106)과 같은 용기에서 실리콘을 용해하는 것에 의해 제공되는 적어도 하나의 구체예일 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 용융 반도체 물질 (104)은 낮은 오염원(contaminant) 수준을 가질 수도 있다. 예를 들면, 용융 반도체 물질 (104)은 아이언, 망간, 및 크롬 1 ppm 이하, 및/또는 바나듐, 티타늄, 및 지르코늄 1 ppb 이하를 포함할 수도 있다. 용융 반도체 물질 (104)은 또한 질소 1015 atoms/cm3 이하 및/또는 탄소 1017 atoms/cm3 이하를 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질의 원료(source)는 광기전급(photovoltaic-grade) 또는 더욱 순수한 실리콘일 수도 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 구체예에서, 몰드 (100)는 어느 적절한 가열 장치 또는 방법을 사용하여 낮은 산소 또는 희박 공기에서 온도 TMold로 될 수도 있다. 적절한 가열 장치 또는 방법의 예들은 저항성 또는 유도성 가열 요소, 및 화염(flame) 가열 원료와 같은 가열 요소를 포함한다. 이 분야의 당업자는 가열 장치 또는 방법의 선택이 예를 들면, 몰드가 가열되는 환경, 몰드의 물질, 몰드의 두께, 및/또는 생산된 최종 제품에서 오염원의 바람직한 수준과 같은 요인(factor)들에 기반하여 제조될 수도 있다고 인식하게 된다.
적어도 하나의 구체예에서, 용융 반도체 물질 (104)은 어느 적절한 가열 장치 또는 방법을 사용하여 낮은 산소 또는 희박 공기에서 벌크 온도, TS로 될 수도 있다. 상기 개시된 것처럼, 적절한 가열 장치 또는 방법의 예들은 가열 요소 및 화염 가열 원료를 포함한다. 상기 개시된 것처럼, 이 분야의 당업자는 가열 원료의 선택이 예를 들면, 반도체 물질의 선택, 용융 반도체 물질을 포함하는 용기의 용적, 용기의 크기/두께, 및/또는 용기를 둘러싸는 공기와 같은 여러 요인들을 인식하게 된다.
침지전에, 몰드의 온도, TMold는 공정을 운전할 수도 있는 몰드 (100) 및 용융 물질 (104) 사이의 온도 차이를 설계하기 위해 용융 반도체 물질의 벌크 온도, TS 이하일 수도 있다. 다양한 구체예에서, 용융 물질의 벌크 온도, TS는 반도체 물질의 융해 온도일 수도 있거나, 또는 더 높은 온도일 수도 있다. 실리콘을 포함하는 반도체 물질의 하나의 바람직한 구체예에서, 용융 실리콘의 벌크 온도, TS는 예를 들면, 1460℃와 같은 1450℃ 내지 1490℃, 이와 같은 1414℃ 내지 1550℃의 범위일 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드의 온도, TMold는 예를 들면, 몰드 (100)가 반도체 물질 (104)의 고형화/결빙점에 몰드 (100)의 표면에 인접한 용융 물질을 냉각할 수 있도록, 그리고 반도체 물질 (104)을 결빙하기 위해 이로부터 충분한 가열을 제거하기 위해 선택될 수도 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 몰드의 온도, TMold는 적어도 부분적으로 몰드 (100)의 두께에 기반하여 선택될 수도 있다. 예를 들면, 도 2에 제시된 데이타로부터 결정될 수 있는 것처럼, 양 몰드들이 용융 반도체 물질 (104)에서 침지의 순간에 같은 온도를 가질 때, 더 두꺼운 몰드는 더 얇은 몰드보다 반도체 물질의 더 두꺼운 제품을 생산하기 위한 용적을 가질 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드의 온도, TMold는 용융 반도체 물질 (104)에서 침지전에 -50℃ 내지 1400℃의 범위일 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 구체예에서, 몰드의 온도, TMold는 용융 반도체 물질 (104)에서 침지전에 -35℃ 내지 0℃의 범위일 수 있다. 추가 구체예에서, 몰드의 온도, TMold는 용융 반도체 물질 (104)에서 침지전에 20℃ 내지 30℃의 범위일 수 있다. 더 추가적 구체예에서, 몰드의 온도, TMold는 용융 반도체 물질 (104)에서 침지전에 300℃ 내지 500℃의 범위일 수 있다.
적어도 하나의 구체예에 따라, 도 1에서 보여지는 것처럼, 몰드 (100)는 선택적으로 낮은 산소 또는 희박 공기에서 예정된 속도로, 용융 반도체 물질 (104)에서 침지될 수 있다. 몰드 (100)는 도 19에서 보여지는 것처럼 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)과 초기 접촉 포인트 (P)에서 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)과 몰드 (100)의 외부표면 (102) 사이 각도인 어느 침지 각도(immersion angle)(θ)에서 용융 반도체 물질 (104)에 침지될 수 있다. 몰드 (100)의 외부표면 (102)이 용융 반도체 물질 (104)과 접촉하는 각도는 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)에 침지될 때 다양하게 될 수 있다. 단지 예로서, 하나의 구체예에서, 용융 반도체 물질은 비록 초기 접촉 포인트가 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 평행할 때 침지 각도(θ)가 0°임에도 불구하고, 그것이 침지될 때 무한히 많은 각도에서 구형의 외부표면을 가진 몰드와 접촉할 수 있다. 추가 바람직한 구체예에서, 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 직각 방향으로 침지될 때, 몰드 (100)는 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 수평 방향으로 움직일 수 있다. 이 분야의 당업자는 또한 어느 한정된 위치의 초기 접촉 포인트 (P)에서 몰드를 포함하는 물질의 표면 특성 (예를 들면, 공극 또는 높이 변형과 같은) 및 습윤각(wetting angle) 때문에 다양하게 될 수 있는 침지 각도인 위치 침지 각도를 또한 인식할 수도 있다.
추가 바람직한 구체예에서, 몰드 (100)의 외부표면 (102)은 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 실질적으로 수직일 수도 있는데, 즉, 침지 각도는 대략 90°이다. 추가 구체예에서, 몰드 (100)의 외부표면 (102)은 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 수직일 필요가 없다. 예로서, 몰드 (100)의 외부표면 (102)은 0°내지 90°, 0°내지 30, 60°내지 90°와 같은 0°내지 180°의 범위, 또는 45°의 침지 각도에서 용융 반도체 물질에 침지될 수도 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 몰드의 침지는 어느 적절한 기술을 사용하여 수행될 수도 있고, 상기 용융 반도체 물질로부터 또는 사이드로부터 또는 용융 반도체 물질의 바닥으로부터 몰드를 침지시키는 것에 의해 수행될 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 몰드 (100)의 표면 (102) 상에 충분히 고형화하기 위해서 반도체 물질의 층을 허용할 충분한 시간동안 용융 반도체 물질 (104)에서 침지될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질은 충분한 반도체 물질이 몰드가 용융 반도체 물질로부터 빼내질 수 있고 고형화된 반도체 물질의 층이 몰드로부터 빼내져 고형화될 때 충분히 고형화된다. 단지 예로서, 몰드 (100)는 30초까지 동안 또는 몰드 (100)의 두께에 따라 더 많이 용융 반도체 물질에서 침지될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 10초까지와 같은 0.5초 내지 30초동안 침지될 수도 있다. 예로서, 몰드 (100)는 1초 내지 4초동안 용융 반도체 물질 (104)에서 침지될 수도 있다. 침지 시간은 예를 들면, 몰드의 두께, 온도 및 몰드의 열 전달 성질 및 용융 반도체 물질, 및 반도체 물질 형성 제품의 바람직한 두께와 같은 이 분야의 당업자에게 알려진 파라미터에 근거하여 적절히 다양화될 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 저항성 가열 요소 또는 유도성 가열 요소와 같은 적어도 하나의 가열 요소 (109)는 용기 (106)를 가열하기 쉽고 몰드 (100)가 침지되는 동안 바람직한 온도에서 용융 반도체 물질 (104)을 유지한다. 적어도 하나의 구체예에서, 용융 반도체 물질 (104)의 온도는 벌크 온도 TS에서 유지될 수도 있다. 반도체 물질 (104)은 어느 바람직한 방법에 의한 용융 형성에서 융해되고 유지될 수 있고, 가열 방법의 선택은 그 방법이 수행되는 조건 및 환경에 근거하여 이 분야의 당업자에게 익숙하다. 본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 희박 공기 무선 주파수(radio frequency) (RF) 유도 가열이 사용될 수도 있다. RF 유도 가열은 융해에서 이물질(foreign matter) 존재의 가능성을 최소화하는 것에 의해 보다 깨끗한 환경을 제공할 수도 있다. 유도는 또한 몰드 (100)의 표면 근처 물질이 열을 빠르게 추출할 때 바람직한 벌크 용융 물질 온도를 유지하기 위해 필요한 열유속(heat flux)을 제공할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에 따라, 몰드 (100)는 그것이 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 수직 방향으로 침지될 때, 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 평행면에서 필수적으로 움직임없이 유지될 수도 있다. 다른 구체예에서, 몰드 (100)는 그것이 용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 수직 방향으로 침지될 때,용융 반도체 물질 (104)의 표면 (108)에 평행면에서 예를 들면 어느 적절한 빈도로 회전 또는 진동으로 움직일 수도 있다. 반도체 물질 층 (110)은 몰드 (100)의 표면 (102) 위에 형성될 수 있다. 침지 후에, 반도체 물질 층 (110)을 가진 몰드 (100)는 용기 (106)로부터 빼내질 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질 층 (110)을 가진 몰드 (100)는 그것이 대류 냉각(convective cooling) 또는 실내 온도의 반도체 물질 층 (110) 온도를 허용하는 것에 의한 것과 같이 능동적이거나 용기 (106)로부터 제거된 후에 냉각될 수 있다. 몰드 (100)가 용기 (106)로부터 제거되고 충분히 냉각된 후에 반도체 물질 고체층 (110)은 이 분야의 당업자가 아는 어느 방법에 의해 몰드 (100)로부터 제거되거나 분리될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질 층은 그것이 깨거나(breaking) 또는 변형(deforming)시키지 않고 몰드로부터 제거되거나 분리될 수 있을 때 충분히 냉각될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질 층 (110)은 차동 팽창(differential expansion) 및/또는 기계적 도움에 의해 몰드 (100)로부터 제거되거나 분리될 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질은 실리콘, 게르마늄, 주석, 갈륨 비소, 그들의 합금 및 그들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 다양한 구체예에 따라, 반도체 물질은 순수하거나 도핑될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질은 붕소, 인, 또는 알루미늄 (B, P, 또는 Al)으로부터 선택된 적어도 하나의 도펀트를 포함한다. 적어도 하나의 구체예에서, 적어도 하나의 도펀트는 ppm (part per million) 범위에서 존재한다. 용융 반도체 물질에서 존재하는 도펀트의 양은 반도체 물질의 생산 제품에서 바람직한 도펀트 농도에 기반하여 선택될 수도 있고, 예를 들면 광전지 셀(photovoltaic cell)과 같은 제품의 최종 사용에 의존할 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에 따라, 여기서 개시된 방법에 의해 생산된 반도체 물질의 제품은 반도체 물질(예를 들어, 반도체 물질 내에 도펀트의 실질적 분리없이)을 통해 실질적으로 균등하게 분산된 도펀트를 포함할 수 있다.
추가 구체예에서, 반도체 물질은 다른 요소를 가진 반도체 합금 또는 화합물을 형성할 수 있는 적어도 하나의 비-반도체 요소를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 반도체 물질은 갈륨 비소 (GaAs), 알루미늄 질화물 (AlN), 및 인화인듐 (InP)으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예에서, 많은 공정 파라미터는: (1) 몰드 (100)의 조성물, 밀도, 열용량(heat capacity), 열전도성, 열확산율(thermal diffusivity), 및 두께, (2) 침지전에 제공되는 몰드 온도, TMold 및 용융 반도체 물질의 벌크 온도, TS, (3) 몰드 (100)가 용융 물질 (104)에 침지되는 속도, (4) 몰드 (100)가 용융 물질 (104)에 침지되는 시간의 길이, (5) 반도체 물질 층 (110)을 가진 몰드 (100)가 용융 물질 (104)로부터 제거되는 속도, 및 (6) 고형화 반도체 물질 층 (110)의 냉각 속도를 포함하여 다양화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
적어도 하나의 구체예에서, 침지전에 제공되는 몰드 온도, TMold 및 용융 반도체 물질의 벌크 온도, TS는 조절되는(예를 들어, 몰드 온도는 벌크 용융 반도체 물질의 온도가 일정한 온도에서 유지되는 동안 용융 반도체 물질에서 침지를 변화시킨다) 유일한 온도 파라미터들이다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100) 온도는 그것이 용융 반도체 물질 (104)에서 침지된 후에 조절되지 않고, 따라서 그것의 온도는 단지 용융 반도체 물질의 온도에 의해 변화된다. 용융 반도체 물질의 벌크 온도, TS는 복사, 대류, 전도를 통해 몰드 (100) 온도를 변화시킬 수도 있다. 몰드 (100)의 복사열은 예를 들면, 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104) 위에 있을 때 일어날 수 있다. 몰드 (100)는 용융 반도체 물질 (104) 위에 흄(fume)이 몰드 (100)의 표면 위를 지나갈 때 또는 용융 반도체 물질 (104)에서 몰드 (100)의 침지동안 용융 반도체 물질 (104)에 의해 대류로 가열될 수도 있다. 전도에 의한 몰드 (100)의 가열은 예를 들면, 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)에서 침지되는 동안 일어날 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 용융 반도체 물질 (104)과 양립될 수 있는 물질로 제조된다. 예를 들면, 몰드 (100)는 여기서 개시된 것과 연관된, 예를 들면 낮은-융해 화합물 또는 고용체를 형성하는 것에 의한 것과 같은 방법에서 몰드 (100)가 용융 물질 (104)에 노출될 때 몰드 (100)가 용융 물질 (104)과 반응하지 않기 위한 물질을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 몰드 (100)는 몰드 (100)가 용융 물질 (104)과 접촉을 통해 가열될 때 융해되거나 부드럽게 되지 않는 물질을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 몰드 (100)는 몰드 (100)가 용융 물질 (104)과 접촉을 통해 가열될 때, 상기 고체층(110)을 너무 유동적이지 않고 및/또는 고체층(110)으로부터 분리되지 않는 물질을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 몰드 (100)는 몰드 (100)가 용융 물질 (104)과 접촉을 통해 가열될 때, 몰드 (100)가 예를 들면 균등하지 않고, 빠른 열팽창으로부터 또는 트랩된(trapped) 가스로부터 발생된 큰 열응축 때문에 체크, 파열, 또는 폭발하지 않도록 물질을 포함할 수 있다. 아직 추가 예로서, 몰드 (100)는 파손(breakage), 파쇄(spallation), 집진(dusting), 및 고체 성분 또는 연소 가스의 기상 또는 액상 확산을 통해 몰드상에 형성된 고형화 층 (110) 또는 용융 물질 (104) 잔재(residuum)를 유해하게 오염시키지 않는 물질을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 실리카 유리(vitreous silica), 그라파이트(graphite), 실리콘 질화물, 및 그들의 조합으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 실리카 유리로 제조된다.
몰드 (100)는 개시된 방법으로 사용되기 위한 어느 적절한 형태일 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 라미네이트된 일체형(monolith)과 같은 일체형의 형태 또는 라미네이트된 구조의 형태일 수 있다. 몰드 (100)는 선택적으로 적어도 하나의 공극 또는 비공극(non-porous) 코팅을 가지는 공극 또는 비공극 바디(body)를 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 또한 상기 바디를 통해 균일(uniform) 또는 비균일 조성물, 균일 또는 비균일 공극, 또는 다른 균일 또는 비균일 구조적 특성을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에 따라, 몰드 (100)는 개시된 방법으로 사용되기 위한 어느 적절한 모양일 수 있다. 예를 들면, 몰드 (100)는 하나 이상의 평평한 표면 또는 하나 이상의 굴절된 표면, 예를 들면, 하나 이상의 볼록한(convex) 또는 오목한(concave) 표면을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 하나 이상의 평평한 표면은 장방형(rectangle)의 모양에서 제품을 생산하는데 사용될 수도 있고, 하나 이상의 볼록한 또는 오목한 표면은 렌즈(lens) 또는 튜브(tube)의 모양에서 제품을 생산하는데 사용될 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100) 물질의 열물리학적(thermophysical) 성질 및 몰드 (100) 두께는 열이 이동될 수 있는 속도뿐만 아니라, 반도체 물질이 고형화하기 위해 원인이 되는 몰드 (100)의 외부표면 (102)에 접촉하거나 근접한 용융 물질 (104)로부터 열을 제거하기 위해 몰드 (100)의 용량을 결정하기 위해 조합될 수도 있다. 이론에 의해 제한되지 않고, 몰드 (100)의 외부표면 (102)을 넘어 고체층 (110)으로부터 열이 제거되는 속도가 고체 반도체 물질층 (110)의 입자 크기에 영향을 미칠 수 있다고 믿어진다. 몰드 (100)의 열 전달 성질 (전도 또는 확산)이 열이 제거될 수 있는 속도에서 시작될 수도 있는 동안, 몰드 (100) 및 용융 물질 (104) 사이의 온도 차이는 액체-내지-고체상 변환을 위해 구동력을 제공할 수도 있다. 일반적으로, 보다 큰 온도 차이는 보다 많은 에너지가 보다 많은 지점에서 핵형성 장벽(nucleation barrier)을 극복하는데 이용가능할 수 있는 미세하게 입자화된 물질로 귀결되는 큰 구동력을 제공한다. 보다 작은 온도 차이는 보다 큰 입자를 지지할 수도 있다.
도 2는 사각형, 원, 및 삼각형 각각에 의해 설명되듯이 1mm, 3mm 및 5mm의 몰드 두께에 대응되는 침지의 순간에 몰드 온도, TMold의 작용으로 성취될 수도 있는 결정화된 실리콘층의 최대 두께를 설명하는 바람직한 이론적 계산의 그래픽적(graphical) 대표를 보여준다. 계산적으로, 상기 몰드는 100% 밀도 (즉, 비-공극) 실리카 유리(vitreous silica)로 만들어지고 상기 용융 실리콘은 용융 실리콘에서 몰드의 침지동안에 1470℃에서 유지되는 것으로 추측된다. 도 2에서 보여지는 그래프는 주어진 몰드 물질의 물리적 성질을 위해 하기 에너지 평형 방정식(energy balance equation)을 해결하는 것에 의해 일반화된다. 결정화된 실리콘층의 최대 두께, △는 상기 몰드가 몰드 밀도 ρmold, 몰드 열용량, CpMold, 몰드 온도, TMold, 침지의 순간에 실리콘 융해 온도, TM, 용융 실리콘의 벌크 온도, TS, 몰드의 두께, W, 용융 실리콘 밀도, ρsi, 용융 실리콘의 비열 용량(specific heat capacity), CpSi, 및 실리콘의 융해 잠열(latent fusion heat) λsi의 기능(EQ. 1)으로서 표현될 수 있는 용융 반도체 물질에서 침지되는 동안 형성된다.
Figure pct00001
몰드의 표면 위에 반도체 물질의 결빙/재용융에 의해 기여되는 반도체 물질의 두께에 더하여, 반도체 물질 두께의 형성된 제품 두께는 또한 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)로부터 빼내지는 속도에 의해 영향받을 수 있다. 용융 반도체 물질은 용융 반도체 물질의 드래그층을 형성하는 용융 반도체 물질 (104)로부터 빼내질 때, 몰드 (100)를 넘어 형성된 반도체 물질의 고체층 (110)을 젖게(wet)할 수도 있다. 용융 반도체 물질의 드래그층은 이미 반도체 물질의 결정화층상에 결빙될 수도 있고, 따라서 마지막 제품의 두께에 부가할 수도 있다. 어떠한 이론에 의해 제한되지 않고, 부가 두께는 일반적인 딥 코팅(dip-coating) 공정에서 일어날 수 있는 코팅뿐만 아니라, 상기 설명된 것처럼 몰드가 용융 반도체 물질에 침지되는 동안 일어나는 결빙/재융해 공정에 기여할 수도 있는 드래그층에 의해 부가될 수도 있다고 믿어진다. 일반적인 딥 코팅 공정을 사용하여 형성된 층의 두께는 랜도우-레비치(Landau-Levich) 방정식 (EQ. 2)을 사용하여 근사치에 이를 수 있다:
Figure pct00002
여기서, H는 딥-코팅된 층의 두께이고, μ는 액체 점도 (예를 들어, 용융 반도체 물질), U는 몰드가 제거될 때의 속도, σ는 액체의 표면 장력, ρ는 액체 밀도, 및
g는 중력으로 인한 가속화이다. 결빙으로 인한 부가 두께의 기여는 용융 반도체 물질로부터 몰드를 빼내는 속도에 의해 분리되는 몰드 길이의 작용일 수도 있다. 따라서, 드래그층 두께는 도 18에서 보여지는 것처럼, 빼내는 속도가 증가함에 따라 감소할 수도 있다. 예로서, 하나의 구체예에서 몰드는 2 cm/s 내지 5 cm/s 범위의 속도로 빼내지고, 드래그층은 형성된 반도체 물질 제품 두께에 100μm 원인이 될 수도 있다.
도 3 및 4 는 본 발명의 구체예에 따라 만들어지는 반도체 물질 제품의 사진이다. 도 3 및 4 는 두 개의 비지지 실리콘 제품들 (114 및 116), 각각을 보여주는 데, 몰드와 용융 실리콘 사이에 동일한 초기 온도 차이를 가지며, 여기서 개시되는 방법들에 의해 캐스트(cast)되는데, 둘 다는 대략 300μm 두께이다. 도 3에서의 실리콘 제품 (114)은 실리콘 제품, 더 작은 입자(대략 100μm)로 귀결되는 완전히 밀도있고, 투명하고, 실리카 유리 몰드를 사용한 캐스트였다. 도 4에서의 실리콘 제품 (116)은 불투명한(opaque) 80% 밀도 (즉, 공극), 소결된, 내화성 실리카 유리의 몰드를 사용한 캐스트였다. 실리콘 제품 (116)은 보다 큰 입자(1mm 이상)를 보여준다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 결과적 고체층의 두께는 용융 반도체 물질 (104)에서 몰드 (100)의 침지 시간을 변경하는 것에 의해 조절될 수도 있다. 도 5는 침지 시간의 기능으로서, 몰드 (100)의 외부표면 (102)으로부터 측정되는 결정화 거리(고체 라인)의 계산된 거리를 보여준다. 도 5는 또한 계산의 공정 조건에 따른 실험적 데이타(원으로 된 도트 라인) 세트를 보여준다. 여기에 개시된 공정의 적어도 어느 구체예에서, 결정화 층(예를 들어, 실리콘)은 t1 시간동안에 보여지듯이 초기에 빠르게 최대 가능 두께로 증가한다. 결정화층은 고체 반도체 물질이 미리 결정된 온도에서 유지되는 벌크 용융 물질로 재융해될 때, t2 시간동안 얇아질 수도 있다. 이론에 의한 어떤 제한 없이, 초기의 단계(phase) 동안에, 결정화는 제한된 두께의 결빙층 성장으로 이끄는 몰드-액체가 액체 (즉, 용융 반도체 물질)로 결정화로 되는 그 순간에 시작된다. 공정의 후자 단계에서, 결빙층의 재융해가 일어나고, 고체-액체 계면은 기판 벽으로 멀어진다고 믿어진다. 만일 몰드가 용융 물질에서 남아 있다면, 초기 결빙층 모두는 융해로 몰드를 열적 평형시키는 것으로 재융해한다. 고체-액체 계면의 순간 속도는 스테판(Stephan) 조건에 의해 주어진다(EQ. 3):
Figure pct00003
여기서 KS 및 KL은 고체 및 액체상의 열 전도성이고, vi는 순간 계면 속도이고, ρs는 고체상의 밀도이고 λ는 융해 잠열이다. 평형식의 왼쪽 사이드 상에 있는 제 1 및 제 2 조건은 고체 및 액체, 각각을 통한 열플럭스이다. 만일 고체를 통한 열플럭스가 액체를 통한 열플럭스보다 크다면, 그때 계면 속도는 양의 값이고 결빙은 계속된다. 만일 액체를 통한 열 플럭스가 고체를 통한 열플럭스보다 크다면, 계면 속도는 음의 값이고 재융해가 일어난다. 본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질의 제품 두께는 시간동안 용융 반도체 물질에서 몰드를 침지하는 것에 의해 조절되어 용융 반도체 물질을 통한 열플럭스가 결정화된 반도체 물질을 통한 열플럭스보다 크고 재융해가 일어난다. 도 5에 제시된 데이타로부터 결정될 수 있는 것처럼, 발생하는 재융해의 속도는 고체 반도체 물질층의 초기 형성 속도보다 느리다. 두께에서 변화 속도의 더 늦은 속도 때문에, 형성된 제품의 두께는 재융해 단계 동안에 더 정확히 조절될 수 있다고 믿어진다.
결정화 단계 동안에 몰드가 용융 반도체 물질에서 침지될 때, 고체상(평형식의 왼쪽 사이드에서 제 1조건)을 통한 열플럭스는 초기 등온 액체에서보다 훨씬 크고, 그러므로 액체로의 빠른 결정화가 일어난다. 어느 정도의 시간 후에, 액체를 통한 열플럭스는 고체를 통한 것보다 더 높고, 재융해가 일어난다. 충분한 시간의 경과 후에, 반도체 물질의 전체 결정화층은 몰드가 열적으로 융해로 평형을 이룰 때 재융해된다.
적어도 어느 구체예에서, 결정화상은 몰드로부터 액체로 결정화의 진행에 의해 뒤따라오는 몰드-액체 계면에서 시작된다고 믿어진다. 이 공정의 다이나믹스(dynamics)는 결정화 계면 및 계면으로부터 벗어난 전도에서 잠열 발생의 속도에 의해 조절될 수도 있다. 대단한-열 융해(즉, 융해의 온도가 물질의 융해점 이상)로의 결정화를 위해, 계면(즉, 융해의 방향)으로의 온도 기울기는 양의 값으로 기대된다. 그러므로, 결정화/결빙 앞에서 방출되는 잠열은 융해로 전도되거나 대류될 수 없다. 결정화 다이나믹스는 그러므로 몰드(예를 들어, 융해된 실리카)로 결정화 반도체 물질을 통한 잠열의 전도에 의해 시작될 수 있다고 믿어진다. 결정화 반도체 물질 및 몰드를 통한 전도가 빨라질수록, 결정화 속도는 빨라진다. 그 결과, 몰드의 열적 성질은 결정화 다이나믹스 상에서 충분한 효과를 가질 수 있다고 믿어진다. 역으로, 용융 반도체 물질의 온도는 결정화 상에서 많은 효과를 가지지 않는다고 믿어진다. 결정화는 액체(즉, 용융 반도체 물질)를 통한 열플럭스 및 고체 반도체 물질층이 동일하게 될 때까지 계속된다. 이 점(point) 이후에, 액체를 통한 플럭스는 고체 반도체 물질을 통한 것보다 높고, 재융해가 시작된다. 재융해 단계 동안에, 잠열은 과열된 용융 반도체 물질로부터 계면으로 공급된다. 그러므로, 재융해 단계 동안에, 용융 반도체 물질의 성질은 재융해 다이나믹스 상에 큰 효과를 가지고 몰드의 열적 성질은 더 많은 효과를 갖지 않는다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 0.5mm 내지 5mm 범위의 두께를 갖는 실리카 유리 몰드로 만들어진다. 0.5mm 내지 5mm 범위의 두께를 갖는 실리카 유리 몰드를 위해, 침지후에 제 2의 대략 제 1 부분에서, 주요 고체 반도체 물질층, 예를 들어, 침지동안 결정화된 고체층은 열이 용융 실리콘에서 몰드로 변화될 때, 몰드의 표면으로 실제로 평행하게 성장한다고 믿어진다. 초기의 실제적-평형 성장 후에, 실리콘층의 성장은 몰드의 표면으로 실제적으로 평범하게 진행한다고 믿어진다. 고체 반도체 물질은 고체-액체 계면을 통한 열플럭스가 동일하게 될 때까지 성장하고, 그때 융해는 용융 반도체 물질로 돌아간다.
적어도 하나의 구체예에 따라, 몰드가 용융 반도체 물질로 침지되는 속도는
예를 들어, 3 cm/s 내지 10 cm/s와 같은 1 cm/s 내지 50 cm/s의 범위일 수 있다. 이 분야의 당업자는 침지 속도가 예를 들면, 반도체 물질 조성물(선택적 도펀트를 포함하는), 몰드의 크기/모양, 및 몰드의 표면 텍스처와 같은 다양한 파라미터에 의존하여 다양해질 수 있다고 인식할 수도 있다.
몰드가 침지후에 용융 물질로부터 빼내지는 속도는 또한 형성된 고체 제품의 구조상에 효과를 가질 수도 있다. 몰드가 용융 반도체 물질로부터 빼내질 때, 용융 반도체 물질의 층은 몰드상에 반도체 물질의 고체층의 표면을 젖게 할 수도 있고, 반도체 물질의 고체층에 두께를 부가, 및/또는 상기 개시된 것처럼 반도체 물질의 고체층의 표면 구조를 변화시킬 수도 있다. 도 6 및 7은 형성된 고체 제품의 부드러움(smoothness)상에 빼내는 속도의 효과를 나타내는 두 개의 실리콘 제품을 보여준다. 도 6에서, 몰드는 빠르게 빼내지고, 상대적으로 거친 표면을 가진 실리콘 제품 (118)으로 귀결된다. 도 7에서, 몰드는 천천히 빼내지고, 상대적으로 거친 표면을 가진 실리콘 제품 (120)으로 귀결된다. 적어도 하나의 구체예에서, 더욱 부드러운 표면을 가진 고체 제품은 예를 들면, 2 내지 5 cm/s와 같은 용융 물질로부터 몰드의 상대적으로 늦은 빼내는 속도를 사용하여 만들어질 수도 있다. 몰드가 너무 빠르게 빼내질 때, 열 제거에서의 작은 지역적 변화가 퍼들(puddles) 및 범프(bumps)를 형성하는 그것들 내에 여분의 액체를 트랩하는(trap) 고립된 결정화 사건에서처럼 나타날 수도 있다. 이 퍼들 및 범프가 빠르게 결정화함에 따라, 그것들은 블롭(blobs) 및 각진 피크(peak)를 형성할 수도 있고, 때때로 여러 가지의 밀리미터 크기와 1 센티미터 너비까지 된다. 더 늦게 빼내는 것은 액체-고체-가스 계면에 상기의 젖은 영역을 국한시키는 것이고 상기 고체층의 표면상에 계속적으로 부차적인 부드러운 층을 놓는다고 믿어진다. 게다가, 빠르게 움직이는 몰드는 융해에서 플로우 패턴 및 심지어 난류를 야기할 수도 있다. 플로우 모션(flow motion) 및 열 전달 사이의 커플링(coupling)은 제품의 결정화된 표면상의 패턴 형성에 원인이 될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 반도체 물질의 제품은 이차적 부드러운 층이 고체 반도체 물질층의 표면상에 형성되기 위한 속도에서 몰드를 빼내는 것에 의해 만들어진다.
이 분야의 당업자는 침지 속도, 침지 시간을 인식할 것이고, 빼내는 속도는 생산된 제품에 모든 영향을 미칠 수 있고, 이 파라미터들은 바람직한 제품, 몰드의 물질/모양/텍스처/크기, 몰드의 시작 온도, 용융 반도체 물질의 온도, 및 반도체 물질의 성질에 기반하여 선택될 수도 있다.
도 1로 돌아가서, 적어도 하나의 구체예에서, 용융 반도체 물질 (104)을 유지하는 용기 (106)는 용융 반도체 물질 (104)과 반응하지 않고, 및/또는 상기 기술된 것처럼 몰드 (100)를 위해 용융 물질 (104)을 오염시키지 않을 것이다. 적어도 하나의 구체예에서, 용기 (106)는 실리카 유리, 그라파이트(graphite) 및 실리콘 질화물로부터 선택되는 물질로부터 제조될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 용기 (106)는 실리카 유리로 만들어진다.
제한되지 않고, 적어도 어느 구체예에서, 몰드 (100) 및/또는 용기 (106)를 위한 실리카 유리의 사용은 반도체 물질의 산소 오염을 유도한다고 믿어진다. 따라서, 다양한 구체예에서, 산소 오염은 낮은-산소 환경에서 반도체 물질을 융해하고 제품을 캐스팅하는 것에 의한 것과 같은, 예를 들면 건조한 수소(< 물의 1 ppm)의 혼합물 및 아르곤, 크립톤 또는 크세논과 같은 불활성 가스와 같이 선택적으로 완화될 수도 있거나 또는 실질적으로 완화될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 대기는 Ar/1.0wt%H2 혼합물 또는 Ar/2.5wt%H2 혼합물로부터 선택될 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 실질적으로 평평한 외부표면 (102)을 가진다. 도 8 및 9는 도 1에서 보여진 것처럼, 몰드 (100)의 평평한 표면상에 본 발명의 방법에 의해 형성된 바람직한 실리콘 제품 (126)의 앞면 (122) 및 (124), 각각의 사진이다. 실리콘 제품 (126)의 두께는 240μm이었다. 여기서 개시된 다양한 구체예에 따라, 더 두꺼운 제품은 몰드 (100) 및 예를 들면, 몰드 (100)의 두께 증가 또는 침지 시간을 다양화하는 것과 같은 다른 공정 파라미터의 성질을 조절하는 것에 의해 만들어질 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 모양, 곡률, 및/또는 텍스처의 넓은 범위를 가진 제품을 형성하기 위해 특별한 특성을 가진 외부표면 (102)을 가진다. 예를 들면, 도 10은 관 모양의 외부표면 (102)을 가진 몰드 (100)를 묘사한다. 도 11은 도 10에서 보여지는 것처럼 관 모양의 몰드 (100)에 의해 형성된 관 모양의 실리콘 제품 (128) 그림이다. 도 12 및 도 13은 구멍 또는 딤플 (130)을 가진 평평한 외부표면 (102)의 몰드 (100)를 묘사한다. 도 12에서, 몰드 (100)의 외부표면 (102)에서 구멍 또는 딤플 (140)은 원 모양이다. 도 13에서, 몰드 (100)의 외부표면 (102)에서 구멍 또는 딤플 (114)은 다이아몬드-모양이다. 도 14 및 15는 도 12 및 13에서 각각 보여지는 것처럼, 몰드 (100)에 의해 형성된 구멍이 많거나 딤플의 실리콘 제품이다. 이 분야의 당업자가 이해할 수 있는 것처럼, 캐스트 제품에서 바람직한 어느 다른 표면 텍스처/패턴은 몰드 (100)의 외부표면 (102)에서 포함될 수도 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에 따라, 몰드 (100)는 예를 들면 침지되기 전에 또는 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)에서 침지될 때 입자들로 코팅될 수도 있다. 어느 구체예에서, 입자들의 코팅은 캐스트 제품이 몰드 (100)에 붙어있는 것을 방지하고, 반도체 물질의 결정이 연속되게 성장하도록 허용하며, 그에 따라 더 큰 입자 크기로 귀결된다고 믿어진다. 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 예를 들면 무기물 입자인 입자들로 코팅될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 상기 입자들은 고순도일 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에 따라, 입자들은 10nm 내지 2μm 범위의 평균 크기를 가진다. 적어도 하나의 구체예에서, 입자들은 100nm 이하, 예를 들면 30nm 이하와 같은 평균 크기를 갖는 나노입자 (nanoparticles)이다. 입자들은 개시된 방법에서 사용을 위해 적절한 어느 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 구체예에서, 입자들은 실리콘, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 산화물의 화합물, 및/또는 예를 들면, 알루미노 실리케이트와 같은 알루미늄 및/또는 실리콘을 포함하는 유리같은 또는 결정같은 화합물을 포함할 수도 있다.
적어도 하나의 바람직한 구체예에서, 입자들의 코팅 (예를 들면, 실리콘 나노입자들)은 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (예를 들면, 실리콘) 위에 위치될 때 몰드 (100)상에 형성될 수도 있다. 하나의 바람직한 구체예에서, 용융 반도체 물질로부터 흄이 몰드 (100)의 상대적으로 차가운 외부표면 (102) 상에 응축되는 응축 공정은 몰드 (100)의 표면상에 나노입자들의 코팅을 형성할 수도 있다("흄 코팅"). 예를 들면, 용융 실리콘은 실리콘의 융해 온도, 예를 들면 1450℃ 내지 1550℃ 범위 위에서 가열될 때 나노입자-포함(nanoparticulate-laden) 흄을 발생시킬 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 100℃와 같은 적절한 초기 시작 온도에서 몰드 (100)가 예를 들면, 10초 내지 30초와 같은 적절한 시간동안 용융 반도체 물질 (104) 위로 흄에 노출된다. 적어도 하나의 구체예에서, 용융 반도체 물질 (104)로부터 흄은 용융 반도체 물질 (104) 위의 공기와 혼합하거나 반응할 수도 있다. 예를 들면, 용융 실리콘을 넘어 몰드 (100)의 표면상에 부착된 입자들은 실리콘 (Si) 및 실리콘 산화물 (SiO 및 SiO2)을 포함할 수도 있다.
추가 바람직한 구체예에서, 입자들은 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)에서 침지될 때 몰드 (100)상에 부착될 수도 있다. 더욱 추가적 바람직한 구체예에서, 입자들은 몰드 (100)가 침지되기 전에 그리고 또한 몰드 (100)가 용융 반도체 물질 (104)에 침지될 때 몰드 (100)상에 부착될 수도 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)상의 코팅은 몰드 (100)로부터 제품 (110)의 바람직한 개선 방출을 제공하기 위해 충분한 두께 및 커버리지(coverage)일 수도 있다. 단지 예로서, 60% 이상의 커버리지 및 100nm 내지 5μm 범위의 코팅 두께를 갖는 흄 코팅은 몰드상에 형성될 수도 있다. 추가 구체예에서, 80% 이상의 커버리지를 갖는 흄 코팅은 몰드상에 형성될 수도 있다. 어떤 구체예들에서, 코팅은 도 16에서 보여지는 것처럼 실질적으로 그룹화나 무리를 이루는 입자들의 근접한 코팅을 형성할 수도 있다. 코팅은 다양한 구체예에서, 몰드 (100)의 표면이 노출된 단절 상태를 가진다. 그룹화나 무리를 이루는 입자들은 어떤 구체예들에서, 공극-같은(porous-like) 표면을 형성할 수도 있다. 코팅된 몰드 입자의 측면이 도 17에 도시된다. 도 17에서, 그룹화나 무리를 이룬 입자들 A는 몰드 B상에서 보여질 수도 있다.
다양한 바람직한 구체예에서, 몰드 (100)상에 부착되거나 적용된 입자들은 용융 반도체 물질 (104)처럼 동일한 조성물을 가지지 않을 수도 있다. 다양한 다른 바람직한 구체예에서, 몰드 (100)상에 부착되거나 적용된 입자들은 용융 반도체 물질 (104)처럼 같거나 실질적으로 동일한 조성물을 가지지 않을 수도 있다. 예로서, 적어도 하나의 구체예에서, 방법들은 개시된 응축 공정에 의해 몰드상에 적용된 입자들이 순수하거나 실질적으로 순수하다는 것을 확인할 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에 따라, 응축 공정은 예를 들면, 2.5% 수소를 가진 순수 아르곤의 건조 혼합물과 같은 높게 환원되거나 또는 낮은 산소 공기를 갖는 인클로저(enclosure)에서 수행될 수도 있다. 하나의 구체예에서, 인클로저에서 공기는 물의, 예를 들면 1ppm 이하 수준으로, 그리고 산소의, 예를 들면 5ppm 이하 수준으로 선택적으로 스크럽될(scrubbed) (예를 들어, 계속적으로) 수도 있다. 인클로저는 예를 들면 대기 질소가 유입되는 것을 방지하기 위해 선택적으로 약간 가압될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 낮은 휘발성 탄소 화합물은 또한 인클로저 밖으로 유지될 수도 있다.
적어도 하나의 추가 구체예에서, 용융 반도체 물질 (104)에 의해 발생된 흄에 놓여진 몰드 (100)보다 어느 오염되지 않은 표면 (실리콘 또는 실리카 유리와 같은)이 입자들을 모으기 위한 흄에서 상대적으로 차갑게 유지될 수도 있다. 입자들은 그때 분리된 공정에서 몰드 (100)의 표면위에 적용될 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 입자들의 유지는 딥-코팅(dip-coating), 러빙(rubbing), 브러싱(brushing), 스프레잉(spraying), 및 주입(pouring)과 같은 방법을 사용하여 몰드 (100)의 표면위에 준비되고 적용될 수 있다. 다른 구체예에서, 입자들은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) (CVD), 물리 기상 증착(physical vapor deposition) (PVD), 플라즈마-개선 화학 기상 증착 (PECVD), 또는 플라즈마 유도 증착과 같은 방법에 의해 적용될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 몰드 (100)는 어느 적절한 원료로부터 입자들과 코팅될 수도 있다.
어느 이론에 의해 제한되지 않고, 입자들로 코팅된 몰드 (100)가 용융 물질 (104)에 침지될 때, 몰드 (100)상의 입자들은 초기 결빙 순간 동안 몰드 (100) 및 용융 반도체 물질 (104) 사이에 물리적 장벽을 형성한다고 추정된다. 입자들은 그때 몰드가 용융 반도체 물질 (104)에 침지되는 시간의 나머지 동안 몰드 (100) 및 결정화층 (110) 사이에 얇고, 취약하고, 공극의 층을 형성하기 위해 함께 성장한다고 믿어진다. 몰드 (100) 및 고체층 (110)의 냉각동안, 열적 기계적 스트레스는 고체층 (110) 및 몰드 (100) 사이 열적 팽창에서의 차이 때문에 고체층 (110) 및 몰드 (100) 사이에 축적된다. 고체층 (110) 및 몰드 (100) 사이 입자들의 공극층은 몰드 (100)로부터 더 쉽게 제거되기 위해 고체층 (110)을 허용하여 그때 파열된다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 개시된 방법은 광전지용, 예를 들면 대략 156mm x 156mm의 크기, 100μm 내지 400μm 범위의 두께, 및 1mm 이상의 실질적 많은 입자들 사용의 범위 내에서, 표면 영역, 기하(geometry), 두께, 및 입자 구조를 갖는 예를 들면, 실리콘 시트와 같은 반도체 물질의 시트를 만드는데 사용될 수도 있다. 하나의 구체예에 따라, 입자들의 적어도 60%는 1mm보다 클 수도 있다. 추가 구체예에서, 입자들의 적어도 80% 또는 적어도 90%는 1mm보다 클 수도 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 입자들은 그들의 두께보다 가장 작은 수평 방향에서 크기로 두 배 내지 세 배이다.
본 발명의 적어도 하나의 구체예에서, 개시된 방법들은 개선된 속도에서 반도체 물질 및/또는 폐물질(wasted material)에서 환원을 갖는 제품을 생산한다. 예를 들면, 여기에 개시된 엑소캐스팅 공정은 모든 융해 물질이 유용한 제품으로 캐스트될 수 있기 때문에, 필수적으로 반도체 요소의 낭비없이 수행될 수 있다. 어느 깨어진 조각 또는 다른 사용되지 않는 물질은 재융해 및 다시 캐스트될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 5초 이하의 침지 사이클 시간 (즉, 몰드를 침지하기 위한 시간의 합, 침지 시간, 및 몰드를 빼내기 위한 시간)은 길이 (너비에서는 독립적)에서 7cm 시트를 형성하기 위해 사용되는데, 초(second)당 몇 센티미터(centimeter)의 공정 속도로 변환한다.
만일 다른 지시가 없다면, 명세서 및 청구항에서 사용되는 모든 숫자들은 "약" 이라는 용어에 의해 즉시 변형되어 이해될 것이다. 명세서 및 청구항에서 사용되는 정확한 숫자적 값들은 본 발명의 추가 구체예들을 형성한다고 또한 이해되어야 한다. 여기에 개시된 숫자적 값들의 정확성을 확인하기 위한 노력들이 만들어져야 한다. 그러나, 어느 측정된 숫자적 값은 본질적으로 그것의 대표적 측정 기술에서 발견되는 표준 편차로부터 결과되는 어떤 오차들을 포함할 수 있다.
명세서 및 종속항에서 사용되는 것처럼, 단일한 형태 "하나(a, an)" 및 "상기(the)"는 만일 하나의 관계, 그리고 반대로 분명히 그리고 명확히 제한되지 않는다면 복수의 관계를 포함한다고 알려진다. 따라서, 단지 예로서, "열 원료(heat source)"의 언급은 하나 이상의 열 원료들을 언급할 수 있고, "반도체 물질(semiconducting material)"의 언급은 하나 이상의 반도체 물질들을 언급할 수 있다. 여기서 사용된 것처럼, "포함하다(include)"라는 용어 및 이의 문법적 변형들은 제한되는 것으로 의도되지 않고, 목록에서 아이템들(items)의 설명은 열거된 아이템들의 대체되거나 부가될 수 있는 아이템들과 다른 배제가 아니다.
본 발명의 당업자에게 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 수많은 변형들이 고안될 수 있음이 명백할 것이다. 개시의 다른 구체예들은 여기서 기술된 명세서 및 실험으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 명세서에 개시된 구체예들은 단지 실시예로 여겨지는 것으로 의도된다.

Claims (51)

  1. 온도 TMold에서 몰드(mold)를 제공하는 단계;
    온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고;
    입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계;
    상기 몰드의 외부표면 위에 반도체 물질의 고체층을 형성하기 위해 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에 상기 몰드를 침지시키는(immersing) 단계;
    상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는(withdrawing) 단계; 및
    상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 고체층을 분리하는 단계를 포함하는 반도체 물질의 비지지 제품(unsupported article)을 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘, 실리콘의 합금 및 화합물, 게르마늄, 게르마늄의 합금 및 화합물, 갈륨 비소, 갈륨 비소의 합금 및 화합물, 주석, 주석의 합금 및 화합물, 및 그들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘, 실리콘 합금 및 실리콘 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계는 상기 몰드의 상기 외부표면상에 용융 반도체 물질에 의해 생성된 입자를 형성하기 위해 충분한 시간동안 상기 용융 반도체 물질 위에 흄(fumes)에 상기 몰드를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 몰드는 상기 용융 반도체 물질 위에 위치되고 상기 몰드가 상기 용융 반도체 물질에 침지되기 전에 상기 용융 반도체 물질의 흄에 노출, 및/또는 상기 몰드가 상기 용융 반도체 물질에 침지될 때 상기 용융 반도체 물질의 흄에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 몰드는 상기 용융 반도체 물질 위에 위치되고 상기 몰드가 상기 용융 반도체 물질에서 침지되기 전에 상기 용융 반도체 물질의 흄에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 몰드는 상기 용융 반도체 물질 위에 위치되고 상기 용융 반도체 물질의 흄에 노출, 및 또한 상기 몰드가 상기 용융 반도체 물질에서 침지될 때 흄에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 몰드는 상기 용융 반도체 물질 위에 위치되고, 10초 내지 30초 동안 상기 용융 반도체 물질 위의 흄에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 입자들로 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계는 상기 몰드의 상기 외부표면상에 입자들의 스프레잉(spraying), 러빙(rubbing), 브러싱(brushing), 주입(pouring), 딥-코팅(dip-coating), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 물리 기상 증착(physical vapor deposition), 플라즈마(plasma) 화학 기상 증착, 또는 플라즈마 유도 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 상기 입자들은 실질적으로 입자들의 연속 코팅(contiguous coating)을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 실질적으로 상기 입자들의 연속 코팅은 100nm 내지 5㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 입자들은 상기 몰드 외부표면의 적어도 60%의 코팅 커버링(covering)을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 입자들은 10nm 내지 2㎛ 범위의 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 입자들은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 용융 반도체 물질 위의 분위기는 아르곤 및 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 몰드는 0°내지 180°범위의 침지 각도(immersion angle)에서 상기 용융 반도체 물질에 침지되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  17. 온도 TMold에서 몰드를 제공하는 단계;
    온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고;
    상기 몰드의 외부표면 위에 반도체 물질의 고체층을 형성하기 위해 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지시키는 단계, 여기서 상기 몰드의 상기 온도는 상기 용융 반도체 물질의 상기 온도에 의해서만 변형되며;
    상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는 단계; 및
    상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 고체층을 분리하는 단계를 포함하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 몰드는 0°내지 180°범위의 침지 각도에서 상기 용융 반도체 물질에 침지되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지하기 전 및/또는 상기 몰드가 상기 용융 반도체 물질에서 침지될 때, 입자들로 상기 몰드의 상기 외부표면을 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 입자들은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계는 상기 몰드의 상기 외부표면상에 용융 반도체 물질에 의해 생성된 입자를 형성하기 위해 충분한 시간동안 상기 용융 반도체 물질 위에 흄에 상기 몰드를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 몰드는 10초 내지 30초 동안 상기 용융 반도체 물질 위의 흄에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  23. 청구항 19에 있어서, 상기 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계는 상기 몰드의 상기 외부표면상에 입자들의 스프레잉, 러빙, 브러싱, 주입, 딥-코팅, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착, 또는 플라즈마 유도 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  24. 청구항 19에 있어서, 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 상기 입자들은 실질적으로 입자들의 연속 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서, 실질적으로 상기 입자들의 연속적 코팅은 100nm 내지 5㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  26. 청구항 19에 있어서, 상기 입자들은 상기 몰드 외부표면의 적어도 60%의 코팅 커버링을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  27. 청구항 19에 있어서, 상기 입자들은 10nm 내지 2㎛ 범위의 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법.
  28. 온도 TMold에서 몰드를 제공하는 단계;
    온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고;
    상기 몰드의 외부표면 위에 형성하기 위해, 재용융(remelt) 시작하기 위해 반도체 물질의 고체층을 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지시키는 단계;
    상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는 단계;
    상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 고체층을 분리하는 단계를 포함하는 비지지 제품의 형성동안 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 몰드를 빼낼 때 상기 반도체 물질의 고체층상에 용융 반도체 물질의 드래그(drag)층의 형성을 조절하기 위해 상기 용융 반도체 물질로부터 빼내는 속도를 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  30. 청구항 28에 있어서, 상기 몰드는 0°내지 180°범위의 침지 각도에서 상기 용융 반도체 물질에 침지되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  31. 청구항 28에 있어서, 상기 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지하기 전 및/또는 상기 몰드가 상기 용융 반도체 물질에서 침지될 때, 입자들로 상기 몰드의 상기 외부표면을 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  32. 청구항 31에 있어서, 상기 입자들은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  33. 청구항 31에 있어서, 입자들로 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계는 상기 몰드의 상기 외부표면상에 용융 반도체 물질에 의해 생성된 입자를 형성하기 위해, 충분한 시간동안 상기 용융 반도체 물질 위에서 흄에 상기 몰드를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  34. 청구항 33에 있어서, 상기 몰드는 10초 내지 30초 동안 상기 용융 반도체 물질 위의 흄에 노출되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  35. 청구항 31에 있어서, 상기 입자들로 몰드의 외부표면을 코팅하는 단계는 상기 몰드의 상기 외부표면상에 입자들의 스프레잉, 러빙, 브러싱, 주입, 딥-코팅, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착, 또는 플라즈마 유도 증착을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  36. 청구항 31에 있어서, 상기 몰드의 외부표면을 코팅하는 상기 입자들은 실질적으로 입자들의 연속적 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  37. 청구항 31에 있어서, 실질적으로 상기 입자들의 연속적 코팅은 100nm 내지 5㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  38. 청구항 31에 있어서, 상기 입자들은 상기 몰드 외부표면의 적어도 60%의 코팅 커버링을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  39. 청구항 31에 있어서, 상기 입자들은 10nm 내지 2㎛ 범위의 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품의 두께를 조절하는 방법.
  40. 온도 TMold에서 몰드를 제공하는 단계;
    온도 TS에서 용융 반도체 물질을 제공하는 단계, 여기서 TS > TMold이고;
    상기 몰드의 외부표면 위에 반도체 물질의 고체층을 형성하기 위해 충분한 시간동안 용융 반도체 물질에서 상기 몰드를 침지시키는 단계;
    반도체 물질의 상기 고체층의 표면상에 제 2 층을 형성하기 위한 충분한 속도에서 상기 용융 반도체 물질로부터 반도체 물질의 고체층을 가진 상기 몰드를 빼내는 단계; 및
    상기 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위해 상기 몰드로부터 반도체 물질의 상기 고체층들을 분리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성된 반도체 물질의 비지지 제품.
  41. 청구항 40에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘, 실리콘의 합금 및 화합물, 게르마늄, 게르마늄의 합금 및 화합물, 갈륨 비소, 갈륨 비소의 합금 및 화합물, 주석, 주석의 합금 및 화합물, 및 그들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품.
  42. 청구항 41에 있어서, 상기 반도체 물질은 실리콘, 실리콘 합금 및 실리콘 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품.
  43. 청구항 40에 있어서, 상기 비지지 제품은 100㎛ 내지 400㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품.
  44. 청구항 40에 있어서, 상기 반도체 물질의 입자(grains)는 가장 좁은 측면 치수가 상기 입자 두께의 2 내지 3배를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품.
  45. 청구항 40에 있어서, 상기 반도체 물질의 비지지 제품은 상기 반도체 물질 전체에(throughout) 분산된 도펀트(dopant)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품.
  46. 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위한 몰드로서,
    외부표면; 및
    외부표면상의 입자들을 포함하며,
    상기 몰드는 실리카 유리(vitreous silica), 그라파이트(graphite), 실리콘 질화물, 및 그들의 조합으로부터 선택되는 물질을 포함하는 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위한 몰드.
  47. 청구항 46에 있어서, 상기 입자들은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위한 몰드.
  48. 청구항 46에 있어서, 상기 입자들은 실질적으로 상기 몰드의 상기 외부표면상에 연속 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위한 몰드.
  49. 청구항 46에 있어서, 실질적으로 상기 입자들의 연속적 코팅은 100nm 내지 5㎛ 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위한 몰드.
  50. 청구항 46에 있어서, 상기 입자들은 10nm 내지 2㎛ 범위의 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 비지지 제품을 형성하기 위한 몰드.
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