MX2011004048A

MX2011004048A - Tira extrema de cristal de listón con múltiples tiras individuales.

Info

Publication number: MX2011004048A
Application number: MX2011004048A
Authority: MX
Inventors: Scott Reitsma
Original assignee: Evergreen Solar Inc
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2011-06-27
Also published as: US20130036966A1; CA2740416A1; CN102203329A; WO2010045399A1; EP2350358A1; US20090061197A1; JP2012505824A; US8304057B2; KR20110084891A

Abstract

Una cinta cristal tiene un cuerpo y una fibra terminal dentro del cuerpo; al menos una fibra terminal tiene una forma en sección transversal generalmente cóncava y se forma de por lo menos dos fibras individuales.

Description

TIRA EXTREMA DE CRISTAL DE LISTÓN CON MÚLTIPLES TIRAS INDIVIDUALES PRIORIDAD Esta solicitud de patente reclama prioridad de la solicitud de patente de los Estados Unidos número 12/252, 557, presentada el 16 de octubre 2008, titulada "RIBBON CRYSTAL END STRING WITH MULTIPLE INDIVIDUAL STRINGS", número asignado de caso de apoderado 3153/178, y que nombra a Scott Reitsma como inventor, cuya descripción se incorpora en la presente, en su totalidad, por referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere en general a cristales de listón con tiras y, más particularmente, la invención se refiere también a la tira que se utiliza para formar cristales de listón con tiras.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los cristales de listón con tiras, como los descritos en la patente de EE.UU. No. 4,689,109 (emitida en 1987 y que nombra a Emanuel M. Sachs como el único inventor), pueden constituir la base de una variedad de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, Evergreen Solar, Inc., de Marlborough, Massachusetts, elabora células solares de los cristales convencionales de listón con tiras.

Como se trata con mayor detalle en la patente mencionada, los procedimientos convencionales forman cristales de listón con tiras pasando dos o más tiras a través de silicio fundido. La composición y la naturaleza de la tira puede tener un impacto significativo en la eficiencia y, en algunos casos, el costo del cristal de listón con tiras, formado finalmente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una modalidad de la invención, un cristal de listón tiene un cuerpo y una tira extrema dentro del cuerpo. Por lo menos una tira extrema tiene forma generalmente cóncava en sección transversal y está formada por lo menos de dos tiras individuales.

Las dos tiras individuales mencionadas pueden estar espaciadas generalmente a lo largo de la dimensión del grosor del cuerpo para dar en general forma alargada y cóncava en sección transversal. Por otra parte, el material del cuerpo (por ejemplo silicio) puede estar entre las dos tiras individuales. En modalidades alternativas, las dos tiras individuales mencionadas están en contacto físico.

De acuerdo con una modalidad de la invención, un cristal de listón tiene un cuerpo y una pluralidad de tiras extremas dentro del cuerpo.

Por lo menos una tira extrema está formada por lo menos por un par de tiras individuales espaciadas. Se coloca material de cuerpo entre el par de tiras individuales.

Por lo menos una tira extrema puede tener forma generalmente cóncava en sección transversal. Además, las tiras individuales pueden dar en general en cada caso una forma alargada en sección transversal. Por otra parte, por lo menos una de las tiras individuales puede tener una concavidad que sea generalmente simétrica alrededor de la dimensión de anchura. Las tiras individuales de la tira extrema por lo menos de una tira extrema pueden estar espaciadas generalmente a lo largo de la dimensión de grosor del cuerpo.

De acuerdo con otras modalidades de la invención, un método de formar un cristal de listón proporciona una pluralidad de tiras extremas. Por lo menos una de las tiras extremas tiene por lo menos dos tiras individuales espaciadas. El método añade también material fundido en un crisol, y pasa luego a las tiras extremas a través del material fundido para hacer que el material fundido se congele por encima de una interfaz, formando así una lámina de material fundido. La por lo menos una tira extrema ha congelado el material fundido entre sus tiras individuales por encima de la interfaz.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los expertos en la técnica deberán apreciar más fácilmente las ventajas de las varias modalidades de la invención de la siguiente "Descripción de las Modalidades Ilustrativas" que se discuten con referencia a los dibujos resumidos inmediatamente abajo.

La figura 1 muestra esquemáticamente un cristal de listón con tiras que se puede formar de tiras configuradas de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención.

La figura 2 muestra esquemáticamente un horno ilustrativo para formar cristales de listón con tiras.

La figura 3 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de una porción de un cristal de listón de la técnica anterior con una tira de la técnica anterior.

La figura 4A muestra esquemáticamente una tira formada de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención.

La figura 4B muestra esquemáticamente ocho vistas en sección transversal de la tira de la figura 4A a lo largo de la línea B-B, de acuerdo con varias modalidades de la invención.

La figura 5 muestra un procedimiento ilustrativo de formar un cristal de listón con tiras mediante el uso de tiras configuradas de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención.

Las figuras 6A, 6B y 6C muestran esquemáticamente vistas en sección transversal de los cristales de listón de acuerdo con una modalidad mediante el uso de tiras con una sección transversal alargada.

Las figuras 7A y 7B muestran esquemáticamente vistas en sección transversal de los cristales de listón con la tira extrema formada con múltiples tiras individuales.

Las figuras 8A y 8B muestran esquemáticamente un cristal de listón con una tira que tiene forma cóncava en general en sección transversal.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ILUSTRATIVAS Los procedimientos Ilustrativos de fabricación de los listones con tiras usan numerosas tiras individuales para cada extremo de un cristal de listón. Por ejemplo, se puede formar cada tira extrema a partir de un par de tiras espaciadas individuales. Las propiedades geométricas y térmicas de tal tira deberán mejorar las propiedades del cristal, por ejemplo mediante la formación de regiones cuello más gruesas. Se discuten a continuación detalles de varias modalidades.

La figura 1 muestra esquemáticamente un cristal de listón con tiras 10 configuradas de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención. De manera similar a otros cristales de listón, este cristal de listón 10 tiene forma generalmente rectangular y un área de superficie relativamente grande en sus caras delantera y trasera. Por ejemplo, el cristal de listón 10 puede tener una anchura de aproximadamente 7.62 cm y una longitud de aproximadamente 15.24 cm. Como es sabido por los expertos en la técnica, la longitud puede variar significativamente. Por ejemplo, en algunos procedimientos conocidos, la longitud depende de la discreción del operador del horno en cuanto a dónde cortar el cristal de listón 10 a medida que crece. Además, la anchura puede variar dependiendo de la separación de sus dos tiras 12 (véase la figura 2) que forman los límites de la anchura del cristal de listón. En consecuencia, la discusión de las longitudes y anchuras específicas son ilustrativas y no se pretende limitar así las varias modalidades de la invención.

El grosor del cristal de listón 10 puede variar y ser muy pequeño en relación a sus dimensiones de longitud y anchura. Por ejemplo, la cristal de listón con tiras 10 puede tener un grosor que varía de aproximadamente 60 micrómetros a aproximadamente 320 micrómetros en toda su anchura. A pesar de este grosor variable, se puede considerar que el cristal de listón con tiras 10 tiene un grosor medio en toda su longitud y/o anchura.

El cristal de listón 10 puede formarse con cualquiera de una gran variedad de materiales (a los cuales se hace referencia a menudo en general como "material de listón" o "material de cristal"), dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, cuando se cultiva para una aplicación fotovoltaica, el cristal de listón 10 puede formarse con un solo elemento, tal como silicio, o un compuesto, tal como un material a base de silicio (por ejemplo silicio-germanio). Otros materiales ilustrativos de listón pueden incluir el arseniuro de galio o fosfuro de indio. El material de listón puede ser de cualquiera de una variedad de tipos de cristales, tales como multicristalino, monocristalino, policristalino, microcristalino o semicristalino.

Como es sabido por los expertos en la técnica, el cristal de listón 10 está formado de un par de tiras 12 (véase la figura 2 y después las figuras), generalmente incrustadas/encapsuladas por el material de listón. Como se comprobó en el procedimiento discutido posteriormente, el par de tiras 12 forma efectivamente los bordes del cristal de listón 10, es decir definen el ancho del cristal de listón 10. En consecuencia, en lo sucesivo se puede hacer referencia a las tiras como "tiras extremas", o simplemente como tiras 12. Por otra parte, para simplificar, se discute el cristal de listón 10 como si estuviera formado de material de listón de silicio policristalino. No obstante, cabe reiterar que la discusión del silicio policristalino no tiene por objeto limitar todas las modalidades.

Algunas modalidades ilustrativas cultivan el cristal de listón 10 en un horno para cultivo de cristales de listón 14, como el que se muestra en la figura 2. Más específicamente, la figura 2 muestra esquemáticamente un horno para cultivo de cristales de listón de silicio 14 que se puede utilizar para formar el cristal de listón con tiras 10 de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención. El horno 14 tiene, entre otras cosas, un alojamiento 16 que forma un interior sellado que está sustancialmente libre de oxígeno (para evitar la combustión). En lugar de oxígeno, el interior tiene cierta concentración de otro gas, tal como argón, o una combinación de gases. El interior de la cubierta contiene también, entre otras cosas, un crisol 18 y otros componentes para cultivar sustancialmente al mismo tiempo cuatro cristales de listón 10 de silicio. Una entrada de alimentación 20 en el alojamiento 16 proporciona un medio para dirigir el material de abastecimiento de silicio al crisol interior 18, mientras una ventana 22 opcional permite la inspección de los componentes interiores.

Como se muestra, el crisol 18, que es soportado por una plataforma interior dentro del alojamiento 16, tiene una superficie superior sustancialmente plana. Esta modalidad del crisol 18 tiene una forma alargada con una región para cultivar cristales listón 10 de silicio en una disposición de uno junto a otro sobre su longitud. En modalidades ilustrativas, el crisol 18 está formado de grafito y calentado con resistores a una temperatura capaz de mantener el silicio por encima de su punto de fusión. Para mejorar los resultados, el crisol 18 tiene una longitud que es mucho mayor que su anchura. Por ejemplo, la longitud del crisol 18 puede ser tres o más veces mayor que su anchura. Por supuesto, en algunas modalidades, el crisol 18 no está alargado de esta manera. Por ejemplo, el crisol 18 puede tener forma más o menos cuadrada, o forma no rectangular.

Como se muestra en la figura 2 y se discute con mayor detalle a continuación, el horno 14 tiene una pluralidad de orificios 24 (que se muestra en transparencia) para recibir la tira 12 (es decir las tiras extremas 12). Específicamente, el horno 14 de la figura 2 tiene ocho orificios de tira 24 para que reciba cuatro pares de tiras extremas 12. Cada par de tiras 12 pasa a través del silicio fundido en el crisol 18 para formar un solo cristal de listón 10.

Muchos procedimientos convencionales para el cultivo de cristales de listón forman cristales de listón con una porción delgada de cuello, cerca de la tira. Más específicamente, la figura 3 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de una porción de un cristal de listón 10P de la técnica anterior que tiene una tira 12P de la técnica anterior. Este cristal de listón 10P de la técnica anterior tiene una porción de cuello 36 delgada entre la tira 12P y una porción más amplia 38 del cristal de listón 10. Si la porción de cuello 36 es demasiado delgada, el cristal de listón 10P puede ser muy frágil y más propenso a romperse, conduciendo así a pérdidas de rendimiento. Por ejemplo, si el coeficiente de índice diferencial de expansión térmica entre la tira 12 y el material de listón que forma el cristal de listón 10P (por ejemplo de silicio policristalino) es suficientemente grande, el 10P cristal de listón puede estar más propenso a romperse en la porción de cuello 36.

Para aumentar el grosor del cuello, los expertos en la técnica han añadido equipo al procedimiento de crecimiento de listón. Por ejemplo, una solución de este tipo añade chorros de gas (no mostrados) al horno 14. Estos chorros de gas dirigen corrientes de gas relativamente frías hacia la porción de cuello 36, lo que disminuye la temperatura en esa zona para aumentar el grosor del cuello. Otras soluciones implican añadir formadores especializados de menisco.

En lugar de utilizar tales medidas externas adicionales, modalidades ilustrativas de la invención diseñan la dimensión en sección transversal de la tira 12 de manera prescrita. Algunas modalidades ilustrativas colocan luego la tira 12 dentro del horno 14 para cultivo de cristales de manera que aumente el tamaño de la porción de cuello 36 del listón de cristal 10 en cultivo. Por ejemplo, el cristal de listón 10 resultante con un grosor medio de aproximadamente 190 micrometros puede tener una porción de cuello 36 con un grosor mínimo de 60 micrometros, lo cual puede ser suficiente en ciertas aplicaciones. Esta innovación debería reducir en consecuencia la pérdida de rendimiento, reduciendo así los costos de producción.

La figura 4A muestra esquemáticamente una tira 12 que se puede formar de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención. Aunque esta figura parece mostrar una sección transversal convexo o redondeado en general, se debe considerar meramente esquemática y no representativa de alguna forma específica en sección transversal. A tal efecto, la figura 4B muestra esquemáticamente ocho diferentes vistas posibles en sección transversal de la tira 12 de la figura 4A a lo largo de la línea transversal B-B, de conformidad con un número de diferentes modalidades de la invención. Por ejemplo, algunas de las formas son generalmente alargadas, como la forma irregular de la tira uno, la forma rectangular de la tira dos y la forma más o menos elíptica de la tira tres.

Si son o no son alargadas, las varias tiras 12 pueden ser categorizadas como si fueran generalmente cóncavas o generalmente convexas. Como se utiliza en la presente, una forma en sección transversal es generalmente cóncava cuando alguna porción de su perímetro forma por lo menos una concavidad no despreciable. Por lo tanto, una tira se considera generalmente cóncava a pesar de sus porciones convexas otros. Por el contrario, se considera que una forma en sección transversal es generalmente convexa cuando su perímetro no forma concavidades no despreciables. Por lo tanto, la tira dos y la tira tres de la figura 4B son generalmente convexas.

La figura 4B muestra otras varias formas de tira en sección transversal que son generalmente cóncavas. De hecho, algunas pueden considerarse alargadas y cóncavas. Por ejemplo, la tira cuatro es generalmente en forma de "C", cóncava y alargada, mientras que la tira cinco generalmente en forma de cruz, cóncava, pero no alargada. La forma de la tira cinco (en forma de cruz) no es alargada, ya que es generalmente simétrica - las porciones horizontal y vertical de la cruz son aproximadamente del mismo tamaño. Dependiendo de sus dimensiones reales, la tira ocho, que es generalmente en forma de "T", puede o no puede considerarse alargada. Por ejemplo, si la porción de la forma de "T" que se extiende hacia abajo es más larga que su porción horizontal, entonces la tira ocho puede considerarse alargada. En cualquier caso, la tira ocho se considera generalmente cóncava.

Durante la experimentación, como se discutirá a continuación, los inventores se sorprendieron al descubrir que la formación de las tiras extremas 12 de múltiples tiras individuales mejoró significativamente el tamaño del cuello. En otras palabras, se pueden formar las tiras extremas 12 de dos o más tiras individuales. Las tiras seis y siete muestran dos modalidades semejantes. Específicamente, la tira seis muestra una modalidad en la cual las tiras 12 individuales hacen contacto físico entre sí en el cristal de listón 10 final, mientras que la tira siete muestra otra modalidad en la cual las tiras 12 individuales están espaciadas unas de otras (en el cristal de listón 10 final). Como se muestra intrínsecamente con la tira siete, la tira extrema 12 con dos tiras individuales separadas comprende dos tiras individuales, además de cierto material del cuerpo de listón (por ejemplo silicio policristalino) entre las dos tiras individuales.

Cabe señalar que las tiras extremas 12 con múltiples tiras individuales pueden utilizar más de dos tiras individuales. Por ejemplo, algunas tiras extremas 12 pueden utilizar tres o cuatro tiras para aumentar su dimensión de profundidad. Además, las tiras individuales de estas modalidades de tira múltiples puede tener las mismas o diferentes formas en sección transversal (por ejemplo una primera tira 12 con forma elíptica y otra tira 2 con forma de cruz o circular).

Cabe señalar que las formas específicas de la figura 4B son meros ejemplos de una variedad de diferentes formas de tira en sección transversal. En consecuencia, los expertos en la técnica deben entender que otras formas de tira figuran dentro del alcance de las varias modalidades.

La figura 5 muestra un procedimiento ilustrativo de formar un cristal de listón con tiras 10 con tiras 12 configuradas de acuerdo con modalidades ilustrativas de la invención. Para simplificar, se discute este procedimiento en relación con la tiras dos de la figura 4B solamente - porque la tira dos es la única tira 12 en esa figura que muestra explícitamente las varias capas de tira discutidas en este procedimiento. No obstante, cabe señalar que los principios que se discuten se aplican a las tiras 12 que tienen otras formas en sección transversal, o a otras tiras formadas mediante otros procedimientos.

El procedimiento comienza en el paso 500 mediante la formación de un núcleo/sustrato 28, que actúa como sustrato para recibir una capa de material refractario. Como se analiza con mayor detalle en la solicitud de patente de EE.UU. copendiente, con número de caso de apoderado 3253/172, titulada, "REDUCED WETTING STRING FOR RIBBON CRYSTAL", (que se incorpora por referencia más arriba), el núcleo 28 se puede elaborar de carbono mediante procedimientos convencionales de extrusión. En otras modalidades, sin embargo, el núcleo 28 puede ser un alambre, filamento o una pluralidad de pequeñas fibras conductoras enrolladas juntas como un haz. Por ejemplo, los procedimientos posteriores a la fabricación podrían formar un monofilamento mediante un procedimiento de fabricación conocido, tal como oxidación, carbonización o infiltración.

El núcleo 28 puede tener la forma deseada en sección transversal. Por ejemplo, como se muestra en la figura 4B, el núcleo 28 de la tira dos es generalmente rectangular. Alternativamente, el núcleo 28 puede tener una forma diferente en sección transversal, mientras que el equipo de aplicación material refractario puede estar configurado de manera especial para dar la forma deseada en sección transversal. Por ejemplo, el equipo de extrusión puede estar configurado de manera especial para dar la forma en sección transversal de un material de núcleo que tenga forma previamente especificada en sección transversal que sea la misma o diferente que el de la forma final de tira extrema en sección transversal.

Después de formar el núcleo 28, el procedimiento forma un primer revestimiento/capa que actúa como la capa de material refractario 30 (paso 502), anteriormente mencionada. Entre otras cosas, el primer revestimiento 30 puede incluir carburo de silicio, tungsteno o una combinación de carburo de silicio y tungsteno. Además, se puede formar esta primera capa de numerosa formas convencionales, como con un procedimiento convencional (y, a menudo complejo) de revestimiento por CVD.

Para evitar el uso de maquinaria pesada y productos químicos peligrosos de un procedimiento de CVD, en modalidades ilustrativas se extrude el material refractario directamente sobre el núcleo/sustrato 28. Esto puede implicar, entre otras cosas, un procedimiento de extrusión por estirado, o ambos haciendo girar un material refractario con un componente de polímero, que posteriormente se cuece al horno apagado. Los procedimientos pueden usar por lo menos un componente de carbono, silicio, carburo de silicio, nitruro de silicio, aluminio, mullita, dióxido de silicio, las partículas de BN o fibras mezcladas con un aglutinante de polímero, junto con extrusión/extrusión por estirado. Esto puede implicar también la extrusión en dos componentes de un núcleo 28 por lo menos con un carburo de silicio, carbono, silicio y un forro por lo menos con uno de óxido, mullita, carbono y/o carburo de silicio. En consecuencia, como se señaló anteriormente, el núcleo 28 actúa efectivamente como sustrato para soportar la capa de material refractario 30.

Este paso forma asf lo que se considera una porción de tira de base 26. Cabe reiterar que la porción de tira de base 26 se puede formar a partir de uno o más de cualquiera de una amplia variedad de materiales. Dichos materiales pueden incluir una fibra o haz de grafito, un material refractario, tal como carburo de tungsteno o de silicio, o una combinación de los mismos. De hecho, en algunas modalidades se puede formar porción de tira de base 26 sin un núcleo 28.

En este punto del procedimiento, la porción de tira de base 26 tiene un coeficiente combinado de expansión térmica que coincide preferiblemente en general con el coeficiente de expansión térmica del material de listón. Específicamente, las características de expansión térmica de la tira 12 deben estar lo suficientemente bien adaptadas al material de listón para que no se desarrolle tensión excesiva en la interfaz. La tensión se considera excesiva si la tira 12 presenta una tendencia a separarse de listón durante la manipulación subsiguiente razonable del cristal de listón y los pasos de procesamiento, o si la tira 12 presenta una tendencia a curvarse hacia afuera o hacia adentro desde el borde del cristal de listón. En otras modalidades, sin embargo, el coeficiente de expansión térmica de la porción de tira de base 26 no suele coincidir con la del material de listón.

Algunas modalidades de la invención pueden tener una o más capas adicionales, dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, como se discute con mayor detalle en la solicitud de patente incorporada, mencionada anteriormente y que tiene número de caso de apoderado 3253/172, la tira 12 puede tener una capa no humectante y/o de humectancia reducida 32 a aumentar el tamaño de grano del material de listón. En ese caso, el procedimiento continúa con el paso 504, que forma una capa no humectante y/o de humectancia reducida 32 expuesta en la porción de tira de base 26. En las aplicaciones sensibles a las diferencias de coeficiente de expansión térmica, esta capa 32 es preferiblemente muy fina para que tenga un impacto insignificante en el coeficiente de expansión térmica conjunto de la tira. Por ejemplo, la capa de humectancia reducida 32 debería ser mucho más delgada que la de la capa de material refractario 30.

En las modalidades en que se usa esta capa no humectante 32, se debe controlar cuidadosamente el ángulo de contacto con el material de listón de su superficie exterior para hacer que el material de listón fundido se adhiera a la misma— de lo contrario, el procedimiento no puede formar el cristal de listón 10. En las aplicaciones en que se usa silicio policristalino fundido por ejemplo, se prevé que los ángulos de contacto con el silicio de entre aproximadamente 15 y 120° grados produzcan resultados satisfactorios. Estos ángulos de más de 25 grados puede producir mejores resultados.

Entre otros aspectos, se puede formar la capa no humectante 32 mediante procedimientos CVD, revestimiento por inmersión u otros métodos. Por ejemplo, la porción de tira de base 26 puede revestirse por CVD mediante la aplicación de contactos eléctricos en una cámara de deposición, mientras se alimenta a través de la cámara, calentando así la porción de tira de base 26 en si. Alternativamente, se puede calentar la porción de tira de base 26 mediante calefacción por inducción a través de la cámara.

Las técnicas relacionadas con la aplicación de este paso incluyen: • un baño en sol gel para óxido de sílice o de aluminio o para oxicarburo de silicio al final de un horno CVD o bien durante el rebobinado, • un revestimiento no humectante CVD depositado mediante el calentamiento de cuarzo desde el exterior y calentamiento por inducción de la porción de tira de base 26, • deposición mediante aplicación por aspersión con un aglutinante de polímero que subsiguientemente se quema, • sacudimiento de partículas sobre una porción de tira de base 26 o haz y luego cocción sobre la porción de tira de base 26 o haz, y • revestimiento con la porción de tira de base 26 con suspensión espesa refractaria (por ejemplo, carburo de silicio/dióxido de silicio) o líquido y luego la quema de residuos.

La tira 12 puede tener también una capa de manipulación 34 radialmente hacia fuera de la capa de material refractario 30 a mantener la integridad de la porción de tira de base 26. A tal efecto, si se incluye, la capa de manipulación 34 proporciona una pequeña tensión de compresión a la porción de tira de base 26, mejorando así la solidez de la tira conjunta 12. En consecuencia, si la porción de tira de base 26 desarrolla una grieta, la tensión de compresión de la capa de manipulación 34 debe reducir la probabilidad de que se rompa la tira 12. Entre otras cosas, la capa de manipulación 34 puede ser una capa fina de carbono (por ejemplo de uno o dos micrómetros de grosor para las tiras 12 que tengan tamaños generalmente conocidos).

En consecuencia, antes de realizar el paso 504, algunas modalidades pueden formar una capa de manipulación 34 que sea independiente de la capa no humectante 32 producida (véase por ejemplo la tira dos de la figura 4B). Así, en tal modalidad, la capa no humectante y/o humectante 32 cubre sustancialmente la capa de manipulación 34. Más específicamente, la capa no humectante 32 cubre la superficie exterior circunferencial de la capa de manipulación 34. Algunas formas de modalidad, sin embargo, pueden integrar la capa no humectante 32 a la capa de manipulación 34.

Se determina luego en el paso 506 si la tira 12 revestida tiene filamentos que se extiendan a través de la capa no humectante 32 (se hace referencia a tales filamentos como se en la presente como "bigotes"). Esto puede ocurrir, por ejemplo, cuando un haz de filamentos forma el núcleo 28. Si la tira 12 revestida tiene bigotes, el procedimiento los desbasta luego en el paso 508. El procedimiento puede volver entonces al paso 504, en el cual se aplica de nuevo la capa no humectante 32.

Alternativamente, si la tira 12 no tiene bigotes, el procedimiento continúa con el paso 510, que proporciona la tira 12 al horno 14, como se muestra en la figura 2. A tal efecto, algunas modalidades proporcionan una sola tira 12 para cada borde del cristal de listón, o varias tiras 12 para cada borde del cristal de listón (por ejemplo, las tiras seis y siete de la figura 6B). El término "tira", a menos que se modifique explícitamente a lo contrario (por ejemplo con las palabras "única" o "múltiples"), cuando se menciona con referencia a la formación de un contorno/ancho de un cristal de listón 10, significa por lo general una o más tiras.

En lugar de utilizar los métodos mencionado anteriormente para formar la tira 12, en algunas modalidades se maquina o taladra una concavidad para formar una tira convexa 12 redondeada o de otra manera generalmente convexa. En consecuencia, se puede formar la tira 12 mediante otros métodos.

En modalidades ilustrativa se orientan las tiras 12 en el horno 14 de manera que se aumente el grosor de la porción de cuello 36 del cristal de listón. Por ejemplo, las figuras 6A-6C muestran esquemáticamente vistas en sección transversal de tres cristales de listón 10 con tiras 12 que tienen formas en sección transversal generalmente alargadas, generalmente elípticas, generalmente convexas. Para aumentar el grosor de la porción de cuello 36, en estas modalidades se orientan sus respectivos ejes 42 generalmente longitudinales, de modo que diverjan con la dimensión de anchura de sus respectivos cristales de listón 10. En otras palabras, para divergir, el eje longitudinal 42 no es paralelo a la dimensión de anchura— en cambio, el eje longitudinal 42 y la dimensión de anchura se cruzan.

Más específicamente, la sección transversal de cada tira 12 tiene una dimensión máxima, cada una de las cuales se muestra como flechas de doble cabeza én las figuras 6A-6C. Con propósitos de referencia, se considera por lo tanto que el eje longitudinal 42 de cada una de estas formas alargadas en sección transversal es colineal con la dimensión máxima. En los procedimientos de la técnica anterior conocidos por el inventor, se orienta este eje longitudinal 42 generalmente en paralelo a la dimensión de anchura del cristal de listón 10. Al contrario de esta enseñanza explícita en la técnica sin embargo, los inventores descubrieron que la orientación del eje longitudinal 42, de modo que diverja con la dimensión de anchura del cristal de listón, debe aumentar el tamaño del cuello.

Por ejemplo, en la figura 6A se orienta el eje longitudinal 42 en dirección substancialmente perpendicular a la dimensión de anchura, mientras que en la figura 6C se orienta el eje longitudinal 42 para formar un ángulo somero con la dimensión de anchura. En la figura 6B se orienta el eje longitudinal 42 entre los extremos de las figuras 6A y 6C. Cualquier modalidad debe aumentar el tamaño de la porción de cuello 36 en comparación con el procedimiento de la técnica anterior mencionada anteriormente. Este aumento de tamaño del cuello en debe reducir consecuencia la rotura, mejorando así el rendimiento.

Cabe señalar que las orientaciones distintas de las que se muestran en las figuras 6A-6C deben proporcionar también resultados satisfactorios. Por ejemplo, la orientación del eje longitudinal 42, de manera que se gire alrededor de 90 grados (a la derecha o a la izquierda) desde el ángulo que se muestra en la figura 6B, debe aumentar también el tamaño del cuello.

Conforme las tiras 12 se mueven a través del horno 14, el material de listón fundido (de cada cristal de listón 10) forma un menisco. Durante las pruebas, el inventor descubrió que el aumento de la altura del menisco aumentaba también en general el grosor de la porción de cuello 36. A tal efecto, los inventores reconocieron que los radios principales de las formas de tira en sección transversal deben tener ciertas propiedades prescritas.

Más específicamente, la diferencia de presión a través de la interfaz estática entre el gas y material fundido está definida por la ecuación de Young-Laplace, que se expone como sigue: en donde: Pies la presión del material fundido, PMes la presión del gas, r1 y r2 son los radios de curvatura principales del menisco, y o (rho) es la tensión superficial.

El inventor determinó que la altura del menisco debe aumentar si la presión del. material fundido es menor que la presión del gas. Para lograr esto, los inventores determinaron que los radios de curvatura principales del menisco deben ser pequeños, cuando son positivos (es decir cuando la forma en sección transversal es generalmente cóncava). Por el contrario, si el segundo radio de curvatura R2 es negativo, en cuyo caso la forma en sección transversal es generalmente convexa, entonces el segundo radio de curvatura r2 debe ser grande.

Las primeras pruebas por lo menos de manera preliminar confirman estas conclusiones. Por otra parte, estas pruebas dieron resultados sorprendentes adicionales. Específicamente, el inventor notó el fenómeno de aumento de menisco pasando dos tiras 12 individuales a través del material fundido para un solo borde de un cristal de listón 10. Las figuras 7A y 7B muestran esquemáticamente los cristales de listón 10 formados con esta técnica.

El inventor notó también otro resultado sorprendente, cuando se separaron (las tiras individuales 12 para cada borde figura 7B). En particular, en una prueba, las dos tiras individuales 12 que forman un solo borde se separaron aproximadamente 700 micrometros. Además de engrosamiento de la porción de cuello 36, un examen detallado de este borde mostró también granos más grandes cerca de esa región - resultado que era completamente inesperado (estas tiras 12 individuales no tenían la capa 32 no humectante antes mencionada). Siendo así, el inventor cree que tal técnica y las técnicas relacionadas debe mejorar también la eficiencia eléctrica del cristal de listón 10.

Las figuras 8A y 8B muestran esquemáticamente dos cristales de listón 10 con tiras 12 que tienen forma generalmente cóncava en sección transversal. Como se muestra, las tiras 12 están orientadas de manera que sus concavidades estén orientadas completamente hacia o completamente desde la anchura de la oblea (es decir, en la dirección X). En particular, la concavidad está orientada por lo general simétricamente, por ejemplo la concavidad forma una imagen especular por encima y por debajo del eje X. Se prefiere esta orientación, porque el inventor cree que formará el menisco de manera que promueva el cultivo apropiado de cristales. Una rotación significativa de estas orientaciones (a la derecha o a la izquierda), sin embargo, puede afectar la forma del menisco para impedir el crecimiento apropiado de cristales. Los expertos en la técnica pueden aplicar este concepto a una tira 12 que tiene concavidades múltiples o concavidades en lados opuestos de la forma en sección transversal (por ejemplo una forma de cruz).

En este punto, por cada cristal de listón 10 que se cultiva, mediante el procedimiento se pasan dos tiras 12 (que forman en conjunto la anchura máxima del cristal de listón) a través del horno 14 y del crisol 18, formando así el cristal de listón con tiras 10 (paso 512).

En consecuencia, en las modalidades ilustrativas de la invención se orientan tiras 12 configuradas de manera especial dentro de un cristal de listón 10 para aumentar el grosor del cuello. De manera alternativa o adicional, tiras 12 con configuración especial elevar la altura del menisco dentro del horno 14 para aumentar aún más el grosor del cuello. Por ejemplo, las tiras extremas 12 formadas de múltiples tiras individuales pueden levantar la porción de menisco entre cada tira individual, además de la porción de menisco entre las tiras 12 extremas. Los cristales de listón 10 cultivados con estas técnicas deben ser por tanto menos propensos a romperse, mejorando así los rendimientos.

Aunque la discusión anterior describe varias modalidades ejemplares de la invención, debe ser evidente que los expertos en la técnica pueden hacer varias modificaciones que lograrán algunas de las ventajas de la invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, en algunas modalidades se pueden utilizar más de dos tiras extremas 12 para formar un solo cristal de listón 10.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un cristal de listón que comprende: un cuerpo; y una tira extrema dentro del cuerpo, por lo menos una tira extrema teniendo forma generalmente cóncava en sección transversal y estando formada por lo menos de dos tiras individuales.

2. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cuerpo tiene una dimensión de grosor, las por lo menos dos tiras individuales estando espaciadas generalmente a lo largo de la dimensión de grosor del cuerpo, las por lo menos dos tiras individuales adoptando una forma generalmente alargada, cóncava en sección transversal.

3. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende adicionalmente material de cuerpo entre las por lo menos dos tiras individuales.

4. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las por lo menos dos tiras individuales están en contacto físico.

5.- Un cristal de listón que comprende: un cuerpo; y una pluralidad de tiras extremas en el cuerpo, por lo menos una tira extrema que comprende un par de tiras individualesespaciadas; y material de cuerpo entre el par de tiras individuales.

6.- El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el material de cuerpo comprende silicio.

7 - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la por lo menos una tira extrema tiene forma generalmente cóncava en sección transversal.

8. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque cada una de las tiras individuales adopta una forma generalmente alargada en sección transversal.

9. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el cuerpo forma una dimensión de anchura, por lo menos una de las tiras individuales teniendo una concavidad que es generalmente simétrica alrededor de la dimensión de anchura.

10. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque por lo menos dos tiras extremas tienen en cada caso un par de tiras individuales espaciadas, el material de cuerpo encontrándose entre las tiras individuales de las dos tiras extremas.

11. - El cristal de listón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el cuerpo tiene una dimensión de grosor, las tiras individuales de la por lo menos una tira extrema estando espaciadas generalmente a lo largo de la dimensión de grosor del cuerpo.

12. - Un método de formar un cristal de listón, método que comprende: proporcionar una pluralidad de tiras extremes, por lo menos una de las tiras extremas comprendiendo por lo menos dos tiras individuales espaciadas, añadir material fundido en un crisol, y pasar las tiras extremas a través del material fundido lo cual hace que el material fundido se congele por encima de una interfaz para formar una hoja de material congelado, la por lo menos una tira extrema teniendo material fundido congelado entre sus tiras individuales por encima de la interfaz.

13. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el material fundido comprende silicio.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque cada una de las tiras individuales adopta una forma generalmente alargada en sección transversal.

15. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque por lo menos dos tiras extremas tiene en cada caso una pluralidad de tiras individuales espaciadas.

16. - El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque las por lo menos dos tiras extremas tienen en cada caso material fundido congelado entre sus respectivas tiras individuales por encima de la interfaz.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la hoja tiene una dimensión de grosor, las tiras individuales de la por lo menos una tira extrema estando estando espaciadas generalmente a lo largo de la dimensión de grosor de la hoja.