NL1019030C2 - Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaal schijven of -folies en toepassing van op zodanige wijze vervaardigde folies of schijven. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaal schijven of -folies en toepassing van op zodanige wiize vervaardigde folies of schijven 5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een halfgeleider- of metaalsmelt op een bewogen substraat volgens de Ribbon Growth on Substrate- werkwijze (RGS-werkwijze), inrichtingen voor de uitvoering van deze werkwijze en de toepassing van op overeenkomstige wijze vervaardigde halfgelei-10 der- en metaalschijven of -folies, in het bijzonder van siliciumfolies.

De directe omzetting van zonnestralingsenergie in elektrische stroom met fo-tovoltaïsche systemen is een van de meest interessante alternatieve methodes van de nuttige stroomopwekking. De kleinste tot middelgrote fotovoltaïsche installaties met of zonder aansluiting op een elektriciteitsverbindingsnet kunnen uit overeenkomstige 15 zonne-energiemodules naar behoefte worden samengesteld en door de vereiste randapparatuur zoals bijvoorbeeld wisselrichters of accumulators inclusief laadsystemen worden uitgebreid. Geschikte systemen kunnen eenvoudig op land-, water- en luchtvoertuigen geïnstalleerd worden.

Nog steeds zijn echter grote inspanningen noodzakelijk om werkwijzen te 20 ontwikkelen respectievelijk te verbeteren, waarmee de kosten, vooral de vervaardi-gingskosten van de fotovoltaïsche systemen, verder duidelijk verlaagd kunnen worden. Een bijzonder hoog aandeel aan de totale kosten van fotovoltaïsche systemen heeft de vervaardiging van het vlakke halfgeleiderbasismateriaal, waaruit de zonnecellen van de meest verschillende soort procesmatig geproduceerd kunnen worden.

25 Omdat continu werkende werkwijzen normaliter de eenvoudige productie van grote hoeveelheden mogelijk maken en goedkoper werken dan ladingsgewijs werkende processen, bestaat een grote interesse voor continu werkende processen voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies, in het bijzonder voor de toepassing op het fotovoltaïsche gebied.

30 Een bijzonder interessante en elegante werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies, in het bijzonder voor de vervaardiging van vlakke halfgeleidermaterialen, is de RGS-werkwijze (Ribbon Growth on Substrate). Bij deze werkwijze wordt bespaard op de dure en omslachtige zaagstappén i Π i O Π \ 2 en worden de daarmee verbonden materiaalverliezen vermeden, die bij het zagen van eenkristalkolommen of multikristallijn geharde halfgeleiderblokken, die bijvoorbeeld volgens de blokgietwerkwijze worden vervaardigd, niet te vermijden zijn. De RGS-werkwijze is verder gekenmerkt, door een hoge vlakproductiesnelheid. Bij 5 voorkeur wordt de RGS-werkwijze voor de vervaardiging van siliciumfolies toegepast, ook kunnen echter alle aan de vakman bekende halfgeleidermaterialen en metalen respectievelijk mengsels daarvan, die uit een smelt of oplossing op gedefinieerde wijze afgescheiden kunnen worden, tot schijven of folies verwerkt worden.

Uit EP 165 449 Al is de principiële functioneringswijze van de RGS-10 werkwijze bekend. Uit de smelt worden bij hoge snelheden halfgeleiderfolies op een onderlaag (substraat) afgescheiden. Daarbij worden folies met grote in kolommen gegroeide kristalkorrels en een geringe concentratie foutieve plaatsen verkregen. De vloeibare halfgeleider wordt met behulp van een vormlichaam, hier in het onderstaande gietframe genoemd, op het plaatvormige horizontale of tot ± 30° ten op-15 zichte van de horizontaal gehelde substraat opgebracht, waarbij parallel in de langs-richting tussen substraat en gietframe een relatieve beweging wordt ingesteld. Gelijktijdig wordt in de bekledingszone tussen het gietframe en de onderlaag een tem-peratuurgradiënt zodanig ingesteld, dat in deze zone de kristallisatie begint.

Het in EP 165 449 Al beschreven gietframe heeft in het bovenaanzicht de 20 vorm van een frame met een vierkante of rechthoekige dwarsdoorsnede. Deze fra-mevorm wordt derhalve in het onderstaande als kastframe aangeduid. Het vloeibare halfgeleidermateriaal wordt door het substraat respectievelijk het daarop gegroeide vaste halfgeleidermateriaal in het gietframe gehouden, waarbij de hoge oppervlaktespanning van het halfgeleidermateriaal wordt benut. Deze constructie vormt zodoen-25 de een kuip, bestaande uit een gietframe met in hoofdzaak verticale wanden en uit een afzonderlijke bodem. Bodem en gietframe worden ten opzichte van elkaar bewogen. De afmetingen van het gietframe bepalen de grootte van het grensvlak tussen de vloeibare en de reeds geharde halfgeleider of het vloeibare en reeds geharde metaal. Zodoende kan door een vergroting van de effectieve lengte van het gietframe de 30 groeiende folieoppervlakte worden verlengd en omgekeerd. Dit maakt wederom transportsnelheden mogelijk, die met duidelijk meer dan een factor 100 hoger liggen dan de kristallisatiesnelheid.

Uit DE 41 02 484 Al is bekend, dat de RGS-werkwijze door toepassing van 3 substraatmaterialen met geschikte groeven zodanig verbeterd kan worden, dat direct metaal- en halfgeleiderfolies in de vorm van discrete schijven geproduceerd kunnen worden. Zodoende komen overeenkomstige scheidingsstappen voor de verdeling loodrecht op het folievlak, bijvoorbeeld met gebruik van de uit de halfgeleidertech-S niek bekende scheidingszagen (dicing saws) of door toepassing van lasers voor het doorscheiden respectievelijk voor het inkrassen met daarop volgend breken te vervallen.

Uit DE 41 05 910 is bekend, dat hard wordende metaal- of halfgeleidersmel-ten door behandeling met een gas zuiverder vervaardigd kunnen worden. Onder gas 10 wordt hierbij een onder de voorwaarden van de RGS-werkwijze oxiderend werkend gas of een mengsel van meerdere van dergelijke gassen in een mengsel met een inert gas of meerdere inerte gassen begrepen. Vervolgens dient de onder deze omstandigheden hard geworden metaal- of halfgeleiderlaag met een dikte van enkele pm verwijderd te worden door mechanische of chemische abrasie. Deze handelwijze is in 15 het bijzonder bij de vervaardiging van siliciumfolies voor de toepassing op het foto-voltaïsche gebied volgens de RGS-werkwijze geschikt.

Met de RGS-werkwijze is een methodiek beschikbaar, die uitstekend geschikt is voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaal schijven of -folies. Gebleken is echter, dat de RGS-werkwijze gedeeltelijk gevoelig reageert op veranderingen van 20 de werkwijzeparameters. Kritische werkwijzeparameters zijn in het bijzonder de temperatuur van het gietframe, van het substraat en van de smelt en de vulhoogte in het gietframe.Veranderingen van deze werkwijzeparameters hebben in het bijzonder invloed op de kwaliteit van de onderzijde van de geproduceerde schijven of folies; de zijde, die naar het substraat toe is gekeerd. In volgens de RGS-werkwijze ver-25 vaardigde schijven of folies zijn in de meest ongunstige gevallen mechanische structuren te vinden, die als ingevroren golven aangeduid kunnen worden. Worden deze structuren te groot, dan vormen zich in het extreme geval van de onder- naar de bovenzijde doorlopende gaten in de schijven of folies. Bij het procesmatig produceren van zonnecellen uit of op siliciumschijven is men aangewezen op siliciumschijf-30 oppervlaktes, die voldoende glad of zelfs vlak zijn. De beschreven oppervlaktestructuren storen of verhinderen in het extreme geval de vervaardiging van zonnecellen uit of op deze schijven of folies.

Met de bekende RGS-werkwijze kunnen de beschreven kritische werkwijze- 4 parameters vaak slechts moeilijk met een betrouwbaarheid, die voldoende is, constant worden gehouden.

Bovendien is het moeilijk om volgens de bekende RGS-werkwijze silicium-folies te produceren, die een dikte hebben, die kleiner is dan 200 pm. Wordt de sub-5 straatsnelheid ten opzichte van het gietframe verhoogd, wat in principe de vorming van dunne folies tot gevolg zou moeten te hebben, dan treedt vaak tussen de al geharde folie en de onderzijde van de voorste gietframewand zo veel silicium naar buiten, dat het gewenste effect door deze vloeibare massa bij benadering weer wordt opgeheven. Dit vloeibaar naar buiten getreden silicium wordt als smeltslip aange-10 duid. Bovendien hardt een grotere hoeveelheid van de smeltslip geometrisch en daarmee thermisch zeer ongelijkmatig op de folie; deze wordt daarmee normaliter onbruikbaar voor de productie van zonnecellen.

Dunnere folies zijn in principe ook door een overeenkomstige verkorting van het gietframe toegankelijk. Daarmee wordt dit echter in relatie smal en hoog. Omdat 15 het gietframe slechts los in een houder ligt, die dit tegen verschuiven fixeert, kan het gietframe volgens de stand van de techniek niet meer voldoende vlak en rustig op het bewogen substraat liggen. Wederom wordt een hogere smeltslip met alle neveneffecten ingesteld. Veder moet het gietframe voor een discontinu begin eenmalig of voor het duurzame bedrijf continu met vloeibaar silicium worden gevuld. Bij een 20 steeds smaller wordend frame wordt dienovereenkomstig het werkvolume aan vloeibaar silicium steeds geringer. Dienovereenkomstig ingewikkeld wordt het werkwij-zetechnisch betrouwbaar vullen respectievelijk het aanhouden van het vulniveau.

De onderhavige uitvinding beoogt een RGS-werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven en -folies beschikbaar te stellen, die het mogelijk 25 maakt om op een betrouwbare wijze schijven of folies te vervaardigen, die een oppervlakte hebben, die voldoende glad en vlak is voor de verdere verwerking, waarbij de kritische werkwijzeparameters op een eenvoudige wijze stabiel kunnen worden gehouden.

Onderwerp van de uitvinding is een werkwijze voor de vervaardiging van 30 halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider, een metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de smelt zich in een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevindt en de smelt in de zone van het naar buiten treden van -ί A '· · - · ' 5 het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttempera-tuur van het toegepaste materiaal en een temperatuur van 5° C boven deze smelttem-peratuur heeft en in de smelt een temperatuurgradiënt wordt ingesteld, waarbij de temperatuur van de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van 5 het gietframe gemiddeld in de richting van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe stijgt.

Bij voorkeur heeft de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttemperatuur en 1° C daarboven.

10 Heeft de smelt volgens de uitvinding in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttemperatuur van het toegepaste materiaal en een temperatuur van 5° C daarboven, bij voorkeur een temperatuur tussen de smelttemperatuur en 1° C daarboven, dan wordt de kleinst mogelijke hoeveelheid al geharde smelt weer opgesmolten. De uit het frame 15 naar buiten tredende en daarbij op de al geharde schijf of folie liggende hoeveelheid vloeibare halfgeleider of de daarop liggende hoeveelheid metaal wordt zo geminimaliseerd. In het ideale geval treedt alleen de hydrodynamisch te niet te vermijden hoeveelheid vloeibare halfgeleider of vloeibaar metaal samen met de gekristalliseerde schijf of folie naar buiten.

20 Wordt op de genoemde plaats daarentegen een temperatuur onder het smeltpunt van het toegepaste materiaal ingesteld, dan begint het gietframe op de schijf of de folie aan te vriezen. Een meescheuren van het gietframe tot dit weer loskomt vindt plaats. Daarbij wordt het gietframe omhoog gebracht, waarbij grotere hoeveelheden van de vloeibare halfgeleider of van het vloeibare metaal naar buiten treden.

25 Dit proces herhaalt zich continu en normaliter ontstaan geen bruikbare schijven of folies meer.

Aan de buitenste wand van het gietframe vormt zich bij de uitlaat van de geharde smelt door de daarop liggende dunne nog vloeibare laag een voorste meniscus. In de beginzone van de groeiwig vormt zich een achterste meniscus van de smelt, die 30 een naar buiten lopen tegen de transportrichting verhindert.

Is de temperatuur aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe te laag, dan hardt de smelt al in de zone van de achterste meniscus. Folies met onregelmatige en onbruikbare folieonderzijden worden ge 6 vormd. Vaak wordt daarbij de ingevroren meniscus als golfpatroon dwars op de transportrichting afgebeeld.

Volgens de uitvinding wordt in de smelt een temperatuurgradiënt ingesteld, zodat de temperatuur gemiddeld in de richting van de zijde van het naar binnen tre-5 den van het substraat in de zone van het gietframe stijgt.

Als gevolg van de Warmteoverdracht in de smelt zal de temperatuur daarbij normaliter ongelijkmatig stijgen. Terwijl de temperatuur in eerste instantie niet of slechts zwak stijgt, waarbij zelfs een bepaald temperatuurverlaging kan optreden, stijgt de temperatuur dicht bij de zijde van het naar binnen treden van het substraat in 10 de zone van het gietframe in sterke mate.

Bij voorkeur wordt de temperatuur aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe zo hoog ingesteld, dat de smelt in de volledige achterste meniscus vloeibaar blijft en het metaal- of halfgeleidermateriaal pas begint te kristalliseren, wanneer het een macroscopisch vlak contact met het sub-15 straat heeft verkregen.

Alternatief kan de temperatuurgradiënt in de smelt ook zodanig worden ingesteld, dat het metaal- of halfgeleidermateriaal begint te kristalliseren, wanneer het ! net nog geen macroscopisch vlak contact met het substraat heeft gekregen. |

Bij een temperatuurverloop volgens de uitvinding verschaft het ten opzichte 20 van de smelt koude substraat vreemde kiemen in een hoeveelheid, die voldoende is voor een macroscopisch in het bovenaanzicht bijna isotrope kristallisatie. Er ontstaat een globulitische kristalhabitus. Als globulitisch wordt een kristalbeeld aangeduid, waarbij de afzonderlijke kristallen hoofdzakelijk als kolomachtige structuren van de onderzijde naar de bovenzijde van de folie zijn gegroeid en waarbij zodoende in het 25 bovenaanzicht de transportrichting van substraat en folie nauwelijks of in het geheel niet zichtbaar is.

Een globulitische kristalstructuur correleert met duidelijk minder kristaldefecten dan een dentritische structuur en is derhalve gewenst. Dit heeft de wezenlijke oorzaak daarvan in de kiemvorming en in de kristalgroei (I. Steinbach, H.-U. Höfs, 30 Microstructural analysis of the crystallisization of Silicon ribbons produced by the RGS-process, 26Λ PVSC, 1997, Anaheim, USA). Om het ideale geval van een globulitische, met betrekking tot de habitus isotrope kristallisatie zoveel mogelijk te benaderen, moet de temperatuur van het gietframe direct bij het naar binnen treden van 7 het substraat zo hoog als praktisch mogelijk worden ingesteld.

De beide eisen aan het temperatuurverloop volgens de uitvinding, dat enerzijds de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit het gietframe zo dicht mogelijk boven het smeltpunt van het foliemateriaal 5 ligt en anderzijds in de smelt een temperatuurgradiënt wordt ingesteld, waarbij de temperatuur gemiddeld in de richting van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe stijgt, dit wil zeggen dat de smelt in de zone van het naar binnen treden van het substraat in het gietframe een duidelijke hogere temperatuur heeft, zijn een contradictio in terminis. In het eerste geval hoeft slechts relatief wei-10 nig warmte-energie worden toegevoerd om de gewenste temperatuur aan te houden. In het tweede geval is veel warmte-energie vereist.

De temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe wordt bijvoorbeeld door middel van de temperatuur van de zijde van het gietframe in de zone van het naar buiten treden van het substraat ge-15 stuurd, doordat men de temperatuur van het gietframe met een geschikt verwarming op overeenkomstige wijze instelt. Hierbij moet empirisch of door numerieke simulatie op overeenkomstige wijze rekening worden gehouden met de warmtestromen in het gietframe. De optimale temperatuur van het gietframe wordt bij voorkeur bepaald en ingesteld, doordat de schijnbare smeltslip tot een minimum wordt gebracht. 20 Onder schijnbare smeltslip wordt de hydrodynamisch aanwezige smeltslip en daarbij opgeteld de weer opgesmolten smeltlaag begrepen. De gemeten en optimaal ingestelde temperatuur in de vrije ruimte boven de smelt ligt daarbij aanzienlijk hoger dan de daarmee gekoppelde effectieve temperatuur van de onderste uitlaatzijde van het gietframe.

25 Het temperatuurprofiel volgens de uitvinding van de smelt, dit wil zeggen de temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt kan bijvoorbeeld geheel of gedeeltelijk worden ingesteld, doordat de temperatuur van de substraatoppervlakte direct voor de bekleding van het substraat met het metaal- of halfgeleidermateriaal se-30 lectief ten opzichte van het substraatvolume omhoog wordt gebracht.

Het is bijvoorbeeld ook mogelijk om het temperatuurprofiel van de smelt volledig of gedeeltelijk door een overeenkomstig temperatuurprofiel van het gietframe in te stellen.

fi " : ' · . : 8

Het gietframe voor de uitvoering van de RGS-werkwijze kan in principe met een aan de bovenzijde liggende dekselverwarming en/of met een aan de vier zijden aangebrachte verwarming worden bedreven. Een dergelijke zijdenverwarming kan als weerstandverwarming zijn uitgevoerd, waarbij de verwarmingsgeleiders bijvoor-5 beeld uit grafiet of siliciumcarbide bestaan. Een zijdenverwarming kan bijvoorbeeld ook als inductieverwarming zijn uitgevoerd. Hier werkt het frame als susceptor. Dit is door een metallische, bij voorkeur watergekoelde inductiespoel omgeven.

Volgens de uitvinding wordt de temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in 10 de smelt bij voorkeur door de toepassing van een extra verwarming, een gietframe met verschillende wanddiktes, een gietframe, dat als frame met twee kamers is uitgevoerd, een gietframe, dat als wigbodemframe is uitgevoerd of een combinatie van meerdere van deze maatregelen ingesteld.

In het onderstaande worden verschillende uitvoeringsvormen van de werkwij-15 ze volgens de uitvinding bij wijze van voorbeeld aan de hand van de figuren 1 - 4 nader toegelicht, waarbij andere uitvoeringsvormen mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding zijn en de figuren niet beperkend begrepen dienen te worden.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuurgradiënt in de smelt door de toepassing van een extra verwarming inge-20 steld, die in de vorm van een dwarsverwarming is uitgevoerd.

In deze uitvoeringsvorm verwarmt de extra verwarming de oppervlakte van het substraat dwars op de transportrichting daarvan in de zone van de wand aan de inlaatzijde van het gietframe selectief ten opzichte van het substraatvolume en/of de onderste wand van het gietframe in de zone van het naar binnen treden van het sub-25 straat.

Een gietframe met extra verwarming is in de figuren la en lb bij wijze van voorbeeld afgebeeld, waarbij figuur lb een dwarsdoorsnede door de in figuur la af-gebeelde uitvoeringsvorm weergeeft. De dwarsverwarming 9 wordt zo dicht mogelijk bij de in de transportrichting 4 achterste wand van het gietframe 1 en direct bo-30 ven het substraat 2 geïnstalleerd, waarbij het substraat 2 op van voordeel zijnde wijze groeven 3 bevat. De dwarsverwarming 9 dient een zo groot mogelijk deel van de energie daarvan direct op de substraatoppervlakte respectievelijk in de achterste zijde van het gietframe 1 in te brengen. Wezenlijk is een geringe afstand van dwars- 9 verwarming 9 en gietframe 1 om te verhinderen, dat de op de substraatoppervlakte ingestraalde warmte-energie in het substraatvolume wordt gedissipeerd respectievelijk weer wordt afgestraald. De figuren la en lb tonen als een mogelijk uitvoerings-voorbeeld van de extra verwarming een rechthoekige weerstandverwarmingsstaaf 9.

5 Naast de extra verwarming is bij wijze van voorbeeld een weerstandverwarming a voor het gietframe 1, die bij benadering een Ω-vorm heeft, afgebeeld. In het gietframe 1 bevindt zich de smelt 5 van een halfgeleider of een metaal, bij voorkeur een si-licium-smelt, waarbij in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit het gietframe 1 een schijf of folie 6 van de halfgeleider op van het metaal op het sub-10 straat 2 ontstaat. In de zone van het naar buiten treden van het substraat 2 uit het gietframe 1 vormt zich een voorste meniscus 8, in de zone van het naar binnen treden van het substraat 2 in het gietframe 1 een achterste meniscus 7.

De dwarsverwarming kan bijvoorbeeld als weerstandverwarming zijn uitgevoerd en heeft bij voorkeur de vorm van een staaf met een bij benadering rond, vier-15 kant, ellipsvormig of rechthoekig profiel. Wordt een dwarsverwarming in de vorm van een weerstandverwarming toegepast, dan bestaat deze bij voorkeur uit grafiet of siliciumcarbide. De weerstandverwarming kan ook in de vorm van een meander geconstrueerd zijn.

Bij voorkeur is de weerstandverwarming zodanig gevormd en aangebracht, 20 dat een zo groot mogelijk deel van de stralende oppervlakte op het substraat en/of op de onderste wand aan de inlaatzijde van het gietframe is gericht, waarbij de energie-benutting door reflecterende respectievelijk isolerende elementen wordt verbeterd.

De dwarsverwarming kan bijvoorbeeld als lampenverwarming zijn uitgevoerd, waarbij de lampenverwarming bij voorkeur een lineaire vorm heeft en is 25 voorzien van een focusserende spiegel. Het verwarmingsvermogen wordt bij voorkeur in verregaande mate op een lijn gefocusseerd, die dwars boven het substraat en zo dicht mogelijk bij de wand van het gietframe ligt. Alternatief kan deze focusse-ringslijn ook op de achterste wand van het gietframe liggen, zo dicht mogelijk bij het onderste einde en daarmee zo dicht mogelijk bij het substraat.

30 De dwarsverwarming kan verder bijvoorbeeld als inductieverwarming zijn uitgevoerd. Daarbij vindt het inbouwen van een inductiespoel voor de achterste wand van het gietframe plaats. De achterste wand van het gietframe dient op overeenkomstige wijze gemodificeerd te worden, zodat deze zo effectief mogelijk als 10 susceptor kan werken. Alternatief kan ook een aparte susceptor geïnstalleerd worden.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuur van dé smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat 5 uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt geheel of gedeeltelijk door toepassing van een gietframe met verschillende wanddiktes, dat door middel van een inductieverwarming wordt verwarmd, ingesteld.

Bij voorkeur heeft de wand van het gietframe aan de inlaatzijde van het substraat een dikte van 10 - 99 % van de dikte van de zijdelingse wand, op een bijzon-10 der de voorkeur hebbende wijze 30 - 95 %, en de wand van het gietframe aan de uitlaatzijde van het substraat een dikte van 101 - 500 % van de zijdelingse wanddikte, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 105 - 200 %,

Deze uitvoeringsvorm is schematisch in de figuren 2a en 2b afgebeeld, waarbij figuur 2b een dwarsdoorsnede door figuur 2a weergeeft. De voorste wand 11 in 15 de transportrichting 4 heeft een grotere wanddikte dan de overige wanden van het gietframe 1, terwijl de achterste wand 1 een geringere wanddikte heeft. Het op zodanige wijze uitgevoerde gietframe wordt met een inductieverwarming verwarmd. De inductiespoel b wordt daarbij bij voorkeur om het gietframe 1 heen geïnstalleerd. Ook is het echter mogelijk om de inductiespoel boven het gietframe 1 aan te bren-20 gen.

Bij voorkeur wordt de inductiespoel b uit een elektrisch goed geleidend metaal geconstrueerd. Bij wijze van voorbeeld kunnen koper, aluminium en zilver genoemd worden. De inductiespoel b is bij voorkeur niet uit een massief materiaal, maar uit een buis vervaardigd, die tijdens het bedrijf door een koelmedium, bijvoor-25 beeld water, wordt doorstroomd. Het aantal windingen van de inductiespoel b, de buisdiameter en de wanddikte van de buis dienen volgens de regels van de techniek door berekening of empirisch aan het gietframe 1, de middenfrequentie-energievoorziening van de inductieverwarming en de totale constructie te worden aangepast.

30 Bij voorkeur wordt een middenfrequentie in het bereik van ongeveer 1-30 kHz toegepast. In dit geval heeft de inductiespoel b bij voorkeur 1-5 windingen en de gebruikte buis een vierkante dwarsdoorsnede met een diameter van 1 cm en een wanddikte van 1,5 mm.

i P !' 11

De wand van het gietframe 1 dient als susceptor. Het middenfrequentieveld van de inductiespoel kan echter ook zodanig worden ingesteld, dat een bepaalde bin-nendringdiepte in het binnenste van het gietframe 1 naar binnen aanwezig is. In dit geval wordt de zich in het gietframe 1 bevindende smelt 5 ook direct verwarmd. Hoe 5 hoger de frequentie van de inductiespoel wordt gekozen des te geringer is het effect. Verder bewerkstelligt het middenfrequentieveld afhankelijk van geometrie en frequentie een bepaalde beweging van de vloeibare smelt 5.

Dominerend is echter de invloed van het gietframe 1. De gietframewand werkt als kortgesloten spoel met 1 winding. Zodoende ontstaat in een eerste benadering 10 door het inductieveld een in de cyclus van de middenfrequentie wisselende ringvormige stroom in de wand van het gietframe. Deze geïnduceerde stroom verwarmt in de zin van een weerstandverwarming het gietframe 1. De dikte van de wand van het gietframe dient in de totale samenhang van het inductieve systeem op overeenkomstige wijze door de vakman geconstrueerd te worden. Enerzijds moet het middenfre-15 quentieveld goed ingekoppeld kunnen worden. Anderzijds dient in de zin van de weerstandverwarming een adequate elektrische weerstand te worden ingesteld. Dit is een functie van de geometrie en van het elektrische geleidingsvermogen van het toegepaste materiaal.

Wordt nu volgens de beschreven uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 20 de uitvinding de dikte van de wand van het gietframe aan een zijde verhoogd, dan vermindert daar de effectieve elektrische weerstand. Daarmee wordt in deze zone door een ohmse verwarming minder elektrische energie in thermische energie omgezet. Door de warmteafvoerstromen in de RGS-installatie wordt de temperatuur van deze wand 11 ten opzichte van de andere wanden lager.

25 Wordt de dikte van de wand van het gietframe aan een zijde verminderd, dan wordt daar de effectieve weerstand van dit wandsegment hoger. De temperatuur van de dunnere wand 10 van het gietframe 1 stijgt op analoge wijze. Afhankelijk van het totale inductieve systeem bestaat echter een kritische dunste wanddikte. Onder deze grens wordt de weerstand zo hoog, dat de betreffende wand 10 het vermogen slechts 30 nog in onvoldoende mate kan opnemen. De temperatuur daarvan wordt weer lager. Al naargelang de omvang en afhankelijk van de aanwezige randvoorwaarden kan daarmee ook het opgenomen vermogen van het gehele frame nadelig worden beïnvloed.

12

Bij de toepassing volgens de uitvinding van een gietframe 1 met verschillende wanddiktes, wordt bij voorkeur een gietframe 1 uit hoogdicht grafiet toegepast, zoals dit op typische wijze in de halfgeleidertechniek wordt gebruikt Op van voordeel zijnde wijze bedraagt in dit geval de gemiddelde wanddikte ongeveer 1 cm. De 5 voorste wand 11 in de transportrichting 4 heeft volgens de uitvinding een grotere wanddikte dan de overige wanden van het gietframe 1, de achterste wand 10 een geringere wanddikte. Bij de toepassing van een gietframe uit hoogdicht grafiet heeft de wand 11 bij voorkeur een wanddikte van 1,1-2,0 cm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 1,2 - 1,5 cm, de wand 10 een wanddikte van 0,3 - 0,9 cm, bij 10 voorkeur van 0,5 - 0,8 cm.

Het is mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding om voor de instelling van de temperatuurgradiënten in de werkwijze volgens de uitvinding een gietframe met verschillende wanddiktes en inductieverwarming en bovendien een in het bovenstaande beschreven extra verwarming te gebruiken.

15 In principe is het denkbaar om de gewenste temperaturen en de temperatuurgradiënten volgens de uitvinding ook door middel van een omliggende weerstand-verwarming te produceren. Hiervoor zijn op de verschillende plaatsen van het frame verschillende dwarsdoorsnedevlakken van de weerstandverwarming vereist of een verwarming uit dienovereenkomstige verschillende en afzonderlijk bedreven ver-20 warmingsgeleiders. Door middel van een inductieverwarming in verbinding met de in het bovenstaande beschreven maatregelen kan het gewenste resultaat echter op een elegantere wijze en eenvoudiger verkregen worden.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat 25 uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door toepassing van een gietframe, dat in twee kamers is onderverdeeld, ingesteld, waarbij de onderverdeling door middel van een los of vast ingebouwde stuw dwars op de transportrichting van het substraat wordt uitgevoerd, zodat aan de uitlaatzijde van het substraat een hoofdkamer voor de opname van de metaal- res-30 pectievelijk halfgeleidersmelt en aan de inlaatzijde van het substraat een niet met smelt gevulde voorkamer wordt gevormd. Door middel van de voorkamer wordt de temperatuur in de inlaatzone van het substraat en door middel van de hoofdkamer de temperatuur in de uitlaatzone ingesteld. Het beschreven gietframe wordt in het on- 13 derstaande als frame met twee kamers aangeduid.

Het frame met twee kamers kan door een weerstandverwarming of door een inductieverwarming worden verwarmd, waarbij de verwarming van de zijden of van de bovenzijde kan plaatsvinden.

5 Bij voorkeur bedraagt de lengte van de voorkamer parallel ten opzichte van de transportrichting van het substraat 0,1 - 500 % van de lengte van de hoofdkamer parallel ten opzichte van de transportrichting van het substraat, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 5 - 100 %.

De stuw voor de onderverdeling van het gietframe bestaat bijvoorbeeld uit si-10 liciumnitride, siliciumcarbide, grafiet, kwartsglas, kwartsmateriaal of een combinatie of mengsels van deze materialen. Bij voorkeur bestaat de stuw ten minste aan de naar de smelt toegekeerde zijde uit kwartsglas of kwartsmateriaal.

De uitvoeringsvorm is bij wijze van voorbeeld in de figuren 3a en 3b afge-beeld, waarbij figuur 3b een dwarsdoorsnede door figuur 3a weergeeft. Het gietfra-15 me 1 is door de stuw 12 in een hoofdkamer 14 aan de uitlaatzijde en een voorkamer 13 aan de inlaatzijde onderverdeeld.

De hoofdkamer 14 aan de uitlaatzijde wordt bevoorraad met het gewenste metaal respectievelijk de gewenste halfgeleider, bij voorkeur met silicium. Deze hoofdkamer 14 functioneert als zodanig in verregaande mate als een eenvoudig giet-20 frame in de vorm van een kastframe en wordt op overeenkomstige wijze bedreven.

De voorkamer 13 aan de inlaatzijde blijft leeg. Deze is in hoofdzaak een stra-lingskamer. Daarmee heerst hier het streven om de temperatuur van alle wandseg-menten te vereffenen. Dit geschiedt vooral door thermische straling. De substraatop-pervlakte is een zodanig wandsegment, waarbij dit tijdens de transportbeweging 25 continu wordt vernieuwd. Derhalve wordt de substraatoppervlakte stralend duidelijk tot boven de temperatuur van het substraatvolume verwarmd. Dit vindt plaats met de kleinste mogelijke afstand ten opzichte van de smelt 5 en daarmee met een zo gering mogelijke vertraging in de tijd tot aan het contact van smelt 5 en substraat 2. Bovendien wordt de stuw 12, die voorkamer 13 en hoofdkamer 14 scheidt, en in het bij-30 zonder het onderste deel van de stuw 12 door dit stralingskamereffect ongeveer op de gemiddelde temperatuur van de voorkamer 13 gebracht. Men kan zodoende spreken over een actieve isolering. Daarmee wordt in het bijzonder in de achterste meniscus 7 een hogere temperatuur ingesteld.

1 O i * 'i n 14

De stuw 12 en het gehele gietframe 1 kunnen bijvoorbeeld uit een stuk worden vervaardigd, bijvoorbeeld uit grafiet of siliciumcarbide, bij voorkeur uit hoog-dicht grafiet. De wanddikte van de stuw 12 hoeft slechts zo groot te zijn als de vastheid van het materiaal respectievelijk de fabricagetechniek vereist. In het geval, dat 5 de stuw 12 en het gietframe 1 uit een hoogdicht grafiet bestaan, heeft het gietframe 1 bij voorkeur een wanddikte van 0,8 - 1,2 cm en de stuw 12 een wanddikte van 0,2 -0,7 cm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 0,3 - 0,6 cm.

De stuw 12 kan als alternatief ook afzonderlijk zijn vervaardigd en achteraf in het gietframe 1 worden ingebouwd of ingehangen. Daarvoor is het van voordeel om 10 in het gietframe 1 dienovereenkomstige geleidings- of bevestigingsgroeven of-veren door bewerken aan te brengen. Ook in dit geval kan de stuw 12 uit hetzelfde materiaal als het gietframe 1 worden vervaardigd; ook kan echter een ander materiaal worden gebruikt

Het is bijzonder van voordeel om de stuw 12 uit kwarts te vervaardigen. Een 15 dergelijke stuw 12 uit kwarts kan eenvoudig door zagen en slijpen uit een overeenkomstige kwartsglas- of kwartsmateriaalschijf worden vervaardigd. Bij voorkeur heeft een stuw 12 uit kwarts een wanddikte van 2-4 mm. Kwarts (S1O2) als materiaal voor de vervaardiging van de stuw 12 heeft in het bijzonder bij de verwerking van silicium-smelten het bijzondere voordeel, dat een stuw 12 uit kwarts onder de 20 voorwaarden van de RGS-werkwijze op een verrassende wijze beter door de smelt wordt bevochtigd dan een stuw 12 uit grafiet. Daardoor wordt de achterste meniscus 7 kleiner, waardoor men er beter in slaagt om de start van de kristallisatie van de smelt in de gewenste zone van het vlakke contact van smelt en substraat te verschuiven. Verder is de toepassing van kwarts van voordeel, omdat kwarts bij de aanwezi-25 ge temperaturen een bepaalde transparantie heeft. Derhalve dringt de thermische straling van de voorkamer 13 gedeeltelijk direct tot in de smelt en in de meniscus 7. Zodoende wordt de smelt, in het bijzonder de meniscus 7 aanvullend verwarmd, wat de uitvoering van de temperatuurgradiënten volgens de uitvinding gunstig beïnvloedt.

30 Het beschreven frame met twee kamers is gekenmerkt door een hoge mate aan variabiliteit. De stuw 12 kan op een eenvoudige wijze in het gietframe 1 worden verschoven zonder dat andere onderdelen voor de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding veranderd hoeven te worden. De lengte van de hoofdkamer 14 kan 15 daarmee eenvoudig gevarieerd worden, waardoor de dikte van de geproduceerde schijven of folies bij verder praktisch constante omstandigheden ingesteld kan worden. Verder kan het gietframe 1 voor het geval, dat een korte lengte van de hoofdkamer 14 gewenst is, door een overeenkomstige verlenging van de voorkamer 13 in 5 het geheel zo lang worden vervaardigd, dat dit stabiel op het ten opzichte daarvan bewogen substraat rust. Op deze wijze kan de schijnbare smeltslip niet alleen thermisch, maar ook hydrodynamisch geminimaliseerd worden.

Het is mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding voor de instelling van de temperatuurgradiënt in de werkwijze volgens de uitvinding aanvullend op het 10 frame met twee kamers een in het bovenstaande beschreven extra verwarming toe te passen. Verder is het mogelijk om een frame met twee kamers te gebruiken, dat verschillende wanddiktes heeft.

In een verdere en bijzonder van voordeel zijnde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de temperatuur van de smelt in de zone van 13 het naar buiten reden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door de toepassing van een gietframe met een bodemplaat ingesteld, waarbij deze bodemplaat aan de zijde van het naar buiten treden van het substraat een venster over 1 - 100 % van de vrije breedte van het fotovoltaïsch open laat. In het onderstaande wordt dit gietframe als wigbodem-20 frame aangeduid.

Deze uitvoeringsvorm is in de figuren 4a en 4b bij wijze van voorbeeld afge-beeld. Figuur 4b geeft een dwarsdoorsnede door figuur 4a weer. Het gietframe 1 bevat een bodemplaat 15.

De grootte van de bodemplaat 15 kan in verregaande mate vrij gekozen wor-25 den en kan eenvoudig worden aangepast aan de grootte van het wigbodemframe. Bij voorkeur heeft de bodemplaat 15 parallel ten opzichte van de transportrichting 4 een lengte van 5 - 200 mm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 20-100 mm.

De lengte van het bodemvenster van het gietframe 1 is variabel. Bijvoorbeeld 30 kan de lengte van het bodemvenster parallel ten opzichte van de transportrichting 4 1-100 mm, bij voorkeur 1-40 mm bedragen. Hebben de zijden van het wigbodemframe een lengte van 10 cm, dan heeft een lengte van het venster parallel ten opzichte van de transportrichting 4 van 10-20 mm in het bijzonder de voorkeur.

16

De bodemplaat 15 is bij voorkeur in de richting van het venster in het midden aflopend hellend en heeft in het bijzonder bij voorkeur een wigvorm. Direct aan het venster heeft deze de minimaal technisch zinvolle dikte, bijvoorbeeld 0,1 - 20 mm, bij voorkeur 0,5 - 5 mm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 1-3 mm.

5 Op de overgang naar de wand van het gietframe 1 aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat bereikt de bodemplaat 15 bijvoorbeeld een dikte, die overeenkomt met de bovenste bedrijfsvulhoogte van het gietframe 1. Bij voorkeur bedraagt de dikte van de bodemplaat 15 op deze plaats 5-80 mm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze 10-40 mm.

10 De vorm van het verloop van de stijging van het bovenste begrenzingsvlak van de bodemplaat 15 kan in verregaande mate vrij worden gekozen; bij voorkeur dient deze lineair te zijn. Ook een bij benadering asymptotische overgang van de bodemplaat 14 in de framewand is werkwijzetechnisch zinvol.

Een gietframe in de vorm van een kastframe van om het even welke uitvoe-15 ringsvorm en een frame met twee kamers hebben bij het gieten van bijvoorbeeld sili-ciumfolies slechts weinig contact met het substraat. De zijde van het naar buiten treden van het substraat is op vloeibaar silicium gelagerd. De geharde folie met de daarop liggende smeltslip brengt een gietframe van de genoemde vormen op overeenkomstige wijze omhoog en kantelt dit, zodat slechts nog een oplegzone aan de 20 zijde van het naar binnen treden van het substraat op het substraat ligt en een wrijvend contact heeft met het substraat. Een uitsparing aan de onderzijde van de wand van het gietframe aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat, bij voorkeur in de middelste zone, waarin de folie hardt, kan het contact verder minimaliseren en het wrijvende contact volledig in de randzone van substraat en frame ver-25 plaatsen, waarin het kristalliseren van de folies niet meer direct beïnvloed kan worden. Een dergelijke uitsparing kan bijvoorbeeld een hoogte van 0,1 - 0,5 mm, bij voorkeur van 0,2 - 0,4 mm hebben.

In het geval van het wigbodemframe wordt bij voorkeur een overeenkomstige uitsparing in de gehele zone van de bodemplaat en de wand van het gietframe aan de 30 zijde van het naar binnen treden van het substraat aangebracht, waarbij echter op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze direct een lijf aan het venster van de bodemplaat wordt uitgespaard. Dit lijf heeft op van voordeel zijnde wijze een breedte van ten minste 3 mm. Door het in het bovenstaande beschreven enigszins kantelen van I η t o n:) m 17 het gietframe door de gekristalliseerde siliciumfolie heeft ook dit lijf normaliter geen contact met het substraat, maar verhindert een eventueel, door het kantelen van het gietframe bevorderd kruipen van het vloeibare silicium onder de wigbodem in het gietframe.

5 Bij voorkeur hebben schijven of folies, die volgens de beschreven uitvoeringsvorm worden vervaardigd, een dikte van 25 - 1000 pm, op een bijzonder de voorkeur hebbende wijze van 70 - 400 pm.

Met een wigbodemframe met een vensterlengte van 15-20 mm kunnen bijvoorbeeld siliciumfolies met een dikte van ongeveer 300 pm worden gegoten. Deze 10 folies zijn op verrassende wijze nauwelijks merkbaar dunner dan zodanige, die onder vergelijkbare omstandigheden met een gietframe in kastvorm met een vrije lengte van 100 mm of een in het bovenstaande beschreven frame met twee kamers met een vrije lengte van 60 mm worden verkregen.

Bij een vensterlengte van 4 mm zijn bijvoorbeeld zeer gelijkmatige folies met 15 een dikte van 160 pm te bereiken. Siliciumschijven met een overeenkomstige dikte zijn door zaagwerkwijzen of door bekende afscheidingswerkwijzen via een smelt of de gasfase slechts moeilijk te verkrijgen. Het zagen van dienovereenkomstig dunne lagen is zeer moeilijk en is bij de bekende zaagwerkwijzen vanwege het hoge breuk-percentage niet economisch. Volgens de beschreven uitvoeringsvorm van de werk-20 wijze volgens de uitvinding met gebruik van een wigbodemframe zijn daarentegen door eenvoudige variatie van de lengte van het venster van de bodemplaat schijven of folies met een verschillende dikte, in het bijzonder relatief dunne schijven of folies eenvoudig te bereiken.

De werkwijze volgens de uitvinding met gebruik van een wigbodemframe is 25 gekenmerkt door een reeks voordelen, die een stabiliserende uitwerking hebben op het totale dynamische gietsysteem. De belangrijkste van deze voordelen worden in het onderstaande kort toegelicht.

De smelt wordt door de bodemplaat naar de uitlaatzijde verdrongen. Daardoor ontstaan al bij de geringste vulhoeveelheden respectievelijk vulniveaus in het giet-30 frame gelijkmatige schijven of folies over de volledige vensterbreedte. Door toepassing van een wigbodemframe kunnen kwalitatief hoogwaardige schijven of folies ook worden bereikt in het geval, wanneer het vulvolume in het wigbodemframe zeer gering is, waardoor de bedrij fsstabiliteit van het gehele proces en de foutentolerantie 18 met betrekking tot de vulhoogte duidelijk wordt verbeterd.

Met een stijgende vulhoogte in het gietframe stijgt de hydrostatische druk van de smelt in het gietframe. Wordt de hydrostatische druk te groot, dan wordt het gietframe omhoog gebracht en de smelt onder het gietframe naar buiten gedrukt. De bo-5 demplaat van het wigbodemframe compenseert dit effect in verregaande mate, omdat dezelfde druk hier een compenserende kracht naar de onderzijde ontplooit. Daardoor wordt bovendien een dynamisch rustige positie van het gietframe bewerkstelligt, omdat eventuele trillingen worden gedempt. De toepassing van een wigbodemframe maakt dus een relatief grote maximale vulhoogte mogelijk, bijvoorbeeld tot en met 5 10 cm. Ook dit draagt bij aan de verbetering van de bedrijfsstabiliteit van het gehele proces en aan de foutentolerantie met betrekking tot de vulhoogte. Dit vermindert de eisen aan de regeling van de nadosering van de smelt in het gietframe in duidelijke mate.

Een verder voordeel van de toepassing van een wigbodemframe bestaat eruit, 15 dat het bijdoseren van smelt in het gietframe ook bij een zeer lage vulhoogte op zodanige wijze kan plaatsvinden, dat de smelt niet direct een substraatplaat raakt. De smelt kan integendeel direct op de bodemplaat worden geleid en wordt daardoor dan gelijkmatig en in een brede stromingshoek in de richting van het venster van de bodemplaat verdeeld. Dit effect kan door een geschikte structurering van de opper-20 vlakte van de bodemplaat verder worden verbeterd. Deze structurering kan bijvoorbeeld uit visgraatachtig achter elkaar aangebrachte vlakke sleuven bestaan, die zich V-vormig naar de onderzijde openen. Door toepassing van een overeenkomstige bodemplaat in het wigbodemframe vervalt het risico, dat naar binnen stromende smelt direct in de groef tussen de substraatplaten komt en daar bij het harden een aan el-25 kaar koeken van deze platen tot gevolg heeft. Verder wordt op deze wijze verhinderd, dat de het smelt uit de bijdoseringseenheid een thermisch geïnduceerd spoor in het kristalbeeld van de schijven of folies, die ontstaan, produceert.

Het wigbodemframe kan bijvoorbeeld met een inductieverwarming of een weerstandverwarming worden verwarmd. De voorkeur heeft een verwannen met een 30 weerstandverwarming, die zijdelings om het wigbodemframe is aangebracht.

Het is mogelijk en eveneens onderwerp van de uitvinding om voor de instelling van de temperatuurgradiënt volgens de uitvinding in de werkwijze volgens de uitvinding aanvullend op het wigbodemframe een in het bovenstaande beschreven 19 extra verwarming te gebruiken. Verder is het mogelijk om een wigbodemframe te gebruiken, dat verschillende wanddiktes en/of een voorkamer bevat.

Voor het testen van delen, inrichtingen en maatregelen aan en in een installatie voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven en -folies volgens de 5 RGS-werkwijze is het noodzakelijk om deze installatie gedurende een langere periode te bedrijven. Daarbij worden grote hoeveelheden inzetmateriaal verbruikt, die beschikbaar gesteld en eventueel afgevoerd en verwerkt moeten worden. Een reduce-ring van de transportsnelheid van het substraat en daarmee het verbruik van inzetmateriaal is in het dynamische systeem van een dergelijke installatie slechts binnen 10 krappe grenzen op zinvolle wijze mogelijk. In het bijzonder het testen van verschillende substraatmaterialen vereist een reeks proeven. Juist hier is het doorlopen van een hoog cyclusaantal noodzakelijk, wat een verlaging van de transportsnelheid a priori onzinnig maakt.

Door gebruik van een bijzondere uitvoeringsvorm van het beschreven wigbo-15 demframe kan nu het materiaalverbruik duidelijk worden verminderd. Daarvoor wordt de breedte van het venster in de bodemplaat van het wigbodemframe, dit wil zeggen de dimensie dwars op de transportrichting van het substraat, op een geschikte wijze geminimaliseerd.

In deze bijzondere uitvoering wordt dus een wigbodemframe gebruikt, waar-20 van het venster van de bodemplaat smaller dan de vrije breedte van het frame wordt uitgevoerd. De breedte kan tot 1 mm worden gereduceerd, een reducering van de breedte tot 5 - 10 mm is van voordeel. De gekozen vensterbreedte hangt af van de doelstelling en van de technische randvoorwaarden. Hierbij is de laterale positie van het venster, meer centrisch of dichtbij de rand van het gietframe, vrij te kiezen 25 Een gemodificeerde vorm van het wigbodemframe is in het bijzonder geschikt voor het gelijktijdig testen van verschillende substraatmaterialen, indien deze zich thermisch op soortgelijke wijze gedragen. Daarvoor wordt het wigbodemframe op zodanige wijze gemodificeerd, dat de bodemplaat twee of meerdere lateraal naast elkaar liggende vensters bevat. Het toegepaste substraat is overeenkomend met het 30 aantal en de breedte van de vensters zodanig onderverdeeld, dat verschillende materialen naast elkaar zijn aangebracht en de smelt, die uit een venster naar buiten treedt slechts met een Van deze materialen in contact komt. Op deze wijze kunnen in het bijzonder verschillend gevormde oppervlaktemodificaties van een gemeenschappe- té +K Λ 20 lijk basissubstraat worden getest.

Duidelijk is, dat een gietframe in de uitvoering van een eenvoudig kastframe volgens de stand van de techniek met de vrije breedte van een voldoende smal venster in wezenlijke installatiedelen een nieuwe constructie vereiste en regeltechnisch 5 nauwelijks te hanteren was. Dit geldt ook voor het in het bovenstaande beschreven gietframe met verschillende wanddiktes en het frame met twee kamers.

In een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een frame met een geïntegreerde vlottereenheid toegepast.

In principe is het mogelijk om elk van de in het bovenstaande beschreven 10 frame te voorzien van een vlottereenheid. Bij voorkeur wordt echter een wigbodem-frame met een geïntegreerde vlottereenheid toegepast, zodat de verdere beschrijving betrekking heeft op een wigbodemframe, waarbij dit niet als beperking begrepen dient te worden.

In het wigbodemframe wordt een vlotterlichaam passend aangebracht, waarbij 15 het vlotterlichaam in de horizontaal slechts een geringe beweeglijkheid heeft, maar in de verticaal de smeltspiegel in verregaande mate vrij kan volgen. Het vlotterlichaam wordt door de verwarming door middel van een of meer wanden van het gietframe inclusief de bodemplaat beschermd tegen het vastvriezen onder de invloed van het koelere substraat. Het vlotterlichaam dient voor de meting van het vulniveau in 20 het gietframe met een met elektromagnetische velden of met elektromagnetische straling werkend meettoestel als vervangend meetvlak voor de smeltoppervlakte.

De toepassing van een dergelijk wigbodemframe met vlottereenheid maakt het mogelijk om de vulhoogte van het gietframe ook in het geval, waarin het gietframe een siliciumsmelt bevat, op een zéér eenvoudige wijze betrouwbaar te bepalen. Bij 25 toepassing van gietframes zonder vlottereenheid is een overeenkomstige bepaling vaak niet met een bevredigende betrouwbaarheid mogelijk. De betrouwbare bepaling van de vulhoogte is in het bijzonder noodzakelijk in het geval, wanneer de werkwijze volgens de uitvinding continu uitgevoerd dient te worden.

Als gevolg van de isolering van het gietframe in de RGS-werkwijze is dit voor 30 meettoestellen slecht toegankelijk. De meettoestellen respectievelijk meetkoppen zijn verder thermisch hoog belast en moeten onder de voorwaarden van de RGS-werkwijze in voldoende mate stabiel zijn. Ook mag de smelt niet op ontoelaatbare wijze gecontamineerd worden. Zodoende kunnen praktisch alleen contactloos wer- } J i 21 kende werkwijzen toegepast worden voor de meting van het vulniveau, die bijvoorbeeld met gebruik van elektromagnetische velden respectievelijk elektromagnetische straling werken. Bij wijze van voorbeeld dienen meettoestellen genoemde te worden, die op de meting van de looptijd van de elektromagnetische stralingspuls gebaseerd 5 zijn of optische triangulometers. Bij voorkeur worden lasertriangulometers toege-past.

Dergelijke toestellen zijn in principe geschikt voor de hoogte- respectievelijk vulniveaumeting van metaalsmelten direct op de smeltoppervlakte. Nu blijkt echter op verrassende wijze, dat een lasertriangulatietoestel, dat voor de bepaling van de 10 vulhoogte van een siliciumsmelt wordt toegepast, vaak reversibel zonder beschadigingen voor het toestel zelf uitvalt en geen evalueerbaar vulhoogtesignaal meer levert.

Dit kan door toepassing van een vlotter met een geschikte geometrie uit een materiaal, dat voldoende bestendig is, met een niet spiegelende, diffuus strooiende 15 oppervlakte, bijvoorbeeld siliciumcarbide of grafiet, worden vermeden. Bij voorkeur bestaat een dergelijke vlotter uit grafiet. De vlotter ligt in de meetzone in de verticaal vrij beweegbaar op de smelt en levert een referentieoppervlakte voor de hoogtemeting. De vlotter kan als massief lichaam of op van voordeel zijnde wijze als holle vorm worden uitgevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van een bus of kuip met of zonder 20 deksel. Bij een macroscopische dichtheid van het vlottermateriaal in de zone van het vloeibare silicium en daarboven moet de vlotter als holle vorm worden uitgevoerd. Het meetsignaal kan overeenkomend met de geometrie en de relatieve schijnbare dichtheid van het vlotterlichaam eenvoudig gecorrigeerd worden om een maat voor de ware vulhoogte te leveren.

25 Problematisch bij de toepassing van een vlotter is, dat de vlotter de neiging heeft om door kristalliserend silicium aan het substraat en de bevestiging daarvan vast te koeken en daarmee voor de bepaling van de vulhoogte onbruikbaar te worden.

Het beschreven wigbodemframe kan op verrassende wijze eenvoudig gemodi-30 ficeerd worden, zodat de toepassing van een vlotter mogelijk wordt en een vastkoeken op efficiënte wijze wordt verhinderd. In de figuren 4a en 4b is een wigbodemframe met vlottereenheid bij wijze van voorbeeld afgebeeld.

Een vlotter d met een hoge opwaartse kracht in trog- of kastvorm wordt in het 22 gietframe 1 gelegd. Deze vlotter d is bij voorkeur uit grafiet of siliciumcarbide vervaardigd. De vlotter d wordt zijdelings door een vlottergeleiding e en naar de onderzijde door een vlotterdraagvlak f vastgehouden.

De vlottergeleiding e kan in de vorm van een geschikte uitsparing in de fra-5 mewand worden uitgevoerd of in de vorm van zich op de framewand bevindende veren. Beide uitvoeringsvormen dienen ervoor om de bewegingszone van de vlotter in de gewenste mate te controleren. Dit geldt op analoge wijze voor het vlotterdraagvlak f.

In het geval van een uitgespaarde vlottergeleiding e is de wand van het giet-10 frame 1 in de vlotterzone dunner dan in de andere zones. Bij voorkeur bedraagt de wanddikte in de zone van de geleiding e 50 - 80 % van de wanddikte in de overige zone. Bijvoorbeeld kan een wigbodemframe worden gebruikt, dat een framewand-dikte van ongeveer 7 mm in de zone van de vlottergeleiding e en 10 mm in de overige zone heeft.

15 De lengte en de breedte van de vlotter d dient zodanig gekozen te worden, dat deze de zone van de vlottergeleiding e niet kan verlaten en dat de vlotter d gelijktijdig vrij beweegbaar blijft in de vlottergeleiding e. De vlotter d is verder exact boven het venster van de bodemplaat 15 aangebracht, waarbij de lengte van het venster enigszins kleiner of groter kan zijn dan de lengte van de vlotter d in de transport-20 richting 4. Bij een zeer klein venster moet de constructie van de bodemplaat 15 op die van de meetvlotter worden afgestemd.

Op van voordeel zijnde wijze krijgt de meetvlotter in de zone, waarin deze in contact kan komen met de binnenzijde van het wigbodemframe, kleine noppen met een hoogte van bijvoorbeeld 0,3 - 3 mm boven de vlakke vlotteroppervlakte, waar-25 door een eventueel vasthouden door vloeibaar silicium wordt verhinderd.

De minimale lengte van de vlotter d in de transportrichting 4 wordt bepaald uit de grootte van de meetvlek van het toegepaste meettoestel en uit de noodzakelijke tolerantie-uitslagen. Om het gevaar van vastvriezen te minimaliseren, is het aan te raden om een zo gering mogelijke lengte te kiezen. Door de vlottergeleiding e is het 30 risico van het kantelen van de vlotter d voorkomen.

De verwarming van het beschreven wigbodemframe met meetvlotter kan bijvoorbeeld door middel van inductieverwarming of weerstandverwarming plaatsvinden. De voorkeur heeft de verwarming door middel van weerstandverwarming.

10 Uï — ·; 23

Door de warmteovergang uit het gietframe in de vlotter d vindt een indirecte verwarming van de vlotter d plaats. Gelijktijdig werkt de bodemplaat IS als thermisch isolerend element tussen smelt en substraat. Dit bewerkstelligt een hogere temperatuur van de smelt boven de bodemplaat 15 en een hogere temperatuur van de 5 vlotter d aan de naar de smelt toegekeerde zijde daarvan. Daardoor wordt de temperatuur van de vlotterbodem hoger. Een aankoeken van de vlotter d wordt verhinderd.

De toepassing van een wigbodemframe met de beschreven vlottereenheid maakt een probleemloze meting van het vulniveau volgens het lasertriangulatieprin-cipe in een meetbereik, dat voldoende groot is, mogelijk.

10 Voor de verdere verhoging van de betrouwbaarheid en standtijd van het meetsysteem kan bijvoorbeeld een dunne laag van een geschikt fijn poeder met een dikte van 0,01-1 mm in de trog- of busvormige meetvlotter worden gestrooid. Bij voorkeur wordt poeder uit grafiet of siliciumcarbide respectievelijk uit een mengsel daarvan toegepast, dat een korreldiameter in het bereik van 0,01-1 mm heeft. Hierbij is 15 een grotere korreldiameter in het bereik van 0,3 - 1 mm bijzonder van voordeel, omdat een dergelijk poeder minder gemakkelijk kan worden meegenomen door gasstromen. Poederlaagdiktes tot 1 mm storen het systeem en de meting nauwelijks, ook niet bij een verplaatsing en concentratie van het poeder op bepaalde plaatsen in de vlotter. Mocht nu in het tegengestelde geval vloeibaar silicium in de op zodanige 20 wijze geprepareerde vlotter komen, dan is het systeem er zonder problemen toe in staat om op de deeltjes in de oppervlakte van het naar binnen gedrongen silicium te meten. Eventueel kan dit naar binnen dringen van siliciumsmelt aan de hand van de verandering van het door het meetsysteem ingestelde vermogen van de meetlaser-straal worden vastgesteld.

25 Onderwerp van de uitvinding is verder de toepassing van de volgens de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde schijven of folies voor dé vervaardiging van zonnecellen of andere halfgeleiderconstructie-elementen.

Bij de vervaardiging van zonnecellen kan een onderscheid gemaakt worden tussen twee gevallen. Enerzijds wordt het halfgeleidende basismateriaal direct voor 30 de procesmatige productie van de zonnecellen toegepast. Daarbij wordt dit integraal onderdeel van het natuurkundige systeem voor de omzetting van lichtstraling in elektrische stroom.

Anderzijds kan het vlakke halfgeleider-basismateriaal als dragermateriaal voor 24 de daarna na afscheiding van geschikte halfgeleidermaterialen procesmatig te produceren zonnecellen dienen. Het dragermateriaal dient hierbij normaliter gelijktijdig voor de afvoer van de geproduceerde elektrische stroom. Hiervoor is het normaliter van voordeel om door overeenkomstige maatregelen een relatief hoog elektrisch ge-5 leidingsvermogen in te stellen, bijvoorbeeld door een ten opzichte van het basismateriaal van de gebruikelijke zonnecellen duidelijk hogere dotering. In plaats van het halfgeleider-basismateriaal kan in een dergelijk systeem ook een geschikt metallisch materiaal worden toegepast, dat a priori een hoger elektrisch geleidingsvermogen heeft. Het opbrengen van de eigenlijke fotovoltaïsch actieve lagen kan bijvoorbeeld 10 door vloeibare fasenepitaxie, door chemische afscheiding uit de gasfase (Chemical Vapour Deposition CVD), door opdampen of door middel van een plasma geschieden.

In beide gevallen kan de vakman de dotering zodanig kiezen, dat afhankelijk van het gekozen type zonnecel het vlakke halfgeleider-basismateriaal n- of p-gelei-15 dend wordt ingesteld.

Onderwerp van de uitvinding is dienovereenkomstig verder de toepassing van de volgens de uitvinding vervaardigde schijven of folies voor de afscheiding van andere materialen op deze schijven of folies en de toepassing van de op zodanige wijze verkregen producten voor de vervaardiging van zonnecellen of andere halfgeleider* 20 constructie-elementen.

Verder zijn inrichtingen onderwerp van de uitvinding, die geschikt zijn voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of —folies volgens de werkwijze volgens de uitvinding in de verschillende uitvoeringsvormen daarvan.

Onderwerp van de uitvinding is derhalve een inrichting voor de vervaardiging 25 van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, waarvan de wand aan de inlaatzijde van het substraat 10 - 99 % van de dikte van de zijdelingse wand en waarvan de wand aan de uitlaatzijde 30 van het substraat 101 - 500 % van de zijdelingse wanddikte heeft.

Onderwerp van de uitvinding is eveneens een inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op 25 een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, dat door middel van een los of vast ingebouwde stuw dwars op de transportrichting van het substraat in een voor- en een hoofdkamer is onderverdeeld, waarbij de hoofdkamer met de smelt zich aan de uitlaatzijde van het 5 substraat en de voorkamer, die vrij is van smelt, zich aan de inlaatzijde van het substraat bevindt.

Onderwerp van de uitvinding is eveneens een inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- of metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op 10 een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, dat een bodemplaat heeft, die aan de zijde van het naar buiten treden van het substraat een venster over 1 - 100 % van de vrije breedte van het frame open laat.

Bij voorkeur is de bovenzijde van de bodemplaat in de richting van het ven-15 ster in het midden aflopend hellend en de bodemplaat heeft een lengte in de transportrichting van 5 - 200 mm en direct aan het venster een dikte van 0,1 - 20 mm en bij de overgang naar de wand van het gietframe aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat een dikte van 5-80 mm.

Op van voordeel zijnde wijze bedraagt de lengte van het bodemvenster in de 20 transportrichting 1-100 mm.

Onderwerp van de uitvinding is ook een inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- of metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider of metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de inrichting een boven het substraat aangebracht ver-25 warmd gietframe en een extra verwarming in de zone van de wand aan de inlaatzijde van het gietframe bevat.

Verdere van voordeel zijnde uitvoeringen en voorkeursuitvoeringen van de inrichtingen volgens de uitvinding komen overeen met de van voordeel zijnde uitvoeringen en voorkeursuitvoeringen, die reeds bij de beschrijving van de werkwijze 30 volgens de uitvinding zijn beschreven.

In het onderstaande wordt de uitvinding aan de hand van voorbeelden verder toegelicht zonder dat dit als een beperking beschouwd dient te worden, in het bijzonder niet bij de exemplarische toepassing van silicium.

βί /"V ,t λ ,·-> 26

Voorbeelden

Voorbeeld 1 5

Een discontinu werkende RGS-installatie volgens EP 165 449 Al is volgens de uitvinding voorzien van een frame met twee kamers, zoals dit schematisch in de figuren 3a en 3b is afgebeeld. Het frame met twee kamers heeft bovendien wanden met een verschillende wanddikte. Het frame met twee kamers bestaat uit dicht gra-10 fiet met een halfgeleiderkwaliteit en heeft buitenafmetingen van 110 mm lengte x 110 mm breedte x 60 mm hoogte. De zijwanden zijn 10 mm dik, de wanddikte bij de substraatinlaat 10 bedraagt 7 mm, die bij de substraatuitlaat 11 12 mm. De voor kamer 13 heeft een vrije lengte van 20 mm, de hoofdkamer 14 een van 68 mm. De los in groeven gehangen stuw 12 tussen voor- en hoofdkamer bestaat uit kwartsglas 15 en heeft een dikte van 3 mm.

Het frame met twee kamers wordt door middel van een omliggende waterge-koelde inductiespoel verwarmd, die 3 windingen uit een vierkante koperbuis met een dwarsdoorsnede van 1 cm x 1 cm, een wanddikte van 1,5 mm en een windingsaf-stand van ca. 3 mm heeft. Deze verwarming wordt volgens de integrale smelttempe-20 ratuur in het frame geregeld, typische bedrijfsgegevens zijn 24 kW, 165 V en 10 kHz.

Verder is volgens de uitvinding een extra verwarming 9 in de vorm van een weerstanddwarsverwarming uit dicht grafiet met een halfgeleiderkwaliteit direct voor de wand aan de inlaatzijde van het frame met twee kamers en direct boven het 25 substraat 2 geïnstalleerd. De extra verwarming 9 bestaat in de gietzone uit een ver-warmingsstaaf met een lengte van 155 mm en een dwarsdoorsnede van 6 mm x 6 mm. De verwarmingsstaaf is op de van het substraat afgekeerde bovenzijde door een elektrisch geïsoleerd aangebrachte 0,5 mm dikke grafietfolie op een 2 mm dikke gra-fietplaat thermisch geïsoleerd en wordt met 2 kW bij 25 V bedreven.

30 Passend bij het gietframe 1 hebben de substraatplaten 2 in de begrenzings-groeven 3 een vrije breedte van 86 mm en een vrije lengte van 128 mm. De substraatplaten bestaan uit grafiet en worden op een pyrometrisch gemeten temperatuur van 1200° C ingesteld.

27 300 g silicium-korrels worden samen met 1,286 g van een boor-silicium-stamlegering met 43 ppmg boor in een kwartsglasoven opgesmolten en vervolgens in de hoofdkamer 14 van het gietframe 1 gegoten. Bij een integrale smelttemperatuur in het gietframe 1 van 1570° C worden de grafïet-substraatplaten 2 van de RGS-5 installatie met een snelheid van 6,5 m/min onder het gietframe 1 in langsrichting bewogen. Daarbij wordt een begassingsstroom van 7,5 m3/h, bestaande uit 67 vol.% zuurstof en 33 vol.% argon achter het frame over de oppervlakte van het geharde silicium geleid. De siliciumfolies, die zo ontstaan, worden door middel van compen-satieverwarming eerst 1 h op 1130 °C gehouden, vervolgens door een overeenkom-10 stig omlaag brengen van de verwarming met een snelheid van -50 °C/h tot ca. 990 °C en tenslotte door uitzetten van de verwarming in ongeveer 2 h tot ruimtetempe-ratuur afgekoeld. De op zodanige wijze vervaardigde siliciumfolies hebben een gemengd dendritisch-globulitische kristalhabitus en hebben goede boven- en bodem-zijden. De gemiddelde foliedikte bedraagt 310 μηι.

15

Voorbeeld 2

Een discontinu werkende RGS-installatie volgens EP 165 449 Al is volgens de uitvinding voorzien van een wigbodemframe, zoals dit schematisch in de figuren 20 4a en 4b is afgebeeld. Het wigbodemframe heeft bovendien wanden met een verschillende wanddikte. Het wigbodemframe bestaat uit dicht grafiet met een halfge-leiderkwaliteit en heeft buitenafmetingen van 110 mm lengte x 110 mm breedte x 60 mm hoogte. De zijwanden zijn 10 mm dik, de wanddikte bij de substraatinlaat 10 bedraagt 7 mm, die bij de substraatuitlaat 11 12 mm. Het frame is voorzien van een 25 bodemplaat 15 in een wigvorm. Deze heeft een lengte van 87 mm, zodat een bo-demvenster met een lengte van 4 mm in de transportrichting 4 open blijft. De dikte van de bodemplaat 15 bedraagt aan het venster 2 mm en aan de wand aan de inlaat-zijde 20 mm.

Het wigbodemframe wordt door middel van een omliggende watergekoelde 30 inductiespoel b verwarmd, die 3 windingen uit een vierkante koperbuis met een dwarsdoorsnede van 1 cm x 1 cm, een wanddikte van 1,5 mm en een windingsaf-stand van ca. 3 mm heeft. Deze verwarming wordt volgens de integrale smelttemperatuur in het frame geregeld, typische bedrijfsgegevens zijn 24 kW, 165 V en 10 28 kHz.

Verder is volgens de uitvinding een extra verwarming 9 in de vorm van een weerstanddwarsverwarming uit dicht grafiet met een halfgeleiderkwaliteit direct voor de wand aan de inlaatzijde van het frame met twee kamers en direct boven het 5 substraat 2 geïnstalleerd. De extra verwarming 9 bestaat in de gietzone uit een ver-warmingsstaaf met een lengte van 155 mm en een dwarsdoorsnede van 6 mm x 6 mm. De verwarmingsstaaf is op de van het substraat afgekeerde bovenzijde door een elektrisch geïsoleerd aangebrachte 0,5 mm dikke grafietfolie op een 2 mm dikke gra-fietplaat thermisch geïsoleerd en wordt met 2 kW bij 25 V bedreven.

10 Passend bij het gietframe 1 hebben de substraatplaten 2 in de begrenzings-groeven 3 een vrije breedte van 86 mm en een vrije lengte van 128 mm. De substraatplaten bestaan uit grafiet en worden op een pyrometrisch gemeten temperatuur van 1190° C ingesteld.

300 g silicium-korrels worden samen met 1,286 g van een boor-silicium-15 stamlegering met 43 ppmg boor in een kwartsglasoven opgesmolten en vervolgens in het gietframe 1 gegoten. Bij een integrale smelttemperatuur in het gietframe 1 van 1570° C worden de grafiet-substraatplaten 2 van de RGS-installatie met een snelheid van 4 m/min onder het gietframe 1 in langsrichting bewogen. Daarbij wordt een be-gassingsstroom van 7,5 m3/h, bestaande uit 67 vol.% zuurstof en 33 vol.% argon 20 achter het frame over de oppervlakte van het geharde silicium geleid. De siliciumfo-lies, die zo ontstaan, worden door middel van compensatieverwarming eerst 1 h op 1130 °C gehouden, vervolgens door een overeenkomstig omlaag brengen van de verwarming met een snelheid van -50 °C/h tot ca. 990 °C en tenslotte door uitzetten van de verwarming in ongeveer 2 h tot ruimtetemperatuur afgekoeld. De folies heb-25 ben een gemengd dendritisch-globulitische kristalhabitus en hebben goede boven- en bodemzijden. De gemiddelde foliedikte bedraagt 160 pm.

Voorbeeld 3 30 Een continu werkende RGS-installatie volgens EP 165 449 Al is volgens de uitvinding voorzien van een wigbodemframe, zoals dit schematisch in de figuren 4a en 4b is afgebeeld. Het wigbodemframe heeft bovendien een vlottereenheid, zoals deze eveneens schematisch in de figuren 4a en 4b is afgebeeld. Het wigbodemframe 29 bestaat uit dicht grafiet met een halfgeleiderkwaliteit en heeft buitenafmetingen van 117 mm lengte x 117 mm breedte x 60 mm hoogte. Alle vier de wanden zijn uniform 10 mm dik. Het gietframe is voorzien van een bodemplaat 15 in een wigvorm. Deze heeft een lengte van 82 mm, zodat een bodemvenster met een lengte van 15 5 mm in de transportrichting 4 open blijft. De dikte van de bodemplaat 15 bedraagt aan het venster 1,5 mm en aan de wand aan de inlaatzijde 20 mm.

In het gietframe zijn een vlottergeleiding e en een vlotterdraagvlak f door bewerken aangebracht, maar ten opzichte van de figuren 4a en 4b in een gemodificeerde uitvoeringsvorm. De vlottergeleiding e is in de vorm van steeds 2 bij 2 mm brede 10 veren uitgevoerd, die zich aan de rechtse en de linkse binnenzijwand van het gietframe 1 bevinden en zich steeds 6 mm in de smeltruimte naar binnen uitstrekken. Vlottergeleidingsveer en binnenzijde van de framewand aan de buitenzijde hebben een vrije afstand van 25 mm. Als vlotterdraagvlak f dient een verdikking van de zijdelingse framewand in de zone van het bodemvenster in de vorm van een trapvormig 15 deel. Steeds een trapvormig deel strekt zich 6 mm van rechts en van links in de zone van het bodemvenster naar binnen uit en reduceert zo de breedte daarvan tot 85 mm ten opzichte van de vrije framebreedte van 97 mm. De trapvormige delen hebben een hoogte van 4 mm boven de framebasis en strekken zich in langsrichting tot aan de bodemplaat 15 uit, waarin deze zonder voegen overgaan.

20 In de vlottergeleiding e is los een trogvormige vlotter d uit dicht halfgeleider-grafiet geplaatst. Deze heeft de buitenmaten 90 mm breedte x 21 mm lengte x 17 mm hoogte en een wanddikte aan alle zijden van 2 mm. De verticale binnenkanten zijn afgerond. De verticale buitenkanten van de vlotter d hebben een afkanting met een basislengte van 5 mm. De beide lange onderste buitenkanten hebben een afkan-25 ting met een basislengte van 2 mm. Op de buitenzijden van de vlotter d zijn op de halve hoogte meerdere noppen als afstandhouders ten opzichte van de vlottergeleiding e respectievelijk ten opzichte van de binnenste framewand aangebracht. De noppen hebben een basisvlak van 3 mm x 3 mm en aan de conisch gevormde punt een afstand van 2 mm van de vlotterbuitenwand. Een paar noppen bevindt zich op de 30 aan de frame-uitlaatzijde grenzende vlotterwand en heeft een vrije afstand van steeds 1 cm van de smalle vlotterzijde. Steeds een nop bevindt zich in het midden van de beide smalle vlotterzijden. Steeds een nop bevindt zich in het midden van de beide smalle vlotterzijden. Steeds een nop bevindt zich in het midden van de beide verti- 30 cale afkantingen, die naar de vrije smeltruimte van het gietframe respectievelijk naar de veren van de vlottergeleiding e gericht zijn.

Het wigbodemframe wordt door middel van een omliggende weerstandver-warmer uit grafiet met een rechthoekige dwarsdoorsnede van 35 mm hoogte x 10 5 mm dikte bij benadering in Ω-vorm verwarmd. Deze verwarming wordt volgens de integrale smelttemperatuur in het frame geregeld, typische bedrijfsgegevens zijn 30 kW en 25 V.

Passend bij het gietframe 1 hebben de substraatplaten 2 in de begrenzings-groeven 3 een vrije breedte van 84 mm en een vrije lengte van 115 mm. De sub-10 straatplaten bestaan uit grafiet en worden op een pyrometrisch gemeten temperatuur van 1130° C ingesteld.

De RGS-installatie is in een gesloten werkkamer ondergebracht. Daarboven is een lasertriangulator van het type Optocator 2008-100/1178 van de firma Selcom AB, Zweden, voor de bepaling van het vulniveau van de smelt in het gietframe geïn-15 stalleerd. Het toestel werkt bij een golflengte van 670 nm met een maximaal puls-vermogen van 52 mW. De meetwaarden worden geanalogiseerd als stroom van 4 -20 mA uitgevoerd. De primaire straal belicht via een optisch venster in de wand van de werkkamer het bodemvlak van de vlottertrog in het gietframe. De voor de triangulatie gebruikte strooistraling komt via een verder optisch venster in de detector 20 van het meettoestel terug.

600 g silicium-korrels worden samen met 2,570 g van een boor-silicium-stamlegering met 43 dpmg boor in een grafietoven gesmolten en vervolgens in het gietframe 1 gegoten. Bij een integrale smelttemperatuur in het gietframe 1 van 1560° C worden de grafïet-substraatplaten 2 van de RGS-installatie met een snelheid van 4 25 m/min onder het gietframe 1 in langsrichting bewogen. De lasertriangulator levert een vulhoogtesignaal, dat zeer goed met het vulniveau van het frame correspondeert met een constant goede kwaliteit en een minimale ruis.

Claims (39)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider, metaal of een mengsel van 5 meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, waarbij de smelt zich in een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevindt, met het kenmerk, dat de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttemperatuur van het toegepaste materiaal en een temperatuur van 5 °C boven deze smelttemperatuur heeft en in de smelt 10 een temperatuurgradiënt wordt ingesteld, waarbij de temperatuur gemiddeld van de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe in de richting van het naar binnen treden van het substraat in de zone van het gietframe stijgt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de smelt in de 15 zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe een temperatuur tussen de smelttemperatuur en 1° C daarboven heeft.

3. Werkwijze volgens de conclusies 1 en 2 met het kenmerk, dat de instelling van de temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe aan de hand van een meting of schatting van de te minimali- 20 seren hoeveelheid van de smeltrest op de gekristalliseerde schijven of folies direct na het naar buiten treden daarvan uit de zone van het gietframe wordt uitgevoerd.

4. Werkwijze volgens de conclusies 1 en 2 met het kenmerk, dat de temperatuur in de zone van het naar binnen treden van het substraat en de temperatuurgradiënt in de smelt voldoende hoog worden ingesteld, zodat het metaal- respec- 25 tievelijk halfgeleidermateriaal pas begint te kristalliseren, wanneer het macroscopisch vlak contact met het substraat heeft gekregen.

5. Werkwijze volgens de conclusies 1 en 2 met het kenmerk, dat de temperatuur in de zone van het naar binnen treden van het substraat en de temperatuurgradiënt in de smelt zodanig worden ingesteld, dat het metaal- respectievelijk half- 30 geleidermateriaal begint te kristalliseren, wanneer het net nog geen macroscopisch vlak contact met het substraat heeft gekregen.

6. Werkwijze volgens de conclusies 1-5 met het kenmerk, dat de temperatuur in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt geheel of gedeeltelijk wordt ingesteld, doordat de temperatuur van de substraatoppervlakte direct voor de bekleding van het substraat met het metaal- of halfgeleidermateriaal selectief ten opzichte van het sub-straatvolume omhoog wordt gebracht.

7. Werkwijze volgens de conclusies 1 - 6 met het kenmerk, dat een extra verwarming de oppervlakte van het substraat dwars op de transportrichting daarvan in de zone van de wand aan de inlaatzijde van het gietframe selectief ten opzichte van het substraatvolume en/of de onderste wand van het gietframe in de zone van het naar binnen treden van het substraat verwarmt

8. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat het bij de extra verwarming een weerstandverwarmer in een staafvorm betreft.

9. Werkwijze volgens conclusie 8 met het kenmerk, dat de weerstandverwarmer zodanig is uitgevoerd en aangebracht, dat een zo groot mogelijk deel van de stralende oppervlakte op het substraat en/of de onderste wand aan de inlaatzijde van 15 het gietframe is gericht, waarbij de energiebenutting door reflecterende respectievelijk isolerende elementen wordt verbeterd.

10. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat het bij de extra verwarming een inductieverwarming betreft

11. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat het bij de extra 20 verwarming een lampverwarming betreft.

12. Werkwijze volgens de conclusies 1-11 met het kenmerk, dat de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door een overeenkomstig temperatuurprofiel van het gietframe wordt ingesteld.

13. Werkwijze volgens de conclusies 1-12 met het kenmerk, dat de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door toepassing van een gietframe met verschillende wanddiktes, dat door middel van een inductieverwarming wordt verwarmd, wordt ingesteld.

14. Werkwijze volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de wand van het gietframe aan de inlaatzijde van het substraat 10 - 99 % van de dikte van de zijdelingse wand heeft, bij voorkeur 30 - 95 %, en de wand van het gietframe aan de uit-laatzijde van het substraat 101 - 500 % van de zijdelingse wanddikte heeft, bij voor- *i f) ·!·;' ; - keur 105 - 200%.

15. Werkwijze volgens de conclusies 1-12 met het kenmerk, dat de temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk 5 door toepassing van een gietframe, dat in twee kamers is onderverdeeld, wordt ingesteld, waarbij de onderverdeling door middel van een los of vast ingebouwde stuw dwars ten opzichte van de transportrichting van het substraat wordt uitgevoerd, zodat aan de uitlaatzijde van het substraat een hoofdkamer voor de opname van de metaal-respectievelijk halfgeleidersmelt en aan de inlaatzijde van het substraat een niet met 10 smelt gevulde voorkamer wordt gevormd, waarbij in een eerste benadering door middel van de voorkamer de temperatuur in de zone van het naar binnen treden van het substraat en door middel van de hoofdkamer de temperatuur in de zone van het naar buiten treden wordt ingesteld.

16. Werkwijze volgens conclusie 15 met het kenmerk, dat de lengte van 15 de voorkamer parallel ten opzichte van de transportrichting van het substraat 0,1 - 500 % van de lengte van de hoofdkamer parallel ten opzichte van de transportrichting van het substraat bedraagt, bij voorkeur 5 - 100 %.

17. Werkwijze volgens de conclusies 15 en 16 met het kenmerk, dat de stuw uit siliciumnitride, siliciumcarbide, grafiet, kwartsglas, kwartsmateriaal of een 20 combinatie of mengsel van deze materialen bestaat.

18. Werkwijze volgens conclusie 17 met het kenmerk, dat de stuw ten minste aan de naar de smelt toegekeerde zijde uit kwartsglas of kwartsmateriaal bestaat.

19. Werkwijze volgens de conclusies 1-12 met het kenmerk, dat de 25 temperatuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt volledig of gedeeltelijk door toepassing van een gietframe met een bodemplaat wordt ingesteld, waarbij deze bodemplaat aan de zijde van het naar buiten treden van het substraat een venster over 1 -100 % van de vrije breedte van het frame open laat.

20. Werkwijze volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de bovenzijde van de bodemplaat in de richting van het venster in het midden aflopend hellend is.

21. Werkwijze volgens de conclusies 19 en 20 met het kenmerk, dat de bodemplaat direct aan het venster een minimale dikte heeft, waarbij daaronder de dikte begrepen dient te worden, waar men om stabiliteitsredenen niet onder mag komen, en op de overgang naar de wand van het gietframe aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat een dikte heeft, die 40 - 170 % van de normale bedrijfsvulhoogte bedraagt.

22. Werkwijze volgens de conclusies 19 - 21 met het kenmerk, dat de bodemplaat direct aan het venster een dikte van 0,1 - 20 mm, bij voorkeur 0,5 - 5 mm, en op de overgang naar de wand van het gietframe aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat een dikte van 5-80 mm, bij voorkeur 10-40 mm, heeft.

23. Werkwijze volgens de conclusies 19-22 met het kenmerk, dat de 10 lengte van het venster in de transportrichting 1-100 mm bedraagt, bij voorkeur 1-40 mm.

24. Werkwijze volgens de conclusies 19-23 met het kenmerk, dat de lengte van de bodemplaat in de transportrichting 5 - 200 mm, bij voorkeur 20 - 100 mm, bedraagt.

25. Werkwijze volgens de conclusies 19 - 24 met het kenmerk, dat de vervaardigde schijven of folies een dikte van 25 - 1000 pm, bij voorkeur 70 - 400 pm, hebben.

26. Werkwijze volgens de conclusies 19-25 met het kenmerk, dat in de bodemplaat meerdere vensters naast elkaar zijn aangebracht.

27. Werkwijze volgens de conclusies 19-26 met het kenmerk, dat in het gietframe een vlotterlichaam passend wordt aangebracht, waarbij het vlotterlichaam in de horizontaal slechts een geringe beweeglijkheid heeft, maar in de verticaal de smelt-spiegel in verregaande mate kan volgen, door de verwarming door middel van een of meer wanden van het gietframe inclusies de bodemplaat tegen vastvriezen onder de in- 25 vloed van het koelere substraat wordt beschermd en voor de meting van het vulniveau in het gietframe een met elektromagnetische velden of met elektromagnetische straling werkend meettoestel als vervangend meetvlak voor de smeltoppervlakte dient.

28. Werkwijze volgens conclusie 27 met het kenmerk, dat het meettoestel met gebruik van licht volgens het principe van de triangulatie of dat van de looptijd- 30 meting werkt.

29. Werkwijze volgens conclusie 28 met het kenmerk, dat het bij het gebruikte meettoestel een lasertriangulometer betreft.

30. Werkwijze volgens de conclusies 1-5 met het kenmerk, dat de tem- peratuur van de smelt in de zone van het naar buiten treden van het substraat uit de zone van het gietframe en de temperatuurgradiënt in de smelt door een combinatie van ten minste twee maatregelen volgens de conclusies 7,13,15 en 19 wordt ingesteld.

31. Werkwijze volgens de conclusies 1 - 30 met het kenmerk, dat het bij 5 de toegepaste smelt een siliciumsmelt betreft.

32. Toepassing van de volgens de conclusies 1-31 vervaardigde schijven of folies voor de vervaardiging van zonnecellen of andere halfgeleiderconstructie-elementen.

33. Toepassing van de volgens de conclusies 1-31 vervaardigde schijven 10 of folies voor de afscheiding van andere materialen op deze schijven of folies.

34. Toepassing van de volgens de conclusie 33 verkregen producten voor de vervaardiging van zonnecellen of andere halfgeleiderconstructie-elementen.

5. Inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider, metaal of een mengsel van 15 meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, met het kenmerk, dat de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietframe bevat, waarvan de wand aan de inlaatzijde van het substraat 10 - 99 % van de dikte van de zijdelingse wand en waarvan de wand aan de uitlaatzijde van het substraat 101 - 500 % van de zijdelingse wanddikte heeft.

36. Inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider, metaal of een mengsel van meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, met het kenmerk, dat de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietfiame bevat, dat door middel van een los of vast ingebouwde stuw dwars ten opzichte van de transportrich-25 ting van het substraat in een voor- en een hoofdkamer is onderverdeeld, waarbij de met smelt gevulde kamer zich aan de uitlaatzijde van het substraat en de niet met smelt gevulde voorkamer zich aan de inlaatzijde van het substraat bevindt.

37. Inrichting voor de vervaardiging van halfgeleider- en metaalschijven of -folies door stolling van een smelt van een halfgeleider, metaal of een mengsel van 30 meerdere halfgeleiders en/of metalen op een bewogen substraat, met het kenmerk, dat de inrichting een boven het substraat aangebracht verwarmd gietfiame bevat, dat een bodemplaat bevat, die aan de zijde van het naar buiten treden van het substaar een venster over 1 -100 % van de vrije breedte van het fiame open laat.

38. Inrichting volgens conclusie 37 met het kenmerk, dat de bovenzijde van de bodemplaat in de richting van het venster in het midden aflopend hellend is en de bodemplaat een lengte in de transportrichting van 5 - 200 mm en direct aan het venster een dikte van 0,1-20 mm en op de overgang naar de wand van het gietframe 5 aan de zijde van het naar binnen treden van het substraat een dikte van 5-80 mm heeft.

39. Inrichting volgens de conclusies 37 - 38 met het kenmerk, dat de lengte van het bodemvenster in de transportrichting 1-100 mm bedraagt. IQ *******