RU2258772C1 - Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric - Google Patents

Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric Download PDF

Info

Publication number
RU2258772C1
RU2258772C1 RU2004115191/15A RU2004115191A RU2258772C1 RU 2258772 C1 RU2258772 C1 RU 2258772C1 RU 2004115191/15 A RU2004115191/15 A RU 2004115191/15A RU 2004115191 A RU2004115191 A RU 2004115191A RU 2258772 C1 RU2258772 C1 RU 2258772C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crucible
silicon
growing
melt
carbonic
Prior art date
Application number
RU2004115191/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.К. Брантов (RU)
С.К. Брантов
В.В. Кведер (RU)
В.В. Кведер
Н.Н. Кузнецов (RU)
Н.Н. Кузнецов
Original Assignee
Институт физики твердого тела РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики твердого тела РАН filed Critical Институт физики твердого тела РАН
Priority to RU2004115191/15A priority Critical patent/RU2258772C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2258772C1 publication Critical patent/RU2258772C1/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: devices for continuous grouped growing of the orientated layers of silicon on a carbonic fabric.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of growing of polycrystallic layers from a melt of silicon and may be used in production of solar cells (photo-converters) Substance of the invention: the device consist of a crucible for a melt mounted inside a heater, a substrates connected to gears of their relocation and a capillary feeding mechanism. The substrates are made out of a carbonic reticulated fabric, and the capillary feeding mechanism consists of two horizontal sections, located to the left and to the right of the crucible, each of which has a tail swathed by harnesses out of a carbonic thread. The crucible is made with the bottom hollow elongated spout supplied with an independent heater, under the crucible there is a tank for a drain of the crucible residue, the inner surface of which is coated by a layer of a hexagonal boron nitride, and above the crucible a vibrating feeder for feeding the ground silicon is mounted.
EFFECT: the invention ensures growing of polycrystallic layers from a melt of silicon.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей).The invention relates to the field of growing polycrystalline silicon layers from a melt and may find application in the production of solar cells (photoconverters).

Известно устройство, содержащее тигель, нагреватель, вытягивающий механизм и приспособление для поддержания уровня расплава в тигле постоянным (Мейсон Б. Нанесение кремниевой пленки на керамические листовые подложки. "Электроника", 1979, т.52, №15, с.10-11). Это устройство позволяет выращивать слои кремния на длинномерных керамических подложках, покрытых слоем углерода для смачивания расплавом кремния, с использованием горизонтальных желобообразных кварцевых тиглей.A device containing a crucible, a heater, a pulling mechanism and a device for maintaining the melt level in the crucible constant is known (Mason B. Deposition of a silicon film on ceramic sheet substrates. "Electronics", 1979, v. 52, No. 15, p.10-11) . This device allows you to grow layers of silicon on long ceramic substrates coated with a layer of carbon for wetting with a molten silicon, using horizontal gutter-shaped quartz crucibles.

Однако известное устройство имеет ряд недостатков. Так, поддержание уровня расплава в тигле постоянным представляет сложную техническую задачу. При проведении процесса выращивания слоя необходима процедура "затравливания", состоящая в переполнении тигля расплавом при помощи приспособления для регулирования уровня, приведении подложки в контакт с расплавом и формировании мениска путем подъема подложки на необходимую высоту над стенками тигля, которая усложняет технологию и снижает производительность установки. Кроме того, керамическую подложку необходимо перфорировать, так как иначе невозможно создать тыльный контакт к выращенному слою кремния. Это дополнительно повышает стоимость продукции. Известно устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев на подложке (по авт. св. СССР №949979, опубл. 1982 г., Бюллетень изобретений и открытий, №45, с.283), включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, и питатель, вертикально расположенный в тигле, выполненный из смачиваемых расплавом пластин, образующих между собой капиллярный канал, и имеющий острые рабочие кромки для подачи расплава на подложку. Подложка расположена перпендикулярно пластинам питателя.However, the known device has several disadvantages. Thus, maintaining the melt level in the crucible constant is a difficult technical task. During the process of growing the layer, the process of “seeding” is necessary, which consists in overflowing the crucible with the melt using a level adjusting device, bringing the substrate into contact with the melt and forming the meniscus by raising the substrate to the required height above the crucible walls, which complicates the technology and reduces the installation performance. In addition, the ceramic substrate must be perforated, since otherwise it is impossible to create a back contact to the grown silicon layer. This further increases the cost of production. A device is known for growing oriented crystalline layers on a substrate (according to ed. St. USSR No. 949979, publ. 1982, Bulletin of inventions and discoveries, No. 45, p. 283), including a crucible for the melt mounted inside the heater, a substrate connected with a mechanism for its movement, and a feeder vertically located in the crucible, made of melt-wettable plates forming a capillary channel between themselves, and having sharp working edges for supplying the melt to the substrate. The substrate is perpendicular to the feeder plates.

Недостатком устройства является необходимость использования только твердых подложек. При получении слоев кремния необходимо дополнительно выполнять в подложках отверстия для отверстия тыльного электрического контакта к слою кремния.The disadvantage of this device is the need to use only solid substrates. Upon receipt of the silicon layers, it is necessary to additionally make holes in the substrates for the hole of the back electrical contact to the silicon layer.

Другим недостатком известного устройства является неоправданно сложная конструкция питателя. Он выполнен сборным из пластин графита. Питатель экономически выгоднее выполнять монолитным, а капиллярные каналы - полуоткрытыми.Another disadvantage of the known device is the unreasonably complex design of the feeder. It is made of precast graphite plates. It is economically more cost-effective to carry out the feeder monolithic, and capillary channels - half-open.

Известное устройство не предусматривает подачу шихты в плавильный тигель. Поддержание уровня расплава в тигле относительно уровня подложки обеспечивается постепенным перемещением тигля вверх. Это ограничивает производительность непрерывного процесса емкости тигля.The known device does not provide for the supply of charge into the melting crucible. Maintaining the level of the melt in the crucible relative to the level of the substrate is provided by the gradual movement of the crucible up. This limits the performance of the continuous crucible tank process.

Другим недостатком известного устройства является однократное использование тигля, т.к. после каждого процесса он разрушается.Another disadvantage of the known device is a single use of the crucible, because after each process, it is destroyed.

Вышеприведенное устройство наиболее близко по технической сущности к заявляемому устройству, поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is closest in technical essence to the claimed device, therefore, is selected as a prototype.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего изобретения, выражается в увеличении производительности устройства и снижении материальных затрат на устройство за счет группового выращивания слоев кремния на углеродной ткани, многократного использования тигля и применения вибрационного питателя для подачи дробленого кремния в тигель.The technical result obtained by the implementation of the present invention is expressed in increasing the productivity of the device and lowering the material costs of the device due to the group growing of silicon layers on a carbon cloth, the repeated use of the crucible, and the use of a vibrating feeder to supply crushed silicon to the crucible.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в устройстве для выращивания ориентированных кристаллических слоев кремния, включающем тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложки, соединенные с механизмами их перемещения, и капиллярный питатель, подложки выполнены из углеродной сетчатой ткани, капиллярный питатель состоит из двух горизонтальных секций, размещенных слева и справа от тигля, каждая из которых имеет хвостовик, обмотанный жгутами из углеродной нити, тигель выполнен с донным полым удлиненным носиком, снабженным независимым нагревателем, под тиглем устанавливается емкость для слива тигельного остатка, внутренняя поверхность которой покрыта слоем гексагонального нитрида бора, для непрерывной подачи дробленого кремния в тигель используется установленный над ним вибрационный питатель.The essence of the invention is that in a device for growing oriented crystalline silicon layers, including a melt crucible installed inside the heater, substrates connected to their movement mechanisms, and a capillary feeder, the substrates are made of carbon mesh fabric, the capillary feeder consists of two horizontal sections located to the left and to the right of the crucible, each of which has a shank wrapped in carbon fiber bundles, the crucible is made with a hollow bottom elongated nose An ohm equipped with an independent heater, a container is installed under the crucible for draining the crucible residue, the inner surface of which is covered with a layer of hexagonal boron nitride; a vibrating feeder mounted above it is used to continuously supply crushed silicon to the crucible.

Благодаря наличию этих признаков возможно выращивание слоев кремния на поверхности группы подложек одновременно. Выполнение капиллярного питателя в виде двух горизонтальных секций позволяет при обеспечении высокой производительности использовать лишь один тигель с системами его подпитки кремнием и слива тигельного остатка по завершении процесса. Капиллярные каналы обеих секций питателя соединены и гидростатическое давление расплава в них одинаково.Due to the presence of these features, it is possible to grow silicon layers on the surface of a group of substrates simultaneously. The execution of the capillary feeder in the form of two horizontal sections allows, while ensuring high performance, to use only one crucible with its silicon feeding systems and draining the crucible residue at the end of the process. The capillary channels of both sections of the feeder are connected and the hydrostatic pressure of the melt in them is the same.

Тигель с донным полым удлиненным носиком может использоваться неограниченное количество раз при условии слива остатка расплава после завершения процесса. Слитый тигельный остаток может также использоваться в качестве сырья для проведения следующих процессов.A crucible with a hollow, elongated nose can be used an unlimited number of times, provided that the remainder of the melt is drained after completion of the process. The fused crucible residue can also be used as raw material for the following processes.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом. Тепловая изоляция, крепежные элементы и детали механизмов на нем не приведены.The proposed device is illustrated in the drawing. Thermal insulation, fasteners and mechanism parts are not shown on it.

Устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния на углеродной ткани содержит левый нагреватель 1, выполненный из графита, подложки 2 из углеродной сетчатой ткани, намотанные на бобину 3, левую секцию капиллярного питателя 4, графитовый тигель 5, нагреватель тигля 6, установленный над тиглем 5 вибрационный питатель дробленного кремния 7 с виброприводом 8, нагреватель 9 носика тигля 5, емкость для слива тигельного остатка 10, правый нагреватель 11, правую секцию капиллярного питателя 12, левый роликовый механизм вытягивания 13 и правый механизм - 14. Хвостовик каждого из питателей обматывается жгутами 15 из углеродной нити для капиллярной подачи расплава. Подложка 2 из сетчатой углеродной ткани нарезается на мерные полосы, подвергается уплотнению пироуглеродом и термохимической очистке галогенами. Бобина 3 размещается в ростовой камере или за ее пределами и снабжается тормозом для натяжения подложек. Секции капиллярных питателей 4 и 12 выполняются из плотного графита и дополнительно подвергаются термохимической очистке и уплотнению пироуглеродом.A device for continuous batch growth of oriented silicon layers on a carbon fabric comprises a left heater 1 made of graphite, a carbon mesh fabric substrate 2 wound on a bobbin 3, a left section of a capillary feeder 4, a graphite crucible 5, a crucible heater 6 mounted above the crucible 5 vibration feeder of crushed silicon 7 with vibrodrive 8, crucible nose heater 9, reservoir 5, tank for draining crucible residue 10, right heater 11, right section of capillary feeder 12, left roller mechanism pulling 13 and the right mechanism - 14. The shank of each of the feeders is wrapped with carbon fiber bundles 15 for capillary melt supply. Carbon mesh substrate 2 is cut into measuring strips, densified with pyrocarbon and thermochemical cleaning with halogens. The bobbin 3 is placed in the growth chamber or beyond and is equipped with a brake for tensioning the substrates. Sections of capillary feeders 4 and 12 are made of dense graphite and are additionally subjected to thermochemical cleaning and compaction with pyrocarbon.

Внутренняя поверхность емкости 10 для слива тигельного остатка защищается слоем гексагонального гидрида бора для предотвращения смачивания расплавленным кремнием и последующего разрушения после кристаллизации и охлаждения. Слой может наноситься втиранием порошка нитрида бора в поверхность графита либо способом пульверизации из суспензии BN.The inner surface of the vessel 10 for draining the crucible residue is protected by a layer of hexagonal boron hydride to prevent wetting with molten silicon and subsequent destruction after crystallization and cooling. The layer can be applied by rubbing boron nitride powder into the surface of graphite or by spraying from a BN suspension.

Тигель 5 изготавливается из высокоплотного графита и проходит до использования те же операции. Вибрационный питатель 7 изготовлен из плавленого кварца (графита, стали). Вибропривод 8 размещается над корпусом вибрационного питателя и управляется источником напряжения, размещенным за пределами ростовой камеры. Механизмы 13 и 14 размещены также за пределами ростовой камеры и включают пары обрезиненных горизонтальных роликов, редукторы и электроприводы с системами их управления.The crucible 5 is made of high-density graphite and goes through the same operations before use. Vibratory feeder 7 is made of fused silica (graphite, steel). The vibrodrive 8 is located above the housing of the vibrating feeder and is controlled by a voltage source located outside the growth chamber. The mechanisms 13 and 14 are also located outside the growth chamber and include pairs of rubberized horizontal rollers, gearboxes and electric drives with their control systems.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Нарезанная на мерные ленты, модифицированная пироуглеродом и подвергнутая термохимической очистке углеродная сетчатая подложка 2, намотанная на графитовую бобину 3, снабженную тормозом для натяжения подложки, устанавливается внутри ростовой камеры, либо в отдельном корпусе, связанном с ней вакуумно-плотными фланцами. В полости графитового нагревателя 6 устанавливается графитовый тигель 5. На электрически изолированных крепежных элементах устанавливаются левая 4 и правая 12 секции капиллярного питателя. Хвостовики каждой из секций обматываются жгутами 15 из углеродной нити. Вибрационный питатель 7 загружают очищенным дробленым кремнием. К вибрационному питателю 7 подключают вибропривод 8. Подложки 2 выводятся к выпускным щелям ростовой камеры, которые закрываются вакуумно-плотными крышками. После проведения откачки камеры включают систему нагрева и достигают температуры, превышающей точку плавления кремния. Затем включают вибропривод 8 и заполняют тигель 5 расплавом кремния. При этом в донном полом удлиненном носике тигля образуется пробка 16 кристаллического кремния, предотвращающая слив расплава. После этого выключают откачку и заполняют ростовую камеру чистым аргоном до атмосферного давления. Затем открывают крышки выпускных щелей ростовой камеры, вытягивают подложки и заправляют их концы между роликами механизмов вытягивания 13 и 14. В дальнейшем производят подачу аргона с расходом, обеспечивающим предотвращение окисления расплавленного кремния. После натяжения подложек 2 устанавливают скорость их перемещения и темп подачи дробленого кремния. По мере выхода продукции 17 (подложек со слоем кремния) их механически обламывают, при этом процесс продолжается вплоть до исчерпания запаса кремния в вибрационном питателе 7 или подложек на бобине 3.Carbon mesh substrate 2 cut into measuring tapes, modified with pyrocarbon and thermochemically cleaned, wound on a graphite bobbin 3, equipped with a brake for tensioning the substrate, is installed inside the growth chamber or in a separate housing connected with it by vacuum-tight flanges. A graphite crucible 5 is installed in the cavity of the graphite heater 6. On the electrically isolated fasteners, the left 4 and right 12 sections of the capillary feeder are installed. The shanks of each section are wrapped with carbon fiber tows 15. Vibratory feeder 7 is loaded with purified crushed silicon. A vibrating actuator 8 is connected to the vibration feeder 7. The substrates 2 are discharged to the outlet slots of the growth chamber, which are closed by vacuum-tight covers. After pumping, the chambers turn on the heating system and reach a temperature exceeding the melting point of silicon. Then include a vibrator 8 and fill the crucible 5 with molten silicon. At the same time, crystalline silicon plug 16 is formed in the bottom hollow elongated nose of the crucible, which prevents the melt from draining. After that, the pumpdown is turned off and the growth chamber is filled with pure argon to atmospheric pressure. Then the covers of the outlet slots of the growth chamber are opened, the substrates are pulled, and their ends are tucked between the rollers of the traction mechanisms 13 and 14. Subsequently, argon is supplied at a flow rate that prevents the oxidation of molten silicon. After tensioning the substrates 2, the speed of their movement and the feed rate of crushed silicon are set. As products 17 (substrates with a silicon layer) are released, they are mechanically broken off, and the process continues until the silicon stock in the vibrating feeder 7 or substrates on the bobbin 3 is exhausted.

После завершения процесса выключают механизмы вытягивания 13 и 14, механически обламывают выращенные подложки со слоем кремния до уровня, позволяющего закрыть выпускные щели ростовой камеры. Щели закрывают вакуумно-плотными крышками, подачу аргона прекращают и включают откачку. По достижении разрежения включают нагреватель носика тигля 9, после чего происходит плавления пробки 16 и слив тигельного остатка в приемную емкость 10.After the process is completed, the pulling mechanisms 13 and 14 are turned off, the grown substrates with a silicon layer are mechanically broken off to a level that allows closing the outlet slots of the growth chamber. The slots are closed with vacuum-tight covers, the flow of argon is stopped and pumping is turned on. Upon reaching a vacuum, the crucible nozzle heater 9 is turned on, after which the plug 16 is melted and the crucible residue is drained into the receiving tank 10.

Затем все нагревательные элементы выключаются. После охлаждения ростовой камеры производится удаление тигельного остатка из приемной емкости 10. При этом тигель 5 остается целым и может быть использован в неограниченном числе описанных циклов.Then all heating elements are turned off. After cooling the growth chamber, the crucible residue is removed from the receiving vessel 10. The crucible 5 remains intact and can be used in an unlimited number of cycles described.

Claims (1)

Устройство для непрерывного группового выращивания ориентированных слоев кремния, включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложки, соединенные с механизмами их перемещения, и капиллярный питатель, отличающееся тем, что подложки выполнены из углеродной сетчатой ткани, капиллярный питатель состоит из двух горизонтальных секций, размещенных слева и справа от тигля, каждая из которых имеет хвостовик, обмотанный жгутами из углеродной нити, тигель выполнен с донным полым удлиненным носиком, снабженным независимым нагревателем, под тиглем установлена емкость для слива тигельного остатка, внутренняя поверхность которой покрыта слоем гексагонального нитрида бора, а над тиглем установлен вибрационный питатель для подачи дробленого кремния.A device for continuous group growing of oriented silicon layers, including a melt crucible installed inside the heater, substrates connected to their movement mechanisms, and a capillary feeder, characterized in that the substrates are made of carbon mesh fabric, the capillary feeder consists of two horizontal sections placed to the left and to the right of the crucible, each of which has a shank wrapped in carbon fiber bundles, the crucible is made with a bottom hollow elongated nose equipped with independent a heater installed under the crucible vessel for draining residue crucible whose inner surface is coated with a layer of hexagonal boron nitride, and above the crucible is set vibrating feeder for feeding the crushed silicon.
RU2004115191/15A 2004-05-20 2004-05-20 Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric RU2258772C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004115191/15A RU2258772C1 (en) 2004-05-20 2004-05-20 Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004115191/15A RU2258772C1 (en) 2004-05-20 2004-05-20 Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2258772C1 true RU2258772C1 (en) 2005-08-20

Family

ID=35846099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004115191/15A RU2258772C1 (en) 2004-05-20 2004-05-20 Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2258772C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494176C1 (en) * 2012-03-11 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Method of crystal growth by kiropulos method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494176C1 (en) * 2012-03-11 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Method of crystal growth by kiropulos method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007300183B2 (en) Method and apparatus for the production of crystalline silicon substrates
JPS5819639B2 (en) Silicon rod manufacturing method
US8845805B2 (en) Device and method for producing crystalline bodies by directional solidification
CN107849728B (en) System and method for low oxygen crystal growth using a two-layer continuous Czochralsk method
US20130263772A1 (en) Method and apparatus for controlling melt temperature in a Czochralski grower
JP2007290914A (en) Apparatus for supplying molten raw material and apparatus for manufacturing polycrystal substance or single-crystal substance
RU2258772C1 (en) Device for continuous grouped growing of oriented layers of silicon on a carbonic fabric
RU2264483C1 (en) Device for continuous growing of oriented layers of silicon on a carbon fabric
JPH03199192A (en) Crucible for pulling up silicon single crystal
JPH01317189A (en) Production of single crystal of silicon and device therefor
JPH0711177Y2 (en) Raw material supply mechanism for semiconductor single crystal manufacturing equipment
RU2332530C1 (en) Device for continuous growth of two-sided silicon layers on carbon foil
WO1986006109A1 (en) Method and apparatus for growing single crystal bodies
CN213951412U (en) Continuous czochralski single crystal growth equipment
JPH0665640B2 (en) Semiconductor single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
JPH09235181A (en) Pulling of single crystal and single crystal pull apparatus
JPH07110798B2 (en) Single crystal manufacturing equipment
JPH0259494A (en) Production of silicon single crystal and apparatus
RU2365684C1 (en) Device for growing of silicon layers on carbonic substratum
RU155461U1 (en) DEVICE FOR CONTINUOUS GROWING OF CRYSTAL LAYERS OF SILICON
AU2012203603A1 (en) Method and apparatus for the production of crystalline silicon substrates
JPH0640592Y2 (en) Silicon single crystal growth equipment
KR930005406B1 (en) Method and apparatus for growing single crystal bodies
JPS62278188A (en) Crucible for single crystal production
JPS593096A (en) Device for producing belt-like silicon crystal

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130521