TWI611052B - 使熔化矽流動與純化的氣舉式泵 - Google Patents

Abstract

本文之實施例是關於一種片材生產裝置。容器經組態以固持材料之熔化物，且冷卻板接近所述熔化物而安置。此冷卻板經組態以在所述熔化物上形成所述材料之片材。使用泵。在一個例子中，此泵包含氣源以及與所述氣源流體連通之管道。在另一例子中，此泵將氣體注入至熔化物中。所述氣體可使所述熔化物上升或將動量提供至所述熔化物。

Description

使熔化矽流動與純化的氣舉式泵 【對相關申請案之交叉參考】

本申請案主張2010年5月6日申請且經讓渡之題為「使熔化矽流動與純化的氣舉式泵(Gas-Lift Pumps for Flowing and Purifying Molten Silicon)」之臨時專利申請案之美國申請案第61/332,068號的優先權，其揭露內容在此以引用的方式併入。

關於聯邦政府發起之研究或發展的聲明

美國政府對本發明具有已付費執照，且在有限環境中具有如下權利：要求專利擁有者依據如由美國能源部所授予之合約號為DE-EE0000595之條款所提供的合理條件特許其他人使用本發明。

本發明是關於自熔化物之片材形成，且更特定言之是關於使熔化物流動或抽汲熔化物的方法。

矽晶圓或片材可用於例如積體電路或太陽能電池產業中。隨著對再生性能源之需求增大，對太陽能電池之需求持續增大。大多數太陽能電池由矽晶圓(諸如，單晶矽晶圓)製成。當前，晶體矽太陽能電池之主要成本為製造太陽能電池的晶圓。太陽能電池之效率或在標準照明下所產生之電力的量部分地受此晶圓之品質限制。隨著對太陽能電池之需求增大，太陽能電池產業之一個目標為降低成本/電力比率。在不降低品質的情況下在製造晶圓成本方面之任何減少將降低成本/電力比率，且使得能夠實現此乾淨能源技術的更廣可用性。

最高效率之矽太陽能電池可具有大於20%之效率。此等太陽能電池是使用電子級單晶矽晶圓製成。可藉由鋸切來自使用柴氏(Czochralski)方法所生長之單晶矽圓柱形人造晶體的薄片而製成此等晶圓。此等薄片可小於200 μm厚。為了維持單晶生長，人造晶體必須自含有熔化物之坩堝緩慢地生長，諸如小於10 μm/s。後續鋸切程序導致每晶圓大約200 μm之鋸口損耗，或歸因於鋸條之寬度的損耗。圓柱形人造晶體或晶圓亦可能需要被弄成方形以製成方形太陽能電池。方形化及鋸口損耗兩者導致材料浪費及材料成本增加。隨著太陽能電池變得更薄，每切口浪費之矽百分比增大。對鑄錠切片技術之限制可能阻礙獲得較薄太陽能電池之能力。

可使用自多晶矽鑄錠所鋸切之晶圓來製造其他太陽能電池。多晶矽鑄錠可比單晶矽生長得快。然而，所得晶圓之品質較低，因為存在更多缺陷及晶界，此導致較低效率之太陽能電池。多晶矽鑄錠之鋸切程序與單晶矽鑄錠或人造晶體一樣效率低。

又一解決方案為自熔化物垂直地拉引矽之薄帶，且接著允許所拉引之矽冷卻且固化為片材。此方法之拉引速率可限於小於大約18 mm/分鐘。在矽之冷卻及固化期間之移離潛熱必須沿著垂直帶被移離。此導致沿著此帶之大的溫度梯度。此溫度梯度對晶體矽帶施加應力，且可導致不良品質之多晶粒矽。此帶之寬度及厚度亦可歸因於此溫度梯度而受到限制。舉例而言，寬度可限於小於80 mm且厚度可限於180 μm。

自熔化物水平生產之片材可比自鑄錠所切片之矽便宜，且可消除鋸口損耗或歸因於方形化之損耗。自熔化物水平生產之片材亦可比自熔化物垂直拉引之矽帶便宜。此外，與垂直或以與熔化物相交一角度拉引的矽帶相比，自熔化物水平生產之片材可改良片材的晶體品質。諸如此方法之可降低材料成本的晶體生長方法可為用以降低矽太陽能電池之成本的主要致能步驟。

已測試自熔化物實體(physically)拉引之水平矽帶。在一種方法中，將附著至桿之晶種插入至熔化物中，且此桿及所得片材在坩堝之邊緣之上以低角度被拉引。使此角度、表面張力及熔化物準位平衡，以防止熔化物溢出坩堝。然而，難以起始並控制此拉引程序。第一，使在坩堝邊緣處所形成之彎液面的重力及表面張力平衡的傾斜角調整可為困難的。第二，若冷卻板在此分離點附近，在片材與熔化物之間的分離點處沿著帶的溫度梯度可引起晶體之位錯(dislocation)。第三，在熔化物上方使片材傾斜可導致在凝固尖端的應力。此凝固尖端可為片材最薄且最易碎之處，因此片材之位錯或破裂可能發生。第四，可能需要複雜之拉引裝置來獲得低角度。

用於電子設備或太陽能電池之矽可能需要高品質之矽晶體。矽原料中之溶質(諸如，鐵)對晶體之固態性質具有不利效應。在一個例子中，使用此片材所製成之器件的少數載子生命期可能受到影響。溶質亦傾向於隔離出晶體，且可集中於熔化物中。此可導致組成過冷(constitutional supercooling)及樹枝狀生長。隨著矽之固化速率增大，組成過冷同樣可增大。熱梯度之使用可在熔化物中產生對流且自凝固界面沖走任何溶質，但此亦可在晶體中引起熱應力。熱應力可能導致位錯或缺陷。

在一個實施例中，石英可用以圍繞矽熔化物。然而，石英在與此熔化物接觸時可溶解。氧可釋放至熔化物中且可形成SiO，此產生在所形成之矽晶體中的氧。氧例如可引起p型太陽能電池中之硼叢集及太陽能電池效率之光誘發降級(LID)。因此，在此項技術中需要一種在無熱梯度之情況下在熔化物中產生流動的改良方法，以及一種在移離SiO的同時在熔化物中產生流動的方法。

根據本發明之第一態樣，提供一種片材生產裝置。所述裝置包括容器，所述容器經組態以固持材料之熔化物，所述容器具有凝固區域。冷卻板接近所述熔化物而安置。所述冷卻板經組態以在所述凝固區域中於所述熔化物上形成所述材料的片材。迴路經組態以固持所述熔化物。泵包含氣源以及與所述氣源流體連通之管道。所述管道之一末端連接至所述迴路，且所述管道之另一末端連接至所述凝固區域。所述氣源經組態以使所述熔化物自所述迴路上升至所述凝固區域。

根據本發明之第二態樣，提供一種片材生產裝置。所述裝置包括容器，所述容器經組態以固持材料之熔化物。冷卻板接近所述熔化物而安置。此冷卻板經組態以在所述熔化物上形成所述材料之片材。泵包含氣源，所述氣源經組態以水平地將氣體注入至所述熔化物中，藉此所述氣體引起所述熔化物的水平運動。

根據本發明之第三態樣，提供一種片材生產方法。所述方法包括將氣體注入至材料之熔化物中。藉由所述氣體激勵所述熔化物，藉此所述氣體之氣泡將動量提供至所述熔化物。使所述材料之片材凝固於所述熔化物上，且自所述熔化物移離所述片材。

為了更好地理解本發明，參看隨附圖式，所述圖式以引用的方式併入本文中。

結合太陽能電池來描述本文之裝置以及方法的實施例。然而，此等實施例亦可用以生產(例如)積體電路、平板、LED，或熟習此項技術者已知的其他基板。此外，儘管熔化物在本文中描述為矽，但熔化物可含有鍺、矽與鍺、鎵、氮化鎵、其他半導體材料，或熟習此項技術者已知的其他材料。因此，本發明不限於下文所述之特定實施例。

圖1為分離片材與熔化物之裝置之實施例的橫截面側視圖。片材形成裝置21具有容器16。容器16例如可為(\鎢、氮化硼、氮化鋁、鉬、石墨、碳化矽或石英。容器16經組態以容置熔化物10。此熔化物10可為矽。片材13將形成於熔化物10上。在一個例子中，片材13將至少部分地在熔化物10內浮動。儘管片材13在圖1中被說明為在熔化物10中浮動，但片材13可至少部分地浸沒在熔化物10中或可在熔化物10的頂部浮動。片材13所定位之深度部分地基於片材13與熔化物10之相對密度。在一個例子中，片材13之僅10%自熔化物10頂部上方突起。熔化物10可在片材形成裝置21內循環。

此容器16界定至少一通道17。此通道17經組態以固持熔化物10，且熔化物10自通道17之第一點18流動至第二點19。熔化物10例如可歸因於壓力差、重力、泵或其他運輸方法而流動。熔化物10接著在溢洪道12之上流動。此溢洪道12可為斜坡、堰、岩脊、小壩或轉角，且不限於圖1中所說明之實施例。溢洪道12可為允許片材13與熔化物10分離之任何形狀。

在一個特定實施例中，容器16可維持在稍微高於大約1685 K之溫度下。針對矽，1685 K表示凝固溫度或界面溫度。藉由將容器16之溫度維持為稍微高於熔化物10之凝固溫度，冷卻板14可使用輻射冷卻來起作用以獲得熔化物10上或中之片材13的所要凝固速率。在此特定實施例中冷卻板14由單一區段或片段構成，但亦可包含多個區段或片段。通道17之底部可被加熱高於熔化物10之熔化溫度以在界面處於熔化物10中產生小的垂直溫度梯度，以防止片材13上的組成過冷或樹枝狀晶體或分支突出物之形成。然而，容器16可為高於熔化物10之熔化溫度的任何溫度。此防止熔化物10固化於容器16上。

藉由至少部分地或完全地將片材形成裝置21封閉於外殼內，可將片材形成裝置21維持於稍微高於熔化物10之凝固溫度的溫度下。若外殼將片材形成裝置21維持於高於熔化物10之凝固溫度的溫度下，則可避免或減少對加熱片材形成裝置21的需要，且在外殼中或周圍之加熱器可補償任何熱損耗。此外殼在各向異性傳導率之情況下可為等溫的。在另一特定實施例中，加熱器並未安置於外殼上或中，而是安置於片材形成裝置21中。在一個例子中，可藉由將加熱器嵌入於容器16內且使用多區溫度控制而將容器16之不同區域加熱至不同溫度。

此外殼可控制安置片材形成裝置21之環境。在特定實施例中，外殼含有惰性氣體。此惰性氣體可維持於高於熔化物10之凝固溫度的溫度下。惰性氣體可減少溶質添加至熔化物10中，此添加可引起片材13形成期間的組成不穩定性。

冷卻板14允許使片材13能夠形成於熔化物10上的熱提取。當冷卻板14之溫度降低至低於熔化物10之凝固溫度時，冷卻板14可使片材13凝固於熔化物10上或中。此冷卻板14可使用輻射冷卻，且可例如由石墨、石英或碳化矽製造。片材13形成同時可減少對熔化物10之干擾以防止片材13中之瑕疵。冷卻在熔化物10之表面上的片材13或在熔化物10上浮動之片材13允許熔合之潛熱緩慢地且在大的區域之上移離，同時具有相對大的片材13提取速率。

在片材13形成於熔化物10上之後，使用溢洪道12將片材13與熔化物10分離。熔化物10自通道17之第一點18流動至第二點19。片材13將與熔化物10一起流動。片材13之運輸可為連續運動。在一個例子中，片材13可以與熔化物10流動之速度近似相同的速度流動。因此，片材13可形成，且在相對於熔化物10靜止的同時被運輸。溢洪道12之形狀或溢洪道12之定向可被更改以改變熔化物10或片材13的速度分佈。

熔化物10在溢洪道12處與片材13分離。在一個實施例中，熔化物10之流動在溢洪道12之上運輸熔化物10，且可在溢洪道12之上至少部分地運輸片材13。此可最小化或防止片材13的破裂，因為無外部應力施加至片材13。當然，片材13亦可被拉引，或被施加某外力。在此特定實施例中，熔化物10將在溢洪道12之上遠離片材13流動。可能不在溢洪道12處施加冷卻，以防止對片材13之熱衝擊。在一個實施例中，溢洪道12處之分離在近等溫條件下發生。在一個實施例中，片材13傾向於一直向前超過溢洪道12。在一些例子中，可在片材13越過溢洪道12之後支撐此片材13，以防止破裂。

當然，跨越冷卻板14之長度的不同冷卻溫度、熔化物10之不同流動速率或片材13之拉引速度、片材形成裝置21之各種區的長度，或片材形成裝置21內之時序可用於程序控制。若熔化物10為矽，則片材13可為使用片材形成裝置21之多晶或單晶片材。圖1為可自熔化物10形成片材13之片材形成裝置的單一個實例。水平片材13生長之其他裝置或方法為可能的。本文所述之實施例可應用於任何水平或垂直片材13生長方法或裝置。因此，本文所述之實施例不僅僅限於圖1之特定實施例。舉例而言，圖2為分離片材與熔化物之裝置之第二實施例的橫截面側視圖。在片材形成裝置50中，熔化物10容置於容器16中。在片材13由冷卻板14形成之後，自熔化物10拉引片材13。儘管在圖2中為水平的，但片材13亦可相對於熔化物10成一角度。在圖1至圖2之實施例中，熔化物10可在片材形成裝置21或片材形成裝置50周圍(諸如，在片材形成裝置21或片材形成裝置50之側面周圍)循環。當然，熔化物10在片材13形成程序之部分或全部期間亦可為固定的。

本文所揭露之裝置以及方法的實施例在如下情況下抽汲熔化物10：不引入大的熱梯度或額外污染物，而替代地可自熔化物10移離SiO。圖3為泵之第一實施例的橫截面側視圖。氣體進入，且液體與氣體一起上升。因此，氣泡27輔助使熔化物10上升，熔化物10為液體。此等氣泡27例如可為稀有氣體、氮、氫，或熟習此項技術者已知的其他物質。此泵22可被描述為具有「效能曲線」，此曲線與對於不同浸沒比率SR=Hs/L的液體流動速率Q_L至氣體流動速率Q_g相關。此效能曲線說明於圖3之右側。

圖4為泵之第一實施例的第二橫截面側視圖。在本文中作出近似：泵22中之液體區域33以及氣泡區域34中的熔化物10被描述為連續流體。忽視摩擦效應，可在圖3中所說明之三個點30、31及32處應用柏努力方程式(Bernoulli's equation)。

針對能量觀點，儲集器23中之重力勢能轉為具有較低密度液體以及氣體的熔化物10之流動動能。液體以及氣體之密度取決於氣體流動以及氣泡27之速度。氣泡27終端速度為浮力與阻力之間的平衡之結果。存在取決於氣泡大小之若干行為狀態。針對此特定實施例，氣泡27之大小可在大約1mm至5mm之間，且氣泡27可為球形的或可被拉平。此導致氣泡27終端速度相對獨立於氣泡27之直徑。以下方程式給出此氣泡27終端速度相對於熔化物10之液體的半經驗關係：

圖5說明液體及氣體之密度取決於液體之體積流的方式。在圖5中，斜線標記表示具有氣泡以及熔化物兩者的區域。液體之流動可藉由Q_L=u_LA表示，其中u_L為液體速度且A為橫截面面積。在時間間隔dt內，氣泡與液體上升距離(u_L+u_B)dt，從而填充體積V_gL=A(u_B+u_L)dt。V_g=Q_gdt為氣體，且V_L=A(u_B+u_L)dt-Q_gdt為液體。因此，氣體以及液體之平均密度(ρ_gL)為：

其中ρ_L為液體之密度，ρ_g為氣體之密度，V_L為液體之體積，且V_g為氣體的體積。連續性方程式由下式表示：

此自質量守恆基礎規定，若液體之密度減小(諸如，藉由引入氣泡)，則液體之速度必定增大。此假設，液體不會隨著氣泡上升而在氣泡之間逆流。此情形實際上可能並不成立，因此引入「滑動因數」來進行經驗校正。

將此等方程式置於一起：

可針對給定幾何學以及氣泡速度對此方程式反覆求解，以得到作為Q_g之函數的Q_L(亦即，氣體效能曲線)。將此方程式應用於使用水的小規模氣舉式泵測試台。歸因於對熔化矽起作用時之困難，將水用於初始測試。氣泡滑動因數可取決於液體需要上升高於輸入或儲集器之高度(浸沒比率)以及氣泡填充管的程度。滑動因數可近似為浸沒率(submergence ration，SR)以及「氣泡填充比率」bf=(ρ_L-ρ_gL)/ρ_L之冪函數。因此，s=SR^α(bf^β)，其中α及β可藉由配合資料判定。

圖6A至圖6B為泵效能曲線以及α與β之計算與實際資料的比較。圖6B之氣舉式泵(水廠)曲線圖說明使用水之實際資料，而圖6A之氣舉式泵表示預測結果。使用L=5.4 cm之管來執行實驗，其中空氣經由外徑為3 mm以及0.2 mm孔的同心空氣管而在底部附近被注入，此等孔是在被封堵之末端附近之側面上被鑽開(類似於圖3)。使儲集器之深度H_s變化以改變浸沒比率。根據上文之方程式將氣泡速度取為0.23 m/s。使用為0.5之α以及為2之β產生針對實驗資料之最佳配合，如圖6中所說明。

氣舉式泵可供熔化矽或可處於高溫下之其他液體熔化物使用。水之密度(ρ)為1 g/cm³，而矽之密度為2.53 g/cm³。水之表面張力(σ)為72達因/cm，而矽之表面張力為720達因/cm。水之動態黏度(μ)為0.89E-3 Ns/m²，而矽之動態黏度為0.78E-3 Ns/m²。參考上文之方程式，由於浮力與慣性之間的平衡，液體之密度可能不會影響計算。因此，儘管矽具有為水2.5倍的密度，但矽中之氣泡的浮力將為水中之相同氣泡的2.5倍。矽與水之黏度為類似的，但黏度可能不影響計算。抽汲效能經由氣泡速度u_B以及間接地經由滑動因數s而取決於表面張力。但氣泡速度僅取決於(σ/ρ)^{^}0.25，氣泡速度在矽中近似為水中的1.4倍。

自管中之浸沒孔出現的氣泡之大小可藉由考慮氣泡至孔之表面張力黏著性而估計，藉由向上提昇氣泡之浮力而平衡。圖7說明氣泡大小對表面張力及密度之依賴性。基於圖7，氣泡27之大小取決於(σ/ρ)^{^}0.33，使得矽中之氬氣泡大小針對矽近似為針對水的1.6倍。因此，儘管矽之表面張力在矽中比水中大一個數量級，但氣泡速度與大小之效應並非幾乎一樣大。

圖8比較針對兩種不同氣舉式泵大小對於矽與水之預測泵效能。氣舉式泵為兩種長度：1.4 cm以及5.4 cm。使用水模型之此等結果表明，藉由氣舉式泵抽汲矽為可行的，具有與水相比類似之效能。

使用氬或其他稀有氣體與矽熔化物之泵(諸如，氣舉式泵)可自熔化物排放SiO。圖9為描繪矽熔化物中之SiO之來源及抽汲的流程圖。在一個實施例中，SiO為容置有矽熔化物之石英坩堝或容器的結果。由於太陽能電池中氧的存在例如可導致LID，因此氧之移離為額外之益處。如圖9中所見，SiO歸因於石英坩堝或容器之溶解而進入熔化物。熔化物中SiO之穩態濃度在石英坩堝或容器之溶解(其與坩堝或容器之濕潤面積A_d成比例)與蒸發速率(其與暴露於氬之表面面積A_e成比例)之間平衡。SiO濃度與面積之比率A_d/A_e成比例。使氬氣泡通過熔化物減小此比率，由此降低熔化物中SiO的濃度。

圖10為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第一實施例之橫截面側視圖。此處，在片材13越過溢洪道12之後，自熔化物10水平地拉引或移離片材13。藉由在與片材13之分離點處使熔化物10流過溢洪道12，使得在片材13與熔化物10之間所形成的彎液面穩定。在溢洪道12之上之熔化物10的下降提供熔化物10中之降低壓力，以穩定此彎液面。熔化物10可使用在通道17以及冷卻板14下行進或在通道17之側面周圍的迴路而自點35流回至點36。迴路之部分可低於在冷卻板14下之區域。隔板51安置於熔化物10中。

在熔化物10越過溢洪道12到達溢洪道12準位上游以及冷卻板14(諸如，點36或隔板51附近)之後，可要求某一提昇或落差(head)使熔化物10自點35返回。在一個例子中，泵22(其可為氣舉式泵)經組態以使用長度大於大約5 cm之第一管道43產生大於大約1 cm的落差。如圖10中所說明，泵22引起高度37自第一高度至第二高度的提昇。

泵22可具有由石英製造之部件。在此特定實施例中，泵22具有連接至第一管道43且與第一管道43流體連通之氣源42。第一管道43經組態以允許氣體自氣源42之流動。第一管道43與第二管道44流體連通。第二管道44經組態以容置熔化物10以及氣泡27。因此，第二管道44之一末端連接至用於熔化物10之迴路，且第二管道44之另一末端連接至通道17以及凝固或形成片材13的區域(亦即，凝固區域)或點35。氣源42經組態以使熔化物10自點36上升。

圖11為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第二實施例之橫截面側視圖。在此實施例中，諸如氣噴嘴26之氣體撞擊用以使彎液面止於坩堝壁，且提供壓力差以穩定此彎液面。泵22在浸沒率SR=1之情況下操作，且熔化物10在不需要落差之情況下流動。因此，泵22可為短的，諸如大約1 cm。泵22可併入至包含溢洪道12之分流器24中。此實施例包含用於熔化物10之迴路27。本文所揭露之其他實施例亦可包含此迴路27。此迴路27經說明為在分流器24下方，但亦可處於裝置之側面。

圖12為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第三實施例之橫截面側視圖。此實施例使用低角度矽片材方法(LASS)。彎液面之穩定化是藉由以小角度向上拉引片材13而提供，由此在片材13與彎液面或熔化物10之間的分離點處提供負的靜水壓。可沖去固體片材13所排斥之溶質，且可避免組成過冷。可能需要氦氣冷卻，因為需要大的熱梯度來產生熱對流。片材13內之大的熱提取與熱梯度可引起片材中之位錯。可經由使用泵22來避免或減少此等梯度。泵22在無熱梯度之情況下提供熔化物10對流。迴路27允許熔化物10返回至泵22。

在另一例子中，片材13之彈性以及浮力使得片材13能夠以水平方式自熔化物10移離。片材13可接著成角度或向上彎曲至支撐結構。在此例子中，泵22可用以使熔化物10流動。

泵亦可應用於柴氏(Cz)製程。氧抽汲或移離特徵可移離用以生產Cz人造晶體之石英坩堝所產生的SiO。泵22可為完全浸沒(亦即，SR=1)的，因為僅需要小量流動來產生足夠循環以防止溶質的積聚。在一個實施例中，熔化物內之圍繞人造晶體的空氣管陣列可為足夠的。在此例子中，對氣舉式泵無需外管。坩堝中之準位隨著人造晶體結晶而降低。圖13為用於柴氏處理之泵之實施例的橫截面側視圖。自熔化物10移離人造晶體25，且使用泵22使熔化物10循環。若使用熔化物補給系統且熔化物準位保持恆定，則管可供泵22使用，此等管可增大抽汲速率。

圖14為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第四實施例之橫截面側視圖。在此例子中，泵22激勵熔化物10。泵22僅誘發熔化物10經由氣體之注入的流動，而非如(例如)圖10中所見，使熔化物10自第一高度提昇至第二高度。可將氣泡水平地注入至熔化物10中。在一個例子中，可在高壓下執行此注入。氣泡將在不提供垂直上升或使熔化物10提昇之情況下水平地捕獲且激勵熔化物10。因此，熔化物10近似保持準位。泵22可包含或連接至氣源。此系統包含第一隔板38以及第二隔板39以影響熔化物10的流動。熔化物10可在通道17下方返回至泵22或返回至通道17之側面。

圖15為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第五實施例之橫截面側視圖。在此實施例中，泵22可使熔化物10自第一高度提昇至第二高度。隔板40、41可提供熔化物10之收縮以及膨脹，以潛在地確保均一層流。熔化物10可在通道17下方返回至泵22或返回至通道17之側面。

本文所揭露之實施例具有多個優點。來自泵(諸如，氣舉式泵)之氣泡可使熔化物上升或將動量提供至熔化物。使用泵22可能不需要在熔化物10中移動部件。此增加可靠性且減少潛在污染。此外，移離氧提供用於製造用以製成太陽能電池之片材13的優點。可自晶出面(crystallization front)掃清溶質且可防止組成過冷，而不會引入針對熱對流所需之高溫度梯度。因此，對片材13之晶體的應力減小，且可形成較少位錯。本文所揭露之抽汲實施例可用於高溫系統中且可提供更均一之流動。

本發明並不藉由本文所述之特定實施例而在範疇上受限制。實際上，除本文所述之內容之外，一般熟習此項技術者自前述描述及隨附圖式亦將顯而易見本發明之其他各種實施例及對本發明的修改。因此，此等其他實施例及修改意欲屬於本發明之範疇。此外，儘管本文已為特定目的而在特定環境中於特定實施之背景中描述了本發明，但一般熟習此項技術者將認識到，其有用性不限於此，且本發明可針對許多目的而有益地實施於許多環境中。因此，應鑒於如本文所述之本發明之完全廣度及精神來解釋下文所闡述的申請專利範圍。

10．．．熔化物

12．．．溢洪道

13．．．片材

14．．．冷卻板

16．．．容器

17．．．通道

18．．．第一點

19．．．第二點

21．．．片材形成裝置

22．．．泵

23．．．儲集器

24．．．分流器

25．．．人造晶體

26．．．氣噴嘴

27．．．迴路/氣泡

30．．．點

31．．．點

32．．．點

33．．．液體區域

34．．．氣泡區域

35．．．點

36．．．點

37．．．高度

38．．．第一隔板

39．．．第二隔板

40．．．隔板

41．．．隔板

42．．．氣源

43．．．第一管道

44．．．第二管道

50．．．片材形成裝置

51．．．隔板

圖1為分離片材與熔化物之裝置之實施例的橫截面側視圖。

圖2為分離片材與熔化物之裝置之第二實施例的橫截面側視圖。

圖3為泵之第一實施例的橫截面側視圖。

圖4為泵之第一實施例的第二橫截面側視圖。

圖5說明液體及氣體之密度取決於液體之體積流的方式。

圖6A至圖6B為泵效能曲線以及α與β之計算與實際資料的比較。

圖7說明氣泡大小對表面張力及密度之依賴性。

圖8比較針對兩種不同氣舉式泵大小之矽與水之預測泵效能。

圖9為描繪矽熔化物中之SiO之來源及抽汲的流程圖。

圖10為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第一實施例之橫截面側視圖。

圖11為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第二實施例之橫截面側視圖。

圖12為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第三實施例之橫截面側視圖。

圖13為用於柴氏處理之泵之實施例的橫截面側視圖。

圖14為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第四實施例之橫截面側視圖。

圖15為具有分離片材與熔化物之裝置之泵的第五實施例之橫截面側視圖。

10．．．熔化物

12．．．溢洪道

13．．．片材

14．．．冷卻板

16．．．容器

17．．．通道

18．．．第一點

19．．．第二點

21．．．片材形成裝置

Claims (16)

1. 一種片材生產裝置，其包括：容器，其經組態以固持材料之熔化物，所述容器具有對應於凝固區域的通道；冷卻板，其接近所述熔化物而安置，所述冷卻板經組態以在所述凝固區域中於所述熔化物上形成所述材料的片材；所述容器的迴路，其經組態以更固持所述熔化物；泵，包括氣源以及與所述氣源流體連通之第一管道與第二管道，所述第一管道之一末端連接至所述氣源且所述第一管道之另一末端配置於所述第二管道內，所述第二管道之一末端連接至所述迴路且所述第二管道之另一末端連接至所述凝固區域，其中至少部分的所述第一管道配置於所述熔化物的表面上方，且其中所述氣源經組態以使所述熔化物自所述迴路上升至所述凝固區域；第一隔板，配置成部份在所述熔化物中且部分在所述熔外物外，所述第一隔板沿著熔化物流動方向配置於所述泵與所述冷卻板之間；以及第二隔板，配置在所述通道的表面上的所述熔化物中，所述第二隔板包括由所述通道的所述表面朝向所述第一隔板向上延伸到所述熔化物中的凸起，所述凸起配置成鄰近於所述第一隔板，所述凸起的頂部延伸點位在所述第一隔板在垂直方向的下方，且所述凸起在所述熔化物流動方向上配置於所述泵與所述冷卻板之間，其中所述第一隔 板與所述第二隔板設置以在所述熔化物由所述泵流至所述凝固區域時收縮與膨脹所述熔化物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之片材生產裝置，其中所述材料為矽或矽與鍺。
3. 如申請專利範圍第1項所述之片材生產裝置，其中所述氣源在所述第一管道中形成氣泡，所述氣泡經組態以在所述第二管道內上升。
4. 如申請專利範圍第1項所述之片材生產裝置，其中所述泵經組態以引起所述熔化物在所述凝固區域中之水平運動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之片材生產裝置，其中所述第一管道與所述第二管道由石英製造。
6. 一種片材生產裝置，其包括：容器，其經組態以固持材料之熔化物；冷卻板，其接近所述熔化物而安置，所述冷卻板經組態以在所述熔化物上，於通道內形成所述材料的片材；泵，其包括氣源，所述氣源具有位在所述容器中的出口，以將氣體以平行於所述熔化物的表面的方向注入至所述熔化物中，藉此所述氣體引起所述熔化物在所述方向的水平運動；第一隔板，配置成部份在所述熔化物中且部分在所述熔外物外，所述第一隔板沿著所述方向配置於所述泵與所述冷卻板之間；以及第二隔板，配置在所述通道的底表面上的所述熔化物 中，沿著所述方向位於所述泵與所述冷卻板之間，所述第二隔板具有由所述通道的所述底表面朝向所述第一隔板向上延伸到所述熔化物中的凸起，所述凸起配置成鄰近於所述第一隔板，所述凸起的頂部延伸點位在所述第一隔板在垂直方向的下方，且所述凸起在所述方向上配置於所述泵與所述冷卻板之間，其中所述第一隔板與所述第二隔板設置以在所述熔化物由所述泵流至所述冷卻板時收縮與膨脹所述熔化物。
7. 如申請專利範圍第6項所述之片材生產裝置，其中所述材料為矽或矽與鍺。
8. 如申請專利範圍第6項所述之片材生產裝置，其中所述熔化物之準位接近所述泵與接近所述冷卻板大致相同。
9. 如申請專利範圍第6項所述之片材生產裝置，其更包括經組態以固持所述熔化物之迴路，所述迴路在下游連接所述冷卻板且在上游連接所述泵。
10. 如申請專利範圍第9項所述之片材生產裝置，其中所述熔化物之準位接近所述泵、接近所述冷卻板以及在所述迴路中大致相同。
11. 一種片材生產方法，其包括：將氣體注入至材料之熔化物中且所述氣體以平行於所述熔化物的表面的方向注入，其中所述熔化物固持於一容器的通道中；藉由所述氣體激勵所述熔化物，藉以使得所述氣體之 氣泡將動量提供至所述熔化物，引起所述熔化物在所述方向的水平運動，使得所述熔化物移動通過第一隔板與第二隔板，其中所述第一隔板配置為部分在所述熔化物中且部分在所述熔外物外，所述第一隔板沿著所述方向配置於所述泵與冷卻板之間，且其中所述第二隔板配置在所述通道的底表面上的所述熔化物中，沿著所述方向位於所述泵與所述冷卻板之間，所述第二隔板具有由所述通道的所述底表面朝向所述第一隔板向上延伸到所述熔化物中的凸起，所述凸起配置成鄰近於所述第一隔板，所述凸起的頂部延伸點位在所述第一隔板在垂直方向的下方，且所述凸起沿著所述方向配置於所述泵與所述冷卻板之間，其中所述第一隔板與所述第二隔板設置以在所述熔化物由所述泵流至所述冷卻板時收縮與膨脹所述熔化物；藉由所述冷卻板使所述材料之片材凝固於所述熔化物上；以及自所述熔化物移離所述片材。
12. 如申請專利範圍第11項所述之片材生產方法，其中所述氣體選自由以下各物組成之群組：稀有氣體、氮以及氫。
13. 如申請專利範圍第11項所述之片材生產方法，其中所述片材以及所述熔化物以相等速度平移。
14. 如申請專利範圍第11項所述之片材生產方法，其中所述材料為矽或矽與鍺。
15. 如申請專利範圍第11項所述之片材生產方法，其 中所述激勵使得所述熔化物自第一高度上升至第二高度。
16. 如申請專利範圍第11項所述之片材生產方法，其中所述氣體為氬，且所述方法更包括降低所述熔化物中之氧含量。