使用熱活性模具制造無支撐半導(dǎo)體材料物品的方法

專利名稱：使用熱活性模具制造無支撐半導(dǎo)體材料物品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119要求2010年11月24日提交的美國臨時(shí)專利申請N0.61/417012的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請的內(nèi)容通過援引整體包含于此，本申請還根據(jù)35U.S.C.§ 120要求2011年11月21日提交的美國申請S/N13/300829的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容也通過援引整體包含于此。本公開涉及制造無支撐的半導(dǎo)體材料物品的方法。具體地說，本公開涉及方法，該方法包括:提供具有外表面溫度Twe和內(nèi)核溫度Ie的模具；提供溫度Tsa下的熔融半導(dǎo)體材料；將該模具浸入到熔融的半導(dǎo)體材料中長達(dá)足以在模具的外表面之上形成半導(dǎo)體材料固體層的時(shí)間段；將具有半導(dǎo)體材料固體層的模具從熔融的半導(dǎo)體材料中收回；并使半導(dǎo)體材料固體層與模具分離從而形成無支撐的半導(dǎo)體材料物品。在多個(gè)實(shí)施例中， β>Τβ，且在又一些實(shí)施例中，I a>Te。本公開還涉及當(dāng)制造如本文所述無支撐的半導(dǎo)體材料物品時(shí)控制模具上的硅晶體成核速率的方法。本公開的方法還涉及提高由該半導(dǎo)體材料的物品形成的太陽能電池的效率的方法。根據(jù)本公開的方法至少在一些實(shí)施例中還能減少材料浪費(fèi)和/或提高半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)率。置量半導(dǎo)體材料應(yīng)用于多種用途。例如，半導(dǎo)體材料可用來制造開關(guān)元件，例如形成在半導(dǎo)體晶片上的電子器件(比如處理器)中的晶體管。又如，半導(dǎo)體材料也可用于太陽能電池制造，用以通過光伏效應(yīng)將太陽輻射轉(zhuǎn)換成電能。半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體性質(zhì)可能依賴于材料的晶體結(jié)構(gòu)。值得注意地，半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷可能會減弱材料的半導(dǎo)體特性。顆粒尺寸、形狀和分布在半導(dǎo)體器件的性能中經(jīng)常扮演重要角色，其中更大和更均一的顆粒尺寸經(jīng)常是期望的。例如，可通過增加顆粒尺寸和減少顆粒中的缺陷數(shù)量來提高光伏電池的效率。對基于硅的光伏電池，例如，硅可形成為無支撐板或通過在襯底上形成硅來獲得支撐。制造無支撐和有支撐的半導(dǎo)體材料物品(例如硅板)的傳統(tǒng)方法具有若干缺點(diǎn)。制造無支撐的薄半導(dǎo)體材料板的方法(即，無集成襯底)可能浪費(fèi)半導(dǎo)體材料原料，或者非常慢。例如單晶或多晶硅錠的半導(dǎo)體材料的體積生長需要之后將錠切割成多個(gè)薄板，這導(dǎo)體材料損失，例如來自線鋸的大約50%鋸縫寬度。帶狀生長技術(shù)克服了由于切割帶來的材料損失但可能很慢，例如對多晶硅帶狀生長技術(shù)來說是1-2厘米/分鐘，并且質(zhì)量更低。有支撐的半導(dǎo)體材料板可較為便宜地制造，但薄半導(dǎo)體材料板受它在其上制造的襯底限制，并且該襯底必須滿足各種過程和應(yīng)用要求，這可能是沖突的。
制造無支撐多晶材料的其它有用方法記載在2010年8月10日發(fā)行的題為“METHOD OF MAKING AN UNSUPPORTED ARTICLE OF SEMI⑶NDUCTING MATERIAL BYCONTROLLED UNDERCOOLING(通過受控制的過冷卻制造無支撐的半導(dǎo)體材料物品的方法)”的美國專利N0.7，771，643中，該文獻(xiàn)通過援引包含于此。
然而，使用具有比熔融半導(dǎo)體材料更低的均一溫度的模具制造的無支撐多晶材料可能制造比其它方法(例如帶狀工藝)更低效率的太陽能電池。因此，業(yè)內(nèi)長久以來一直需要一種制造半導(dǎo)體材料的物品的方法，這種方法能減少材料浪費(fèi)和/或提高生產(chǎn)率同時(shí)又增加由這類半導(dǎo)體材料物品形成的太陽能電池的效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本文給出的詳細(xì)說明和各示例性實(shí)施例，本公開涉及制造無支撐的半導(dǎo)體材料物品的方法。在各示例性實(shí)施例中，本公開涉及方法，包括:提供具有外表面溫度Twe和內(nèi)核溫度1 的模具；提供溫度Tsa下的熔融半導(dǎo)體材料；將該模具浸入到熔現(xiàn)的半導(dǎo)體材料中長達(dá)足以在模具的外表面之上形成半導(dǎo)體材料固體層的時(shí)間段；將具有半導(dǎo)體材料固體層的模具從熔融的半導(dǎo)體材料中收回；并使半導(dǎo)體材料固體層與模具分離從而形成無支撐的半導(dǎo)體材料物品。在多個(gè)實(shí)施例中，T表B> T核，且在又一些實(shí)施例中，T_> T核。在其它示例性實(shí)施例中，本公開涉及當(dāng)制造如本文所述的無支撐半導(dǎo)體材料物品時(shí)控制硅晶體在模具上的成核速率和結(jié)晶的方法。本公開的其它示例性實(shí)施例涉及相對于由本文公開的那些方法以外的方法制成的半導(dǎo)體材料物品，提高由本文公開的半導(dǎo)體材料物品形成的太陽能電池的效率的方法。然而，效率的提高可能并未在本公開的至少一些實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本公開的 方法至少在一些實(shí)施例中還能減少材料浪費(fèi)和/或提高半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)率。然而，減少材料浪費(fèi)和/或提高生產(chǎn)率可能并未在本公開的至少一些實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。


所包括的附圖用于提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且被結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成其一部分。附圖不旨在對要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)成限制，而是被給出以解說本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。圖1A-1C是根據(jù)本公開的實(shí)施例制造無支撐的半導(dǎo)體材料物品的示例性方法的示意圖。圖2A-2C示出根據(jù)本公開的示例性方法使用的示例性模具；圖3是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例，在浸入時(shí)沿圖2Α所示橫截面A-A的模具內(nèi)初始溫度分布相關(guān)于模具中的位置X(以Cm為單位)和溫度T(以攝氏度為單位)的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例和根據(jù)不在本公開范圍內(nèi)的一種方法的浸入時(shí)間t (以秒為單位)和形成在模具上的固體硅層的厚度d(以微米為單位)之間的關(guān)系的曲線圖；圖5是示出根據(jù)使用三種不同內(nèi)核溫度的本公開實(shí)施例的浸入時(shí)間t(以秒為單位)和形成在模具上的固體硅層的厚度d(以微米為單位)之間的關(guān)系的曲線圖；圖6是示出根據(jù)使用三種不同表皮溫度的本公開實(shí)施例的浸入時(shí)間t(以秒為單位)和形成在模具上的固體硅層的厚度d(以微米為單位)之間的關(guān)系的曲線圖7是示出根據(jù)使用三種不同厚度模具的本公開實(shí)施例的浸入時(shí)間t(以秒為單位)和形成在模具上的固體硅層的厚度d(以微米為單位)之間的關(guān)系的曲線圖。詳細(xì)描沭應(yīng)當(dāng)理解上述一般描述和以下詳細(xì)說明僅是示例性和說明性的，而不限制要求保護(hù)的發(fā)明。通過對本文公開的實(shí)施例的說明和實(shí)踐的考量，其他實(shí)施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。說明書和示例僅僅是示例性的，而本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由權(quán)利要求指明。在本文中，“該”、“一”或“一個(gè)”的使用表示“至少一個(gè)”，并且不應(yīng)當(dāng)限于“只有一個(gè)”，除非明確表示相反情況。因此，“該半導(dǎo)體材料”或“一半導(dǎo)體材料”的使用旨在表示至少一種半導(dǎo)體材料。在多個(gè)實(shí)施例中，本公開涉及制造無支撐的半導(dǎo)體材料物品的方法。具體地說，本公開涉及方法，包括:提供具有外表面間諜Tmj和內(nèi)核溫度Ie的模具；提供溫度Tsa下的熔融半導(dǎo)體材料；將該模具浸入到熔融的半導(dǎo)體材料中長達(dá)足以在模具的外表面之上形成半導(dǎo)體材料固體層的時(shí)間性；將具有半導(dǎo)體材料固體層的模具從熔融的半導(dǎo)體材料中收回；并使半導(dǎo)體材料固體層與模具分離從而形成無支撐的半導(dǎo)體材料物品。在多個(gè)實(shí)施例
中，τ表面> T核，且T培融> T核。在又一些實(shí)施例中，T培融> T核。如本文中使用的，術(shù)語“半導(dǎo)體材料”包括表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性的材料。在多個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可從硅、鍺、錫、砷化鎵、它們的合金和混合物中選取。在至少一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可以是硅。根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體材料可以是純凈的(例如本征硅或i型硅)或者是摻雜的(例如含η型或P型摻雜物(諸如磷或硼)的硅)。在本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料包括從硼、磷或鋁(B、P或Al)中選取的至少一種摻雜物。出現(xiàn)在熔融半導(dǎo)體材料中的摻雜物的量可基于所制造的半導(dǎo)體材料物品中要求的摻雜物濃度和分布進(jìn)行選擇，并可能依賴于該物品的最終用途，例如光伏電池。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將基于材料的熱學(xué)性質(zhì)(例如熱容量、熱傳導(dǎo)性和/或潛在的熔化熱)選擇需要的溫度分布。在至少又一實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可包括至少一種非半導(dǎo)體元素，這種非半導(dǎo)體元素可與另一元素形成半導(dǎo)體合金或化合物。例如，該半導(dǎo)體材料可從砷化鎵(GaAs)、氮化鋁(AlN)和磷化銦(InP)中選取。在至少又一實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可具有低雜質(zhì)水平。例如，半導(dǎo)體材料可包括小于Ippm的鐵、猛和鉻和/或小于Ippb的鑰;、鈦和錯(cuò)。半導(dǎo)體材料也可包括小于1015原子/立方厘米的氮和/或小于1017原子/立方厘米的碳。在至少一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料的來源可以是光伏級或更純凈的硅。如本文中使用的，術(shù)語“半導(dǎo)體材料物品”包括使用本公開的方法制造的任何形狀或形式的半導(dǎo)體材料。這類物品的示例包括:光滑或帶紋理的物品；平坦的、曲面的、彎曲的或成角度的物品以及對稱或非對稱的物品。半導(dǎo)體材料的物品可包括多種形狀，諸如板或管。
如本文中使用的，術(shù)語“無支撐的”表示半導(dǎo)體材料的物品不與模具整體地形成。無支撐的物品可在成形時(shí)松弛地連接于模具，但半導(dǎo)體材料物品在模具上形成之后與模具分離。然而，無支撐的物品可隨后施加到襯底上以用于多種應(yīng)用，例如光伏應(yīng)用。如本文中作用的，術(shù)語“模具”表示能對半導(dǎo)體材料物品的最終形狀產(chǎn)生影響的物理結(jié)構(gòu)。熔融或凝固的半導(dǎo)體材料在本文所述方法中不需要實(shí)際地物理接觸模具的表面，盡管在模具表面和熔融或凝固的半導(dǎo)體材料之間可能存在接觸。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具可由與熔融的半導(dǎo)體材料兼容的材料制成。例如，模具可包括這們的材料:當(dāng)模具暴露于熔融材料時(shí)，模具不會以與本文公開的方法形成干擾的方式與熔融材料起反應(yīng)，例如形成低熔點(diǎn)化合物或固溶體。又如，模具可包括這樣的材料:當(dāng)模具通過與熔融的半導(dǎo)體材料接觸而受熱時(shí)，這種材料不熔化或軟化。又如，模具可包括這樣的材料:當(dāng)模具通過與熔融的半導(dǎo)體材料接觸而受熱時(shí)，這種材料不會變得過于柔軟而不能支撐固體層和/或不與固體層分離。又如，模具可包括這樣的材料:當(dāng)模具通過與熔融的半導(dǎo)體材料接觸而受熱是，該模具不會因?yàn)槔缬刹痪鶆虻目焖贌崤蛎浕蛴蓺埓鏆怏w產(chǎn)生的大熱應(yīng)力而裂縫(check)、斷裂或爆炸。再如，模具可包括這樣的材料:它不會因?yàn)楣腆w成份的氣相或液相或析出氣體的泄漏、分裂、染塵和擴(kuò)散而有害地污染形成在模具上的凝固半導(dǎo)體材料層或熔融的半導(dǎo)體材料殘留物。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具可包括從玻璃狀氧化硅、石墨、氮化硅、氧化鋁、硅鋁礬土硅石及其組合中選取的材料。在本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，模具由玻璃狀氧化硅制成。模具可以是適用于所公開的方法的任何形式。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具可以是單塊形式或者是層壓結(jié)構(gòu)形式，例如層壓的單塊。模具可包括多孔或非多孔本體，可選擇地具有至少一個(gè)多孔或非多孔涂層。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該模具也可在模具本體上包含均勻或不均勻的成分、均勻或不均勻的多孔性或其它均勻或不均勻的結(jié)構(gòu)特征。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具可由至少兩種材料構(gòu)成，例如構(gòu)成模具內(nèi)核的一種材料和構(gòu)成模具外表面的另一種材料。又如，模具可以是兩件式的(由相同或不同材料構(gòu)成)，例如由間隙隔開的核層和外表面層。根據(jù)至少一個(gè)實(shí) 例，模具也可具有適用于所公開方法的任何形狀。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具可具有帶具體特征的外表面以形成具有廣泛范圍的形狀、曲率和/或紋理的物品。例如，模具可包括一個(gè)或多個(gè)平坦表面或一個(gè)或多個(gè)彎曲表面，例如一個(gè)或多個(gè)凸出或凹進(jìn)表面。例如，一個(gè)或多個(gè)平坦表面可用于形成矩形形狀的物品，而一個(gè)或多個(gè)凸出表面或凹進(jìn)表面可用于產(chǎn)生透鏡形狀或管形狀的物品。根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例，例如在模具被浸入之前或?qū)⒛＞呓氲饺廴诘陌雽?dǎo)體材料時(shí)，可用微粒涂覆模具。在某些實(shí)施例中，微粒涂層可充當(dāng)脫模劑，即防止鑄造物品粘附于模具，并允許半導(dǎo)體材料的晶體不間斷地生長，由此導(dǎo)致較大的顆粒尺寸。在至少一個(gè)實(shí)施例中，可用微粒涂覆模具，例如無機(jī)微粒。在至少一個(gè)實(shí)施例中，微?？梢允歉呒兌鹊?。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，微粒具有范圍從IOnm至2 μ m的平均尺寸。在至少一個(gè)實(shí)施例中,微粒是具有IOOnm或更小的平均尺寸的納米微粒，例如30nm或更小。微?？砂ㄟm用于所公開的方法的任何材料。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，微粒可包括硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鋁的化合物和/或包含鋁和/或硅的玻璃質(zhì)或晶體化合物，例如硅酸鋁。如本文中使用的，術(shù)語“模具的外表面”表示在浸入時(shí)暴露于熔融的半導(dǎo)體材料的模具表面。例如，如果管形模具的內(nèi)表面在模具浸入時(shí)能接觸熔融的半導(dǎo)體材料，該內(nèi)表面可以是外表面。如本文中使用的，術(shù)語“模具外表面的溫度”、“表面溫度”及其變化形式表示在進(jìn)入到熔融的半導(dǎo)體材料的那一刻模具外表而后平均溫度。
如本文中使用的，術(shù)語“模具的內(nèi)核”表示模具的內(nèi)部區(qū)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具的內(nèi)核可以是模具的內(nèi)部中心，例如與模具的兩個(gè)相對外表面等距的區(qū)域或點(diǎn)。例如，圓柱棒狀模具的內(nèi)核可以是垂直于半徑、延伸過模具長度的模具中軸。在多個(gè)實(shí)施例中，從模具內(nèi)核至模具外表面的距離可在大約0.05cm至0.5cm的范圍內(nèi)，例如大約0.1cm至0.4cm,例如大約0.1cm或0.2cm。如本文中使用的，術(shù)語“模具內(nèi)核的溫度”、“內(nèi)核溫度”及其變化形式表示在進(jìn)入到熔融的半導(dǎo)體材料的那一刻模具內(nèi)核的平均溫度。術(shù)語“內(nèi)核溫度”被用來表征模具的散熱能力。模具中的溫度分布將依賴于加熱類型、加熱工藝、模具的熱學(xué)性質(zhì)以及自從加熱/冷卻準(zhǔn)備開始后經(jīng)過的時(shí)間。應(yīng)當(dāng)注意，這種溫度分布是動態(tài)產(chǎn)生的并因此應(yīng)當(dāng)在模具的熱傳導(dǎo)性將要破壞所需的分布之前使用熱活性模具。此外，形成溫度分布的過程可在將模具浸入到熔體的期間繼續(xù)。圖2A-2C示出根據(jù)本公開的示例性方法使用的示例性模具。圖2A示出由單件構(gòu)成的單材料模具，其包括內(nèi)核201和外表面202。圖2B示出由兩種不同材料的兩構(gòu)件構(gòu)成的模具；其一構(gòu)成內(nèi)核201，而另一個(gè)構(gòu)成外表面202。圖2C示出由通過間隙203隔開的兩種不同材料的兩構(gòu)件構(gòu)成的模具；其一構(gòu)成內(nèi)核201,而另一個(gè)構(gòu)成外表面202。如本文中使用的，術(shù)語“熔融半導(dǎo)體材料的溫度”、“熔融半導(dǎo)體材料的體溫度”、“熔融溫度”及其變化形式表示包含在容器中的熔融半導(dǎo)體材料的平均溫度。熔融半導(dǎo)體材料中的局部溫度可以在任何時(shí)間點(diǎn)，例如當(dāng)模具將浸入時(shí)熔融半導(dǎo)體材料接近模具的區(qū)域，或在容器頂表面暴露于大氣條件的熔融半導(dǎo)體材料。在多個(gè)實(shí)施例中，不管任何局部的溫度變化，熔融半導(dǎo)體材料的平均溫度是基本均勻的。如本文中使用的，術(shù)語“在模具的外表面上形成半導(dǎo)體材料的固體層”及其變化形式表示來自熔融半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料在模具的外表面上或附近凝固(在本文中也稱固化或結(jié)晶)。在模具的外表面上形成半導(dǎo)體材料的固體層在一些實(shí)施例中可包括使半導(dǎo)體材料凝固在涂覆模具外表面的微粒層上。在多個(gè)實(shí)施例中，由于模具和熔融半導(dǎo)體材料之間的溫差，半導(dǎo)體材料可在其物理地接觸模具表面之前凝固。當(dāng)半導(dǎo)體材料在物理地接觸模具前凝固時(shí)，凝固的半導(dǎo)體材料在一些實(shí)施例中可隨后與模具或涂覆模具的微粒形成物理接觸。半導(dǎo)體材料在一些實(shí)施例中也可在物理地接觸模具的外表面或接觸涂覆模具表面的微粒(如果有的話)之后凝固。圖1示出制造無支撐的半導(dǎo)體材料物品的示例性方法。該示例性方法是外鑄型工藝，其中物品被鑄造在模具表面上，例如外表面，而不是僅填充模具腔。在圖1A所示的示例性方法中，提供模具101，該模具101具有帶要求的尺寸(表面積)、形狀和表面紋理/圖案的外表面102以及內(nèi)核103。模具101的外表面102的表面積、形狀和表面紋理/圖案可確定鑄造物品的尺寸、形狀和表面紋理/圖案。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，模具101的外表面102的尺寸、形狀和表面紋理/圖案可基于例如鑄造物品要求的性質(zhì)和特征來選擇。
熔融半導(dǎo)體材料104 (例如熔融硅)在至少一個(gè)實(shí)施例中可通過使容器(例如坩鍋105)中的硅熔化而提供。在至少一個(gè)實(shí)施例中，盛有熔融半導(dǎo)體材料104的容器105可不與熔融材料104起反應(yīng)和/或不污染熔融材料104，如前面針對模具101描述的那樣。在至少一個(gè)實(shí)施例中，容器105可由從玻璃狀氧化硅、石墨和氮化硅中選取的材料制成。在至少一個(gè)實(shí)施例中，容器105由玻璃狀氧化硅制成。在本公開的至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過使用任何適宜的加熱裝置或方法，在低氧或還原環(huán)境下，模具102的外表面可達(dá)到溫度Twb，該溫度T_可高于內(nèi)核的溫度Τβ。適宜的加熱裝置和方法的示例包括加熱元件，例如阻性或感性加熱元件、相干光源以及火焰熱源。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，加熱裝置或方法以及加熱工藝的選擇可基于下列因素作出:例如加熱模具所在的環(huán)境、模具的材料、模具的厚度和/或制造出的最終產(chǎn)品要求的雜質(zhì)水平。在本公開的至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過使用任何適宜的加熱裝置或方法，在低氧或還原環(huán)境下，模具103的內(nèi)核可達(dá)到溫度Tp如前所述，適宜的加熱裝置和方法包括加熱元件，例如阻性或感性加熱元件和火焰熱源。如前所述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，加熱裝置或方法的選擇可基于下列因素作出:例如加熱模具所在的環(huán)境、模具的材料、模具的厚度和/或制造出的最終產(chǎn)品要求的雜質(zhì)水平。在本公開的至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過使用任何適宜的加熱裝置或方法，在低氧或還原環(huán)境下，熔融半導(dǎo)體材料104可達(dá)到體溫度I*,如前所述，適宜的加熱裝置和方法包括加熱元件和火焰熱源。同樣如前所述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，熱源的選擇可依賴于若干因素，例如盛裝熔融的半導(dǎo)體材料的容器的容量、容器的尺寸/厚度和/或圍繞容器的氣氛。在多個(gè)實(shí)施例中，熔融半導(dǎo)體材料的體溫度T可以是半導(dǎo)體材料的熔融溫度或中以是更高的溫度。在半 導(dǎo)體材料包含硅的至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，熔融硅的體溫度I*融可在1412。。至1550°C的范圍內(nèi)，例如從1450 0C M 1490°C，例如為1460。。。在浸入之前，模具外表而后溫度Tmj可高于、低于或大致等于熔融半導(dǎo)體材料的
體溫度T溶融。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具的外表面的溫度Twb可大致等于或低于熔融半導(dǎo)體材料的體溫度Tjsat5在又一些實(shí)施例中，模具外表而后溫度Twb可與熔融半導(dǎo)體材料的溫度Tjs融具有大約10°C _700°C的溫差，例如大約100°C _400°C的溫差。在半導(dǎo)體材料包含硅的至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，模具外表而后溫度T#B可以是 1450°C或更低，例如從 14500CM 50。。，從 1450。。至 500。。可從 1400。。至 1200。。，例如1300°C。在至少一個(gè)實(shí)施例中，例如可選擇模具外表面的溫度TwbW使模具101能將模具102表面附近的熔融材料冷卻至半導(dǎo)體材料104的固體點(diǎn)/凝固點(diǎn)，并從半導(dǎo)體材料104移除足夠的熱量以使其凝固。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具內(nèi)核的溫度Te低于熔融半導(dǎo)體材料的體溫度Tjsat5例如可選擇內(nèi)核溫度以使模具101能將模具102表面附近的熔融材料冷卻至半導(dǎo)體材料104的凝固點(diǎn)，并從半導(dǎo)體材料104移除足夠熱量以使其凝固。在半導(dǎo)體材料包含硅的至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，在浸入到熔融半導(dǎo)體材料之前，模具內(nèi)核的溫度Te可在_50°C至14000C的范圍內(nèi)。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，在浸入到熔融半導(dǎo)體材料之前，模具內(nèi)核的溫度T核可在50°C至200°C的范圍內(nèi)，例如100°C。圖3是示出根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的模具在浸入時(shí)的溫度分布的曲線圖。圖3中的水平軸是橫跨模具厚度的位置(以cm為單位)，其表示在X軸上，而在這些位置上的溫度(以攝氏度以單位)表示在垂直的I軸上。模具外表面的溫度Twb在厚度Ocm和0.2cm處圖示為大約1300°C，而模具內(nèi)核的溫度Ie在厚度0.1cm處圖示為大約100°C。模具中的溫度分布將尤其依賴于加熱類型、加熱工藝、模具的熱學(xué)性質(zhì)以及自從加熱/冷卻準(zhǔn)備開始后經(jīng)過的時(shí)間。應(yīng)當(dāng)注意，這種溫度分布是動態(tài)產(chǎn)生的并因此應(yīng)當(dāng)在模具的熱傳導(dǎo)性將要破壞所需的分布之前使用熱活性模具。此外，形成溫度分布的過程可在將模具浸入到熔體的期間繼續(xù)。在各實(shí)施例中，模具內(nèi)核103的溫度在模具浸在熔融材料之后使模具外表面102的溫度保持下降，并且模具表面102和熔融半導(dǎo)體材料104之間的溫差可推動這個(gè)過程。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該溫差可能足以在相對短的時(shí)間內(nèi)使半導(dǎo)體材料凝固，例如在I秒至50秒范圍內(nèi)，例如2秒至20秒?；氐綀D1B，模具101可以以預(yù)定速率浸入到熔融半導(dǎo)體材料104，并可選擇地處于低氧或還原環(huán)境中。模具101可以以任何浸入角Θ浸入到熔融半導(dǎo)體材料104中，其中浸入角Θ是熔融半導(dǎo)體材料104的表面107與模具101的外表面102之間在首次接觸熔融半導(dǎo)體材料104的表面107的點(diǎn)P處的夾角，如圖1B扭不。模具101的外表面102與熔融半導(dǎo)體材料104接觸的角度可隨著模具101浸入熔融半導(dǎo)體材料104而變化。僅作為示例，在一個(gè)實(shí)施例中，熔融半導(dǎo)體材料可隨著模具被浸入而以無限數(shù)量的角度與具有球形外表面的模具接觸，盡管當(dāng)最初接觸點(diǎn)平行于熔融半導(dǎo)體材料104的表面107時(shí)該浸入角Θ為0°。在多個(gè)示例性實(shí)施例中，模具101可沿遵循或平行于外表面102取向的方向移動，或可沿不遵循外表面102取向的方向移動。在又一示例性實(shí)施例中，隨著模具101沿與熔融半導(dǎo)體材料104的表面107垂直的方向浸入,模具101可沿與熔融半導(dǎo)體材料104的表面107平行的方向移動。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員也能理解，作為在第一次接觸點(diǎn)P的任何有限位置處的浸入角的局部浸入角也可由于構(gòu)成模具的材料的表面性質(zhì)(例如多孔性或高度變動)和浸濕角而變化。在又一示例性實(shí)施例中，模具101的外表面102可基本垂直于熔融半導(dǎo)體材料104的表面107，即浸入角大約為90°。在又一實(shí)施例中，模具101的外表面102不需要垂直于熔融半導(dǎo)體材料104的表面107。作為示例，模具101的外表面102可以以0°至180°范圍內(nèi)的浸入角浸入熔融半導(dǎo)體材料104中，例如0°至90°、0°至30°、60°至90°或45°的浸入角。在本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，模具的浸入可使用任何適宜的技術(shù)來完成，并可通過從熔融半導(dǎo)體材料的上方或從熔融半導(dǎo)體材料側(cè)部或底部將模具浸入來完成。當(dāng)將具有低于熔融半導(dǎo)體材的內(nèi)核溫度Ie的模具浸到熔體中時(shí)，模具附近的流體開始凝固并且平均凝固前沿最初沿與模具表面接近正交的方向移動進(jìn)入熔體。如果模具被浸入足夠長的時(shí)間，當(dāng)由模具提供的散熱被耗盡時(shí)，凝固的半導(dǎo)體膜在與熔體接觸的表面處開始再熔。在與半導(dǎo)體材料的層的期望厚度對應(yīng)的預(yù)定時(shí)間之后，必須將模具從熔體中移走。
由于使諸如硅之類的半導(dǎo)體材料凝固所需的高潛熱值，模具需要具有相當(dāng)大的熱質(zhì)量，并因此需要低內(nèi)核溫度以提供期望厚度的半導(dǎo)體層。另一方面，在高程度的過冷卻下，例如外表面溫度Twe顯著低于熔融溫度Tsa的情形，大量半導(dǎo)體材料核形成，這導(dǎo)致小顆粒微結(jié)構(gòu)。此外，在高程度的初始過冷卻下，顆粒生長的繁殖可能變得不穩(wěn)定并引入額外的缺陷。因此，為了獲得缺陷較少的半導(dǎo)體物品，即具有較大半導(dǎo)體材料顆粒和較少缺陷的半導(dǎo)體物品，應(yīng)當(dāng)避免過度的過冷卻，尤其是在結(jié)晶相開始時(shí)。因此，為了獲得能制造出更高效太陽能電池的半導(dǎo)體物品，即具有較大半導(dǎo)體材料顆粒和較少缺陷的半導(dǎo)體物品，應(yīng)當(dāng)避免過度的過冷卻，尤其是在結(jié)晶相開始時(shí)。將模具外表面的溫度Tmj升高至高于模具內(nèi)核的溫度1^并使其更接近熔融半導(dǎo)體材料的溫度Tsa，這可最小化或避免形成大量小顆粒并同時(shí)提供足夠的熱質(zhì)量以產(chǎn)生穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料晶體。升高的外表面溫度的其它積極因素是提供核結(jié)晶前沿更穩(wěn)定的傳播并因此提供凝固半導(dǎo)體層的更少缺陷。由于凝固前沿近乎垂直模具表面地傳播，因此最后的硅板具有優(yōu)選地垂直于板表面取向的顆粒邊界。該顆粒取向?qū)μ柲茈姵氐母咝适怯幸娴?。圖4是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例(以三角形表示)和根據(jù)不在本公開范圍內(nèi)對模具使用均勻加熱的方法(以實(shí)線表示)的浸入時(shí)間(以秒為單位)(X軸)和在模具上形成的凝固硅層的厚度(以微米為單位)(y軸)之間的關(guān)系的曲線圖；如從曲線圖中可以看出，兩種模具取得最大厚度相似的半導(dǎo)體材料層；然而，根據(jù)本公開(即具有漸變溫度)的模具具有顯著更小的初始生長，這將導(dǎo)致當(dāng)顆粒沿硅板擴(kuò)張時(shí)更低的成核速率和更低的不穩(wěn)定性。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具101可被浸入到熔融半導(dǎo)體材料104—段時(shí)間，該時(shí)間段足以使半導(dǎo)體材料層在模具101的表面102上充分凝固。在至少一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)足夠的半導(dǎo)體材料已凝固以使模具能從熔融半導(dǎo)體材料中收回并且半導(dǎo)體材料層106會與模具一起被收回時(shí)，半導(dǎo)體材料是充分凝固的。僅作為示例，模具101可浸入到熔融半導(dǎo)體材料104長達(dá)30秒或更長時(shí)間，這信賴于模具101的厚度，例如長達(dá)10秒。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具101可被浸入0.5秒至30秒。借助示例，模具101可被浸入熔融半導(dǎo)體材料104中I秒至10秒。浸入時(shí)間可基于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的參數(shù)適當(dāng)?shù)刈兓?，例如模具厚度、模具的溫度和熱傳遞特性、 熔融半導(dǎo)體材料以及所形成的半導(dǎo)體材料物品的期望厚度。因此，適當(dāng)?shù)慕霑r(shí)間容易由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員確定。回到圖1C，在浸入后，帶有半導(dǎo)體材料層106的模具101可從容器105收回。在至少一個(gè)實(shí)施例中，具有半導(dǎo)體材料層106的模具101可在從容器105收回后被冷卻，可以是例如通過對流冷卻的主動冷卻或者通過使半導(dǎo)體材料層106的溫度達(dá)到室溫。在模具從容器收回并充分冷卻后，半導(dǎo)體材料的固體層可通過本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的任何方法從模具移除或與模具分離。在至少一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料層當(dāng)與模具分離或從模具移除而不斷裂或變形時(shí)可充分冷卻。在至少一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料層可通過差異膨脹和/或機(jī)械協(xié)助與模具分離或從模具移除。在多個(gè)實(shí)施例中，可選擇地減輕或基本上減輕氧雜質(zhì)，例如通過使半導(dǎo)體材料熔融并在低氧環(huán)境下鑄造物品，所述低氧環(huán)境例如是氫和諸如氬、氪或氙的惰性氣體的干燥混合物(< Ippm的水)。在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中，可從Ar/1.0重量％H2混合物或Ar/2.5重量％H2混合物中選取氣氛。在本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，將具有手柄的156mmxl56mmx0.2mm矩形氧化娃板用作模具。機(jī)械臂可在高于盛有熔融硅的坩鍋上方的初始位置握持住氧化硅板的手柄。在坩鍋頂部附近的線性光源可將平面光束投射到在其初始位置的模具的下方，并高于或接近模具進(jìn)入熔體的線。隨著模具移動進(jìn)入溫度大約為1800°C的熔融硅，光束可將模具表面加熱至大約1400°C的溫度。當(dāng)機(jī)械臂移動模具以將其浸入硅時(shí)，模具可橫截光束，并且其表面被加熱。模具和移動速度以及模具、光束和熔體表面的相對位置被如此設(shè)計(jì):使通過光加熱和通過模具接觸硅表面之間的時(shí)間足夠短以至于模具的外表面達(dá)到要求的溫度而同時(shí)模具的內(nèi)核保持較冷，類似較低的設(shè)定溫度(例如100°C )。模具可被浸入到硅熔體中并保持所需時(shí)間。然后機(jī)械臂可向上移動模具，取回其上覆有凝固硅板的模具。機(jī)械臂然后使帶硅板的模具移離坩鍋，然后對板進(jìn)行冷卻并從氧化硅模具上剝離。被分離的硅板然后被進(jìn)一步用作襯底，用以制造太陽能電池。在本公開的多個(gè)實(shí)施例中，大量工藝參數(shù)可能變動，包括但不限于:(1)模具的成份、密度、熱容量、熱傳導(dǎo)性、熱擴(kuò)散性和厚度；(2)模具的外表面溫度Twe，該溫度是在浸入到熔融半導(dǎo)體材料之前提供的；(3)模具的內(nèi)核溫度Te，該溫度是在浸入到熔融半導(dǎo)體材料之前提供的；(4)模具浸入熔融半導(dǎo)體材料的速率；(5)模具浸入熔融半導(dǎo)體材料的時(shí)間長度；(6)具有半導(dǎo)體材料層的模具從熔融材料中移除的速率；以及(7)凝固的半導(dǎo)體材料的冷卻。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具材料的熱物理性質(zhì)和模具的厚度可組合在一起以確定模具從與模具外表面接觸的熔融材料中抽取熱量以致使半導(dǎo)體材料凝固的能力以及熱傳遞的速率。如前所述，相信從模具外表面上的半導(dǎo)體材料固體層抽取熱量的速率會影響到固體半導(dǎo)體材料層的顆粒尺寸。由模具造成的熔體過冷卻提供對流體-固體相轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力，而模具的熱傳遞特性可定義熱被移除的速率。在至少一個(gè)實(shí)施例中，模具外表而后溫度T#B、模具內(nèi)核的溫度Te以及熔融半導(dǎo)體材料的體溫度!*_是僅有的受控溫度參數(shù)(例如模具的溫度在浸入熔融半導(dǎo)體材料時(shí)改變，而主體熔融半導(dǎo)體材料的溫度被維持在固定溫度)。

在本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，模具外表而后溫度Tmj和模具內(nèi)核的溫度Ig在模具被浸入熔融半導(dǎo)體材料之后不再受控制，并因此只由熔融半導(dǎo)體材料的溫度改變。熔融半導(dǎo)體材料的溫度Tsa可通過國徽、對流或傳導(dǎo)來改變模具外表面和內(nèi)核的溫度。模具的輻射加熱可發(fā)生在例如模具位于熔融半導(dǎo)體材料之上時(shí)。當(dāng)熔融半導(dǎo)體材料之上的煙經(jīng)過模具表面或在將模具浸入熔融半導(dǎo)體材料時(shí)，模具可被熔融半導(dǎo)體材料對流地加熱。模具可通過傳導(dǎo)來加熱，例如當(dāng)將模具浸入熔融半導(dǎo)體材料時(shí)。圖5示出示例性理論計(jì)算的圖解表示，其示出使用在浸入時(shí)具有對應(yīng)于50°C、100°C和200°C的內(nèi)核溫度的多種模具內(nèi)核溫度Te的模具隨時(shí)間取得的凝固硅層的厚度，這三種情形分別用圓圈、方塊和三角形表示。在計(jì)算中，假設(shè)模具由100%致密(即非多孔)的玻璃狀氧化硅制成并且0.2cm厚，假設(shè)模具的外表面溫度在浸入時(shí)是1200°C并假設(shè)熔融硅在模具浸入熔融硅期間保持在1470°C。如圖所示，較低的內(nèi)核溫度產(chǎn)生較厚的半導(dǎo)體材料層，而較高的內(nèi)核溫度產(chǎn)生較低的初始生長速率。圖6示出示例性理論計(jì)算的圖解表示，其示出使用在浸入時(shí)具有對應(yīng)于1300°C、1000°C和800 0C的外表面溫度的多種外表面溫度T 的模具隨時(shí)間取得的凝固硅層的厚度，這三種情形分別用方塊、圓圈和三角形表示。在計(jì)算中，假設(shè)模具由100%致密(即非多孔)的玻璃狀氧化硅制成并且0.2cm厚，假設(shè)模具內(nèi)核的溫度在浸入時(shí)是100°C并假設(shè)熔融硅在模具浸入熔融硅期間保持在1470°C。如圖所示，較低的外表面溫度產(chǎn)生較厚的半導(dǎo)體材料導(dǎo)，而較高的外表面溫度產(chǎn)生明顯較低的初始生長速率。
圖7示出示例性理論計(jì)算的圖解表示，其示出相關(guān)于與厚度0.2cm、0.25cm和0.3cm對應(yīng)的模具厚度取得的凝固硅層最大厚度，這三種情形分別用方塊、圓圈和三角形表示。在計(jì)算中，假設(shè)模具由100%致密(即非多孔)的玻璃狀氧化硅制成，假設(shè)在浸入時(shí)模具內(nèi)核的溫度是100°c而外表面的溫度是1300°c，并假設(shè)熔融硅在模具浸入熔融硅期間保持在1470°C，如圖所示，較厚的模具產(chǎn)生較厚的半導(dǎo)體材料層和較低的初始生長速率。在本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，可通過改變模具在熔融半導(dǎo)體材料中的浸入時(shí)間來控制所得到的固體層的厚度。如前所述，在本文描述的工藝的至少一些實(shí)施例中，凝固層最初快速地生長至最大可能的厚度并隨后隨著固體半導(dǎo)體材料再熔回到主體熔融材料中而變薄，該主體熔融材料可保持在預(yù)定溫度下。不希望通過理論或示例性計(jì)算作出限制，相信在最初階段期間，凝固開始于模具-流體界面，然后凝固前沿傳播進(jìn)入流體(即熔融半導(dǎo)體材料)中，由此導(dǎo)致特定最大厚度的凝固層生長。在該過程的后續(xù)階段，相信凝固層的再熔會發(fā)生并且固體-流體界面朝向模具后退。如果模具停留在熔融材料中，則隨著模具與熔體熱平衡，所有初始的固化層將再熔。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，模具浸入熔融半導(dǎo)體材料的速率可以在1.0cm/s至50cm/s范圍內(nèi)，例如從3cm/s至l0cm/s，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解，浸入速率可依賴于各種參數(shù)而變化，例如半導(dǎo)體材料成份(包括可選用的摻雜物)、模具的尺寸/形狀以及模具的表面紋理。除了由半導(dǎo)體材料在模具表面上的凝固/再熔提供的半導(dǎo)體材料厚度外，所形成的半導(dǎo)體材料物品的厚度也可受模具從熔融半導(dǎo)體材料收回的速率的影響。隨著模具從熔融半導(dǎo)體材料收回，熔融半導(dǎo)體材料可將形成在模具上的半導(dǎo)體材料的固體層浸濕，由此形成熔融半導(dǎo)體材料的拖拽層(drag layer)。熔融半導(dǎo)體材料的拖拽層可在已固化的半導(dǎo)體材料層上固化并因此加至最終物品的厚度。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，浸入速率、浸入時(shí)間和收回速率均可對制造出的產(chǎn)品產(chǎn)生影響并且那些叁數(shù)可基于所需的物品性質(zhì)、模具的材料、形狀、紋理和尺寸、模具的初始溫度、熔融半導(dǎo)體材料的溫度以及半導(dǎo)體材料的性質(zhì)予以選擇。在多個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)制造無支撐半導(dǎo)體材料物品時(shí)，本公開的方法可控制模具上的半導(dǎo)體材料晶體的成核速率。如本文中使用的，詞語“控制成核速率”及其變化形式旨在包括通過本文公開的方法獲得的半導(dǎo)體材料的晶體微結(jié)構(gòu)的成核速率和/或尺寸相對于不在本公開范圍內(nèi)的方法的任何變化。例如，如前所述，相對于模具內(nèi)核的溫度Te升高模具外表面的溫度Tmj并使其更接近熔融半導(dǎo)體材料的溫度Tsa，可由此通過提供充分的熱質(zhì)量控制成核速率，從而產(chǎn)生半導(dǎo)體材料的大穩(wěn)定晶體和/或防止晶體在模具表面附近的過度成核。根據(jù)其它多個(gè)示例性實(shí)施例，本公開的方法可相對于由本文公開的那些方法以外的方法制成的半導(dǎo)體材料提高由本文公開的半導(dǎo)體材料物品形成的太陽能電池持效率。如本文中使用的，術(shù)語“增加效率”及其變化形式旨在表示由無支撐半導(dǎo)體材料物品形成的太陽能電池的效率大于由那些不在本公開范圍內(nèi)的方法制成的材料形成的太陽能電池的效率。如前所述，本公開的方法可制造出比其它已知方法具有較大半導(dǎo)體材料顆粒和/或較少缺陷的半導(dǎo)體材料物品。在多個(gè)實(shí)施例中，由通過本文披露的方法制造出的無支撐半導(dǎo)體材料物品形成的太陽能電池具有超過13%的效率優(yōu)勢，例如超過17%的效率優(yōu)勢。根據(jù)本公開的方法在至少一些實(shí)施例中也可以以提高的生產(chǎn)率和/或以減少的材料浪費(fèi)產(chǎn)出半導(dǎo)體材料物品。如本方中使用的，詞語“提高生產(chǎn)率”及其變化形式包括半導(dǎo)體材料物品生產(chǎn)率相對于制造半導(dǎo)體材料的傳統(tǒng)方法(例如帶狀生長方法)的任何提高。例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，提高的生產(chǎn)率可以是大于l_2cm/分的任何速率。在至少一個(gè)實(shí)施例中，小于5秒的浸入循環(huán)時(shí)間(即浸入模具的時(shí)間、浸入時(shí)間和收回模具的時(shí)間之和)被用來形成長度為7cm的板(與寬度無關(guān))，這轉(zhuǎn)化成幾厘米/秒的加工速率。如本文中使用的，詞語“減少的材料浪費(fèi)”及其變化形式表示在半導(dǎo)體材料物品制成后通過使用切割或切削的傳統(tǒng)方法損失的半導(dǎo)體材料量的任何減少。例如，可基本無半導(dǎo)體原料浪費(fèi)地執(zhí)行本文描述的外鑄型工藝，因?yàn)樗械娜廴诓牧峡杀昏T造成有用的物品。任何破裂的塊或其它未使用材料可被重熔并再次鑄造。除非另有指明，否則說明書和權(quán)利要求書中的所有數(shù)字被理解為在所有的情形中通過術(shù)語“大約”來修飾，不管是否這樣聲稱。還應(yīng)當(dāng)理解在說明書和權(quán)利要求書中所使用的精確數(shù)值構(gòu)成本發(fā)明另外的實(shí)施例。已經(jīng)盡力確保在本文中公開的數(shù)值的精確性。然而，所測得的任意數(shù)值固有地包含 由在相應(yīng)測量技術(shù)中存在的材料偏差導(dǎo)致的一定誤差。
權(quán)利要求
1.一種制造無支撐半導(dǎo)體材料物品的方法，包括: 提供具有外表面溫度T_和內(nèi)核溫度Ig的模具，其中T_> Ig ; 提供溫度Tjsa下的熔融半導(dǎo)體材料，其中T_> Tg ； 將所述模具浸入所述熔融半導(dǎo)體材料中達(dá)足以在所述模具的外表面上形成所述半導(dǎo)體材料的固體層的時(shí)間段； 將所述具有半導(dǎo)體材料的固體層的模具從所述熔融半導(dǎo)體材料收回；以及 使所述半導(dǎo)體材料的固體層與所述模具分離以形成無支撐的半導(dǎo)體材料物品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Tea>T_。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，Tmj比Tjsa低大約10°C至700°C。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料是從硅、硅的合金和化合物、鍺、鍺的合金和化合物、砷化鎵、砷化鎵的合金和化合物、錫、錫的合金和化合物、以及它們的混合物中選取的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料是從娃、娃合金和娃化合物中選取的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，1 在大約50°C至200°C之間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無支撐物品具有從100μ m至400 μ m的厚度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無支撐物品進(jìn)一步包括散布在所述半導(dǎo)體材料中的摻雜物。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從所述模具的內(nèi)核至所述模具的外表面的距離從大約0.05cm至0.5cm。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 在將所述模具浸入熔融半導(dǎo)體材料之前和/或?qū)⑺瞿＞呓肴廴诎雽?dǎo)體材料時(shí)，用微粒涂覆所述模具的外表面。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述微粒是從硅、氧化硅、氮化硅、氧化鋁、硅酸鋁及其組合中選取的。
12.—種當(dāng)制造無支撐半導(dǎo)體材料物品時(shí)在無支撐物品成形期間控制半導(dǎo)體材料晶體的成核速率和/或顆粒生長的穩(wěn)定性的方法，包括: 提供具有外表面溫度Twb和內(nèi)核溫度Ie的模具，其中T_> Ie ; 提供溫度Tjsa下的熔融半導(dǎo)體材料，其中T_> Te ； 將所述模具浸入所述熔融半導(dǎo)體材料達(dá)足以在所述模具的外表面上形成所述半導(dǎo)體材料的固體層的時(shí)間段； 將所述具有半導(dǎo)體材料的固體層的模具從所述熔融半導(dǎo)體材料收回；以及 使所述半導(dǎo)體材料的固體層與所述模具分離以形成無支撐的半導(dǎo)體材料物品。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，Tea>T_。
14.一種提高由半導(dǎo)體材料物品形成的太陽能電池的效率的方法，包括: 提供具有外表面溫度T_和內(nèi)核溫度Ie的模具，其中T_> Ie ; 提供溫度Tjsa下的熔融半導(dǎo)體材料，其中T_> Te ； 將所述模具浸入所述熔融半導(dǎo)體材料達(dá)足以在所述模具的外表面上形成所述半導(dǎo)體材料的固體層的時(shí)間段； 將所述具有半導(dǎo)體材料的固體層的模具從所述熔融半導(dǎo)體材料收回； 使所述半導(dǎo)體材料的固體層與所述模具分離以形成無支撐半導(dǎo)體材料物品；以及 使用所述無支撐半導(dǎo)體材料物品形成太陽能電池。
15.如權(quán)利要求14所述 的方法，其特征在于，Tea> T_。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用熱活性模具制造無支撐半導(dǎo)體材料物品的方法，該熱活性模具具有外表面溫度T表面和核溫度T核，其中T表面＞T核。
文檔編號B28B1/38GK103221587SQ201180056400
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者S·波塔潘科, B·蘇曼, 田麗莉, A·尤森科 申請人:康寧股份有限公司