Brevet FR2550965A1 — publié le 19850301

-1 Dispositif pour déposer une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone La présente invention concerne un dispositif pour déposer une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone, du type 5 comportant un creuset contenant un bain de silicium fondu, un ruban de carbone plongé au moins partiellement dans le bain et traversant verticalement, dans le sens de la longueur du ruban, la surface d'équilibre du bain, et des moyens pour déplacer progressivement le'ruban verticalement de bas en haut, de façon à déposer ladite couche sur les faces du ruban. 10 Dans un dispositif connu de ce type, décrit dans le document FR-A2386 359 le fond du creuset comporte une fine ouverture par laquelle le ruban penètre dans le bain et le traverse verticalement en circulant de bas en haut. Ce dispositif présente un inconvénient On constate en effet que 15 l'épaisseur de la couche de silicium déposée sur les faces du ruban décroît rapidement lorsqu'on s'approche des deux bords latéraux du ruban Il en résulte que la couche de silicium déposée présente, le long de ces deux bords latéraux, respectivement deux bandes latérales dont les caractéristiques physiques sont détériorées par rapport à celles de 20 la partie médiane de la couche Ces bandes latérales sont pratiquement inutilisables notamment pour réaliser des photopiles solaires. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. Elle a pour ob Jet un dispositif pour déposer une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone, du type spécifié ci-dessus, 25 caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux-goulottes à section semicirculaire et des supports sur lesquels sont fixées ces goulottes, les supports s'appuyant sur la paroi du creuset pour maintenir verticalement les goulottes respectivement de part et d'autre des deux bords latéraux du ruban traversant le bain, la concavité des deux goulottes étant 30 tournée vers les deux bords latéraux respectifs du ruban, ces goulottes étant partiellement plongées dans le bain de façon à élever son niveau par capillarité au voisinage des bords latéraux du ruban. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au 35 dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue dans l'espace d'un dispositif connu coupé partiellement suivant un plan vertical la figure 2 est une vue schématique montrant la forme de l'isotherme de cristallisation du silicium par rapport au niveau du bain, dans un dispo5 sitif du type représenté sur la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un ruban de carbone revêtu de silicium, obtenu par un procédé connu utilisant le dispositif illustré par la figure 1, la figure 4 représente dans l'espace un mode de réalisation du dispo10 sitif selon l'invention, coupé partiellement suivant un plan vertical. la figure 5 est une vue de dessus, en plan, du dispositif illustré par la figure 4, la figure 6 est une vue en coupe verticale du dispositif illustré par la figure 4 et la figure 7 est un schéma montrant différentes formes d'isothermes de cristallisation qu'il est possible d'obtenir à l'aide du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, est représenté un creuset parallélépipédique en silice 1 contenant un bain 2 de silicium fondu Le fond du creuset 1 20 comporte une fine ouverture linéaire 3 à travers laquelle passe verticalement un ruban de carbone 4 qui sort du bain 2 en traversant sa surface d'équilibre horizontale La largeur de l'ouverture est déterminée pour que le ménisque de raccordement du silicium liquide soit stable dans cette ouverture Bien entendu le dispositif comporte, de 25 plus, en pratique, des moyens de chauffage non représentés disposés autour du creuset 1 pour maintenir le silicium à l'état liquide. En fonctionnement, lorsque le ruban 4 se déplace dans le sens de la flèche 6, une couche 7 de silicium polycristallin se dépose sur les deux faces du ruban à la sortie du bain. La figure 2 représente la forme de l'isotherme de cristallisation sur le ruban 4, c'est-à-dire la ligne de raccordement du ménisque de silicium liquide avec la couche de silicium déposée On voit que dans la partie médiane de la couche, cette ligne est pratiquement un segment de droite 8 horizontal situé au dessus du niveau 24 du bain Par contre, 35 dans les deux parties latérales de la couche, cette ligne descend rapi- dement vers le niveau du bain pour former deux éléments de courbe 9 et 10 dont la concavité est tournée vers le bas. Il en résulte que l'épaisseur de silicium déposée décroît rapidement lorsqu'on s'approche des bords 11 et 12 du ruban Cette décrois5 sance est visible sur la figure 3, dans les deux bandes latérales 13 et 14 des deux couches de silicium déposées sur le ruban 4 Lors du refroidissement, des contraintes thermoélastiques, dues aux différences de coefficients de dilatation entre le silicium et le carbone du ruban, se développent dans les couches de silicium Ces contraintes augmentent 10 lorsque l'épaisseur de silicium décroit Elles entraînent, dans les bandes latérales, la formation de microfractures qui peuvent se propager pendant les opérations de découpe qui suivent habituellement le dépôt des couches. D'autre part, l'incurvation de la ligne de raccordement dans les 15 bandes latérales détruit l'alignement des grains du silicium déposé, ce qui entralne une détérioration des propriétés électriques des couches. Le dispositif représenté sur les figures 4, 5 et 6 comporte les mêmes éléments que ceux du dispositif illustré par les figures 1 à 3, ces éléments étant désignés par les mêmes références Suivant une caracté20 ristique de la présente invention, ce dispositif comporte, en outre, deux goulottes 15 et 16 à section semi-circulaire Ces goulottes peuvent être formées, par exemple, respectivement par deux demi-tubes, résultant de la section d'un tube circulaire par un plan axial Les goulottes qui peuvent être en quartz, sont fixées par leurs faces convexes, par soudure 25 autogène, respectivement sur des tiges en quartz 17 et 18 dont les extrémités sont elles mêmes fixées sur les bords des parois verticales du creuset 1 Ces tiges permettent de maintenir les goulottes 15 et 16 verticalement respectivement de part et d'autre des deux bords latéraux 11 et 12 du ruban 4, la concavité de ces goulottes étant tournée 30 vers ces bords Les goulottes 15 et 16 sont partiellement immergées dans le bain 12, de façon à élever son niveau, par capillarité, au voisinage des bords latéraux du ruban Dans le dispositif illustré par les figures 4 à 6, les goulottes 15 et 16 ont été disposées par rapport aux bords du ruban de manière à obtenir une isotherme de cristallisation 19 35 rectiligne sur toute la largeur du ruban 4 (voir figure 6). _ 4 Il est possible de contr 8 ler la montée capillaire du silicium liquide le long des goulottes en faisant varier les paramètres suivants: diamètre intérieur des goulottes, distance et orientation des g 6 ulottes par rapport aux bords du ruban. On voit ainsi sur la figure 7 qu'il est possible, en a Justant ces paramètres, de relever l'isotherme de cristallisation sur les bords du ruban par rapport à la courbe 20 obtenue dans l'art antérieur, suivant des courbes telles que 21, 22 et 23 La ligne 21 tourne encore sa conca10 vité vers le niveau 24 du bain, alors que la ligne 22 est rectiligne et la ligne 23 présente une légère concavité vers le haut. Le dispositif selon la présente invention présente les avantages suivants Il permet de réaliser des dép 8 ts de silicium sur un ruban de carbone, ces dépôts ne présentant pas les fractures qui apparaissaient 15 dans l'art antérieur De plus, la surface utile des dépôts est nettement augmentée Enfin les propriétés électriques des couches de silicium déposées sont améliorées. Ce dispositif selon la présente invention peut être appliqué à la réalisation de photopiles solaires. -5 REVENDICATION Dispositif pour déposer une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone, comportant un creuset contenant un bain de silicium fondu, un ruban de carbone plongé au moins partiellement dans le bain et traversant verticalement, dans le sens de la longueur du ruban, la surface d'équilibre du bain et des moyens pour déplacer progressivement le ruban verticalement de bas en haut, de façon à déposer ladite couche sur les faces du ruban, 10 caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux goulottes ( 15 16) à section semi-circulaire et des supports ( 17 18) sur lesquels sont fixés ces goulottes, ces supports s'appuyant sur la paroi du creuset ( 1) pour maintenir verticalement les goulottes respectivement de part et d'autre des deux bords 15 latéraux ( 11 12) du ruban ( 4) traversant le bain ( 2), la concavité des deux goulottes étant tournée vers les deux bords latéraux respectifs du ruban, ces goulottes étant partiellement plongées dans le bain de façon à élever son niveau par capillarité à proximité des bords latéraux du ruban.