Brevet FR2551233A1 — publié le 19850301

Dispositif pour déposèr en régime continu une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone La présente invention concerne un dispositif pour déposer en régime continu une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone, ce dispositif étant d'un type comportant - un creuset, - un système électrique pour alimenter le creuset en silicium, - des moyens de chauffage du creuset pour# former dans celui ci un bain de silicium fondu - et des moyens pour déplacer à vitesse constante de bas en haut le ruban de carbone traversant verticalement la surface d'équilibre du bain, afin de déposer ladite couche. Un dispositif de ce type est connu par le document FR-A-2.386.359. Les rubans de carbone revetus de silicium obtenus à l'aide de ces dispositifs peuvent être utilisés pour fabriquer des photopiles solaires. Il est important, pour les utilisateurs de ces dispositifs, d'obtenir une épaisseur constante du silicium déposé sur le ruban. Or, pour une vitesse de tirage donnée du ruban, il apparaît que cette épaisseur dépend de la température du bain de silicium fondu, cette température variant rapidement avec le niveau de la surface d'équilibre du bain. Pour avoir une épaisseur de silicium déposée constante, il est donc nécessaire de stabiliser le niveau du bain. La présente invention a pour but de stabiliser, en fonction du temps, le niveau du bain de silicium fondu des dispositifs du type précité. Elle a aussi pour but de permettre le réglage, à une valeur constante prédéterminée, de 11 épaisseur de la couche de silicium déposée à l'aide des dispositifs de ce type. La présente invention a pour objet un dispositif pour déposer en régime continu une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone, du type spécifié plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un système optique centré sur un axe fixe par rapport au creuset, ce système étant disposé pour former une image d'une zone de la surface de silicium, cette zone étant située de part et d'autre de la ligne de raccordement entre le silicium liquide et le silicium solide déposé sur le ruban, - un détecteur photoélectrique disposé pour recevoir ladite image et capable de délivrer en retour un signal électrique de mesure représentatif du niveau du bain dans le creuset - et un système d'asservissement relié à la sortie électrique du détecteur et capable de comparer le signal de mesure à un signal de référence représentatif d'un niveau prédéterminé du bain pour former un signal d'erreur, le système d'asservissement étant relié au système électrique pour alimenter le creuset en silicium, afin de commander l1alimen- tation du creuset de façon à réduire ledit signal d'erreur. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure #1.représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - et la figure 2 est un schéma montrant avec plus de détails, comment peut être réalisé le système de repérage du niveau du bain dans un dispositif du type de celui illustré par la figure 1. Sur Surla figure 1 est représenté un creuset 1 en silice, dont les parois extérieures sont entourées par un four 2 qui peut être par exemple du type à induction. Le creuset 1 contient un bain 3 de silicium fondu dont la surface d'équilibre s'élève dans le creuset à un niveau H. Le fond du creuset 1 comporte une fente calibrée 4 à travers laquelle passe verticalement un ruban 5 de carbone qui traverse verticalement la surface d'équilibre du bain 3. Des moyens mécaniques 6 et 7 sont prévus pour déplacer le ruban 5 de bas en haut dans le sens de la flèche 8. Un système électromécanique 9 placé sur le bord du creuset 1 permet d'alimenter celui-ci en silicium solide. Le système 9 comprend essentiellement un réservoir 10 de pastilles de silicium calibrées, un conduit 11 incliné vers l'intérieur du creuset et un organe électromécanique de distribution 12 reliant mécaniquement le réservoir 10 et le conduit 11. Un système optique, schématisé par une simple lentille convergente 13 associé à un diaphragme 14, est centré sur un axe 15 fixe par rapport au creuset et situé un peu au dessus du niveau du bain 3. La sortie électrique d'un détecteur photoélectrique 16 disposé sur l'axe 15 est connectée à travers un système d'asservissement 17 à la commande électrique de l'organe de distribution 12. Le détecteur 16 peut être, par exemple, constitué par une photopile solaire. Un appareil de mesure d'épaisseur 18 entoure le ruban 5 à la sortie du bain 3. Cet appareil 18 est relié à travers un autre circuit d'asservissement 19 et un circuit de commande 20 à l'entrée électrique du four 2. Le dispositif représenté sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante. Les moyens 6-7 de déplacement du ruban 5 étant en marche de façon à le faire circuler à vitesse constante dans le bain, on constate que le niveau d'équilibre du bain s'élève à proximité de chaque face du ruban pour former deux ménisques 21 et 22, tandis que deux couches 23 et 24 de silicium polycristallin se déposent sur les faces du ruban 5 à la sortie du bain 3. Entre le silicium liquide du bain 3 et le silicium solide de la couche 23, s'établit une ligne de raccordement 25, vue de bout sur la figure 1. Cette ligne est située à l'extrémité supérieure du ménisque 21, à une hauteur h au dessus du niveau du bain. Cette élévation de niveau h est due aux phénomènes de capillarité. Elle est pratiquement indépendante du niveau ainsi que de la température du bain et peut donc être considérée comme constante. Le dépôt des couches de silicium polycristallin sur le ruban de carbone entratne pour le bain une perte de matière, qui tend à faire baisser son niveau. Pour compenser cette perte de matière, le système d'alimentation 9 fait glisser sur le conduit 11 vers le bain des pastilles de silicium, une à une, à une cadence qui est commandée par le signal électrique fourni par le système d'asservissement 17 à l'organe électromécanique de distribution 12. Le système optique 13#14 est fixé à proximité du creuset 1, de manière que son axe 15 coupe la ligne de raccordement 25 lorsque le bain est à un niveau H auquel on désire le stabiliser. La lentille 13 forme sur la surface sensible du détecteur 16 l'image d'une petite zone de la surface du silicium située de part et d'autre de la ligne de raccordement 25, cette zone étant délimitée par le diaphragme 14. L'axe 15 du système optique peut être horizontal comme représenté sur la figure 1, ou légèrement incliné par rapport à l'horizontale pour que le bord du creuset ne masque pas l'image de la petite zone sur le détecteur 16.La partie de cette image qui correspond au silicium liquide est beaucoup plus sombre que celle qui correspond au silicium solide, car le silicium liquide a une luminosité très inférieure à celle du silicium solide au voisinage du point de fusion. Le détecteur 16 délivre un signal dont l'amplitude est directement fonction de l'éclairement qu'il reçoit. Ce signal varie donc lorsque la ligne de séparation des deux parties de l'image se déplace sur la surface sensible du détecteur. Ainsi, étant donné que la valeur de h est constante, toute variation du niveau du bain entra me une variation égale et de même sens du niveau de la ligne de raccordement 25 ; cette variation de niveau de la ligne 25 provoque une variation correspondante du signal électrique délivré par le récepteur 16. Le système d'asservissement 17 compare ce signal électrique à un signal de référence pour former un signal d'erreur. Le système 17 commande la cadence de distribution des pastilles de silicium de façon à diminuer ce signal d'erreur. Le dispositif illustré par la figure 1 permet donc de stabiliser le niveau du bain à une valeur prédéterminée. L'épaisseur de la couche de silicium polycristallin déposée sur le ruban 5 varie avec la température du bain, de quelques micromètres par degré C environ. De plus, la température du bain varie en fonction du niveau du bain, sensiblement de 3 degrés C par millimètre. Le dispositif décrit ci-dessus permet d'éviter les variations de température du bain provoquées par les fluctuations de son niveau. Donc, si l'on fait varier la température du bain en agissant sur la chaleur dégagée par le four 2, on peut maintenant régler l'épaisseur de la couche de silicium déposée sur le ruban de carbone. Pour cela, l'appareil de mesure 18 qui peut être par exemple une sonde à rayons X ou à rayons gamme, ou une sonde capacitive, délivre un signal électrique de mesure représentatif de l'épaisseur de la couche de silicium déposée. Le système d'asservissement 19 compare ce signal à un signal de référence et commande par l'intermédiaire du circuit 20 la puissance délivrée par le four 2 de façon à diminuer la différence entre le signal de mesure et le signal de référence. Le système d'asservis sement peut comporter des moyens pour faire varier le signal de référence, de façon à commander une variation correspondante de l'épaisseur de silicium déposée. La figure 2, montre schématiquement les éléments que peut comporter un système optique de visée de la ligne de raccordement 25. Le système représenté comprend, alignés successivement sur l'axe 15, de la ligne 25 au détecteur 16, des filtres 26, un objectif 27, un système optique de reprise 28, un oculaire 29 et le diaphragme 14. Entre le système optique 28 et l'oculaire 29, est disposé une lame optique 30 partiellement réfléchissante inclinée à 45 degrés sur l'axe 15, pour renvoyer suivant un axe 31 une partie de la lumière provenant de la zone visée sur la ligne 25. Un oculaire 32 comportant un réticule 33 est centré sur l'axe 31 de manière à permettre à l'oeil 34 d'un opérateur d'observer la zone visée. Le dispositif décrit ci-dessus peut être appliqué à la fabrication en série de photopiles solaires. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour déposer en régime continu une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone, comportant - un creuset, - un système électrique pour alimenter le creuset en silicium, - des moyens de chauffage du creuset pour former dans celui-ci un bain de silicium fondu - et des moyens pour déplacer à vitesse constante de bas en haut le ruban de carbone traversant verticalement la surface d'équilibre du bain, afin de déposer ladite couche, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un système optique (13, 14) centré sur un axe (15) fixe par rapport au creuset (1), ce système étant disposé pour former une image d'une zone de la surface de silicium, cette zone étant située de part et d'autre de la ligne de raccordement (25) entre le silicium liquide et le silicium solide déposé sur le ruban (5), - un détecteur photoélectrique (16) disposé pour recevoir ladite image et capable de délivrer en retour un signal électrique de mesure représentatif du niveau du bain (3) dans le creuset (1) - et un système d'asservissement (17) relié à la sortie électrique du détecteur (16) et capable de comparer le signal de mesure à un signal de référence représentatif d'un niveau prédéterminé (H) du bain (3) pour former un signal d'erreur, le système d'asservissement (17) étant relié au système électrique (9) pour alimenter le creuset (1) en silicium, afin de commander l'alimentation du creuset de façon à réduire ledit signal d'erreur. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un appareil (18) de mesure de l'épaisseur de la couche (23) de silicium déposé sur le ruban (5) de carbone - et un autre système d'asservissement (19) relié à l'appareil de mesure et capable de déterminer la différence entre l'épaisseur mesurée et une épaisseur de référence prédéterminée, cet autre système d'asservissement (19) étant relié auxdits moyens de chauffage (2) du creuset (1) pour régler le chauffage de façon à réduire ladite différence. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système optique comporte un diaphragme (14) pour délimiter ladite zone.