(57)【要約】  発明は、外表面温度Ｔ表面及びコア温度Ｔコアを有し、ここでＴ表面＞Ｔコアである、熱的に活性な鋳型を用いて半導体材料の無支持品を作製する方法に関する。
2014500220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料の無支持品の作製方法において、
外表面温度Ｔ表面及びコア温度Ｔコアを有する鋳型を提供する工程であって、Ｔ表面＞Ｔコアである工程、
温度Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程であって、Ｔ融液＞Ｔコアである工程、
前記鋳型を前記溶融半導体材料内に、前記鋳型の前記外表面を覆う前記半導体材料の固体層を形成するに十分な時間、浸漬する工程、
前記固体半導体材料層をもつ前記鋳型を前記溶融半導体材料から引き出す工程、及び
前記無支持半導体材料品を形成するため、前記固体半導体材料層を前記鋳型から分離する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
Ｔ融液＞Ｔ表面であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｔ表面がＴ融液より約１０℃から７００℃低いことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
半導体材料の無支持品を作製するときに、前記無支持品の形成中に、前記半導体材料の結晶の核形成速度及び／または結晶粒成長の安定性を制御する方法において、
外表面温度Ｔ表面及びコア温度Ｔコアを有する鋳型を提供する工程であって、Ｔ表面＞Ｔコアである工程、
温度Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程であって、Ｔ融液＞Ｔコアである工程、
前記鋳型を前記溶融半導体材料内に、前記鋳型の前記外表面を覆う前記半導体材料の固体層を形成するに十分な時間、浸漬する工程、
前記固体半導体材料層をもつ前記鋳型を前記溶融半導体材料から引き出す工程、及び
前記無支持半導体材料品を形成するため、前記固体半導体材料層を前記鋳型から分離する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
半導体材料品から形成される太陽電池の効率を高める方法において、
外表面温度Ｔ表面及びコア温度Ｔコアを有する鋳型を提供する工程であって、Ｔ表面＞Ｔコアである工程、
温度Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程であって、Ｔ融液＞Ｔコアである工程、
前記鋳型を前記溶融半導体材料内に、前記鋳型の前記外表面を覆う前記半導体材料の固体層を形成するに十分な時間、浸漬する工程、
前記固体半導体材料層をもつ前記鋳型を前記溶融半導体材料から引き出す工程、
無支持半導体材料品を形成するため、前記固体半導体材料層を前記鋳型から分離する工程、及び
前記無支持半導体材料品を用いて太陽電池を形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１０年１１月２４日に出願された米国仮特許出願第６１/４１７０１２号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書はこの特許出願の明細書の内容に依存し、この特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。また本出願は２０１１年１１月２１日に出願された米国特許出願第１３/３００８２９号の米国特許法第１２０条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書はこの特許出願の明細書の内容に依存し、この特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は半導体材料の無支持品を作製する方法に関する。特に、本開示は、外表面温度がＴ表面でコア温度がＴコアの鋳型を提供する工程、温度Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、鋳型を鋳型の外表面を覆う固体半導体材料層を形成するに十分な時間溶融半導体材料内に浸漬する工程、固体半導体材料層をもつ鋳型を溶融半導体材料から引き出す工程及び、半導体材料の無支持品を形成するため、固体半導体材料層を鋳型から分離する工程を含む方法に関する。様々な実施形態において、Ｔ表面＞Ｔコア及びＴ融液＞Ｔコアである。別の実施形態において、Ｔ融液＞Ｔコアである。本開示はさらに、本明細書に説明されるように半導体材料の無支持品の作製時に鋳型上のシリコン結晶の核形成速度を制御するための方法に関する。本開示の方法は半導体材料品で形成される太陽電池の効率を高める方法にも関する。本開示にしたがう方法は、少なくともいくつかの実施形態において、材料浪費を低減し、及び／または半導体材料の生産速度を高める。
【背景技術】
【０００３】
半導体材料には多くの用途がある。例えば、半導体材料は半導体ウエハ上に形成された電子デバイス、例えばプロセッサ内のトランジスタのような、スイッチング素子の製作に用いられ得る。別の例として、半導体材料は光電効果によって太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池の製作にも用いられる。
【０００４】
半導体材料の半導体特性は材料の結晶構造に依存し得る。特に、半導体材料の結晶構造内の欠陥は材料の半導体特性を消失させ得る。
【０００５】
結晶粒の径、形状及び分布は半導体デバイスの性能に重要な役割を果たすことが多く、結晶粒径は大きくなるほど、また一様であるほど、望ましい。例えば、光電池の効率は、結晶粒径を大きくし、結晶粒内の欠陥の数を減らすことで、向上させることができる。
【０００６】
シリコンベース光電池のため、シリコンは、例えば、無支持シートとして形成することができ、あるいは基板上にシリコンを形成することで支持することができる。半導体材料の、シリコンシートのような、無支持品及び支持品を作製するための従来方法にはいくつかの欠点がある。
【０００７】
無支持の、すなわち一体化基板を有していない、薄い半導体材料シートの作製方法は、半導体材料供給原料を浪費するかまたは非常に低速であり得る。例えば単結晶または多結晶のシリコンインゴットのような、半導体材料のバルク成長には、続いて、薄いシートへのスライス工程が必要であり、材料損、例えばワイアソースライスによるほぼ５０％の切り代幅が生じる。リボン成長法はスライスによる材料損を克服するが、例えば多結晶シリコンリボン成長法に対して１〜２ｃｍ/分のように非常に低速であり、品質が劣り得る。
【０００８】
支持型半導体材料シートは低費用で作製することができるが、薄い半導体材料シートはシートがその上に作製される基板によって制限され、基板は、相反し得る、様々なプロセス要件及び用途要件を満たさなければならない。
【０００９】
無支持多結晶材料を作製するための有用な方法が、名称を「制御された過冷却による半導体材料の無支持品の作製方法(METHOD OF MAKING AN UNSUPPORTED ARTICLE OF SEMICONDUCTING MATERIAL BY CONTROLLED UNDERCOOLING)」とする、２０１０年８月１０日付の特許文献１に開示されている。特許文献１の開示は本明細書に参照として含められる。
【００１０】
しかし、溶融半導体材料の温度より低い、一様な温度を有する鋳型を用いて作製された無支持多結晶材料でつくられた太陽電池の効率は、リボンプロセスのような、他の方法によるよりも低くなり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７７７１６４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、材料浪費を低減することができ、及び／または作製速度を高めることができる半導体材料品を、同時にそのような半導体材料品で形成される太陽電池の効率も高めて、作製する方法が工業界において長年求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書に述べられる詳細な説明及び様々な実施形態例にしたがえば、本開示は半導体材料の無支持品の作製方法に関する。
【００１４】
様々な実施形態例において、本開示は、外表面温度がＴ表面でコア温度がＴコアの鋳型を提供する工程、温度Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、鋳型を鋳型の外表面を覆う固体半導体材料層を形成するに十分な時間溶融半導体材料内に浸漬する工程、固体半導体材料層をもつ鋳型を溶融半導体材料から引き出す工程、及び、半導体材料の無支持品を形成するため、固体半導体材料層を鋳型から分離する工程を含む方法に関する。様々な実施形態において、Ｔ表面＞Ｔコア及びＴ融液＞Ｔコアである。別の実施形態において、Ｔ融液＞Ｔコアである。
【００１５】
別の実施形態例において、本開示は本明細書に説明されるように半導体材料の無支持品の作製時に鋳型上のシリコン結晶の核形成速度及び結晶化を制御する方法に関する。
【００１６】
本開示の他の実施形態例は、本明細書に開示される半導体材料品で形成された太陽電池の効率を、本明細書に説明される方法とは別の方法で作製された半導体材料品の効率に比較して、高める方法に関する。しかし、効率の向上は本開示の少なくともいくつかの実施形態においては達成できない。
【００１７】
本開示にしたがう方法は、少なくともいくつかの実施形態において、浪費材料を低減し、及び／または半導体材料の作製速度を高めることもできる。しかし、浪費材料の低減及び作製速度の向上は本開示の少なくともいくつかの実施形態においては達成できない。
【００１８】
添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は、特許請求されるような本発明の限定は目的とされておらず、本発明の実施形態例を説明するために与えられ、記述とともに、本発明の原理の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の一実施形態にしたがう、半導体材料の無支持品を作製する方法の一例の略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の一実施形態にしたがう、半導体材料の無支持品を作製する方法の一例の略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本開示の一実施形態にしたがう、半導体材料の無支持品を作製する方法の一例の略図である。
【図２Ａ】図２Ａは本開示の方法の一例にしたがって用いられる鋳型の例を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは本開示の方法の一例にしたがって用いられる鋳型の例を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは本開示の方法の一例にしたがって用いられる鋳型の例を示す。
【図３】図３は、本開示の実施形態にしたがう、図２Ａに示される断面Ａ−Ａに沿う鋳型内部の初期温度分布を、鋳型内の位置ｘ（ｃｍ）及び浸漬時における温度Ｔ（℃）の関数として示すグラフである。
【図４】図４は本開示の一実施形態にしたがう鋳型上に、及び本開示の範囲内にない方法にしたがって、形成された固体シリコン層の浸漬時間ｔ（秒）と厚さｄ（μｍ）の間の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、３つの異なるコア温度を用い、本開示の一実施形態にしたがって鋳型上に形成された固体シリコン層の浸漬時間ｔ（秒）と厚さｄ（μｍ）の間の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、３つの異なる表層温度を用い、本開示の一実施形態にしたがって鋳型上に形成された固体シリコン層の浸漬時間ｔ（秒）と厚さｄ（μｍ）の間の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、３つの異なる厚さの鋳型を用い、本開示の一実施形態にしたがって鋳型上に形成された固体シリコン層の浸漬時間ｔ（秒）と厚さｄ（μｍ）の間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明が例示及び説明に過ぎず、特許請求されるような本発明を限定しないことは当然である。当業者には本明細書の考察及び本明細書の開示される実施形態の実施から他の実施形態が明らかであろう。本明細書及び実施例は単に例示と見なされるべきであるとされ、本発明の真の範囲は特許請求の範囲で示されている。
【００２１】
本明細書に用いられるように、‘the’，‘a’または‘an’の使用は「少なくとも１つ」を意味し、文脈に明白に示されていない限り、「１つだけ」に限定されるべきではない。したがって、例えば「前記半導体材料」または「一半導体材料」の使用は、少なくとも１つの半導体材料を意味するとされる。
【００２２】
本開示は、様々な実施形態において、半導体材料の無支持品の作製方法に関する。特に、本開示は、外表面温度がＴ表面でコア温度がＴコアの鋳型を提供する工程、温度Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、鋳型を溶融半導体材料に鋳型の外表面を覆う固体半導体材料層を形成するに十分な時間浸漬する工程、固体半導体材料層をもつ鋳型を溶融半導体材料から引き出す工程、及び、半導体材料の無支持品を形成するため、固体半導体材料層を鋳型から分離する工程を含む方法に関する。様々な実施形態において、Ｔ表面＞Ｔコア及びＴ融液＞Ｔコアである。別の実施形態において、Ｔ融液＞Ｔコアである。
【００２３】
本明細書に用いられるように語句「半導体材料」は半導体特性を示す材料を含む。様々な実施形態において、半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、錫、ヒ化ガリウム、これらの合金及びこれらの混合物から選ぶことができる。少なくとも１つの実施形態において、半導体材料はシリコンとすることができる。様々な実施形態にしたがえば、半導体材料は（例えば真性またはｉ型のシリコンのような）純材料、または（例えば、それぞれ、リンまたはホウ素のような、ｎ型またはｐ型のドーパントを含有するシリコンのような）ドープされた材料とすることができる。本開示の少なくとも１つの実施形態において、半導体材料はホウ素、リンまたはアルミニウム（Ｂ，ＰまたはＡｌ）から選ばれる少なくとも１つのドーパントを含有する。溶融半導体材料内に存在するドーパントの量は、作成される半導体材料品内の所望のドーパントの濃度及び分布に基づいて選ぶことができ、半導体材料品の、例えば光電池のような、最終用途に依存し得る。当業者であれば、熱容量、熱伝導度及び／または融解熱のような材料の熱特性に基づいて、必要な温度分布を選ぶであろう。
【００２４】
少なくとも１つの別の実施形態において、半導体材料は、別の元素と合金半導体または化合物半導体を形成することができる、少なくとも１つの非半導体元素を含むことができる。例えば、半導体材料には、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及びリン化インジウム（ＩｎＰ）を含めることができる。
【００２５】
少なくとも１つの別の実施形態において、半導体材料は低い汚染物レベルを有することができる。例えば、半導体材料は１ｐｐｍより少ない鉄、マンガン及びクロム、及び／または１ｐｐｂより少ないバナジウム、チタン及びジルコニウムを含むことができる。半導体材料は、１０１５原子/ｃｍ３より少ない窒素及び／または１０１７原子/ｃｍ３より少ない炭素を含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、半導体材料源は光電デバイス級シリコンまたは純シリコンとすることができる。
【００２６】
本明細書に用いられるように、「半導体材料品」は、本開示の方法を用いて作製されるいかなる形状または形態の半導体材料も含む。そのような半導体材料品の例には、平滑であるかまたは表面構造付の半導体材料品、平坦であるか、弯曲しているか、曲げられているかまたは角張っている半導体材料品、及び対称であるかまたは非対称である半導体材料品がある。半導体材料品にはシートまたはチューブのような形態を含めることができる。
【００２７】
本明細書に用いられるように、語句「無支持」は半導体材料品が鋳型と一体になっていないことを意味する。無支持品は形成されている間は鋳型に緩く連結されているが、半導体材料品は鋳型を覆って形成された後に鋳型から分離される。しかし、無支持品は後に、光電用途のような、様々な用途のために基板に張り付けることができる。
【００２８】
本明細書に用いられるように、語句「鋳型」は半導体材料品の最終形状に影響を与え得る物理的構造を意味する。本明細書に説明される方法において溶融しているかまたは凝固した半導体材料が鋳型の表面に実際に物理的に接触する必要はないが、鋳型の表面と溶融しているかまたは凝固された半導体材料の間の接触はおこり得る。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態において、鋳型は溶融半導体材料に適合し得る材料で作製することができる。例えば、鋳型は、鋳型が溶融材料にさらされたときに、例えば低融点の化合物または固溶体を形成することによるような、本明細書に説明される方法を妨げる態様で溶融材料と反応することのないような材料からなることができる。別の例として、鋳型は、鋳型が溶融半導体材料との接触によって加熱されたときに溶融または軟化しない材料からなることができる。別の例として、鋳型は、鋳型が溶融半導体材料との接触によって加熱されたときに、固体層を支持できなくなるほど流動性にならず、及び／また固体層から分離しない、材料からなることができる。別の例として、鋳型は、鋳型が溶融半導体材料との接触によって加熱されたときに、例えば、不均一で高速の熱膨張によって発生する大きな熱応力によるか、または閉じ込められたガスによって、鋳型がひび割れ、破壊または爆発しないような材料からなることができる。また別の例として、鋳型は、鋳型上に形成されつつある凝固半導体材料層または残余溶融半導体材料のいずれも、破断、層状剥離、発塵、及び固体成分の気相または液相あるいは発生したガスの拡散による有害な汚染を生じさせない材料からなることができる。少なくとも１つの実施形態において、鋳型は、石英ガラス、黒鉛、窒化ケイ素、アルミナ、アルミナ−シリカ及びこれらの組合せから選ばれる材料を含むことができる。本開示の少なくとも１つの実施形態において、鋳型は石英ガラスでつくられる。
【００３０】
鋳型は開示される方法における使用に適するいかなる形態にもあることができる。例えば、少なくとも１つの実施形態において、鋳型は、モノリスの形態に、あるいは、例えば積層モノリスのような、積層構造の形態に、あることができる。
【００３１】
鋳型は多孔質体または無孔質体を含むことができ、必要に応じて、少なくとも１つの多孔質または無孔質の被覆を有することができる。少なくとも１つの実施形態において、鋳型は、鋳型体の全体にわたって、一様であるかまたは非一様である組成、一様であるかまたは非一様である多孔度、あるいはその他の一様であるかまたは非一様である構造特性を有することもできる。例えば、少なくとも１つの実施形態において、鋳型は、鋳型のコアを構成する１つの材料と鋳型の外表面を構成する別の材料のような、少なくとも２つの材料を含むことができる。別の例として、鋳型は、間隙で隔てられたコア及び外表面層のような、（同じ材料または異なる材料からなる）２つの構成部品からなることができる。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態にしたがえば、鋳型は開示される方法における使用に適するいかなる形状にもすることができる。少なくとも１つの実施形態において、鋳型は広範な形状、弯曲及び／または表面構造を有する半導体材料品を形成するための特定の特徴をもつ外表面を有することができる。例えば、鋳型は１つ以上の平表面または１つ以上の弯曲表面、例えば１つ以上の凸表面または凹表面を有することができる。例えば、１つ以上の平表面は長方形の半導体材料品を作製するために用いることができ、１つ以上の凸表面または凹表面はレンズまたはチューブの形状の半導体材料品を作製するために用いることができる。
【００３３】
本開示の少なくとも１つの実施形態にしたがえば、鋳型は、例えば浸漬に先立ち、あるいは鋳型が溶融半導体材料に浸漬されている間、粒子で被覆することができる。いくつかの実施形態において、粒子の被覆は離型剤としてはたらくことができる、すなわち、注型品の鋳型への他着を防止することができ、半導体材料の連続成長を可能にし、よってより大きな結晶粒径を得ることができる。少なくとも１つの実施形態において、鋳型は粒子、例えば無機粒子で被覆することができる。少なくとも１つの実施形態において、粒子は高純度粒子とすることができる。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、粒子は１０ｎｍから２μｍの範囲の平均粒径を有する。少なくとも１つの実施形態において、粒子は、例えば３０ｎｍ以下のような、１００ｎｍ以下の平均粒径を有するナノ粒子である。粒子は開示される方法における使用に適するいかなる材料も含むことができる。例えば、少なくとも１つの実施形態において、粒子は、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムのコンパウンド及び／または、例えばケイ酸アルミニウムのような、アルミニウム及び／またはケイ素を含むガラス状または結晶性の化合物を含むことができる。
【００３４】
本明細書に用いられるように、語句「鋳型の外表面」は、浸漬時に溶融半導体材料にさらされ得る、鋳型の表面を意味する。例えば、チューブ形鋳型の内側表面は、鋳型が浸漬されたときに内側表面が溶融半導体材料と接触できれば、外表面である。
【００３５】
本明細書に用いられるように、「鋳型の外表面温度」、「表面温度」またはこれらの異形表現は、溶融半導体材料内に入る時点における鋳型の外表面の平均温度を意味する。
【００３６】
本明細書に用いられるように、「鋳型のコア」は鋳型の内部領域を意味する。少なくとも１つの実施形態において、鋳型のコアは鋳型の内部中心、例えば鋳型の２つの対向表面から等距離にある領域または点群とすることができる。例えば、円柱ロッド形鋳型のコアは、鋳型の長さに沿う、半径に垂直な、鋳型の中心軸とすることができる。
【００３７】
様々な実施形態において、鋳型のコアから鋳型の外表面までの距離は、約０.１ｃｍから０.４ｃｍのような、約０.０５ｃｍから０.５ｃｍの範囲にあることができ、例えば約０.１ｃｍまたは０.２ｃｍとすることができる。
【００３８】
本明細書に用いられるように、語句「鋳型のコアの温度」、「コア温度」及びこれらの異形表現は、溶融半導体材料内に入る時点における鋳型のコアの平均温度を意味する。語句「コア温度」は鋳型の熱吸収容量を表すために用いられる。鋳型内の温度分布は、加熱のタイプ、加熱プロセス、鋳型の熱特性及び加熱／冷却の準備開始からの経過時間に依存するであろう。
【００３９】
温度分布は動的につくられ、したがって熱的に活性な鋳型は所望の分布が鋳型内の熱伝導によって壊れるであろうより前に用いられるべきであることに注意すべきである。さらに、温度分布をつくるプロセスは融液内への鋳型の浸漬中も続けることができる。
【００４０】
図２Ａ〜２Ｃは本開示の方法の例にしたがって用いることができる鋳型の例を示す。図２Ａは、コア２０１及び外表面２０２を有する、単一部品で構成された単一材料の鋳型を示す。図２Ｂは一方はコア２０１を構成し、他方は外表面２０２を構成する、２つの異なる材料の２つの部品で構成された鋳型を示す。図２Ｃは、一方の材料はコア２０１を構成し、他方の材料は外表面２０２を構成する、間隙２０３で隔てられた２つの異なる材料の２つの部品で構成された鋳型を示す。
【００４１】
本明細書に用いられるように、語句「溶融半導体材料の温度」、「溶融半導体材料のバルク温度」、「融液温度」及びこれらの異形表現は、容器内に入れられている溶融半導体材料の平均温度を意味する。溶融半導体材料内の局所温度は、例えば鋳型が浸漬されたときに鋳型に近接する溶融半導体材料の領域あるいは容器の上表面において大気条件にさらされる溶融半導体材料のように、いかなる時点においても変わり得る。様々な実施形態において、溶融半導体材料の平均温度は、いかなる局所温度変動にもかかわらず、実質的に一様である。
【００４２】
本明細書に用いられるように、語句「鋳型の外表面を覆う固体半導体材料層の形成」及びこの異形表現は、溶融半導体材料からの半導体材料の鋳型の外表面状またはその近傍における凝固（本明細書においては固化または結晶化とも称される）を意味する。鋳型の外表面を覆う固体半導体材料層の形成には、いくつかの実施形態において、鋳型の外表面を被覆する粒子層上の半導体材料の凝固を含めることができる。様々な実施形態において、鋳型と溶融半導体材料の間の温度差により、半導体材料は鋳型の表面に物理的に接触する前に凝固し得る。半導体材料が鋳型に物理的に接触する前に凝固する場合、凝固した半導体材料は、いくつかの実施形態において、続いて鋳型または鋳型を被覆している粒子と物理的に接触する。半導体材料は、いくつかの実施形態において、鋳型の外表面または、存在すれば、鋳型の表面を被覆している粒子に物理的に接触した後も、凝固し得る。
【００４３】
図１は無支持半導体材料品を作製する方法の一例を示す。この方法例は、無支持品が鋳型キャビティだけを満たすのではなく、鋳型の外表面のような、表面上に注型される、エキソキャスティング(Exocasting)プロセスである。図１Ａに示される方法例において、所望の寸法（表面積）、形状及び表面構造／パターンをもつ外表面１０２及びコア１０３を有する鋳型１０１が提供される。鋳型１０１の外表面１０２の表面積、形状及び表面構造／パターンは注型品の寸法、形状及び表面構造／パターンを決定することができる。当業者であれば、鋳型１０１の外表面１０２の寸法、形状及び表面構造／パターンが、例えば、注型品の所望の特性及び特徴に基づいて選ばれ得ることを認めるであろう。
【００４４】
例えば溶融シリコンのような、溶融半導体材料１０４は、少なくとも１つの実施形態において、るつぼ１０５のような融液槽内でシリコンを溶融することで提供することができる。少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料１０４を保持する融液槽１０５は、鋳型１０１について上述したように、溶融材料１０４と反応することはなく、及び／または溶融材料１０４を汚染することはない。少なくとも１つの実施形態において、融液槽１０５は、石英ガラス、黒鉛及び窒化ケイ素から選ばれる材料で作製することができる。少なくとも１つの実施形態において、融液槽１０５は石英ガラスで作製される。
【００４５】
本開示の少なくとも１つの実施形態例において、鋳型１０４の外表面１０２の温度は、低酸素または還元性の雰囲気内でいずれか適する加熱装置または加熱方法を用いて、コアの温度Ｔコアより高い、Ｔ表面まで上げることができる。適する加熱装置または加熱方法の例には、抵抗加熱素子または誘導加熱素子のような加熱素子、コヒーレント光源及び火炎熱源がある。当業者であれば、加熱装置または加熱方法及び加熱プロセスの選択が、例えば、鋳型が加熱される環境、鋳型の材料、鋳型の厚さ及び／または作製される最終品の所望の汚染物レベルのような要因に基づいてなされ得ることを認めるであろう。
【００４６】
本開示の少なくとも１つの実施形態例において、鋳型１０１のコア１０３の温度は、低酸素または還元性の雰囲気内でいずれか適する加熱装置または加熱方法を用いて、Ｔコアまで上げることができる。上述したように、適する加熱装置または加熱方法には、抵抗加熱素子または誘導加熱素子のような加熱素子及び火炎熱源がある。同じく上述したように、当業者であれば、加熱装置または加熱方法の選択が、例えば、鋳型が加熱される環境、鋳型の材料、鋳型の厚さ及び／または作製される最終品の所望の汚染物レベルのような要因に基づいてなされ得ることを認めるであろう。
【００４７】
本開示の少なくとも１つの実施形態例において、溶融半導体材料１０４のバルク温度は、低酸素または還元性の雰囲気内でいずれか適する加熱装置または加熱方法を用いて、Ｔ融液まで上げることができる。上述したように、適する加熱装置または加熱方法には、加熱素子及び火炎熱源がある。同じく上述したように、当業者であれば、熱源の選択が、例えば、溶融半導体材料が入る融液槽の容量、融液槽の寸法／厚さ及び／または融液槽を囲む雰囲気のようないくつかの要因に依存することを認めるであろう。
【００４８】
様々な実施形態において、溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液は半導体材料の融解温度とすることができ、あるいはさらに高い温度とすることができる。半導体材料がシリコンを含む少なくとも１つの実施形態例において、溶融シリコンのバルク温度Ｔ融液は、例えば、１４６０℃のような、１４５０℃から１４９０℃のように、１４１２℃から１５５０℃の範囲とすることができる。
【００４９】
浸漬に先立ち、鋳型の外表面の温度Ｔ表面は、溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液より高くまたは低くするか、あるいは溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液とほぼ等しくすることができる。
【００５０】
少なくとも１つの実施形態において、鋳型の外表面の温度Ｔ表面は、溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液とほぼ等しくするか、または溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液より低くすることができる。別の実施形態において、鋳型の外表面の温度Ｔ表面の溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液に対する差は約１０℃から７００℃の、例えば約１００℃から４００℃の、範囲内とすることができる。
【００５１】
半導体材料がシリコンを含む少なくとも１つの実施形態例において、鋳型の外表面の温度Ｔ表面は、例えば、１３００℃のような、１４５０℃から５０℃、１４５０℃から５００℃または１４００℃から１２００℃のように、１４５０℃以下とすることができる。少なくとも１つの実施形態において、鋳型の外表面の温度Ｔ表面は、例えば、鋳型１０１の表面１０２に隣接する溶融半導体材料１０４を半導体材料の凝固／固化点まで鋳型１０１が冷却でき、半導体材料１０４を凝固させるに十分な熱を半導体材料から取り去ることができるように、選ぶことができる。
【００５２】
少なくとも１つの実施形態において、鋳型のコアの温度Ｔコアは溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液より低い。コア温度は、例えば、鋳型１０１の表面１０２に隣接する溶融半導体材料１０４を半導体材料の凝固点まで鋳型１０１が冷却でき、半導体材料１０４を凝固させるに十分な熱を半導体材料から取り去ることができるように、選ぶことができる。半導体材料がシリコンを含む少なくとも１つの実施形態例において、溶融半導体材料内への浸漬前の鋳型のコアの温度Ｔコアは、１００℃のような、−５０℃から２００℃の範囲とすることができる。
【００５３】
図３は本開示の一実施形態例にしたがう浸漬時における鋳型の温度分布を示すグラフである。図３の横軸は、ｘ軸上に示される、鋳型の厚さにわたる位置（単位：ｃｍ）であり、それぞれの位置における温度（単位：℃）が縦軸のｙ軸上に示される。鋳型の外表面の温度Ｔ表面は厚さ０及び０.２ｃｍにおいて約１３００℃と示され、鋳型のコアの温度Ｔコアは厚さ０.１ｃｍにおいて約１００℃と示される。
【００５４】
鋳型の温度分布は、とりわけ、加熱のタイプ、加熱プロセス、鋳型の熱特性及び加熱／冷却の準備開始からの経過時間に依存するであろう。温度分布は動的につくられ、したがって熱的に活性な鋳型は所望の分布が鋳型内の熱伝導によって壊れるであろうより前に用いられるべきであることに注意すべきである。さらに、温度分布をつくるプロセスは融液内への鋳型の浸漬中も続けることができる。
【００５５】
様々な実施形態において、鋳型コア１０３の温度は、鋳型が溶融材料内に浸漬された後、鋳型外表面１０２の温度を降下させ続け、鋳型表面１０２と溶融半導体材料１０４の間の温度差がこの過程を進行させることができる。少なくとも１つの実施形態において、この温度差は、１秒から５０秒の範囲内、例えば２秒から２０秒、のような、比較的短い時間内に半導体材料を凝固するに十分であり得る。
【００５６】
図１Ｂに戻れば、鋳型１０１をあらかじめ定められた速度で、また必要に応じて低酸素または還元性の雰囲気内で、溶融半導体材料１０４に浸漬することができる。鋳型１０１は任意の浸漬角θで溶融半導体材料１０４に浸漬することができ、浸漬角θは、図１Ｂに示されるように、溶融半導体材料１０４の表面１０７に初接触する点Ｐにおける溶融半導体材料１０４の表面１０７と鋳型１０１の外表面１０２の間の角度である。鋳型１０１の外表面１０２が溶融半導体１０４に接触する角度は鋳型１０１が溶融半導体材料１０４内に浸漬されるにつれて変わり得る。単に例として、一実施形態において溶融半導体材料は球面の外表面を有する鋳型と、鋳型が浸漬されるにつれて、無数の角度で接触し得るであろうが、初期接触点は溶融半導体材料１０４の表面１０７に平行になるであろうから、浸漬角θは０°であろう。様々な実施形態例において、鋳型１０１は外表面１０２の方位にしたがうかまたは平行な方向に動かすことができ、あるいは外表面１０２の方位にしたがわない方向に動かすことができる。別の実施形態例において、鋳型１０１は、溶融半導体材料１０４の表面１０７に垂直な方向に浸漬させていきながら、溶融半導体材料１０１の表面１０７に平行な方向に動かすことができる。当業者であれば、初接触点Ｐにおけるいずれかの定点における浸漬角である局所浸漬角が、鋳型を構成する材料の（例えば、多孔度または高さの変化のような）表面特性及び濡れ角によっても変わり得ることも認めるであろう。
【００５７】
別の実施形態例において、鋳型１０１の外表面１０２は溶融半導体材料１０４の表面１０７に対して実質的に垂直にすることができる。すなわち浸漬角はほぼ９０°である。別の実施形態において、鋳型１０１の外表面１０２が溶融半導体材料１０４の表面１０７に対して垂直である必要はない。例として、鋳型１０１の外表面１０２は、０°から９０°、０°から３０°または６０°から９０°のような、０°から１８０°の範囲にある浸漬角で、あるいは４５°の浸漬角で、溶融半導体材料１０４内に浸漬させることができる。
【００５８】
本開示の少なくとも１つの実施形態において、鋳型の浸漬はいずれか適する手法を用いて達成することができ、溶融半導体材料の上方から、または溶融半導体材料の側面または底部から、鋳型を浸漬することで達成することができる。
【００５９】
溶融半導体材料の温度Ｔ融液より低いコア温度Ｔコアを有する鋳型が融液に浸漬されると、鋳型に隣接する液体が凝固し始め、初期段階において平均凝固前線は鋳型表面の法線に近い方向で融液内に進む。鋳型が十分な外時間浸漬されていれば、鋳型で与えられる熱吸収が涸渇したときに、凝固半導体膜は融液に接触している表面において再融解し始める。鋳型は、所望の半導体材料層厚に対応するあらかじめ定められた時間後に、融液から取り出されなければならない。
【００６０】
シリコンのような半導体材料の凝固に必要な高潜熱値により、所望の半導体層厚を得るにはかなりの熱容量、したがって低いコア温度を鋳型が有することが必要になり得る。他方で、融液温度よりかなり低い外部表面温度Ｔ表面のそれのような、強い過冷却においては、大量の半導体材料核が形成され、これは小結晶粒微細構造を生じさせる。さらに、強い初期過冷却においては、結晶粒成長の広がりが不安定になり、さらに欠陥が導入され得る。したがって、無欠陥に近い半導体品、すなわち、より大きな半導体結晶粒を有し、欠陥数がより少ない、半導体品を得るためには、特に結晶化段階の初期において、過剰な過冷却は避けられるべきである。
【００６１】
したがって、一層効率の高い太陽電池を作製することができる半導体品、すなわち、より大きな半導体結晶粒を有し、欠陥数がより少ない、半導体品を得るためには、特に結晶化段階の初期において、過剰な過冷却は避けられるべきである。
【００６２】
鋳型の外表面の温度Ｔ表面を、鋳型のコアの温度Ｔコアより高く、溶融半導体材料の温度Ｔ融液の近くまで、昇温することで、大量の小結晶粒の形成を最小限に抑えるかまたは避けることができ、同時に安定な半導体材料結晶を形成するに十分な熱容量を得ることができる。昇温された外表面温度のその他の有利な要因は、核結晶化前線の一層安定な前進、したがって凝固半導体層の一層良好な低欠陥性である。凝固前線は鋳型表面にほぼ垂直に前進するから、最終的なシリコンシートはシート表面に垂直に方位が選択的に定められた結晶粒界を有する。この結晶粒方位は太陽電池の高効率化に有益である。
【００６３】
図４は、浸漬時間（ｙ軸，単位：秒）と鋳型上に形成された凝固シリコン層の厚さ（ｘ軸，単位：μｍ）の間の、三角印で示される、本開示の一実施形態にしたがう関係及び、実線で示される、本開示の範囲内にない、すなわち鋳型の一様加熱を用いる、方法にしたがう関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、いずれの鋳型でも最大厚が同様の半導体材料層が達成されるが、本開示にしたがう、すなわち温度勾配がつけられている、鋳型では初期成長がかなり小さく、この結果、核形成速度が遅くなり、結晶粒がシリコンシートに沿って拡大するときの安定性が高まるであろう。
【００６４】
少なくとも１つの実施形態において、鋳型１０１は、半導体材料層の鋳型１０１の表面１０２上での十分な凝固を可能にするに十分な時間、溶融半導体材料１０４内に浸漬することができる。少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料から鋳型を引き出すことができて半導体材料層１０６が鋳型１０１とともに引き出されるであろうように十分な半導体材料が凝固したときに、半導体材料は十分に凝固している。単に例として、鋳型１０１は、鋳型１０１の厚さに依存して、１０秒までのような、３０秒までないしさらに長い時間、溶融半導体材料１０４内に浸漬することができる。少なくとも１つの実施形態において、鋳型１０１は０.５秒から３０秒浸漬され得る。例として、鋳型１０１は溶融半導体材料１０４内に１秒から１０秒浸漬され得る。浸漬時間は、例えば、鋳型の厚さ、鋳型及び溶融半導体材料の温度及び伝熱特性、及び形成される半導体材料品の所望の厚さのような、当業者には既知のパラメータに基づいて適切に変えることができる。したがって、当業者は適切な浸漬時間を容易に決定することができるであろう。
【００６５】
図１Ｃに戻れば、浸漬後、半導体材料層１０６を有する鋳型１０１を融液槽１０５から引き出すことができる。少なくとも１つの実施形態において、半導体材料層１０６を有する鋳型１０１は融液槽１０５から取り出された後、対流冷却によるように能動的に、または半導体材料層１０６の温度を室温に至らせることにより、冷却することができる。
【００６６】
鋳型が融液槽から取り出されて十分に冷却された後、当業者には既知のいずれかの方法によって、固体半導体材料層を鋳型から分離するかまたは取り外すことができる。少なくとも１つの実施形態において、半導体材料層を破断または変形させずに鋳型から取り外すかまたは分離することができるまで、半導体材料層を十分に冷却することができる。少なくとも１つの実施形態において、半導体材料層は、異なる膨張及び／または機械的補助によって、鋳型から分離するかまたは取り外すことができる。
【００６７】
様々な実施形態において、必要に応じて、例えば、（水が＜１ｐｐｍの）水素とアルゴン、クリプトンまたはキセノンのような不活性ガスの乾燥混合気のような、低酸素環境内で半導体材料の溶融及び半導体材料品の注型を行うことで、酸素汚染を軽減または実質的に軽減することができる。少なくとも１つの実施形態例において、雰囲気はＡｒ/１.０重量％Ｈ２混合気またはＡｒ/２.５重量％Ｈ２混合気から選ぶことができる。
【００６８】
本開示の少なくとも１つの実施形態において、把手がついた１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×０.２ｍｍの長方形シリカ板が鋳型として用いられる。溶融シリコンが入ったるつぼの上方の初期位置においてロボットがシリカ板の把手を保持することができる。るつぼ上端近くの線型光源が、初期位置にある鋳型の下方及び鋳型が融液に入る線の上方または近傍に平面光ビームを投じることができる。光ビームは、約１８００℃の温度にあり得る、溶融シリコンに入るために鋳型が移動するにつれて、鋳型の表面を約１４００℃の温度に加熱することができる。鋳型をシリコンに浸漬するためにロボットアームが鋳型を移動させている間、鋳型は光ビームと交差することができ、鋳型の表面が加熱され得る。鋳型の移動速度及び鋳型と光ビームと融液面の相対位置は、光による加熱と鋳型のシリコン表面との接触の間の時間が、鋳型の外表面は所望の温度に達するが、鋳型のコアは、１００℃のような、より低い設定温度として、低温のままであるに十分に短いような態様で設計される。鋳型はシリコン融液に浸漬して所望の時間保持することができる。次いで、ロボットが鋳型を上方に移動させ、鋳型を鋳型上に凝結したシリコンシートとともに回収することができる。ロボットはシリコンシートをともなう鋳型をるつぼから離すことができ、そこでシリコンシートは冷却されて、シリカ鋳型から層剥離される。分離されたシリコンシートは次いで、太陽電池を作成するための基板としてさらに用いることができる。
【００６９】
本開示の様々な実施形態において、（１）鋳型の組成、密度、熱容量、熱伝導度、温度拡散率及び厚さ、（２）溶融半導体材料内への浸漬に先立って与えられる鋳型の外表面温度Ｔ表面、（３）溶融半導体材料内への浸漬に先立って与えられる鋳型のコア温度Ｔコア、（４）鋳型が溶融半導体材料内に浸漬される速度、（５）鋳型が溶融半導体材料内に浸漬される時間長、（６）半導体材料層を有する鋳型が溶融材料から取り出される速度、及び（７）凝固した半導体材料の冷却、を含むがこれらには限定されない、数多くのプロセスパラメータは変えることができる。
【００７０】
少なくとも１つの実施形態において、鋳型の材料の熱物理特性及び鋳型の厚さは、半導体材料を凝固させる鋳型の外表面と接触している溶融材料から熱を抜き取るための鋳型の容量を、また熱が伝達される速度も、決定するために組み合わせることができる。上で論じたように、鋳型の外表面を覆う固体半導体材料層から熱が抜き取られる速度は固体半導体材料層の結晶粒径に影響し得る。鋳型によって生じる融液過冷却は液相から固相への相転移のための駆動力を与え、鋳型の熱伝達特性は熱が取り除かれ得る速度を定めることができる。
【００７１】
少なくとも１つの実施形態において、制御される温度パラメータは、鋳型の外表面温度Ｔ表面、鋳型のコア温度Ｔコア、及び溶融半導体材料のバルク温度Ｔ融液だけである（例えば、溶融半導体材料内への浸漬時に鋳型の温度は変化するが、溶融半導体材料のバルク温度は一定温度に維持される）。
【００７２】
本開示の少なくとも１つの実施形態において、鋳型の外表面温度Ｔ表面及び鋳型のコア温度Ｔコアは鋳型が溶融半導体材料内に浸漬された後は制御されず、したがって、溶融半導体材料の温度によってしか変えられない。溶融半導体材料の温度Ｔ融液は鋳型の外表面温度及びコア温度を、輻射、対流または伝導によって変えることができる。鋳型の輻射加熱は、例えば鋳型が溶融半導体材料の上方にあるときに、おこり得る。鋳型は溶融半導体材料によって、溶融半導体材料の上方のヒュームが鋳型の表面を通過するときに、または溶融半導体材料内への鋳型の浸漬中に、対流加熱され得る。伝導による鋳型の加熱は、例えば鋳型が溶融半導体材料内に浸漬されている間に、おこり得る。
【００７３】
図５は、丸印、正方形印及び三角印でそれぞれ示される、５０℃、１００℃及び２００℃のコア温度に対応する、様々な鋳型コア温度Ｔコアを浸漬時に有する鋳型を用いて時間の経過とともに達成され得る凝固シリコン層の厚さを示す、理論計算例のグラフ表示を示す。計算においては、鋳型が１００％緻密（すなわち無孔）石英ガラスでつくられて０.２ｃｍ厚であり、浸漬時の鋳型の外表面温度が１２００℃であり、溶融シリコン内への鋳型の浸漬中、溶融シリコンは１４７０℃に維持されるとした。グラフに示されるように、コア温度が低くなるほど、つくられる半導体材料層が厚くなり、コア温度が高くなるほど、初期成長速度が低くなる。
【００７４】
図６は、正方形印、丸印及び三角印でそれぞれ示される、１３００℃、１０００℃及び８００℃の外表面温度に対応する、様々な外表面温度Ｔ表面を有する鋳型を用いて時間の経過とともに達成され得る凝固シリコン層の厚さを示す、理論計算例のグラフ表示を示す。計算においては、鋳型が１００％緻密（すなわち無孔）石英ガラスでつくられて０.２ｃｍ厚であり、浸漬時の鋳型コアの温度が１００℃であり、溶融シリコン内への鋳型の浸漬中、溶融シリコンは１４７０℃に維持されるとした。グラフに示されるように、外表面温度が低くなるほど、つくられる半導体材料層が厚くなり、外表面温度が高くなるほど、初期成長速度がかなり低くなる。
【００７５】
図７は、正方形印、丸印及び三角印でそれぞれ示される、０.２ｃｍ、０.２５ｃｍ及び０.３ｃｍの厚さに対応する、鋳型厚の関数として達成され得る凝固シリコン層の最大厚を示す、理論計算例のグラフ表示を示す。計算においては、鋳型が１００％緻密（すなわち無孔）石英ガラスでつくられ、浸漬時の鋳型のコアの温度が１００℃で外表面温度が１３００℃であり、溶融シリコン内への鋳型の浸漬中、溶融シリコンは１４７０℃に維持されるとした。図に示されるように、鋳型が厚くなるほど、つくられる半導体材料層が厚くなり、初期成長速度が低くなる。
【００７６】
本開示の少なくとも１つの実施形態において、得られる固体層の厚さは溶融半導体材料内の鋳型の浸漬時間を変えることによって制御することができる。上で論じたように、本明細書に説明されるプロセスの少なくともいくつかの実施形態において、凝固層は初め、可能な最大厚まで急速に成長し、次いで、固体半導体材料が再融解してあらかじめ定められた温度に維持され得るバルク溶融材料内に戻るにつれて、薄くなり得る。理論または計算例に制限されることは望まずに、初期段階中、凝固は鋳型−液体界面で開始され、続いて凝固前線が液体（すなわち溶融半導体材料）内に前進し、よってある最大厚さの凝固層の成長がもたらされると考えられる。プロセスの後半段階においては、凝固層の再融解がおこり、固体−液体界面が鋳型に向かって後退すると考えられる。鋳型が溶融材料内に残されたままでいれば、鋳型は融液と熱的に平衡するから、初期凝固層の全てが再融解するであろう。
【００７７】
少なくとも１つの実施形態にしたがえば、鋳型が溶融半導体材料内に浸漬される速度は、例えば３ｃｍ/秒から１０ｃｍ/秒のような、１.０ｃｍ/秒から５０ｃｍ/秒の範囲とすることができる。当業者であれば、浸漬速度が、例えば、半導体材料の（必要に応じて用いられるドーパントを含む）組成、鋳型の寸法／形状及び鋳型の表面構造のような、様々なパラメータに依存して変わり得ることを認めるであろう。
【００７８】
半導体材料の厚さへの鋳型の表面を覆う半導体材料の凝固／再融解の寄与に加えて、形成される半導体材料品の厚さには、鋳型が溶融半導体から引き出される速度も影響を与え得る。溶融半導体材料は鋳型を覆って形成された固体半導体材料層を濡らし、鋳型が溶融半導体材料層から引き出されている間、連行溶融半導体材料層を形成することができる。連行溶融半導体材料層は既に凝固している半導体材料層上で凝固することができ、よって最終品の厚さを増やすことができる。
【００７９】
当業者であれば、浸漬速度、浸漬時間及び引出し速度の全てが形成される半導体材料品に影響を与え得ること、及びこれらのパラメータが、所望の半導体材料品属性、鋳型の材料、形状、表面構造及び寸法、鋳型の初期温度、溶融半導体材料の温度、及び半導体材料の特性に基づいて選ばれ得ることを認めるであろう。
【００８０】
様々な実施形態例において、本開示の方法は、無支持半導体材料品の作製時の、鋳型上の半導体材料結晶の核形成速度を制御することができる。
【００８１】
本明細書に用いられるように、語句「核形成速度を制御」及びこの異形表現は、本開示の範囲内にない方法に対して、本明細書に開示される方法によって達成される半導体材料の結晶微細構造の核の形成速度及び／または寸法のいかなる変更も含むとされている。
【００８２】
例えば、上で論じたように、鋳型の外表面温度Ｔ表面を鋳型のコア温度Ｔコアに対して、また溶融半導体材料温度Ｔ融液の近くまで高め、よって、大きく安定な半導体材料結晶を形成し、及び／または鋳型表面近傍の過剰な結晶核形成を防止するに十分な熱容量を与えることで、核形成速度を制御することができる。
【００８３】
他の様々な実施形態において、本開示の方法は、本明細書に開示される方法とは別の方法で作成された半導体材料品に対して、本明細書に開示される半導体材料品で形成された太陽電池の効率を高めることができる、
本明細書に用いられるように、語句「効率を高める」及びこの異形表現は、無支持半導体材料品で形成された太陽電池の効率が本開示の範囲内にない方法で作製された材料で形成された太陽電池の効率より高くなり得ることを意味するとされる。上で論じたように、本開示の方法は、他の既知の方法によるよりも大きい半導体材料結晶粒及び／または少ない欠陥を有する半導体材料品を作製することができる。様々な実施形態において、本明細書に開示される方法で作製された無支持半導体材料品で形成された太陽電池は、１７％をこえるような、１３％をこえる効率を有することができる。
【００８４】
本開示にしたがう方法は、少なくともいくつかの実施形態において、半導体材料品を、高められた生産速度で、及び／または材料浪費を低減して、生産することもできる。
【００８５】
本明細書に用いられるように、語句「高められた生産速度」及びこの異形表現は、リボン成長法のような、半導体材料を生産するための従来の方法に対する、半導体材料品生産速度のいかなる向上も含む。例えば、少なくとも１つの実施形態において、高められた生産速度は、１〜２ｃｍ/分より高い、いかなる速度でもあり得る。少なくとも１つの実施形態において、５秒未満の浸漬サイクル時間（すなわち、鋳型を浸漬するための時間、浸漬時間及び鋳型を引き出すための時間の総和）が（幅に無関係に）７ｃｍ長のシートを形成するために用いられ、これは毎秒数ｃｍのプロセス速度に換算される。
【００８６】
本明細書に用いられるように、語句「低減された材料浪費」またはこの異形表現は、半導体材料品の作製に続いてスライスまたは切断を用いる従来方法により失われる半導体材料の量のいかなる低減も意味する。例えば、本明細書に説明されるエキソキャスティングプロセスは、溶融半導体材料の全てが有用な半導体材料品に注型され得るから、基本的に半導体元素を全く浪費せずに実施することができる。いかなる破片または未使用の材料も再融解して、改めて注型することができる。
【００８７】
そうではないことが示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる数字は全て、言明されているか否かにかかわらず、全ての場合において語句「約」によって修飾されていると理解されるべきである。本明細書及び特許請求の範囲に用いられる精確な数値が本発明の別の実施形態をなすことも当然である。本明細書に開示される数値の確度を保証するための努力はした。しかし、いかなる測定値にもそれぞれの測定手法に見られる標準偏差から生じるいくらかの誤差が本質的に含まれ得る。
【符号の説明】
【００８８】
１０１    鋳型
１０２，２０２    外表面
１０３，２０１    コア
１０４    溶融半導体材料
１０５    融液槽
１０６    半導体材料層
１０７    溶融半導体材料表面
２０３    間隙
【図１Ａ】
2014500220.tif 000003
【図１Ｂ】
2014500220.tif 000004
【図１Ｃ】
2014500220.tif 000005
【図２Ａ】
2014500220.tif 000006
【図２Ｂ】
2014500220.tif 000007
【図２Ｃ】
2014500220.tif 000008
【図３】
2014500220.tif 000009
【図４】
2014500220.tif 000010
【図５】
2014500220.tif 000011
【図６】
2014500220.tif 000012
【図７】
2014500220.tif 000013
【国際調査報告】
2014500220.tif 000014
2014500220.tif 000015