(57)【要約】指向された反応物質流、および、この流れに対して移動する基板による低大気圧化学蒸着が記述される。故に、このCVD構成を用い、所望レベルの被覆均一性を獲得し乍ら、比較的に高い析出速度が達成され得る。孔質の粒子性剥離層の如き剥離層上にひとつ以上の無機層を載置する析出手法が記述される。幾つかの実施例において、上記剥離層は、基板上へと被覆されるサブミクロン粒子の分散液から形成される。記述されるプロセスは、剥離層の使用により分離されてケイ素箔体とされ得るケイ素薄膜の形成に対して有効であり得る。上記ケイ素箔体は、ディスプレイ回路もしくは太陽電池の如き、種々の半導体系デバイスの形成に対して使用され得る。【選択図】  図７
2010530032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に支持された剥離層上に無機層を形成する方法であって、
孔質の粒子性剥離層上に、化学蒸着を用いて無機層を蒸着させる段階を備えて成る、方法。
【請求項２】
前記蒸着段階は、50Torrから650Torrの圧力であり、かつ、周囲圧力より低い圧力における反応チャンバ内で実施される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記化学蒸着プロセスに対する反応物質は、当該ノズルの取入口から前記剥離層へと流れを導向すべく配向されたノズルの取入口から流れる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記化学蒸着反応は熱分解反応を備えて成る、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記無機層は元素状ケイ素を備えて成る、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記剥離層は、サブミクロン粒子の溶融ネットワークを備えて成る、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記剥離層は粒子の分散液の析出により形成される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記基板が加熱されることで前記化学蒸着が促進される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記化学蒸着は、プラズマ、加熱フィラメントまたは電子ビームを用いて増進される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記孔質の粒子性層の下側には孔質で粒子性の下側層が位置され、
上記孔質で粒子性の下側層は上記孔質の粒子性層よりも大きい一次粒子サイズを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
50Torr〜700Torrの圧力であり、かつ、周囲圧力より低い圧力における反応チャンバ内のノズル取入口から供与される反応物質の流れに対して移動されつつある基板上へと、化学蒸着を用いて無機材料を蒸着させる段階を備えて成る、無機層を蒸着する方法。
【請求項１２】
前記ノズルは前記反応チャンバに関して固定され、且つ、前記基板は上記反応チャンバに対して移動する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は加熱されることで、該基板において生成組成物を形成する熱的反応が促進される、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記無機材料は元素状ケイ素を備えて成り、且つ、前記反応物質は熱分解反応を受ける、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記反応チャンバからの排出管路は前記ノズル取入口の近傍に位置決めされる、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記圧力は75Torr〜600Torrである、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
基板と、
該基板上の粉体層と、
該粉体層上に析出された略々稠密なケイ素層であって、該ケイ素層は2ミクロン〜100ミクロンの厚みを有するというケイ素層とを備えて成る、
層状構造。
【請求項１８】
前記層は10ミクロン〜60ミクロンの厚みを有する、請求項１７記載の層状構造。
【請求項１９】
前記粉体層は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、または、それらの組み合わせを備えて成る、請求項１７記載の層状構造。
【請求項２０】
前記粉体層は50nm〜50ミクロンの厚みを有する、請求項１７記載の層状構造。
【請求項２１】
前記層は少なくとも100平方センチメートルの表面積を有する、請求項１７記載の層状構造。
【請求項２２】
剥離層上に無機層を形成する方法であって、
基板上に粉体被覆を形成する段階であって、該被覆の形成は基板上に粒子分散液を析出させる段階を備えて成るという段階と、
上記粉体被覆上へと、上記基板へと指向されたノズルの取入口から開始される反応流から無機組成物を析出する段階とを備えて成る、方法。
【請求項２３】
前記分散液は、2ミクロン以下の体積平均二次粒子サイズと、少なくとも2重量％の粒子濃度とを有する粒子を備えて成る、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記粒子分散液を析出する前記段階は上記分散液を回転塗付する段階を備えて成る、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記粒子分散液は、化学結合された有機組成物により表面改質された粒子を備えて成る、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
反応物質流が光線を通過することで、前記基板へと導向される生成物流を形成する反応を推進する、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
前記無機組成物を析出する前記段階は化学蒸着を備えて成る、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、“低大気圧CVD”と称されてヒースメア等(Hiesmair et al)により2007年6月15日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第60/934,793号、および、“剥離層上に無機箔体を合成する析出法”と称されてヒースメア等により2008年1月25日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第61/062,398号の優先権を主張するものであり、両出願ともに言及したことにより本明細書中に援用される。
【０００２】
本発明は、化学蒸着を用いた低大気圧における析出法に関する。更に本発明は、当該剥離層から分離され得る無機箔体を形成するための剥離層上への化学析出法および光反応析出法の如き反応性析出手法に関する。特に、元素状ケイ素から形成された箔体に対し、無機箔体の対応方法および用途が記述される。
【背景技術】
【０００３】
機能的被覆材料の商的な析出法に対しては、幾つかの手法が使用および／または示唆されてきた。これらの手法としては、たとえば、火炎加水分解堆積、化学蒸着、物理蒸着、ゾル／ゲル化学析出、光反応析出、および、イオン注入が挙げられる。火炎加水分解および化学蒸着は、光学ガラスおよび対応素子の製造において商業化されてきた。化学蒸着および物理蒸着は、電子機器分野において概略的にフォトリソグラフィと組み合わされて広く使用されてきた。
【０００４】
半導体材料は、多くの電子的デバイスの製造に対して広く使用される材料である。元素形態におけるケイ素は一般的に使用される半導体であり、これは集積回路製造に対する基本材料である。単結晶ケイ素は円柱状のインゴットへと成長され、それは引き続き切断されてウェハとされる。適切な用途に対しては、多結晶質ケイ素および非晶質ケイ素が効果的に使用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第6,788,866号
【特許文献２】米国特許第5,627,089号
【特許文献３】米国特許第5,627,677号
【特許文献４】米国特許出願公開公報第2006/0141290A号
【特許文献５】米国特許出願公開公報第2007/0212510A号
【特許文献６】米国特許第6,919,054号
【特許文献７】米国特許出願公開公報第2005/0183825A号
【特許文献８】米国特許第6,841,006号
【特許文献９】米国特許第6,193,936号
【特許文献１０】米国特許出願公開公報第2006/0147369A号
【特許文献１１】米国特許出願第11/645,084号
【特許文献１２】米国特許出願第12/006,459号
【特許文献１３】米国特許第5,591,264号
【特許文献１４】米国特許第7,101,735号
【特許文献１５】米国特許出願公開公報第2003/0228415A号
【特許文献１６】米国仮特許出願第61/062,399号
【特許文献１７】米国特許出願第11/017,214号
【特許文献１８】米国特許出願第12/152,907号
【特許文献１９】米国特許出願第12/070,371号
【特許文献２０】米国特許出願第12/070,381号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】2008年5月11〜16日における米国カリフォルニア州、サンディエゴでの第33回IEEE光起電専門家会議(33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference)におけるアイントホーフェン工科大学(Eindhoven University of Technology)およびフラウンホーファ研究所(Fraunhofer Institute)からの研究者による発表
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体材料が光導体として機能するという例えば太陽電池などの光起電力電池に対しては、種々の技術が利用可能である。商業的な光起電力電池の大部分はケイ素に基づいている。また、再生し得ないエネルギ源が高価格で販売されていることから、代替的なエネルギ源に対する関心は継続している。更に、再生可能なエネルギ源は、地球温暖化の一因となる温室効果ガスを生成しない。増加する代替的エネルギ源の商業化は単位エネルギ当たりの更に低いコストにより高められるコスト効率に依存しており、このことは、エネルギ源の優れた効率により且つ／又は材料および処理に対するコスト削減により達成され得る。故に光起電力電池に対する商業的利点は、所定の光フルエンス(light fluence)に対して高められたエネルギ変換効率から、且つ／又は、更に低い電池製造コストから帰着し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の見地において本発明は、基板上に支持された剥離層上に無機層を形成する方法に関する。該方法は、孔質の粒子性剥離層上に化学蒸着を用いて無機層を析出する段階を備えて成る。幾つかの実施例においては、上記基板が加熱されることで、表面における反応が促進され得る。付加的実施例または代替実施例において上記方法は、上記剥離層を備えた上記基板を、ノズルからの反応物質流束を通して移動させて上記剥離層にて反応させる段階を備えて成る。上記孔質の粒子性剥離層は、たとえば、光反応析出プロセスにより、または、基板表面上へとサブミクロン粒子分散液を被覆することにより形成され得る。上記孔質の粒子性剥離層上の化学蒸着は、プラズマ、高温フィラメント、または、他のエネルギ源により増進され得る。
【０００９】
更なる見地において本発明は、無機層を析出する方法に関する。幾つかの実施例において、該方法は、約50Torr〜約700Torrの如き低大気圧であり且つ周囲圧力より低い圧力における反応チャンバ内のノズル取入口から供与される反応物質の流れに対して移動されつつある基板上へと、化学蒸着を用いて無機材料を蒸着させる段階を備えて成る。上記基板は、基板表面における反応を誘起する温度へと加熱され得る。反応物質は、反応して基板表面上に元素状ケイ素を形成するシランを備えて成り得る。上記基板の上記表面は、引き続き析出される層が析出に続いて除去され得る如く、剥離層を有し得る。
【００１０】
別の見地において本発明は、基板と、該基板上の粉体層と、該粉体層上に析出された略々稠密なケイ素層であって、該ケイ素層は約2ミクロン〜約100ミクロンの厚みを有するというケイ素層とを備えて成る層状構造に関する。
【００１１】
付加的な見地において本発明は、剥離層上に無機層を形成する方法であって、基板上に粉体被覆を形成する段階と、上記粉体被覆上へと無機組成物を析出する段階とを備えて成る方法に関する。上記粉体被覆の形成は、基板上に粒子分散液を析出させる段階を備えて成る。上記無機組成物を析出する上記段階は、上記基板へと指向されたノズルの取入口から開始される反応流から実施される。上記サブミクロン粒子は、セラミック組成物から成り得る。上記サブミクロン粒子の上記被覆は、回転塗付、スプレー塗付、または、他の適切な被覆プロセスにより実施され得る。上記反応性析出は、プラズマまたは他のエネルギによる増進ありでまたは無しで化学蒸着が行われる如く、加熱された基板からの熱により推進され得る。他の実施例において上記反応は、光反応析出生成物が粒子被覆剥離層へと指向される如く、光線により推進される。上記分散液の液体は概略的に、粒子被覆上への反応性析出の実施に先立ち蒸発される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】走査型低大気圧CVD蒸着を実施するためのチャンバの概略的斜視図である。
【図２】不活性遮蔽ガスにより包まれた反応物質流を、または、排出流を供与する長寸スリットを備えた反応物質供与ノズルの底部断面図である。
【図３】反応物質供与、選択的な遮蔽ガスおよび選択的な排出通路に対処し得る５本のスロットを備えた反応物質供与ノズルの底部断面図である。
【図４】反応性析出プロセスのための取入口に対して反応物質を供与する反応物質供与システムの概略的配置図である。
【図５】搬送システムに対して接続された複数の析出チャンバを備えた析出ラインの概略的配置図である。
【図６】光反応析出および走査型低大気圧CVDを用いる空間的に順次的な析出のための析出チャンバの概略的斜視図である。
【図７】光反応析出および走査型低大気圧CVD蒸着に対して選択的に使用され得る単一の反応物質供与ノズルを備えた蒸着チャンバの特定実施例の破断斜視図である。
【図８】剥離層上のケイ素上側層の断面斜視図である。
【図９】剥離層上のケイ素層の代替実施例の側断面図である。
【図１０】剥離層上のケイ素層の第2の代替実施例の側断面図である。
【図１１】剥離層と、ケイ素薄膜と、帯域溶融再結晶段階に続く該ケイ素層の頂部および底部上の窒化ケイ素層とを備えた被覆済み基板の代表的写真による平面図である。
【図１２】上記被覆に対して積層されたガラス薄寸体を備える図１１の被覆済み基板の平面図である。
【図１３】分離のために使用されるガラス板と組み合されて上記基板から分離されたケイ素箔体の上部斜視図である。
【符号の説明】
【００１３】
100  走査型低大気圧CVD装置
102  反応チャンバ
104  搬送システム
106  底部ヒータ
108  放射ヒータ
110  反応物質ノズル／取入ノズル
112  排出口
114  排出口
120  圧力計
122  反応物質供与システム
128  ノズル
130  中央反応物質取入口
132、134  間隙
136、138  プレート
144  ノズル
146  中央反応物質取入口
148、150  遮蔽ガス取入口
152、154  排出間隙
156、158、160、162  離間プレート
180  反応物質供与システム
182  気体供与サブシステム
184  蒸気供与サブシステム
186  混合サブシステム
190  第1気体前駆体供給源
192  第2気体前駆体供給源
194  不活性気体供給源
198  気体マニフォルド
200  圧力解放バルブ
210、212、214  瞬間蒸発器
216  マニフォルド
218  共通送給ライン
220  管路
228  加熱制御器
250  製造ライン
252  積載ステーション
254  第1析出チャンバ／第1析出システム
256  第2析出チャンバ／第2析出システム
258  第3析出チャンバ／第3析出システム
260  第4析出チャンバ／第4析出システム
262  収集ステーション
264、266、268、270、272  移送区画／移送ステーション
300  析出システム
302  チャンバ
304  搬送システム
306  CVDノズル
308  LRDノズル
310  光学システム
312  光学的管路
314  ビームダンプ／光度計
350  析出チャンバ
352  チャンバ
354  ノズル
356  基板スロット
358  底部ヒータ
360  並進モジュール
362  光学システム
364  光管
366  伸縮自在の光学機器
【発明を実施するための形態】
【００１４】
相当な被覆材料ならびに無機箔体の効率的な形成に関して驚異的な能力を達成する形態には、反応流に基づく析出技術が取入れられてきた。特に、高速の析出と高品質の被覆との達成のバランスを以て被覆を析出すべく、移動基板上への低大気圧の化学蒸着(CVD)が効果的に使用され得ることが見出されている。更に、CVDは剥離層上に実施され得ることが概略的に見出されている。上記剥離層は無機箔体としての被覆の分離に対処する特性を有し得ると共に、CVDは、剥離層を破砕して無機箔体を形成する機能を維持し乍ら該剥離層上へと実施され得ることが見出されている。幾つかの実施例において、反応流に基づく析出は、サブミクロン粒子の分散液を使用して形成された剥離層上へと実施され得る。上記粒子分散液は基板上へと塗付されることで、被覆の反応性析出に対して合理的な表面を提供する円滑な塗付物とされる。本明細書に記述される技術を用いて種々の無機箔体および無機被覆が形成され得るが、該技術は特に、元素状ケイ素の箔体および被覆の形成に対して有効である。元素状ケイ素は、種々の商的用途に対する重要な商的材料である。特に元素状ケイ素の箔体および被覆は、電子的デバイス、ディスプレイの如き光電子的デバイス、および、光起電性デバイスにおける半導体として使用され得る。
【００１５】
指向流系の析出手法において反応流は、基板に向けて指向された流れを生成することが企図された開孔から開始される。生成物材料の析出に追随して基板から偏向された流れを排除するために、排出口が載置される。反応は、上記流れの中で、および／または、基板表面にて行われる。光反応析出において、反応物質流は光線を通過し、該光線の下流における生成物流を生成する。化学蒸着(CVD)は、基板の表面におけるもしくは該表面の直近におけるシランなどの前駆体の分解もしくは他の反応を記述する概略的用語である。基板は加熱されることで、上記反応の推進が助力され得る。大気圧CVDは、低圧プロセスよりも迅速な割合にて材料の層を蒸着すべく使用され得る。高真空CVDは、薄寸の高品質薄膜を成長させるべく使用され得る。本明細書中に記述される如く、CVDは、基板が引き続いて除去され且つ選択的に再使用され得る如き、剥離層上への蒸着により例証される。
【００１６】
高真空CVDおよび習用の低大気圧CVDは概略的に、非指向流の構成で実施される。対照的に反応物質は、反応性環境を生成すべくチャンバ内へと流される。次に基板は、該基板の種々の部分が順次的に被覆されるという指向流系の析出とは対照的に、基板表面の全体に沿い同時に被覆される。大気圧CVDは、移動基板上への流れに基づく蒸着を伴っていた。更に、蒸着領域が概略的に大気に開放される場合、大気圧における流れおよび排出の考察は相当に異なる。
【００１７】
本明細書中に記述される如く、指向流系の形態における低大気圧CVDに対処する装置設計態様が開発された。基板は反応物質流を通過して走査されることで、基板表面におけるもしくはその近傍における化学反応に基づき被覆が形成され得る。反応チャンバに沿いひとつ以上の排出口が適切に位置決めされることで、基板表面から偏向された流れが収集され得る。被覆は、被覆特性に関する良好な制御を維持し乍ら、高速で蒸着され得る。
【００１８】
数ミクロンより大きい厚みを有する更に厚寸のケイ素薄膜に対し、大気圧CVDはたとえば、600℃〜1,200℃に亙る高温にて加熱された基板上へと実施され得る。基板ホルダは、所望の高温にて動作すべく適切に設計され得る。たとえば、適切な温度範囲に対して適切なセラミック・ホルダが市販されている。これらの条件は、斯かる厚寸の薄膜に対して重要な高い蒸着速度を提供する。但し、依然として比較的に高い速度を達成し乍ら低大気圧にて蒸着が実施されたとき、更に均一な薄膜生成物を以て蒸着が更に良好に制御され得ることが見出されている。以下に更に記述される如く、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素、それらの組み合わせ、および、それらの混合物を形成すべく、反応流に対しては補助的反応物質が加えられ得る。適切に選択された反応物質、および、基板における適切な条件を用いたCVDにより、他の組成物が同様に析出され得る。
【００１９】
光反応析出は指向流系の析出プロセスであり、その場合に反応流は、基板に向けて指向される生成物流を形成する反応を推進する光線を通して通過される。光反応析出の如き光反応流プロセスは、チャンバ取入口から流れる反応流束であって、光反応領域における光線と交差することで該光反応領域の下流における生成物流束を形成するという反応流束を特徴とする。強力な上記光線は、反応物質を非常な高速で加熱する。レーザ光線は好都合なエネルギ源であるが、光反応析出においては他の強力な光源が使用され得る。光反応析出はそれ自体、孔質の粒子性剥離層の析出に対して使用され得る。但し、光反応析出はまた、剥離層上に更に稠密な層を析出するためにも使用され得る。故に、反応条件および析出パラメータは、密度、有孔率などに関して被覆の性質を変更すべく選択され得る。剥離層上への光反応析出は概略的に、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１に記述されている。本明細書中に記述される如く、幾つかの実施例において光反応析出は、光反応析出を用いて形成された溶融粒子剥離層と対照的に、サブミクロン粒子の分散液から形成された剥離層上へと実施され得る。
【００２０】
光反応析出は、多様な生成物材料の製造において使用され得る。反応物質供与手法は、気体、蒸気および／またはエアゾールの形態の広範囲な反応前駆体に対処しており、且つ、生成物材料の組成は概略的に、反応物質ならびに反応条件の関数である。光反応析出は、選択的にドーパント／添加剤および／または複合組成物を備える高度に均一な被覆の材料を形成すべく使用され得る。故に、対応する孔質の粒子性被覆の組成および材料の特性は、光反応析出手法の特徴に基づいて調節され得る。
【００２１】
一定の用途に対し、剥離層上の薄寸の上側被覆薄膜を分離して、その後に更なる処理に委ねられ得るケイ素もしくは他の無機材料の薄寸箔体とすることが好適であり得る。特に、薄寸のケイ素薄膜は孔質剥離層上へと好首尾に形成され得ることが見出されている。孔質剥離層の破砕時に、薄寸の無機箔体は自立構造となり得る。剥離層を用いると自立構造の形成が実現可能とされ得るが、無機薄寸体は比較的に脆弱であり得ることから、概略的に該薄寸体を基板上に解放可能に支持することが好適であり得る。故に上記薄寸体は解放可能に保持されることで、所望に応じてひとつの基板から他の基板への構造の移送が可能とされ得る。たとえば、上記薄寸体を基板上に保持する接着剤は概略的に、合理的な量の力もしくは溶媒を用いて剥離され得る。
【００２２】
本明細書において自立という語句は移送性を指しており、且つ、“自立”構造は任意の時点において実際には非支持ではないこともある。本明細書において自立という語句は、“自立”箔体が支持基板から実際には分離され得ないが当該層を移送する能力を備えて解放可能に結合された構造を包含する広範な解釈で与えられる、と言うのも、上記箔体を継続的に支持すれば破損の発生率が低減され得るからである。自立とは、当該薄膜がそれ自体の重量を支持することを意味してはいない。概略的に基板は、剥離層の破砕および無機箔体の除去の後で再使用され得る。基板が再使用され得ることから、高品質の基板が経済的に使用され得る。
【００２３】
上記剥離層は、上方の層および下方の基板から該剥離層を区別する独特の特性を有し得る。基板という語句は、基板表面自体が更なる下側の基板上の被覆として析出されたか否かを問わず、剥離層に接触する材料表面であって該剥離層が析出された材料表面という広範囲な意味で使用される。上記剥離層は、それが破砕可能である如く、組成および／または特性に関し、上方の層および下方の基板と異なり得る。
【００２４】
破砕層としての剥離層に関し、該剥離層は概略的に、下側に位置する基板、または、上側被覆のいずれよりも相当に低い密度を有する。破砕層の更に低い密度は、析出プロセスの結果であり、且つ／又は、析出に追随する処理に依り得る。更に低い密度の結果として上記剥離層は概略的に、基板もしくは上側被覆を破損せずに破砕され得る。
【００２５】
幾つかの実施例においては、組成の差が活用されることで剥離層の機能が促進され得る如く、剥離層および上側被覆層の組成は異なる。幾つかの実施例において、上記異なる組成は、剥離層および上側被覆層が異なる圧密化温度を有する如く選択され得る。詳細には上記剥離層は、該剥離層が更に低い密度で実質的に非圧密のままである間に当該構造の加熱により上側被覆が緻密化され得る様に、更に高い圧密化温度を有し得る。上側被覆層の圧密化および剥離層の実質的な非圧密化は、該剥離層と上側被覆材料との間の相当な密度差であって、該剥離層の破砕に活用され得るという密度差に帰着し得る。隣接する各層を処理して異なる密度の材料とし且つ剥離層を破砕するために異なる圧密化温度を使用することは、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１に更に記述されている。
【００２６】
但し、幾つかの実施例において上記剥離層は、密度ではなく組成の固有特性により機能する。詳細には、更なる処理が剥離層を除去もしくは破壊し得る如く、上記剥離層の組成は上側被覆層の組成とは異なる。たとえば上記剥離層は、上側被覆材料を剥離すべく溶解され得る可溶性材料から形成され得る。剥離組成物に対しては、種々の無機組成物が適切である。たとえば、未反応の金属化合物が当該プロセスにおいて析出される様に、何らの更なる反応物質なしでエアゾールを用いて金属塩化物もしくは金属硝酸塩が析出され得るが、他の実施例において剥離層組成物は被覆流束中の反応生成物とされ得る。
【００２７】
上記孔質の粒子性層は、基板表面上に析出された、本質的に溶融されていないサブミクロン粒子から、または、サブミクロン粒子の溶融孔質ネットワークから成り得る。故に上記孔質剥離層は、反応性析出からの煤(すす)(soot)であって溶融粒子ネットワークの形態とされ得るという煤、または、たとえばサブミクロン粒子の液状分散液により析出され得る粉体層とされ得る。上記孔質の粒子性層の組成は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素、それらの組み合わせ、および、それらの混合物の如き高い溶融温度の材料から成り得る。上記剥離層は概略的に基板の表面全体を覆うが、他の実施例において、上記剥離層は基板表面の選択部分を覆い得る。
【００２８】
幾つかの実施例においては、２層以上の煤層を析出することが好適であり得る。たとえば、第1煤層上の第2煤層は、引き続き析出される稠密層に関する遷移層を提供し得る。故に上記第2煤層は、更に小さな平均粒子サイズを有する一次粒子から成り得る。更に小さな平均粒子サイズの故に、上記第2煤層は概略的に、更に高い密度を有し得る。代替実施例もしくは付加的実施例において、上記第2層は第1煤層とは異なる組成を有し得る。故に、上記第2煤層に対しては、更に低い流れ温度もしくは焼結温度を有する組成を選択することが好適なこともある。故に上記第2煤層は、CVD蒸着の温度にて、または、次続的な帯域溶融再結晶(zone melt recrystallization)段階もしくは他の蒸着後加熱段階の間に、部分的にもしくは完全に緻密化し得る。更に低い軟化温度もしくは焼結温度は、ドーパントの選択による如く材料組成の選択により達成され得るが、小寸の粒子サイズは軟化温度の低下に繋がり得る。上記第2煤層が処理の間に稠密層へと緻密化するなら、この層は上記構造から形成されるデバイス内へと取入れられ得る。
【００２９】
上記剥離層は、適切に低レベルの汚染および均一な層を提供する種々の技術を用いて析出され得る。孔質の粒子性層が溶融粒子から成るか非溶融粒子から成るかに関わらず、幾つかの実施例においては、次続的に析出される層が比較的に平坦に析出する如く孔質層の表面が不都合に凹凸とならない様に、粒子もしくは孔質構造はサブミクロン粒子を包含することが好適である。概略的に、上記孔質の粒子性剥離層は任意の合理的な厚みを有し得るが、資源が浪費されない様に、過剰に大きくはないという厚みを使用することが好適であり得る。
【００３０】
サブミクロン粒子を供与して剥離層を形成する特に適切な方法は、光反応析出を伴う。幾つかの実施例において粒子は、粉体被覆の形態で、すなわち、初期の一次粒子の少なくとも一定の特性が被覆内に反映されるという、溶融されていないサブミクロン粒子の集合、または、溶融されたもしくは部分的に溶融されたサブミクロン粒子のネットワークの形態で、析出される。剥離層を形成する反応性析出プロセスに関し、処理パラメータは、上側被覆層よりも相当に低い密度にて剥離層を析出すべく調節され得る。密度の差は、剥離層が破砕されることで例えば解放可能に支持された構造などの自立構造として上側被覆を形成し得る如く、機械的強度における所望の差異をもたらすべく調節され得る。たとえば上記剥離層は、少なくとも約40％の剥離層有孔率に対応する密度を有する被覆として析出され得る。上記剥離層は物理的剥離機能に加えて他の機能を有し得る、と言うのも、該剥離層は好適な特性を有し得るか、または、有すべく設計され得るからである。たとえば上記孔質の粒子性層は、大きな表面積を有し得ると共に、物理的に服従的とされ得、且つ、高温にて僅かにもしくは部分的に焼結可能とされるべく設計され得る。同様に、該層は低い熱伝導率を有し得る。
【００３１】
幾つかの実施例において上記剥離層自体は反応性析出を用いて形成される一方、代替実施例において剥離層はサブミクロン粒子の分散液から形成される。このことを実現可能とするためには、幾つかの重要な見地が在る。剥離層上に良好な品質の薄膜を形成するために、該剥離層は比較的に円滑とされねばならず、且つ、該層は、析出される上側層が該剥離層の内部に過剰に深く貫通しない様に合理的な充填密度を有さねばならない。サブミクロンの平均一次粒子サイズを有する粒子を使用することは、該粒子から円滑な剥離層を形成する上で重要である。
【００３２】
更に上記粒子は、上記剥離層を形成する液体中に良好に分散され得る。上記粒子は、表面改質ありでもしくは無しで供与され得る。上記分散液は、スプレー塗付、浸漬塗付、ローラ塗付、回転塗付、印刷などの如き種々の供与手法を用いて供与され得る。
【００３３】
剥離層の適切な選択により、該剥離層は、自立無機箔体としての所望の組成および構造を有するひとつ以上の層を備える上側被覆材料を剥離するメカニズムを提供し得る。幾つかの実施例において上記上側被覆材料は、ケイ素／ゲルマニウム系の半導体構造を備え得る。上記材料は、選択された量および組成のドーパントを備えても良く、備えなくても良い。適切な処理段階は、最終的なデバイスを形成するための所望の目的および処理の利便性に依存し、基板からの剥離の前もしくは後に実施され得る。
【００３４】
幾つかの実施例において、剥離層上への析出のための反応性析出装置は、市販の高真空CVD装置および大気圧CVD装置から適合化され得る。更なる実施例において、本明細書においては走査型低大気圧CVD装置が記述される。更に、二重機能チャンバが使用可能であり、その場合、剥離層を析出すべく光反応析出が実施され、且つ、低大気圧CVD蒸着は、光線を遮断し且つ基板を適切に加熱して上記反応チャンバ内で実施される。上記基板は流れに対して移動されることで、基板表面に亙る生成物被覆が走査される。反応条件および流れは、所望特性を有する被覆を達成すべく調節され得る。
【００３５】
上記走査型低大気圧CVD装置は概略的に、チャンバと、基板支持部と、反応物質供給源に対して作用的に接続された取入口と、排出口と、上記基板支持部を上記取入口へと並進する搬送システムとを備えて成る。上記チャンバは、概略的に約50Torr〜約650Torrである選択圧力範囲内で反応が行われる如く、該反応を遮断する。チャンバ圧力は概略的に周囲圧力より低く、このことは、上記チャンバから気体、蒸気および／または粒子を圧送もしくは送出することで該チャンバを通る流れが維持されることで所望のチャンバ圧力が維持されることを意味する。上記基板支持部は、反応物質が上方から基板と交差することで大寸の基板の取扱いが促進される如く上記基板を上記取入口の下方に保持すべく構成され得るが、幾つかの実施例において基板は上記取入口の上方に支持される。幾つかの実施例においては、適切な用途に対し、基板は400cm2より大きいなどの大きな表面積を有することで、対応して大寸の被覆を形成し得る。
【００３６】
上記取入口に対して作用的に接続された上記反応物質供給システムは、気体、蒸気もしくはエアゾールとして供与されるための一種類以上の反応物質、選択的な不活性希釈気体、ならびに、上記チャンバ内の反応性環境を変化させるべく使用され得る選択的な補助的反応物質を備え得る。反応流の近傍には、不活性遮蔽ガスが供与され得る。一個以上の排出吐出口は、未反応の反応物質および未析出の生成物を除去し得ると共に、概略的にチャンバ圧力を選択範囲内に維持し得る。幾つかの実施例において反応物質供与取入口は、基板が該取入口を通過する一回の走査により被覆され得る様に、該取入口を通過して走査される基板の幅に略々対応するか又は該幅よりも僅かに大きい長寸法を備えた長寸形状を有し得る。
【００３７】
上記搬送システムは、チャンバに対する反応物質取入口の移動により、および／または、チャンバに対する基板ホルダの移動により、上記反応物質取入口に対して上記基板ホルダを移動させる。該搬送システムは、基板の全体に亙る被覆析出の走査に対処している。該搬送システムは、適切なコンベア、載物台などを備え得る。析出チャンバが製造ラインに一体化され得ると共に、適切な供給量の基板が被覆チャンバ内に送給され、且つ、被覆済み基板は次続的な処理ステーションへと供与される如く、上記搬送システムには対応して基板取扱いシステムが組み合わせ得る。大面積の基板の処理のために、CVDチャンバは対応して、反応物質取入口を通過して該チャンバを通る単回通過による基板の被覆のために大寸とされ得るが、複数の層を析出するために複数回の通過が使用され得る。
【００３８】
剥離層上への析出を伴う実施例に対し、該剥離層は、同一の反応チャンバ内または順次的な反応チャンバ内における上側層の析出に先立って析出され得る。剥離層の光反応析出に基づく実施例に対し、反応物質は、上側層のCVD蒸着に対して引き続き使用される同一のノズルを介して供与され得る。これらの実施例に対して基板は、一度は剥離層を析出すべく、且つ、一度は上側層を析出すべく、少なくとも２回だけ取入口を通過して走査される。光反応析出を推進して剥離層を析出すべく、たとえばレーザにより生成される光線が使用され得ると共に、該光線はCVD蒸着に対しては遮断される。
【００３９】
他の実施例においては、光反応析出を用いて剥離層を析出すべく光線を通過して反応物質を供与すべくひとつの別体的な取入口が使用される一方、別個の取入口は上側層のCVD析出のための反応物質を供与する。もし反応チャンバ圧力が互換的であるなら、光反応析出の反応およびCVD蒸着は同一の反応チャンバ内で実施可能であり、搬送システムは基板を、先ず剥離層を析出するために取入口を通過させ、次に上側層の蒸着のために上記取入口を通過させて導向する。更なる実施例において、剥離層は第1反応チャンバにおける光反応析出により析出され、且つ、該剥離層上へのCVD蒸着は、順次的に位置された反応チャンバ内で実施される。複数の上側層の蒸着のために、付加的な単一もしくは複数の上側層は、剥離層もしくは他の上側層に対して使用される複数の取入口の内の１個の取入口を使用して、または、適切に位置決めされた別体的な取入口を使用して、光反応析出もしくはCVDの如き選択された反応性蒸着手法を用いて析出され得る。
【００４０】
剥離層が粒子分散液を用いて形成されるという実施例に対し、該剥離層は、上側層が形成される反応チャンバ内で、または、該反応チャンバの外部で形成され得る。たとえば上記剥離層は、上側層の析出を実施するに先立ち、スプレー塗付または他の適切な手法を用いて形成され得る。スプレー塗付などを実施すべく、他の取入口構成の適切なノズルが使用され得る。析出のために粒子を分散すべく使用された分散剤は、チャンバ排出口を用いて蒸発により除去され得る。析出段階に対して構造を準備するための加熱は更に、溶媒を除去すべく作用し得る。
【００４１】
ケイ素／ゲルマニウムから成る薄膜の如き薄寸の無機薄膜が上記構造から分離され得る如く、孔質の粒子性剥離層に対して化学蒸着が効果的に実施され得ることが見出された。この様にして無機箔体は、たとえば太陽電池、フラットパネル・ディスプレイ、または、他のデバイスとされるべく更なる処理へと適切に移行され得る。ウェハに基づく電池に対し、太陽電池におけるケイ素の使用を低減するために、多結晶質ケイ素の薄寸箔体は効果的に処理されて効率的な太陽電池とされ得る。孔質の粒子性剥離層は、他の所望の組成を有する無機箔体を形成するためにも使用され得る。
【００４２】
幾つかの実施例において析出方法は、再使用可能なセラミック基板上とされ得る孔質の粒子性剥離層の頂部上でのCVD技術による、ケイ素箔体または他の無機箔体の成長を伴う。幾つかの実施例において、結果的なケイ素箔体は約100ミクロン以下の厚みを有し得ると共に、結果的なケイ素層は略々非孔性の多結晶質ケイ素であり得る。上記無機箔体は、それが剥離層に沿い引き離された後で、自立的であり得る。上記無機箔体は、１層、または、２層、３層、４層、もしくはそれ以上の多層の如き複数の層から成り得、その場合に異なる各層は組成が異なり得る。以下においては、ケイ素箔体に対して好適である一定の特有の層状構造が更に記述される。上記剥離層はまた、上記構造内における熱膨張の差に起因する応力の緩和も助力する。自立箔体はまた処理されて、一定の処理構成のために任意の基板上に永続的に析出される薄膜上の太陽電池とされる利点も有し得る。
【００４３】
本明細書中に記述された孔質の粒子性剥離層上への走査CVDプロセスは低大気圧にて実施され得るが、他の実施例は異なる圧力範囲で実施され得る。大気圧にては反応物質の更に大きなスループットが達成され得るが、蒸着された無機層の所望の高い均一性を備えた幾つかの実施例に対し、蒸着層の所望特性は、約50Torr〜約650Torrの低大気圧にて、または、この明示的範囲内において選択された部分的範囲内において達成され得る。幾つかの実施例において、好適な結果は、周囲圧力がこの値より高い限りにおいて、700Torrまで獲得可能であり得る。低大気圧蒸着に対する本発明の手法は、言及したことにより本明細書中に援用されると共に、加熱炉チャンバを反応物質で充填して該加熱炉内で400〜500Torrにて析出が実施され得るという特許文献２に記載された手法と対照的である。従来の大気圧CVD装置は、両件ともに言及したことにより本明細書中に援用されるという特許文献３および特許文献４に更に記述される。
【００４４】
基板の温度は、基板表面におけるシランもしくは他のCVD反応物質流の適切な反応を提供すべく選択され得ると共に、選択される温度は蒸着速度に依存し得る。概略的に基板は、該基板の下方のヒータであって伝導により頂面を加熱するというヒータにより、且つ／又は、上方から頂面を加熱する放射ヒータにより加熱され得る。CVD蒸着は、所定の蒸着速度に対して更に低い基板温度を提供し得るプラズマにより増進され得る。これに加え、他のCVD蒸着手法と同様に表面反応を増進すべく、高温フィラメントまたは他のエネルギ源が使用され得る。適切な基板としては、たとえば、ケイ素基板、シリカ基板、炭化ケイ素基板、および、他の高度に研磨されたセラミック材料が挙げられる。剥離層を伴う実施例に対し、剥離層の破砕および箔体の取り外しの後で基板は再使用され得ることから、高品質の基板が経済的に使用され得る。概略的に、適切な孔質の粒子性被覆は、その材料が完全に緻密化されて非孔性とされたときの密度の約50％以下の密度を有し、且つ、この特定範囲内の他の部分的範囲の密度もまた、これにより開示される。
【００４５】
剥離層上に形成されたひとつ以上の層を有する上側被覆構造は概略的に、一回以上の処理段階に対して委ねられることで、特定デバイスへと取入れられる材料が調製され得る。焼鈍し、再結晶などの、これらの付加的な処理段階は、上側被覆構造を基板に取付けながら、もしくは、該構造を剥離層にて分離して実施され得るか、または、上記構造を基板に取付けて上記処理段階の幾つかを実施し且つ該処理段階の幾つかは上記構造を基板から分離して実施され得る。剥離層から無機箔体を分離した後、付加的処理は、保持表面に対する自立無機箔体の結合を伴う。上記保持表面は、使用のためのデバイス内における上記無機箔体の最終箇所とされ得るか、または、上記保持表面は一回以上の処理段階の実施を促進する一時的箇所とされ得る。もし上記保持表面が一時的であれば、無機箔体は該保持表面に対し、接着剤、吸引、静電気などにより一時的に固定され得る。保持表面に対する結合によれば、特定の処理段階の間に無機箔体は機械的に安定化され得る。
【００４６】
ケイ素／ゲルマニウム系の半導体箔体に対しては、箔体を再結晶化させて結晶サイズを増大させることで半導体の電気特性を対応して改善することが好適であり得る。剥離層と組み合わされたケイ素／ゲルマニウム箔体によれば、帯域溶融再結晶が効果的に実施され得る。上記剥離層、選択的な下側層、および、選択的な上側層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素、酸化アルミニウムAl2O3、それらの配合物、それらのケイ素富化組成物、および、それらの組み合わせの如き更に高融点のセラミック組成物から形成され得る。
【００４７】
光起電力電池ならびに他の適切なデバイスの形成に対しては、頂部表面および／または底部表面上に組織構造(texture)を配備して材料内の光路長を増大することが好適である。組織構造は、組織構造処理された基板上への析出により、該組織構造処理済み基板へと導入され得る。代替的に組織構造は、析出プロセス、または、次続的な食刻もしくは他の表面改質段階において、析出表面へと導入され得る。上記組織構造処理は、無作為、擬似無作為、または、規則的とされ得る。上記剥離層の多孔性はまた、引き続く層上に粗い組織構造を付与するためにも使用され得る。
【００４８】
薄寸で大面積のケイ素／ゲルマニウム系半導体薄寸体の利用可能性によれば、大寸で高効率な太陽電池、ディスプレイ、ならびに、これらの半導体薄寸体に基づく他のデバイスの製造が実現される。個々の太陽電池は、太陽電池パネル形成の一部として更に大寸の薄寸体から切り出され得る。太陽電池パネルにおいては、並列および／または直列に接続された複数の個別電池が在る。直列に接続された各電池はパネルの出力電圧を増大する、と言うのも、直列に接続された電池は加算的な電位を有するからである。並列に接続された任意の電池は、電流を増大する。パネル上で合理的に位置決めされた各電池は、適切な電気導体を用いて電気接続され得る。配線された光起電性パネルは、次に外部電気回路に対して適切に接続され得る。
【００４９】
これに加え、ケイ素／ゲルマニウム系半導体の薄寸体は、ディスプレイ構成要素に対して有用な基板を提供する。特に上記半導体薄寸体は、薄膜トランジスタおよび／または他の集積回路構成要素を形成するための基板であり得る。故に上記半導体薄寸体は、各ピクセルに対して一個以上のトランジスタが組み合わされた大寸形態のディスプレイ回路であり得る。結果的な回路は、ガラス上ケイ素プロセスにより形成された構造に置き換わり得る。大面積の半導体箔体を形成してディスプレイ回路とすることは、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献５中に更に記述される。
【００５０】
概略的に、本明細書中に記述される半導体薄寸体は、材料の使用量の減少および好都合な処理形態により種々のデバイスを形成するコスト効率的な手法を提供する。材料の均一性および製造の速度は、効果的でコスト効率的な商業生産に対する重要なパラメータである。更なる処理の効率的な形態に対する上記半導体薄寸体の従順性によれば、該薄寸体は、種々の集積回路および他の構造の効率的な形成に対して適切とされる。
【００５１】
指向流系の蒸着による低大気圧CVD
CVDは、低大気圧にて指向流形態で効果的に実施され得ることが見出された。反応物質流束を開始する指向流は、スリットの如き大きな縦横比を有するオリフィスを介して導向されることから、反応物質取入口を通過する単一回の並進により大面積が反応性蒸着により被覆され得る。適切な排出口が位置決めされることで、未反応組成物が除去され得ると共に、チャンバ圧力が選択範囲内に維持され得る。
【００５２】
図１には、走査型低大気圧CVDを実施する装置の概略図が示される。図１を参照すると、走査型低大気圧CVD装置100は、チャンバ102、搬送システム104、底部ヒータ106、放射ヒータ108、反応物質ノズル110、および、排出口112、114を備えて成る。チャンバ102は周囲雰囲気に対してシールされることで、該チャンバ内の圧力を蒸着のための選択範囲内に維持する。チャンバ102は、金属、セラミック、および、それらの組み合わせの如き適切な材料から形成され得る。チャンバ102は、一個以上の圧力計120、および／または、温度センサの如き他のセンサを備えて成り得る。
【００５３】
搬送システム104は、基板と協働して該基板をチャンバ102を通して移動させるべく設計され得る。搬送システム104と協働すべく基板に対してはチャックなどの如き基板支持部が組み合わされ得るか、または、基板は上記チャンバ内へとおよびチャンバ外へと移動されるときに基板支持部とは別体的に供与される如く、上記搬送システムに対して基板支持部が一体化され得る。上記基板支持部は概略的に、上記チャンバの温度において無機薄膜および関連構造を保持する任意の適切なプラットフォームであり得る。搬送システム104はたとえば、コンベア・ベルトから成り得るか、または、チェーン駆動器などの如き適切な可動要素に対して接続された載物台もしくはプラットフォームから成り得る。
【００５４】
底部ヒータ106は、たとえば、抵抗ヒータまたは放射ヒータの如き業界公知の適切なヒータから成り得る。該ヒータは、目標温度および他の設計検討事項に基づいて選択され得る。高温に対しては、窒化ホウ素ヒータが使用され得る。放射ヒータ108は、赤外線および／または他の光周波数により基板の頂部表面を加熱し得る。以下に記述される如く放射ヒータは、孔質の粒子性剥離層を加熱することで、上側層のCVD蒸着のために該剥離層を加熱するために特に有用であり得る。放射ヒータ108は、基板の細長領域を同時に加熱し得る細長片ヒータから成り得る。詳細には放射ヒータ108は、焦点調整されたハロゲンもしくはキセノンランプ、誘導ヒータ、炭素細長片ヒータ、平行走査レーザなどから成り得る。チャンバを通して放散される熱が少ない様に光を反射して上記表面上に焦点合わせすべく、放物線状断面を備えた適切な線形反射器が使用され得る。代替実施例もしくは付加的実施例において、放射ヒータ108はレーザ・ダイオード配列とされ得るダイオード配列から成り得る。
【００５５】
ノズル110は概略的に、チャンバ102内への取入口として機能するオリフィスを有する。上記ノズルは更に、反応物質供与システム122に対して接続される。幾つかの実施例においてノズル110の上記取入口はスリットの如き長寸形状を有するので、流れからは、基板の細長領域に沿い同時に被覆が蒸着され得る。基板が上記ノズルに対して移動するにつれ、上記細長領域は基板を縦断して掃引されることで、単回通過により該基板が網羅される。概略的に上記取入口は、長さを平均値幅で除算した縦横比であって、少なくとも約３、更なる実施例においては少なくとも約５、および、他の実施例においては約１０〜約１０００であるという縦横比を有し得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の縦横比が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。
【００５６】
走査型低大気圧CVD装置において使用されるノズル110の特有設計態様は、他のシステムの設計態様から適合化され得る。たとえば、ノズルは、光反応析出ノズルに対する設計態様から適合化され得る。たとえば、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献６を参照されたい。更に、ノズル110は大気圧CVDノズルから適合化され得る。たとえば、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献７を参照されたい。
【００５７】
図２には、取入ノズルの実施例の一例が示される。ノズル128は、中央反応物質取入口130、および、該取入口130からプレート136、138により離間された２個の近傍の間隙132、134を備えて成る。中央反応物質取入口130は、反応物質供与システムに対する流体接続を有している。間隙132、134は、補助的反応物質または遮蔽ガスを供与すべく、または、気体、蒸気および／または粒子を除去して排出口として機能すべく使用され得る。特に、間隙132、134を通して不活性遮蔽ガスが供与されるなら、該遮蔽ガスは、流れの拡開を少なくし乍ら、反応物質流束の供与を促進する。図３には、代替実施例が示される。ノズル144は、中央反応物質取入口146、遮蔽ガス取入口148、150、排出間隙152、154、および、離間プレート156、158、160、162を備えて成る。付加的実施例は、これらの特定例から適合化され得る。
【００５８】
図４には、反応物質供与システム122の特定実施例が概略的に示される。図４に示された如く、反応物質供与システム180は、混合サブシステム186に結合された気体供与サブシステム182および蒸気供与サブシステム184を備えて成る。気体供与サブシステム182は、反応チャンバ内への気体の供与のために気体シリンダの如きひとつ以上の気体供給源を備え得る。図４に示された如く気体供与サブシステム182は、第1気体前駆体供給源190、第2気体前駆体供給源192および不活性気体供給源194を備えて成る。これらの気体は気体マニフォルド198内で組み合わされ、其処で各気体は混合し得る。上記気体マニフォルドは、安全性のために圧力解放バルブ200を有し得る。
【００５９】
蒸気供与サブシステム184は、複数の瞬間蒸発器210、212、214を備えて成る。各瞬間蒸発器は、適切な量の液状前駆体を供給する液体リザーバに対して接続され得る。適切な瞬間蒸発器はたとえば、MKSエクイップメント社(MKS Equipment)から入手可能であり、または、容易に入手可能な構成要素から作製され得る。各瞬間蒸発器は、選択された部分圧力の特定前駆体を供与すべくプログラムされ得る。上記瞬間蒸発器からの蒸気は、夫々の蒸気を共通送給ライン218に対して導向するマニフォルド216へと導向される。各蒸気状前駆体は、共通送給ライン218内で混合される。
【００６０】
気体供与サブシステム182からの気体成分および蒸気供与サブシステム184からの蒸気成分は、混合サブシステム186内において組み合わされる。混合サブシステム186は、気体供与サブシステム182および蒸気供与サブシステム184からの流れを組み合わせるマニフォルドであり得る。混合サブシステム186において、各入力は、異なる圧力における異なる蒸気および気体の組合わせ流の混合を増進すべく配向され得る。管路220は、混合サブシステム186からノズル110を通り反応チャンバ102へと至っている。適切な実施例のためのノズルに対して遮蔽ガスを供給すべく、不活性気体供給源も使用され得る。
【００６１】
上記蒸気供与サブシステム、混合システム366および管路400の全体に亙り伝導ヒータなどによる加熱を制御することで、前駆体蒸気の一切の凝縮を減少もしくは排除すべく、加熱制御器228が使用され得る。適切な加熱制御器は、オメガ・エンジニアリング社[Omega Engineering](コネチカット州、スタンフォード)からの型式CN132である。全体的な前駆体の流れは、ユナイテッド・インスツルメント社[United Instruments](ニューヨーク州、ウェストベリー)からのDX5制御器により制御／監視され得る。該DX5機器は、一種類以上の蒸気／気体前駆体の流れを制御する質量流量制御器(ミクロリス社[Mykrolis Corp]、マサチューセッツ州、ビルリカ)と結合され得る。上記システムの自動化は、ブルックス・ピーアールアイ・オートメーション社[Brooks-PRI Automation](マサチューセッツ州、チェムスフォード)からの制御器により統合され得る。
【００６２】
図１に示された如く、排出口112は、取入ノズル110の近傍の整列位置に配置される。故に排出口112は、基板表面から跳ね返る流れ中の未反応組成物、未析出生成組成物、および、他の組成物を除去する位置に在る。幾つかの実施例においては、取入ノズル110が両側に排出ノズルを有する様に、該ノズルの他側に別の整列排出口が配置される。排出口112は概略的に排出システムに対する吐出口であるオリフィスを有し、その場合に該吐出口はノズル110の取入口と同様の長さを有する。上記吐出口の幅は、所望程度の排出能力を提供すべく選択され得る。排出口114は、チャンバ102の後壁と組み合わせて示される。代替的もしくは付加的な実施例において排出口114は、チャンバ102の壁部、頂部表面または床部に沿う他の箇所に載置されることで、該チャンバを通る所望の流れを提供し得る。更に、チャンバ102の壁部、床部または頂部表面に沿い、２個、３個、４個、または、それ以上の排出口が在り得る。排出口112、114は概略的に、管路に対し、且つ、引き続き、該排出口112、114に対する同一のデバイスもしくは異なるデバイスであり得る、ポンプ、ブロワもしくは他の負圧デバイスに対して接続されることで、上記システムを通る流れを維持すると共に、チャンバ圧力を所望範囲内に維持する。上記排出システムは更に、フィルタ、トラップ、気体洗浄器などを備え得る。
【００６３】
概略的に上記走査型低大気圧CVD装置は、約50Torr〜約700Torr、幾つかの実施例においては約50Torr(mmHg)〜650Torr、更なる実施例においては約75Torr〜約625Torr、付加的実施例においては約85Torr〜約600Torr、および、他の実施例においては約100Torr〜約575Torr、ならびに、これらの範囲の間における全ての範囲の圧力範囲にて動作し得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な圧力範囲が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。更に、チャンバ圧力は概略的に周囲圧力より低く、チャンバは周囲雰囲気からシールされる。蒸着速度は、所望の被覆特性を達成すべく調節され得る。故に、反応物質取入口を通過する基板の走査速度、ならびに、反応物質の流速は調節され得る。
【００６４】
上述の各実施例において、各反応物質は上方から供与されると共に、材料は基板の頂部表面上へと析出される。これは、基板の取扱いに対して好都合な構成である。但し該構成は反転され得るものであり、これは本質的に、反応チャンバ内における種々の構成要素の相互に対する反転を意味する。
【００６５】
流れに基づく析出プロセスおよび複数の層の析出
特定構造の製造に対し、概略的には複数の層が析出され得る。幾つかの実施例において、これらの層の内の一層は、孔質の粒子性剥離層である。付加的なまたは代替的な実施例において、これらの層の内のひとつ以上の層は、走査型低大気圧CVDにより蒸着され得る。これらの複数の層は、ひとつの共通の反応チャンバ内で、または、別体の複数の反応チャンバ内、または、それらの組み合わせにて蒸着され得る。もしひとつ以上の反応チャンバが使用されるなら、基板の効率的な取扱いのために、複数の反応チャンバは一体化されて共通の自動化製造ラインとされ得る。上記製造ライン中への導入に先立ち、一回以上の被覆段階が実施され得る。
【００６６】
図５には、複数の析出チャンバを備える概略的な製造ラインが描かれている。製造ライン250は、積載ステーション252、第1析出システム254、第2析出システム256、第3析出システム258、第4析出システム260、収集ステーション262、および、移送区画264、266、268、270、272を備えて成る。積載ステーション252は被覆ライン内への導入のために、未被覆とされ得る初期基板もしくは最初に被覆された基板を載置するための基板取扱いシステムを備える。概略的に積載ステーション252は、複数の基板を取扱い得る。積載ステーション252は、上記移送ステーションから第1析出チャンバ254への基板の次続的な移送のために上記移送ステーションの圧力を変更するに先立ち閉じられ得る加圧ドアを使用することにより、基板の加圧チャンバ内への移送のために該積載ステーションの加圧に対処可能とされ得る。収集ステーション262は積載ステーション252と同様とされ得、その場合に収集ステーション262は、更なる使用のために被覆済み基板を収集すると共に、その圧力は適切に調節され得る。
【００６７】
概略的に、析出チャンバ254、256、258、260は個別的に、粒子分散液、光反応析出、走査型低大気圧CVD、他の適切な析出プロセス、または、それらの組み合わせに基づく被覆に対して構成され得る。特に第1析出チャンバ254は、初期基板上に剥離層を析出すべく使用され得る。剥離層の析出に対する適切なプロセスとしては、たとえば、以下に更に記述される如く、光反応析出、および、粒子分散液の析出が挙げられる。第2析出チャンバ256は、第1上側被覆層を析出すべく使用され得る。第3析出チャンバ258は第2上側被覆層を析出すべく使用され得ると共に、第4析出チャンバ260は頂部層を析出すべく使用され得る。特に第3析出チャンバ258は、第2析出チャンバ256および第4析出チャンバ260により析出された各層の近傍にケイ素層を析出すべく使用され得る。上記ケイ素層は、走査型低大気圧CVDを用いて効果的に析出され得る。各析出チャンバはコンベア・システムを備えることで、該チャンバを通して基板を前進させると共に、該システム上の先行ユニットから基板を受容し、且つ、被覆済み基板を該システム上の次続的ユニットに対して前進させ得る。
【００６８】
移送ステーション264、266、268、270、272は、隣接する処理ユニット間で基板を搬送する適切なコンベア構成要素を備え得る。コンベア構成要素は、移送を推進するモータを備えたベルト、載物台などを備え得る。各移送ステーションはまた圧力ロックなども備えることで、もし各処理ユニットが異なる選択圧力で動作するならば隣接する処理ユニット間の圧力の変化に対処し得る。上記各移送ステーションに対しては適切な圧力システムが接続されることで、概略的に閉じられた圧力ロックにより所望の圧力変更が達成され得る。
【００６９】
図５は４個の析出チャンバを備えたシステムを描いているが、該システムは代替的に１個、２個、３個、５個、または、それ以上の析出チャンバを有し得る。これに加え上記システムには他の処理ステーションが含まれることで、製造される構造に対し、析出に加え、加熱処理、化学変性などの如き他の処理に対処し得る。両件ともに言及したことにより本明細書中に援用される特許文献３および特許文献８には更に、ひとつの処理ステーションが大気圧CVD装置であるという基板処理装置内で連結された複数の処理ステーションが記述される。上記各特許の大気圧CVDシステムと対照的に、図５のシステムおよび関連実施例は、周囲雰囲気から遮断されると共に、大気圧未満にて動作する。
【００７０】
幾つかの実施例においては、単一チャンバ内に複数の析出ステーションが取入れられる。特に幾つかの実施例においては、ひとつの基板の異なる部分がチャンバ内で同時に処理され得る。このことは、２つの析出ステーションに対する製造条件が互換的であれば、大寸基板の処理に対して特に効率的であり得る。同様に、単一の基板上への同時的な析出に対して構成されても良く、されなくても良いという単一チャンバ内に、３個以上の処理ステーションの如き２個より多い析出ステーションが配置され得る。
【００７１】
図６を参照すると、順次的に、光反応析出により層を析出し、走査型低大気圧CVDを用いて析出される層により追随されるべく構成され、それらは単一の大寸基板上の異なる箇所にて該基板上へと同時的に析出され得るという析出チャンバが概略的に示される。図６を参照すると、析出システム300は、チャンバ302、搬送システム304、CVDノズル306、LRDノズル308および光学システム310を備えて成る。チャンバ302は、該チャンバ302内に所望圧力が維持され得る如く、該チャンバの内部が周囲雰囲気から遮断される。搬送システム304は、上記チャンバを通して複数の析出ノズルを通過させて走査させるべく構成される。CVDノズル306は、チャンバ302内におけるCVD蒸着位置を確立する。同様にLRDノズル308は、チャンバ302内における光反応析出位置を確立する。光学システム310は、LRDノズル308からの流れが光線を貫通して流れる如く、光線を導向すべく構成される。光学システム310は、レンズもしくは伸縮自在の光学機器を更に備え得る光学的管路312を備えることで、チャンバ302を横切る光をビームダンプもしくは光度計314へと導向する。
【００７２】
図６に示された如く、もし基板がチャンバ302内で左から右へと搬送されるなら、先ず光反応析出を用いて剥離層が析出され得ると共に、元素状ケイ素の如き上側被覆層がチャンバ302内で上記剥離層上に析出され得る。析出ステーションは、異なる被覆プロセスに関して殆どもしくは全く干渉がない様に位置決めされ得る。幾つかの実施例において、光反応析出ステーションは、剥離層の形成のためのスプレー塗付ステーションにより置き換えられる。光反応析出は、気体反応物質、蒸気反応物質および／またはエアゾール反応物質により実施されてきた。特に光反応析出のための流動反応システムに対するエアゾール反応物質の使用は、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献９に更に記述される。幾つかの実施例においてエアゾールは、一種類以上の不活性気体および／または一種類以上の気体状反応物質から成り得る気体流内に取り込まれる。
【００７３】
更に、順次的に光反応析出段階を実施し、走査型低大気圧CVD段階により追随されるべく単一ノズルが使用され得ることが見出されている。光線は、光反応析出段階に対しては投入されてから、CVD段階に対しては遮断される。故に、上記ノズルを通過する第1の走査においては光反応析出を用いて剥離層が析出され得ると共に、上記ノズルを通過する第2の走査においては上記剥離層上に上側層が蒸着され得る。付加的な走査を用い、光反応析出もしくは走査型低大気圧CVDのいずれかを用いて付加的層が析出され得る。故に、上記チャンバの搬送システムは、方向を反転する能力を有すべく構成される。各析出段階の間における走査方向は、反転されても良く、されなくても良い。
【００７４】
図７には、低大気圧CVDおよび光反応析出に対して構成された析出チャンバの特定実施例が示される。析出チャンバ350は、チャンバ352と、ノズル354と、チャンバ352内への基板スロット356と、底部ヒータ358と、並進モジュール360と、光学システム362とを備えて成る。ノズル354は図４のシステムの如き反応物質供与システムに対して作用的に接続され、該システムは、光反応析出プロセスおよび走査型低大気圧CVDプロセスの両方に対する反応物質を供与し得る。基板スロット356は、基板取扱いシステムから基板を受容すべく、且つ、該基板を上記析出チャンバ内へと移動させるべく構成される。並進モジュール360は、適切なモータに対して接続されたウォーム駆動器であって、回転運動を並進運動へと変換すべく構成されたウォーム駆動器により並進される載物台を備えて成る。該載物台は、スロット356を通して基板を受容し、引き続き、該基板をチャンバ352を通して並進させる。光学システム362は、CO2レーザからの密閉光路を形成し得る光管364と、光直径を選択サイズへと変更し得る伸縮自在の光学機器366とを備えて成る。
【００７５】
剥離層
剥離層は、無機箔体として上側層を分離する能力を以て該剥離層上に無機層の析出を実施する能力を提供する。剥離層は、該剥離層を隣接材料から区別する特性および／または組成を有する。概略的に、剥離層に対して化学的および／または物理的な相互作用が付与されて該剥離層が除去もしくは破砕されることで、引き続き析出された層は引き離される。上側被覆構造は一回以上の付加的な析出段階により、および、選択的には更なる処理により形成され得る一方、該構造は上記剥離層と結合される。幾つかの実施例において上記剥離層は、孔質の粒子性層である。CVDは、孔質の粒子性剥離層上へと上側層を蒸着すべく使用され得る一方、上側層を無機箔体として剥離すべく上記剥離層が破砕される能力を維持し得ることが見出された。孔質の粒子性剥離層は、光反応析出の如き反応性析出手法を用いて、または、粒子分散液を用いた粉体被覆の析出により形成され得る。
【００７６】
剥離層の適切な物理的特性は、たとえば、低い密度、高い融点／軟化点、低い機械的強度、大きな熱膨張率、または、それらの組み合わせであり得る。幾つかの実施例に対し、適切な化学特性としては、たとえば、選択された溶媒中への溶解性が挙げられる。これに加えて、概略的に上記剥離層の材料は、幾つかの実施例においては高温でなどの、関連する処理段階の条件で、構造において、他の材料に対して不活性であるべきである。上記剥離層の選択された特性は、下側に位置する基板から単一もしくは複数の上側層を分離すべく活用され得る。
【００７７】
概略的に上記剥離層は、本明細書中に記述された反応性析出手法により析出される他の層に対して記述された範囲内の適切な厚みを有し得る。一方で、剥離層は上側被覆が一旦剥離されたならば機能的に使用され得ないことから、資源の消費を更に少なくすべく剥離層を薄寸に維持することが好適であり得る。但し、該層が過剰に薄寸であると、機械的強度、および、剥離層の下方の基板からの上側被覆層の分離の如き一定の特性が阻害され得る。概略的に、当業者であれば、厚みを調節して剥離層の所望特性を獲得し得よう。幾つかの実施例において剥離層は、約50ナノメータ(nm)〜約50ミクロン、更なる実施例においては約100nm〜約10ミクロン、および、付加的実施例においては約150nm〜約2ミクロンの厚みを有し得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の剥離層の厚みが企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。
【００７８】
幾つかの実施例においては、２つ以上の孔質の粒子性層が析出され得る。異なる孔質の粒子性剥離層は、それらの形態および／または組成に関して異なり得る。たとえば、次続的な稠密層析出に対して更に平坦で更に稠密な表面を当該第2の孔質の粒子性層が形成する様に更に小さな平均一次粒子サイズを有する第2の孔質の粒子性層を析出することが好適であり得る。もし第1の孔質の粒子性層が更に低い密度を有するなら、それは更に軽快な破砕を提供することで剥離機能を提供する一方、第2層は、稠密な単一もしくは複数の上側層が更に好適な特性および均一性を有する如く、漸進的な遷移を提供する。
【００７９】
更に、第2の孔質の粒子性層は、下側に位置する孔質の粒子性剥離層とは異なる組成を有することで、第1の孔質の粒子性剥離層に対して低い溶融温度、軟化温度および／または流れ温度を提供し得る。故に、適切な温度までの加熱時に、上記第2の孔質の粒子性層は更に緻密化し得る一方、下側に位置する孔質の粒子性剥離層はそれほど緻密化しない。この孔質で粒子性の上側層の緻密化は、析出温度が十分に高ければ稠密な上側層の析出の間に、且つ／又は、析出後の加熱処理の間に行われ得る。たとえば、稠密なケイ素層により析出後の帯域溶融再結晶段階が実施されることで、ケイ素材料の特性が改善され得る。上記第2の孔質の粒子性層は、孔質で粒子性の下側層と稠密な上側層とに対して中間であると共に、この帯域溶融再結晶プロセスの間に緻密化し得る。概略的に、第2の孔質の粒子性剥離層は第1の孔質の粒子性剥離層と同一範囲の組成に亙るが、所望の軟化温度、溶融温度および／または流れ温度をもたらすべく特定の組成もしくはドーパントが選択され得る。
【００８０】
粉体は物理的に服従的なので、上記剥離層は基板と次続的に析出された上側層との間の熱膨張の差を吸収し、基板を破損し得る熱的歪曲を低減し得る。剥離層のこの好適な特性に依れば、多様な基板が許容されると共に、基板の再使用寿命が延ばされる。同様に、当該剥離層の高い相対的な物理的脆弱性を維持し乍ら、付加的な物理的安定性を提供するために、剥離層として析出された孔質の粒子性層は高温にて僅かにもしくは部分的に焼結可能であるべく選択され得る。高度に孔質であるが僅かに焼結された粉体は、破砕性を適切に維持し乍ら、高温における一定の剛性および接着性を維持し得る。幾つかの実施例において破砕性は、基板と析出上側層との間に付随する熱膨張の不整合により影響される如く、単一もしくは複数の上側層を備えた結果的な構造の冷却の間に促進され得る。
【００８１】
形成された上記孔質の粒子性剥離層は、その表面における凹凸または組織構造の如き他の特殊な好適特性、および、低い熱伝導率値を呈し得る。煤層の表面の組織構造に関し、それは、引き続いて析出される層上に転写され得る。光起電性用途に対し、次続的な各層上の組織構造は太陽電池において使用されることで、光を散乱し、且つ、内部反射(すなわち光の捕捉)を増進し得る。剥離層の低い熱伝導率値に関し、次続的に析出される層が加熱処理を要するとしても、基板への伝導により浪費される熱的エネルギは少なくされ得る。
【００８２】
剥離層の物理的破砕性に対し、剥離層材料の低い機械的強度は該剥離層の破砕を促進し得る一方、概略的には、剥離層は周囲の材料よりも低い密度を有することが好適である。特に剥離層は、少なくとも約40％の有孔率、幾つかの実施例においては少なくとも約45％、および、更なる実施例においては約50〜約90％の有孔率を有し得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の有孔率が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。有孔率は、上記構造の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)評価から評価され、その場合には細孔の面積が総面積で除算される。
【００８３】
剥離層の更に低い密度を達成するために、該剥離層は周囲材料よりも低い密度を以て析出され得る。但し幾つかの実施例において、剥離層の更に低い密度は、上側層および選択的には下側層は更に十分に緻密化される一方、析出後処理における剥離層の緻密化が低減もしくは排除されることで帰着し得る。緻密化におけるこの差は、当該材料が、周囲の未緻密化材料よりも高い流れ温度、および／または、更に高い流れ温度に帰着する更に大きな一次粒子サイズを有する結果であり得る。これらの実施例に対し、上側層、および選択的には下側層の緻密化は、周囲材料よりも低い密度と、対応して低い機械的強度とを有する剥離層に帰着し得る。この更に低い機械的強度は、上側層を破損せずに剥離層を破砕すべく活用され得る。
【００８４】
孔質の粒子性剥離層は、光反応析出を用いて形成され得る。特に光反応析出は、剥離層として被覆を使用するために適切な有孔率を有する粉体被覆を析出し得る。更に光反応析出は、剥離層としての適切な使用のために適切な組成が選択され得る如く、広範囲な組成の析出に対して使用されてきた。孔質の粒子性剥離層の形成のための光反応析出の使用は更に、両件ともに言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１および特許文献５に記述される。
【００８５】
付加的実施例において孔質の粒子性剥離層は、基板上に析出されて該剥離層を基板表面上の粒子被覆として形成するサブミクロン粒子の分散液から形成され得る。該粒子は、表面改質ありでまたは無しで供与され得る。幾つかの実施例において、上記粒子は、液体中に良好に分散されて剥離層を形成し得る。詳細には、体積平均粒子サイズは、平均一次粒子サイズの約５倍以下とされ得る。幾つかの実施例において平均一次粒子サイズは、約１ミクロン以下、更なる実施例においては約100nm以下、および、付加的実施例においては約2nm〜約75nmである。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の平均一次粒子サイズが企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。レーザ熱分解は、適切な被覆溶液中への分散のための適切な粉体の合成のための適切な手法を提供する。レーザ熱分解は、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１０に更に記述される如く、広範囲な粒子組成の合成に対して適切である。
【００８６】
もし粒子が適切な二次粒子サイズを以て良好に分散されるなら、分散液は析出されて結果的な層とされ得、該層は、完全に緻密化された材料の密度の概略的に約60％、幾つかの実施例においては少なくとも約10％の適切な充填密度を有する。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の充填密度が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。上記粉体被覆は、本質的に上述された如き有孔率に対して評価されることで、剥離層の性質が評価され得る。上記分散液は概略的に、少なくとも約0.5重量％の粒子濃度を以て相対的に濃縮され得る。良好に分散された粒子は、適切な被覆技術を用いて基板上に析出され得る。析出された粒子被覆は、乾燥され、且つ、選択的に加圧されることで、剥離層を形成し得る。サブミクロンの無機粒子の良好な分散液の形成は、言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１１中に更に記述される。また、酸化ケイ素のサブミクロン粒子の分散液の形成は、言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１２中に更に記述される。
【００８７】
上記分散液は、スプレー塗付、浸漬塗付、ローラ塗付、回転塗付、印刷などの如き種々の供与手法を用いて供与され得る。回転塗付は、粒子分散液の均一な層を形成する好適な手法であり得る。回転塗付装置は、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１３中に更に記述される。インライン形態での大寸基板上の粉体被覆の形成に対しては、スプレー塗付が好適な手法であり得る。スプレー塗付プロセスは、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１４中に更に記述される。分散液の濃度は、特定の被覆手法に対する分散液体中で所望程度の粒子の分散を実現すべく選択され得る。上記分散液体は、析出プロセスに続いて蒸発により除去され得る。
【００８８】
剥離層の頂部上のケイ素箔体の形成のために、該剥離層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素などの如きケイ素系のセラミック組成物を備え得る。光反応析出を用いてこれらの材料を形成するために、気体状シランが反応物質流中に好適に供給され得ると共に、該反応物質流は、分子状酸素(O2)、アンモニア(NH3)の如き補助的反応物質、または、エチレン(C2H4)の如き炭化水素を備えることで非ケイ素原子を供給し得る。反応物質流はまた、反応を緩和する不活性希釈気体も含み得る。光反応析出は、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献１５に更に記述される。
【００８９】
孔質の粒子性剥離層を破砕する分離力は、機械的エネルギを供給することで付与され得る。機械的エネルギはたとえば、超音波振動、機械的な振動剪断力などとして供給され得る。代替的に、各層は引張り離間され得る。これに加え、加熱／冷却および／または圧力が供給されることで、熱膨張率の差に基づき分離が促進され得る。冷却はたとえば、当該構造を液体窒素に接触させることで達成され得る。
【００９０】
幾つかの実施例において、剥離層は周囲層から化学的に分離され得る。たとえば剥離層は、上側層を溶解しない溶媒に溶解可能とされ得る。ケイ素との反応なしでSiO2を食刻するためには、フッ化水素酸が使用され得る。
【００９１】
剥離層および基板からの上側被覆の分離を促進するために、上側被覆材料は移送表面に対して解放可能に付着され得る。該移送表面は、剥離されるべき上側被覆の表面と略々等しいサイズ、または、それよりも大きくもしくは小さくされ得る。移送表面に対する結合は、たとえば、接着剤、吸引、静電気などで行われ得る。上記移送表面は、上側被覆に対して剪断および／または引張り運動を付与して機械的エネルギを供与して剥離層を裂開させるべく使用され得る。幾つかの実施例において、上側被覆構造は移送表面と結合されることで、分離された薄寸構造の一定の処理が促進され得る。適切な実施例に対し、接着剤は化学的もしくは物理的に除去されることで、分離された薄寸構造は、一時的基板に結合された上記移送表面から解放され得る。幾つかの実施例において、上記移送表面は、製品へと形成するために上側被覆に対して取付けられた永続的な基板に結合され得る。同様に、薄寸構造は、剥離層からの剥離後に、同程度の手法を用いて基板間で移送され得る。基板間における無機箔体の取扱いおよび移送は、言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１６に更に記述される。
【００９２】
結果的な無機箔体は、破砕された剥離層の一部が付着することもある。所望であれば、無機箔体に結合した剥離層の残存物は、食刻もしくは研磨の如き適切な方法を用いて薄寸の剥離構造から除去され得る。剥離層材料の性質に依存して、残留する剥離層材料は機械研磨および／または化学機械研磨により除去され得る。機械研磨は、半導体業界で公知の機器の如きモータ駆動研磨機器により実施され得る。同様に、化学食刻および／または放射食刻の如き任意の適切な食刻手法が使用されることで、残留剥離層材料が除去され得る。また基板は、化学洗浄および／または機械研磨を用いて同様に洗浄され、残留剥離層材料が除去され得る。故に、高品質の基板を利用し乍ら、該高品質の基板構造は複数回に亙り再使用され得る。
【００９３】
上側層および無機箔体
概略的に、孔質の粒子性剥離層上にはひとつ以上の上側層が析出され得る。剥離層における上側層を破砕により又は別様に剥離すると、無機箔体に帰着し得る。以下における考察の適切な部分は、走査型低大気圧CVDを用いて蒸着された被覆層であって、剥離層との関連なしで永続的層として利用されるという被覆層にも適用される。概略的に、上側層は選択された組成を備え得ると共に、上側層は、結果的な構造の意図用途に基づき選択された特性を有し得る。幾つかの実施例において、複数の上側層の内の少なくともひとつの層は、ドープされても良く、されなくても良いという元素状ケイ素層である。該元素状ケイ素層は引き続き、種々の半導体用途に適用され得る。下側に位置する基板から上側被覆構造を分離する上記機能によれば、大面積で薄寸である元素状のケイ素および／またはゲルマニウムの箔体、ならびに、他の構造が形成され得る。分離された構造は処理され、光起電性デバイスまたはディスプレイの如き所望のデバイスとされ得る。剥離層上に複数の上側層が析出されるなら、析出段階間において、且つ／又は、複数の層の析出が完了した後に、加熱処理の如き各層の付加的処理が実施され得る。
【００９４】
本明細書中に記述される指向流反応性析出の手法の性能は、入手可能である広範囲な組成物から選択された組成物により被覆を製造すべく使用され得る。詳細には、各組成物は概略的に、一種類以上の金属／半金属、すなわち、結晶質の、部分的に結晶質の、もしくは非晶質の材料を形成する金属および／または半金属元素から成り得る。これに加え、被覆の化学的および／または物理的な特性を変化させるべく、単一もしくは複数のドーパントが使用され得る。反応物質流中に単一もしくは複数のドーパントを取入れると、被覆材料の全体に亙る該単一もしくは複数のドーパントの略々均一な分散に帰着し得る。
【００９５】
概略的に被覆材料は、たとえば、元素状金属／半金属、および、金属／半金属酸化物、金属／半金属炭化物、金属／半金属窒化物、金属／半金属燐化物、金属／半金属硫化物、金属／半金属テルル化物、金属／半金属セレン化物、金属／半金属砒化物、それらの混合物、それらの合金、および、それらの組み合わせの如き金属／半金属組成物から成り得る。代替的にまたは付加的に、斯かる被覆組成物は以下の式を有するものとして特性記述され得る：
AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOo
式中、
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、NおよびOの各々は独立的に存在しまたは存在せず、
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、NおよびOの内の少なくとも一種類が存在し、且つ、1A族の元素、2A族の元素、3B族の元素(ランタニド系列の元素およびアクチニド系列の元素を含む)、4B族の元素、5B族の元素、6B族の元素、7B族の元素、8B族の元素、1B族の元素、2B族の元素、3A族の元素、4A族の元素、5A族の元素、6A族の元素、および、7A族の元素から成る周期表の元素から成る群から独立的に選択され；且つ、
a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、nおよびoの各々は、独立的に選択されると共に、約1、10、100、1000、10000、100000、1000000の数により且つその適切な合計が企図されて、約1〜約1,000,000の範囲内の値から化学量論的に実現可能である。上記材料は、結晶質、非晶質、または、それらの組み合わせとされ得る。換言すると、上記元素は、希ガス以外の、周期表からの任意の元素とされ得る。本明細書中に記述される如く、任意の特定の組成物、一群の組成物、属、亜属などを単独でまたは併せたものを除き、適切な状況においては、全ての無機化合物またはそれらの組み合わせの如き、全ての無機組成物、ならびに、全ての部分集合の無機化合物が独特の発明的な群として企図される。
【００９６】
幾つかの実施例においては、たとえばケイ素／ゲルマニウム系の半導体材料に一種類以上のドーパントを取入れ、n型半導体またはp型半導体を形成することが好適である。燐(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)またはそれらの混合物の如き、n型半導体を形成する適切なドーパントは、余分な電子を助長する。同様に、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)またはそれらの組み合わせの如き、p型半導体を形成する適切なドーパントは、孔、すなわち電子空孔を助長する。
【００９７】
CVD蒸着に対し、Siに対する適切な前駆体としては、たとえば、シラン(SiH4)およびジシラン(Si2H6)が挙げられる。適切なGe前駆体としては、たとえば、ゲルマン(GeH4)が挙げられる。適切なホウ素前駆体としては、たとえば、BH3およびB2H6が挙げられる。適切なP前駆体としては、たとえば、ホスフィン(PH3)が挙げられる。適切なAl前駆体としては、たとえば、AlH3およびAl2H6が挙げられる。適切なSb前駆体としては、たとえば、SbH3が挙げられる。ガリウムの蒸気供与に対して適切な前駆体としては、たとえば、GaH3が挙げられる。ヒ素前駆体としては、たとえば、AsH3が挙げられる。
【００９８】
反応流における材料合成に対し、適切な酸素供給源としては、たとえば、O2、N2Oまたはそれらの組み合わせが挙げられ、且つ、適切な窒素供給源としては、たとえば、アンモニア(NH3)、N2およびそれらの組み合わせが挙げられる。光反応析出により利用可能な種々の組成物は、言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１７に更に記述される。
【００９９】
ドーパント濃度は、所望特性をもたらすべく選択され得る。幾つかの実施例において、平均ドーパント濃度は少なくとも約1×1013原子／立方センチメートル(cm3)、更なる実施例においては少なくとも約1×1014原子／cm3、他の実施例においては少なくとも約1×1016原子／cm3、および、更なる実施例においては1×1017〜約5×1021原子／cm3とされ得る。原子百万分率(ppma)に関し、ドーパントは少なくとも約0.0001ppma、更なる実施例においては少なくとも約0.01ppma、付加的実施例においては少なくとも約0.1ppma、および、他の実施例においては約2ppma〜約1×105ppmaとされ得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲のドーパント濃度が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。当業者の内の幾人かはn型およびp型のドーパントに対する一定のドーパント濃度範囲を表すべくn+、n++、p+およびp++を使用するが、本明細書においては可能的な曖昧さもしくは矛盾を回避すべく、この表記法は使用されない。
【０１００】
概略的にドーパント濃度は、材料の層の全体に亙り均一に分布されても良く、されなくても良い。幾つかの実施例においては、ドーパント濃度の勾配が在る。勾配は段階的とされ得、これは、ひとつの析出チャンバを通る複数回の走査により、または、複数の析出チャンバを通る順次的な走査により形成され、その場合にドーパント濃度は各走査間において調節される。斯かる勾配は、結果的な生成物における所望特性をもたらすべく選択され得る。詳細には、表面および界面における電気的損失を低減すべく、表面および界面の近傍の勾配が有用であり得る。
【０１０１】
適切な用途に対する適切な誘電物質としては、たとえば、金属／半金属酸化物、金属／半金属炭化物、金属／半金属窒化物、それらの組み合わせ、または、それらの混合物が挙げられる。もし誘電体が、ケイ素および／またはゲルマニウムを備える半導体層に隣接するなら、該誘電体に対し、対応するケイ素／ゲルマニウム組成を使用することが好適であり得る。故に、ケイ素系の光電池に対しては、ケイ素系半導体に隣接する誘電体として、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素および／または炭化ケイ素を取入れることが好適であり得る。但し、太陽電池の前面上の酸化アルミニウムの薄層が電池効率を向上させ得ることが見出されている。(非特許文献１。)酸化アルミニウム層は、光反応析出、走査型低大気圧CVDまたは大気圧CVDを用いた走査様式で効率的に析出され得る。
【０１０２】
特定の対象物を獲得するために、被覆の特徴は、該被覆の層の組成、ならびに、基板上の材料の箇所に関して変更され得る。概略的に、デバイスを形成するために被覆材料は、基板の特定箇所に対して局在化され得る。これに加え、制御様式で複数層の被覆材料が析出されて、異なる組成を備えた複数の層が形成され得る。同様に、ひとつの被覆が均一な厚みとされ得るか、または、ひとつの基板の異なる部分が異なる厚みの被覆材料で被覆され得る。異なる被覆厚みは、粒子ノズルに対する基板の掃引速度を変化させることにより、または、更に厚い被覆を受容する基板の部分の複数回の掃引を行うことにより、または、たとえばマスクにより当該層をパターン化することにより、付与され得る。代替的にまたは付加的に、食刻などに析出が追随することで、ひとつの層は輪郭形成され得る。
【０１０３】
故に、本明細書中に記述された如き材料の層は、他の層と同一の平面的広がりは有さない特定層から成り得る。たとえば、幾つかの層は基板の全面またはそれの大きな割合を覆い得る一方、他の層は基板表面の小さな割合を覆う。この様にして、各層は一個以上の局在化されたデバイスを形成し得る。平面的な基板に沿う任意の特定の箇所にて、各構造を貫通する断面域は、上記表面に沿う別の箇所におけるのとは異なる個数の識別可能な複数層を露呈し得る。
【０１０４】
本明細書中に記述された指向流反応性析出手法は、適切な被覆厚みは概略的に中程度もしくは小寸であるという用途に対して高品質の被覆を形成するために有効であり得ると共に、必要に応じて非常に薄寸の被覆が形成され得る。厚みは、当該構造が最大の表面積を有するという投影面に対し直交して測定されるが、これは、下側に位置する基板の平坦表面に対して概略的に直交する。一定の用途に対して被覆は約2000ミクロン以下の範囲、他の実施例においては約500ミクロン以下の範囲、付加的実施例においては約5ナノメータ〜約100ミクロンの範囲、および、更なる実施例においては約100ナノメータ〜約50ミクロンの範囲の厚みを有する。当業者であれば、これらの明示的範囲および部分的範囲内における付加的な範囲が企図されると共に本開示の範囲内に包含されることを理解し得よう。
【０１０５】
本明細書における析出手法による高い被覆均一性と組み合わされた比較的に大きな析出速度の故に、大寸の基板が効果的に被覆され得る。基板の大きな幅の故に、該基板は生成物流束を通る該基板の一回もしくは複数回の通過により被覆され得る。詳細には、基板が概略的に反応器の取入ノズルより広幅でなければ、生成物流束が基板と略々同じ幅もしくは幾分か広幅である如く、単回通過が使用され得る。複数回通過によれば、ノズルからの長寸開口の丈を基板の幅に沿い配向された方向として、該基板は上記ノズルに対して移動される。故に、幾つかの実施例においては少なくとも約20センチメートル、他の実施例においては少なくとも約25cm、付加的実施例においては約30cm〜約2メートル、更なる実施例においては約1.5メートル以下、および、幾つかの実施例においては1メートル以下の幅で基板を被覆することは容易に理解される。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の幅が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。
【０１０６】
概略的に、便宜上、長さとは基板の幅から区別される、と言うのも、被覆プロセスの間において基板は概略的にその長さに対して移動されるのであり、その幅に対してではない。この原則を念頭に置くと、上記区別は特定の基板に対して特に適切なこともあり、そうでないこともある。長さとは概略的に、被覆のために基板を支持する機能によってのみ限定される。故に長さは、少なくとも約10メートルもの大きさ、幾つかの実施例においては約10cm〜約5メートル、更なる実施例においては約30cm〜約4メートル、および、付加的実施例においては約40nm〜約2メートルとされ得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の基板長が企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。
【０１０７】
大きな幅および長さを有する基板を被覆し得る結果として、被覆済み基板は非常に大きな表面積を有し得る。特に、基板薄寸体は、少なくとも約900平方センチメートル(cm2)、更なる実施例においては少なくとも約1000cm2、付加的実施例においては約1000cm2〜約10平方メートル(m2)、且つ、他の実施例においては約2500cm2〜約5m2の表面積を有し得る。剥離層の使用により薄寸構造を形成する能力によれば、大きな表面積は特に薄寸の構造と組み合わされ得る。幾つかの実施例において、大表面積の無機箔体は、約１ミリメートル以下、他の実施例においては約250ミクロン以下、付加的実施例においては約100ミクロン以下、および、更なる実施例においては約5ミクロン〜約50ミクロンの厚みを有し得る。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の表面積および厚みが企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。
【０１０８】
これらの薄寸で大面積の無機箔体は、指向流反応性析出手法により製造され得る種々の材料により形成され得る一方、幾つかの実施例においては、ドーパントありでまたは無しで薄寸のケイ素／ゲルマニウム系の半導体材料に特定の利益が在る。詳細には、大面積で薄寸のケイ素系半導体箔体の幾つかの実施例において、薄寸体は約100ミクロン以下の平均厚みを有し得る。大きな面積および小さな厚みは、材料のコストおよび消費を節約し乍ら、優れたデバイスの形成において独特の様式で活用され得る。更に、幾つかの実施例において薄寸のケイ素半導体薄膜は少なくとも約2ミクロン、幾つかの実施例においては約3ミクロン〜約100ミクロンの厚みを有し得ると共に、他の実施例においてケイ素薄膜は約5ミクロン〜約50ミクロンの厚みを有する。当業者であれば、上記の明示的範囲内における付加的な範囲の面積および厚みが企図されると共に本開示の範囲内であることを理解し得よう。
【０１０９】
剥離層を伴う実施例に対し、剥離層の形成のためのプロセスは詳細に上述されている。同様に、元の基板が再使用されると共に、分離された箔体は元の基板から自由に所望構造へと処理され得る如く、孔質の粒子性層上への析出によれば、応力緩和と、多結晶質ケイ素層の如き結果的な層の分離とが実現される。上側被覆構造は、上記で論じた如く、一回以上の指向流反応性析出プロセスにより形成され得る。剥離層上への光反応析出を用いた上側被覆の形成は、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献５中に記述されている。走査型低大気圧CVDを用いた蒸着もまた、上記において詳細に論じられている。
【０１１０】
指向流大気圧または走査型低大気圧CVD蒸着は、選択圧力において光反応析出チャンバ内で上側層を析出すべく実施され得る。大気圧未満におけるチャンバ環境からの熱的入力は析出速度を制限し得ることから、装置は、基板もしくは基板表面を高温に加熱することで基板表面における入力前駆体気体の反応を高速へと推進すべく構成され得る。取入口オリフィスの長寸の寸法が基板の幅と平行に配向されたノズル取入口は、薄寸の反応物質が基板にて導向され乍ら、基板の単回通過による基板全体に沿う析出を実現し得る。基板は、直線状に並進する載物台上、または、代替的なコンベアシステム上に取付けられ得る。単回通過により、数十ミクロンの比較的に大きな厚みにて、多結晶質ケイ素または他の上側層組成が析出され得る。
【０１１１】
低大気圧における適切な指向流実施例に対し、CVD蒸着プロセスは、走査型低大気圧化学蒸着(SSAP-CVD)と称され得る。幾つかの実施例において、孔質の粒子性剥離層は光反応析出により析出され得ると共に、同一反応器内においてSSAP-CVDを使用したケイ素層の析出および選択的な付加的層により追随され、その場合にレーザはSSAP-CVD蒸着段階を実施するに先立ち遮断される。幾つかの実施例において上記SSAP-CVDプロセスは、基本的にAPCVDよりも均一な層が形成され得る様に、蒸着の熱プロセスの全体に亙り更に良好な制御を行い得る。但し、他の形態のCVDも概略的に、孔質層上の蒸着を利用することで、結果的な層の分離を促進すると共に、応力を低減し得る。SSAP-CVDは一定の利点を提供するが、CVDは、大気圧または大気圧超の如き他の圧力にて光反応析出チャンバ内で実施され得る。故に、一定の用途に対してSSAP-CVDプロセスは、光反応析出チャンバ内とされ乍らの高い析出速度の維持に関して他のCVDプロセスと比較して一定の利点を提供し得ると共に、幾つかの実施例において、先行するおよび／または引き続く層は、光反応析出プロセスまたはSSAP-CVDプロセスのいずれかにより利用可能な融通性のある組成範囲を以て析出され得る。
【０１１２】
上側層は析出に続き、無機箔体の分離に先立ち、または、更なるデバイス形成に先立ち、更なる処理に委ねられ得る。たとえば、被覆を緻密化および／または焼鈍すべく加熱処理が使用され得る。被覆材料を緻密化させるために、該材料は、たとえば、ガラス転移温度より高く、且つ、可能的にはガラスが当該軟化点以下では自己支持性であるという軟化点より高いなどの、結晶質材料に対しては融点より高く又は非晶質材料に対しては流れ温度より高い温度まで加熱されることで、被覆は粘性液体を形成することで緻密化材料へと圧密化され得る。各層における非晶質、結晶質または多結晶質の相を形成すべく、粒子の焼結が使用され得る。結晶質粒子の焼結は、たとえば、表面拡散、格子拡散、蒸気輸送、粒界拡散、および／または、液相拡散の如き一種類以上の公知の焼結メカニズムを伴い得る。非晶質粒子の焼結は概略的に、非晶質薄膜の形成に繋がり得る。剥離層に関し、部分的に緻密化された材料は、細孔ネットワークは残存するが孔径は減少され且つ固形基質は粒子の溶融により強化されて堅固な粒子間ネックを形成するという材料とされ得る。
【０１１３】
被覆済み基板に対する加熱処理は、適切な加熱炉内で実施され得る。周囲気体の圧力および／または組成に関し、加熱炉内の雰囲気を制御することが好適であり得る。適切な加熱炉は、たとえば、被覆済み基板を含む空間を通して単一もしくは複数の気体が流れるという、誘導炉、箱形炉もしくは管状炉から成り得る。加熱処理は、被覆反応器からの被覆済み基板の除去に続いて実施され得る。代替実施例において、加熱処理は、各処理段階が装置内で自動化様式で順次的に実施され得る如く、被覆プロセスに一体化され得る。適切な処理温度および時間は概略的に、被覆の組成および微小構造に依存する。以下においては、半導体層の特性を向上させる帯域溶融再結晶法が更に記述される。
【０１１４】
ケイ素箔体を備えた光起電性デバイス
本明細書における析出手法は、概略的に種々の選択組成を備えた無機箔体および層状構造を形成すべく使用され得る。但し、半導体構造の形成が特に好適であり得る。以下の考察は元素状ケイ素の半導体材料に焦点を合わせているが、この考察においてゲルマニウム、ケイ素−ゲルマニウム合金、および、そのドープ済み組成物は、同等に使用され得る。故に、追随するケイ素半導体材料の考察において、ゲルマニウム、ケイ素−ゲルマニウム合金、および、そのドープ済み組成物はケイ素に代用され得る。上述の如く半導体箔体は、ディスプレイ回路の製造のための如く、回路を形成すべく使用され得る。但し、以下の考察の焦点は光起電性デバイスの形成である。幾つかの実施例において、半導体材料は、更なる処理により最終デバイスとされる永続的基板上へと析出され得る。但し他の実施例において半導体層は、処理されて光起電性デバイスとされるケイ素箔体の分離のために、剥離層上へと析出される。剥離層からの半導体箔体の分離に先立ち、該剥離層上には一層もしくは複数の層が析出され得る。
【０１１５】
概略的に、剥離層上には、各層の目的に基づいて多くの異なる種類の層が析出され得る。概略的に、箔体内への取入れのために剥離層上へと複数の層を析出することが好適であり得る。複数の層は、剥離層の破砕による基板からの分離の前および／または後に、更に処理され得る。光起電力電池のための半導体箔体の形成に関し、半導体層は概略的に該半導体層の両面上に、箔体の分離の前もしくは後に形成され得る誘電層を有する。半導体層は概略的に、比較的に低レベルにてドーピングされることで電荷移動度を高めるが、ドーパントのレベルは概略的に、半導体層と結合するドープ済み接点におけるドーパントのレベルより低くされることで、光電流が取得される。
【０１１６】
幾つかの実施例においては、ケイ素層の帯域溶融再結晶を実施し、最初の多結晶質もしくは非晶質ケイ素に対する結晶サイズを増大すると共に、対応して半導体の電気特性を向上させることが好適である。帯域溶融再結晶においては概略的に被覆済み基板は、細長領域に沿いケイ素を溶融させる細長片ヒータを通過して並進される。たとえば、線形熱源として、焦点調整されたハロゲンランプが使用され得る。ヒータは、構造の下方に載置されることで、該構造の基準温度が制御され得る。溶融された材料は、加熱領域から離間されて並進された後で該材料が冷却されるにつれて結晶化する。ヒータの移動の速度は、溶融最前部と固化最前部との間の距離を調節すべく制御される。処理コストを低減する更に高速の掃引速度と、更に大寸の結晶粒子および更に少ない結晶欠陥を得る更に低い掃引速度との間には、バランスが在る。
【０１１７】
目的は、再結晶の完了時に多結晶質ケイ素の結晶サイズを増大することである。ケイ素が溶融されたとき、材料の表面は平坦のままではないこともある。故に、ケイ素層上には、ケイ素が溶融した後で液状ケイ素を拘束する高融点のセラミックの冠層を配備することが好適であり得る。帯域溶融再結晶プロセスは好適に、剥離層の断熱を考慮した実施例に対して適合化され得る。剥離層上のケイ素薄膜の帯域溶融再結晶の実施は、言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１８中に更に記述される。詳細には、引き続き析出されるケイ素層の高温の再結晶化段階の場合、断熱的な剥離層は、ケイ素層から基板中への熱伝導を阻止することで、エネルギの浪費を低減する。
【０１１８】
光反応析出段階およびCVD蒸着段階により各層を選択的に析出することにより、種々の構造が生成され得る。詳細には、種々の機能を有する数層が析出されることで、更に複雑な構造が生成され得る。概略的に、再使用可能な基板の表面上に孔質の粒子性剥離層を析出することが好適であり得る。基板は、炭化ケイ素の如き高融点のセラミック材料とされ得る。上述の如く、ケイ素層上に冠層を配備することが好適であり得る。ケイ素層と剥離層との間には、ひとつ以上の層が選択的に載置され得る。詳細には、幾つかの実施例において、孔質の粒子性剥離層とケイ素層との間に高融点を有するひとつ以上のセラミック層を析出することが好適であり得る。上記構造への取入れに適したセラミック材料としては、たとえば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素、それらのケイ素富化変更物、それらの組み合わせ、および、それらの混合物が挙げられる。幾つかの実施例においては、下側層として窒化ケイ素が好適であり得る、と言うのも、それは液状ケイ素を濡らすからである。
【０１１９】
上述の如く、剥離層は光反応析出を用いて好適に析出され得る。上記剥離層の頂部上には、走査型低大気圧CVD、ならびに、更に稠密な層の析出に適合化された光反応析出、および／または、他の形態のCVDを用いて、稠密層が析出され得る。析出プロセスが一旦完了したなら、結果的な構造は、当該帯域溶融再結晶プロセスの間において加えられる熱の量を当該加熱が減少し得る様に、該構造が依然として高温である間に帯域溶融再結晶を実施するためのチャンバへと移送され得る。
【０１２０】
上記再結晶プロセスに引き続き、剥離層に基づく実施例に対しては、再結晶された薄膜を基板から分離することが概略的に好適である。上記基板は次に、再使用のために適切に洗浄および／または研磨され得る。剥離された無機箔体を取扱い且つ分離プロセスを実施するための幾つかの手法は、言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１６中に更に記述される。
【０１２１】
半導体箔体に基づき光起電性モジュールを形成するために、選択された単一もしくは複数の付加的層は、前面、後面、または、両方上の不動態化層として機能し得る。不動態化層はまた、反射防止層としても機能し得る。幾つかの実施例において、上述の適切なセラミック材料は不動態化層として太陽電池内へと取入れられ得る。太陽電池は、大部分の半導体として機能するケイ素層と、集電体と結合された接点の部分を形成すべくドープされた領域とを有し得る。詳細には、ケイ素、ゲルマニウム、または、それらの合金に基づく光起電力電池は、夫々がp型半導体およびn型半導体から成る各接点による接合部を取入れている。逆向きの極性の集電体間の電流は、有用な作業に使用され得る。ドープ済み接点は、剥離層からの箔体の分離に続き、または、斯かる分離の前に形成され得る。ケイ素箔体構造は効果的に処理されることで、当該太陽電池の後面に沿い、pドープされた接点およびnドープされた接点の両方を備えた太陽電池とされ得る。
【０１２２】
本明細書中に記述されたプロセスは、光起電力電池に対する好適な材料の形成に適している。更に薄寸の半導体構造を使用する結果、材料および対応コストが節約される。但し、上記半導体が過剰に薄寸であると、ケイ素は多くの光を捕捉しない。故に、多結晶質ケイ素／ゲルマニウム系の半導体の厚みを少なくとも2ミクロン〜100ミクロン以下とすることが有用である。薄膜ケイ素箔体を処理し、ドーピングされた後部接点を備える太陽電池とすることは、両件とも言及したことにより本明細書中に援用される同時係属中の特許文献１９および同時係属中の特許文献２０中に詳細に記述されている。詳細には、これらの同時係属中の特許出願は、下側に位置する孔質剥離層から分離された薄いケイ素薄寸体からの光電池の形成を更に記述すると共に、これらの手法は、本明細書中に記述された方法により形成された薄いケイ素薄寸体に対して適合化され得る。ZMR装置の下流におけるインライン処置に対しては、ひとつ以上のデバイス処理段階が取入れられ得ると共に、該インライン処置は幾つかの実施例における最終的な光起電性パネルを製造し得る。
【実施例】
【０１２３】
実施例１−剥離層上への走査型低大気圧CVD
この実施例は、光反応析出を用いて形成された剥離層上へと走査型低大気圧CVDを用いて高品質のケイ素箔体層を析出する能力を例証する。
【０１２４】
各析出は、言及したことにより本明細書中に援用される特許文献５に本質的に記述された反応器内で実施された。CVD蒸着は、適切に選択された反応物質であって特定の析出プロセスに対して供与されたという反応物質と同じ反応物質供給システムを用い、レーザを遮断して実施された。
【０１２５】
図８には、析出された各層の積層体が示される。顕微鏡写真図の底部から出発すると、各層は以下の如く特定され得る：基板、光反応析出により形成されたミクロン孔質窒化ケイ素層、および、稠密なCVDケイ素薄膜。図１０および図１１には、２つの別の代表的実施例が示される。図１０を参照すると、各層は底部から上方に向けて以下の如くである：基板、光反応析出により形成された10.6ミクロンの孔質窒化ケイ素層、8.3ミクロンの窒化ケイ素CVD層、31.4ミクロンのCVDケイ素層、および、770nmの窒化ケイ素CVD層。図１１を参照すると、各層は底部から上方に向けて以下の如くである：基板、光反応析出により形成された21.2ミクロンの孔質窒化ケイ素層、7.5ミクロンの窒化ケイ素CVD層、28.7ミクロンのCVDケイ素層、および、930nmの窒化ケイ素CVD層。
【０１２６】
本実施例の装置を用い、孔質の窒化ケイ素煤層上に数枚のCVDケイ素薄膜が合成された。5〜35ミクロン以上のケイ素薄膜厚みが得られた。孔質／剥離層の直近に析出されたケイ素は、該剥離層からの孔質の形態を継承することが観察される。漸進的に、ケイ素CVD薄膜が成長するにつれ、上記形態は更に結晶質かつ稠密となる。
【０１２７】
実施例２−剥離層におけるケイ素箔体の分離
この実施例は、孔質の粒子性剥離層の破砕によりケイ素箔体を分離する機能を例証する。
【０１２８】
一連の析出が実施されることで、図９に関して本質的に上述された構造が形成された。概略的に、各層は、光反応析出により形成された概略的に10〜40ミクロンの範囲の孔質で粒子性の窒化ケイ素、5〜10ミクロンの範囲のSSAP-CVD窒化ケイ素、約35ミクロンのSSAP-CVDケイ素、および、薄寸の窒化ケイ素冠層により約600Torrまたは低圧にて各サンプルが形成された。析出の後、ケイ素は帯域溶融再結晶プロセスに委ねられた。該ZMRプロセスにおいて上記構造は放射ヒータを通過して走査されることでケイ素が溶融され、これは引き続き当該材料が冷えるにつれて再結晶する。図１１には、結果的な構造の写真が示される。
【０１２９】
分離を実施するために、ガラスの薄寸体の表面に対して架橋エチレン酢酸ビニル(EVA)ポリマ接着剤が適用された。上記接着剤が塗付された表面は、被覆済み基板上へと載置された。次に、上記基板の頂部上の上記ガラス板に対して熱および圧力を付与するためにラミネータが使用され、上記ガラス板が薄膜積層体に対して積層された。図１２には、積層された構造の写真が示される。
【０１３０】
ケイ素箔体が接着された上記ガラス片は、僅かな物理的力を用い、手作業で上記基板から分離された。図１３には、分離されたケイ素箔体を備える上記ガラス板の代表的な写真が示される。分離に続き、上記箔体は実質的に原形を保っていた。上記分離プロセスは、再現可能であった。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
上記の実施例は、例示的であり、限定的であることは意図されない。付加的実施例は各請求項の範囲内である。これに加え、本発明は特定実施例に関して記述されたが、当業者であれば、本発明の精神および有効範囲から逸脱せずに形態および詳細において変更が為され得ることを理解し得よう。上記の文献に対する言及による一切の援用は、本明細書における明示的な開示に相反する主題は取入れられない様に制限される。
【図１】
2010530032.tif 000003
【図２】
2010530032.tif 000004
【図３】
2010530032.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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