(57)【要約】リボン結晶は、幅の寸法を有する本体と、本体内に埋入されるストリングとを有する。ストリングは、ほぼ細長い断面形状を有する。（ストリングの）この断面は、リボン結晶本体の幅の寸法によって逸れる、ほぼ長手方向の軸を有する。また、本発明はリボン結晶を形成する方法を提供し、該方法は、１組のストリングを提供することであって、該１組のストリングは、それぞれ、ほぼ細長い断面形状を有し、各ストリングの断面は、ほぼ長手方向の軸を有する、ことと、溶融材料をるつぼに追加することと、該１組のストリングを所与の方向において該溶融材料を通過させて、該溶融材料を界面上方で凝固させてシートを形成することであって、該シートは、該１組のストリングの該所与の方向にほぼ垂直である幅の寸法を有する、こととを含む。
2010537934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅の寸法を有する本体と、
該本体内に埋入されるストリングであって、該ストリングはほぼ細長い断面形状を有し、該ストリングの断面は、該幅の寸法によって逸れるほぼ長手方向の軸を有する、ストリングと
を含む、リボン結晶。
【請求項２】
前記長手方向の軸は、前記本体の幅の寸法に実質的に垂直である、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項３】
前記ストリングの断面は、概して不規則な形状に成形される、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項４】
前記ストリングは、複数のストリングを含む、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項５】
前記本体内に埋入される第２のストリングをさらに含み、該第２のストリングは、複数のストリングを含む、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項６】
前記ストリングの長手方向の軸は、前記幅の寸法と平行ではない、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項７】
前記本体の断面は、約６０ミクロンを超える最小厚を伴う首部を有する、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項８】
前記本体は、略凸形状を有する、請求項１に記載のリボン結晶。
【請求項９】
リボン結晶を形成する方法であって、
１組のストリングを提供することであって、該１組のストリングは、それぞれ、ほぼ細長い断面形状を有し、各ストリングの断面は、ほぼ長手方向の軸を有する、ことと、
溶融材料をるつぼに追加することと、
該１組のストリングを所与の方向において該溶融材料を通過させて、該溶融材料を界面上方で凝固させてシートを形成することであって、該シートは、該１組のストリングの該所与の方向にほぼ垂直である幅の寸法を有する、ことと
を含み、
少なくとも１つのストリングが、その長手方向の軸が該シートの幅の寸法によって逸れるように配向される、方法。
【請求項１０】
前記１組のストリングは、少なくとも２つのストリングを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
通過させることは、２つのストリングを前記所与の方向において前記溶融材料を通過させることを含み、前記幅の寸法は、該２つのストリングによって画定され、該２つのストリングは、それらの長手方向の軸がそれぞれ、前記シートの幅の寸法によって逸れるように配向される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶融材料は、シリコンベースの材料を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記１組のストリングの断面形状は、略楕円形または矩形である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記１組のストリングの断面形状は、前記長手方向の軸と略平行である長い寸法を有し、また、該１組のストリングの断面形状は、該長い寸法にほぼ垂直である短い寸法を有し、該短い寸法は、概して不規則である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記１組のストリングの断面形状は、略凸状である、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記１組のストリングの断面形状は、略凹状である、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
本体と、
該本体内のストリングであって、略凹状断面形状を有する、ストリングと
を含む、リボン結晶。
【請求項１８】
前記ストリングは、「Ｔ」形状、「Ｃ」形状、および十字形状のうちの１つを有する、請求項１７に記載のリボン結晶。
【請求項１９】
前記本体は、シリコンを含む、請求項１７に記載のリボン結晶。
【請求項２０】
前記ストリングは、１対の接触ストリングを含み、該１対の接触ストリングは、概して、細長い凹状断面形状を形成する、請求項１７に記載のリボン結晶。
【請求項２１】
前記本体は、厚さの寸法を有し、前記ストリングは、概して、該本体の厚さの寸法に沿って間隔をあけられた１対のストリングを含む、請求項１７に記載のリボン結晶。
【請求項２２】
前記本体は、幅の寸法を形成し、前記ストリングは、該幅の寸法の周りでほぼ対称である凹面を有する、請求項１７に記載のリボン結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権および関連出願に対する参照）
本特許出願は、２００７年８月３１日に出願された米国仮特許出願番号第６０／９６９，２６３号（名称「ＳＴＲＩＮＧ  ＲＩＢＢＯＮ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＡＮＤ  ＳＴＲＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ」、割り当てられた代理人整理番号３２５３／１０６であり、Ｃｈｒｉｓｔｉｎｅ  Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｆｅｌｔｏｎ、Ｒｉｃｈａｒｄ  ＷａｌｌａｃｅおよびＳｃｏｔｔ  Ｒｅｉｔｓｍａを発明者として指定する）からの優先権を主張し、上記仮特許出願は、その全体が本明細書において参照により援用される。
【０００２】
本特許出願は、また、以下の同時係属中の同一人による特許出願であって、本特許出願と同日に出願され、上記と同一の優先権を主張し、それらの内容が本明細書において参照により援用される、特許出願、すなわち、
代理人整理番号３２５３／１７２（名称「ＲＥＤＵＣＥＤ  ＷＥＴＴＩＮＧ  ＳＴＲＩＮＧ  ＦＯＲ  ＲＩＢＢＯＮ  ＣＲＹＳＴＡＬ」）および代理人整理番号３２５３／１７４（名称「ＲＩＢＢＯＮ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＳＴＲＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＥＸＴＲＵＤＥＤ  ＲＥＦＲＡＣＴＯＲＹ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ」）にも関連する。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、概して、ストリングリボン結晶に関し、より具体的には、本発明は、ストリングリボン結晶を形成するために使用されるストリングに関する。
【背景技術】
【０００４】
（発明の背景）
特許文献１（１９８７年発行、単一の発明者として、Ｅｍａｎｕｅｌ  Ｍ．Ｓａｃｈｓを指定）に論じられるようなストリングリボン結晶は、種々の電子デバイスの基礎を形成し得る。例えば、Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ  Ｓｏｌａｒ，Ｉｎｃ．（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）は、従来のストリングリボン結晶から太陽電池を形成する。
【０００５】
上記の特許（特許文献１）に詳述されるように、従来のプロセスは、２つ以上のストリングを溶融シリコンに通過させることによって、ストリングリボン結晶を形成する。ストリングの組成および性質は、その効率に、そして、一部の場合においては、最終的に形成されるストリングリボン結晶のコストに大きな影響を及ぼし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，６８９，１０９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
本発明の一実施形態によると、リボン結晶は、幅の寸法を伴う本体と、本体内に埋入されるストリングと、を有する。ストリングは、ほぼ細長い断面形状を有する。（ストリングの）この断面は、リボン結晶本体の幅の寸法によって逸れる（ｄｉｖｅｒｇｅ）ほぼ長手方向の軸を有する。
【０００８】
より一般的には、ストリングの長手方向の軸は、例証的には、本体の幅の寸法と平行ではない。好ましい実施形態では、長手方向の軸は、本体の幅の寸法に実質的に垂直である。さらに、ストリングの断面は、概して不規則な形状に成形されてもよい。
【０００９】
ストリングは、１つのストリングまたは複数のストリングであってもよい。また、結晶は、本体内に埋入される第２のストリングを有してもよく、第２のストリングはまた、複数のストリングを有する。ストリングは、その種々の反復において、本体の断面が約６０ミクロンを超える厚さを伴う首部を有するようにしてもよい。
【００１０】
本発明の別の実施形態によると、リボン結晶は、本体と、本体内に埋入されるストリングと、を有する。ストリングは、略凹状断面形状を有する。
【００１１】
とりわけ、ストリングは、「Ｔ」形状、「Ｃ」形状、または十字形状のうちの１つを有してもよい。
【００１２】
本発明の他の実施形態によると、リボン結晶を形成する方法は、それぞれ、ほぼ細長い断面形状を有する１組のストリングを提供する。各ストリングの断面は、ほぼ長手方向の軸を有する。また、方法は、溶融材料をるつぼに追加し、１組のストリングを所与の方向において溶融材料に通過させ、したがって、溶融材料を界面上方で凝固させ、シートを形成する。シートは、１組のストリングの所与の方向に略垂直である幅の寸法を有する。少なくとも１つのストリングは、その長手方向の軸がシートの幅の寸法によって逸れるように配向される。
【００１３】
１組のストリングの断面形状は、凸状または凹状であり得る。例えば、１組のストリングの断面形状は、略楕円形、矩形、または凹状ストリングを効果的に形成する１対のストリングであってもよい。
【００１４】
当業者は、直下に要約される図面を参照して論じられる、以下の「例示的な実施形態の説明」から、本発明の種々の実施形態の利点をより完全に理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の例証的実施形態に従って構成されるストリングから形成され得る、ストリングリボン結晶を概略的に示す。
【図２】図２は、ストリングリボン結晶を形成するために使用される、例証的炉を概略的に示す。
【図３】図３は、従来技術のストリングを伴う、従来技術のリボン結晶の一部の断面図を概略的に示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の例証的実施形態に従って形成される、ストリングを概略的に示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の種々の実施形態による、線Ｂ−Ｂに沿った図４Ａのストリングの８つの断面図を概略的に示す。
【図５】図５は、本発明の例証的実施形態に従って構成されるストリングを使用して、ストリングリボン結晶を形成する例証的プロセスを示す。
【図６】図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、細長断面を伴うストリングを使用する実施形態による、リボン結晶の断面図を概略的に示す。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、単一ストリングの機能を果たすように使用される複数のストリングを伴う、リボン結晶の断面図を概略的に示す。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、略凹状断面形状を有するストリングを伴う、リボン結晶を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（例示的な実施形態の説明）
本発明の例証的実施形態は、非円形断面を伴うストリングを使用して、リボン結晶を形成する。具体的には、本発明者は、あるストリング幾何学形状が、有利なことに、付加的外部加工機器を必要とせずに、リボン結晶の首部のサイズを増加させることを発見した。その結果、リボン結晶は、より強固となり、したがって、収率を向上させるはずである。
【００１７】
例えば、いくつかの実施形態は、細長断面を伴うストリングを使用しており、長い寸法は、リボン結晶の幅から逸脱する。別の実施例として、関連実施形態は、凸状または凹状（細長であるかどうかを問わず）である非円形ストリングによって、リボン結晶を形成する。種々の実施形態の詳細は、後述される。
【００１８】
図１は、本発明の例証的実施形態に従って構成されるストリングリボン結晶１０を概略的に示す。他のリボン結晶と同様に、このリボン結晶１０は、略矩形形状であって、その前後面上に比較的大きな表面積を有する。例えば、リボン結晶１０は、約３インチの幅と、約６インチの長さとを有してもよい。当業者によって周知のように、長さは、大幅に変動する可能性がある。例えば、いくつかの周知のプロセスでは、長さは、その成長に伴ってリボン結晶１０を切断すべき場所に関して、炉のオペレータの裁量に依存する。加えて、幅は、リボン結晶幅の境界を形成するその２つのストリング１２（図２参照）の分離に依存して、変動する可能性がある。故に、特定の長さおよび幅の議論は、例証的であって、本発明の種々の実施形態を制限することは意図されない。
【００１９】
リボン結晶１０の厚さは、可変であって、その長さおよび幅の寸法と比較して、非常に小さくてもよい。例えば、ストリングリボン結晶１０は、その幅全体にわたって、約６０ミクロン乃至約３２０ミクロンの範囲の厚さを有してもよい。この可変厚にかかわらず、ストリングリボン結晶１０は、その長さおよび／または幅全体にわたって、平均的厚さを有するように考慮されてもよい。
【００２０】
リボン結晶１０は、用途に応じて、種々の材料（概して、「リボン材料」または「結晶材料」と称される場合が多い）のいずれかから形成されてもよい。例えば、発電用途用の成長の場合、リボン結晶１０は、シリコン等の単一要素、またはシリコンベースの材料（例えば、シリコンゲルマニウム）等の化合物から形成されてもよい。他の例証的リボン材料は、ガリウムヒ素またはリン化インジウムを含んでもよい。リボン材料は、多重結晶、単結晶、多結晶、微結晶、または半結晶等、種々の結晶種のいずれかであってもよい。
【００２１】
当業者によって周知のように、リボン結晶１０は、概して、リボン材料によって埋入／封入される１対のストリング１２から形成される。便宜上、リボン結晶１０は、ポリシリコンリボン材料から形成されるものとして論じられる。それでもなお、ポリシリコンの議論は、あらゆる実施形態を制限するものとして意図されるものではないことをあらためて表明する。
【００２２】
例証的実施形態は、図２に示されるようなリボン結晶成長炉１４内において、リボン結晶１０を成長させる。より具体的には、図２は、本発明の例証的実施形態に従って、ストリングリボン結晶１０を形成するために使用され得る、シリコンリボン結晶成長炉１４を概略的に示す。炉１４は、とりわけ、実質的に酸素のない（燃焼を防止するため）密閉内部を形成する筐体１６を有する。酸素の代わりに、内部は、アルゴン等のある濃度の別の気体、または気体の組み合わせを有する。また、筐体内部は、とりわけ、るつぼ１８と、４つのシリコンリボン結晶１０を実質的に同時に成長させるための他の構成要素と、を含有する。筐体１６内の供給入口２０は、シリコン原料を内部るつぼ１８に誘導するための手段を提供する一方、任意の窓２２は、内部構成要素の検査を可能にする。
【００２３】
示されるように、るつぼ１８は、筐体１６内の内部基盤上に支持され、実質的に平坦な上表面を有する。るつぼ１８の本実施形態は、その長さに沿って、並列構成にシリコンリボン結晶１０を成長させるための領域を伴う、細長形状を有する。例証的実施形態では、るつぼ１８は、黒鉛から形成され、シリコンをその融点を超えて維持可能な温度に抵抗加熱される。結果を向上させるために、るつぼ１８は、その幅をはるかに超える長さを有する。例えば、るつぼ１８の長さは、その幅を３倍以上超えてもよい。当然ながら、いくつかの実施形態では、るつぼ１８は、このように細長でなくてもよい。例えば、るつぼ１８は、略四角形状または非矩形形状を有してもよい。
【００２４】
図２に示され、以下に詳述されるように、炉１４は、ストリング１２を受容するための複数の孔２４（想像線で図示）を有する。具体的には、図２の炉１４は、４対のストリング１２を受容するための８つのストリング孔２４を有する。各対のストリング１２は、るつぼ１８内の溶融シリコンを通過し、単リボン結晶１０を形成する。
【００２５】
多くの従来のリボン結晶成長プロセスは、ストリング近傍に薄い首部分を伴う、リボン結晶を形成する。より具体的には、図３は、従来技術のストリング１２Ｐを有する、従来技術のリボン結晶１０Ｐの一部の断面図を概略的に示す。この従来技術のリボン結晶１０Ｐは、ストリング１２Ｐとリボン結晶１０のより広い部分３８との間に薄い首部分３６を有する。首部分３６が薄過ぎる場合、リボン結晶１０Ｐは、非常に脆弱であって、より破砕しやすくなり、したがって、収率損失へとつながる場合がある。例えば、ストリング１２とリボン結晶１０Ｐを形成するリボン材料（例えば、ポリシリコン）との間の熱膨張差係数が著しく大きい場合、リボン結晶１０Ｐは、首部分３６でより破砕しやすくなり得る。
【００２６】
首部厚を増加させるために、当業者は、リボン成長プロセスに機器を追加していた。例えば、そのような解決策の１つは、ガス噴射器（図示せず）を炉１４に追加することである。これらのガス噴射器は、首部分３６に向かって比較的冷たい気流を誘導し、したがって、その領域内の温度を低下させ、首部厚を増加させる。他の解決策は、特殊メニスカス整形器の追加を伴う。
【００２７】
そのような付加的外部手段を使用せずに、本発明の例証的実施形態は、所定の方法でストリング１２の断面寸法を設計する。次いで、例証的実施形態は、成長リボン結晶１０の首部分３６のサイズを増加させるように、ストリング１２を結晶成長炉１４内に位置付ける。例えば、約１９０ミクロンの平均厚を伴う、結果として得られるリボン結晶１０は、約６０ミクロンの最小厚を伴う首部分３６を有し、ある用途では十分であり得る。この革新は、結果として、収率損失を低減させ、したがって、生産コストを低減させるはずである。
【００２８】
図４Ａは、本発明の例証的実施形態に従って形成され得る、ストリング１２を概略的に示す。この図は、略凸状または円唇断面を示すように見られるが、単なる概略図であって、任意の特定の断面形状の代表であるとみなされるべきではない。これを受けて、図４Ｂは、本発明のいくつかの異なる実施形態による、図４Ａの交差線Ｂ−Ｂに沿ったストリング１２の８つの異なる可能な断面図を概略的に示す。例えば、形状のいくつかは、ストリング１の不規則形状、ストリング２の矩形形状、およびストリング３のいくぶん楕円形状等、概して細長い。
【００２９】
細長であるかどうかにかかわらず、種々のストリング１２は、略凹状または略凸状のいずれかとして分類され得る。本明細書で使用されるように、断面形状は、その外周のいずれかの部分が少なくとも１つの無視できない程度の凹面を形成する場合、略凹状である。したがって、ストリング１は、その他の凸状部分にかかわらず、略凹状であるとみなされる。反対に、断面形状は、その外周が無視できない程度の凹面を形成しない場合、略凸状であるとみなされる。したがって、図４Ｂのストリング２およびストリング３は、略凸状である。
【００３０】
図４Ｂは、略凹状であるいくつかの他の断面ストリング形状を示す。実際、いくつかは、細長および凹状とみなされる場合がある。例えば、ストリング４は、略「Ｃ」形状の凹状かつ細長である一方、ストリング５は、略十字形状の凹状であるが、細長ではない。ストリング５（十字形状）の形状は、略対称（十字の水平および垂直部分の両方が約同サイズ）であるため、細長ではない。その実際の寸法に応じて、略「Ｔ」形状のストリング８は、細長とみなされる場合もあれば、そうではない場合もある。例えば、下方に延在する「Ｔ」形状の部分が、その水平部分よりも長い場合、ストリング８は、細長とみなされ得る。いずれの場合も、ストリング８は、略凹状であるとみなされる。
【００３１】
いくつかの実施形態は、複数のストリング１２を使用して、リボン結晶１０の片縁を形成する。ストリング６および７は、２つのそのような実施形態を示す。具体的には、ストリング６は、個々のストリング１２が最終リボン結晶１０内で互いに物理的に接触する一実施形態を示す一方、ストリング７は、個々のストリング１２が最終リボン結晶１０内で互いに間隔をあけられた別の実施形態を示す。複数のストリング１２を使用する実施形態は、２つを上回るストリング１２を使用してもよいことに留意されたい。加えて、この複数のストリング実施形態の個々のストリング１２は、同一または異なる断面形状（例えば、第１の楕円形に成形されたストリング１２と、別の十字または円形に成形されたストリング１２）を有してもよい。
【００３２】
図４Ｂの特定の形状は、種々の異なる断面ストリング形状の単なる実施例であることに留意されたい。故に、当業者は、他のストリング形状も、種々の実施形態の範囲内にあることを理解されたい。
【００３３】
図５は、本発明の例証的実施形態に従って構成されるストリング１２によって、ストリングリボン結晶１０を形成する例証的プロセスを示す。便宜上、このプロセスは、図４Ｂのストリング２のみを参照して論じられる（ストリング２は、その図がこのプロセスにおいて論じられる種々のストリング層を明示的に示すという点において、唯一のストリング１２であるため）。それでもなお、論じられる原則は、他の断面形状を有するストリング１２、または他のプロセスによって形成される他のストリングに適用されることに留意されたい。
【００３４】
プロセスは、耐熱性材料層を受容する基板として作用する、コア／基板２８を形成することによるステップ５００から開始する。代理人整理番号第３２５３／１７２号「ＲＥＤＵＣＥＤ  ＷＥＴＴＩＮＧ  ＳＴＲＩＮＧ  ＦＯＲ  ＲＩＢＢＯＮ  ＣＲＹＳＴＡＬ」（上述で参照することによって援用される）を有する同時係属の米国特許出願において詳述されるように、コア２８は、従来の押出プロセスによって、炭素から形成可能である。しかしながら、他の実施形態では、コア２８は、ワイヤ、フィラメント、または短線としてともに巻着される複数の小導電性繊維であってもよい。例えば、加工後プロセスは、酸化、炭化、または浸潤等の周知の加工プロセスを通して、モノフィラメントを形成可能である。
【００３５】
コア２８は、所望の断面形状を有してもよい。例えば、図４Ｂに示されるように、ストリング２のコア２８は、略矩形である。代替として、コア２８は、異なる断面形状を有してもよい一方、耐熱性材料適用機器は、所望の断面形状を形成するように特別に構成されてもよい。例えば、押出機器は、コア材料から、最終断面ストリング形状と同一または異なる事前に指定された断面形状を有する断面形状を形成するように、特別に構成されてもよい。
【００３６】
コア２８を形成後、プロセスは、上述の耐熱性材料層３０として作用する第１のコーティング／層を形成する（ステップ５０２）。とりわけ、第１のコーティング３０は、炭化ケイ素、タングステン、または炭化ケイ素およびタングステンの組み合わせを含んでもよい。加えて、この第１の層は、従来の（かつ、多くの場合、複雑な）ＣＶＤコーティングプロセス等のいくつかの従来の方法で形成されてもよい。
【００３７】
ＣＶＤプロセスの複雑な機械類および危険な化学物質の使用を回避するために、例証的実施形態は、耐熱性材料をコア／基板２８上に直接押し出す。これは、とりわけ、引抜成形プロセス、または耐熱性材料とその後焼除されるポリマー成分のスピニングを伴う場合がある。プロセスは、炭素、シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミニウム、ムライト、二酸化ケイ素、ＢＮ粒子、またはポリマー接着剤と混合され、押出／引抜成形によって結合される繊維のうちの少なくとも１つの成分を使用してもよい。また、これは、少なくとも１つの炭化ケイ素、炭素、シリコン、ならびに酸素、ムライト、炭素、および／または炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを伴う被覆とのコア２８の複合押出を伴ってもよい。故に、上述のように、コア２８は、耐熱性材料層３０を支持するための基板として効果的に作用する。
【００３８】
したがって、このステップは、基礎ストリング部分２６とみなされるものを形成する。基礎ストリング部分２６は、種々の材料のいずれかの１つ以上から形成されてもよいことをあらためて表明する。そのような材料は、黒鉛繊維または短線、タングステンまたは炭化ケイ素等の耐熱性材料、あるいはそれらの組み合わせを含んでもよい。実際、いくつかの実施形態は、コア２８を伴わない基礎ストリング部分２６を形成してもよい。
【００３９】
プロセスのこの時点では、基礎ストリング部分２６は、好ましくは、リボン材料の熱膨張係数と略調和する、結合熱膨張係数を有する。具体的には、ストリング１２の熱膨張特性は、過剰な応力が界面において発生しないように、リボン材料と十分に調和すべきである。応力は、ストリング１２が、合理的その後のリボン結晶の処理および加工ステップの際にリボンから分離する傾向を呈する場合、あるいはストリング１２が、リボン結晶縁から外側または内側に屈曲する傾向を呈する場合、過剰であるとみなされる。しかしながら、他の実施形態では、基礎ストリング部分２６の熱膨張係数は、リボン材料のものと略調和しない。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態は、用途に応じて、１つ以上の付加的層を有してもよい。例えば、代理人整理番号第３２５３／１７２号の上述で援用された特許出願で詳述されるように、ストリング１２は、リボン材料の粒子サイズを増加させるために、非湿潤／低湿潤層３２を有してもよい。その場合、プロセスは、ステップ５０４へと続行し、基礎ストリング部分２６上に露出非湿潤／低湿潤層３２を形成する。熱膨張係数差に敏感な用途では、層３２は、好ましくは、ストリング全体の熱膨張係数に僅かな影響を及ぼすように、非常に薄い。例えば、低湿潤層３２は、耐熱性材料層３０よりもはるかに薄くあるべきである。
【００４１】
非湿潤層３２を使用する実施形態では、その外表面のリボン材料との接触角を慎重に制御し、溶融リボン材料をそれに接着させるべきである。そうでなければ、プロセスは、リボン結晶１０を形成することができない。例えば、溶融ポリシリコンを使用する用途では、約１５乃至１２０度のシリコンとの接触角は、十分な結果をもたらすはずであると予測される。２５度を超えるそのような角度は、より優れた結果をもたらす場合がある。
【００４２】
とりわけ、非湿潤層３２は、ＣＶＤプロセス、浸漬コーティング、または他の方法によって形成されてもよい。例えば、基礎ストリング部分２６は、通過の際、蒸着チャンバ内で電気接触を適用する、したがって、基礎ストリング部分２６自体を加熱することによって、ＣＶＤコーティングされてもよい。代替として、基礎ストリング部分２６は、チャンバを通して誘導加熱することによって、加熱されてもよい。
【００４３】
このステップを実装するための関連技術は、以下を含む。
・ＣＶＤ炉の最後の時点または巻取の際の、シリカあるいはアルミナ酸化物、もしくは酸炭化ケイ素のゾルゲル浸漬
・外側から石英を加熱し、基礎ストリング部分２６を誘導加熱することによって蒸着される、ＣＶＤ非湿潤コーティング
・その後焼除されるポリマー接着剤による、噴霧蒸着
・基礎ストリング部分２６または短線上に粒子を振動させ、次いで、基礎ストリング部分２６または短線に焼き付ける
・耐熱性スラリー（例えば、炭化ケイ素／二酸化ケイ素）または液体によって、基礎ストリング部分２６をコーティングし、次いで、残渣を焼き払う。
【００４４】
また、ストリング１２は、耐熱性材料層３０から外側に放射状にハンドリング層３４を有し、基礎ストリング部分２６の完全性を維持してもよい。これを受けて、含まれる場合、ハンドリング層３４は、基礎ストリング部分２６に小さい圧縮応力を提供し、したがって、ストリング１２全体のロバスト性を向上させる。故に、基礎ストリング部分２６が亀裂を生じる場合、ハンドリング層３４の圧縮応力は、ストリング１２が破損する可能性を低減するはずである。とりわけ、ハンドリング層３４は、炭素の薄層であってもよい（例えば、ほぼ既知のサイズを有するストリング１２に対して１ミクロンまたは２ミクロン厚）。
【００４５】
故に、ステップ５０４を行なう前に、いくつかの実施形態は、生成された非湿潤層３２と別個のハンドリング層３４を形成してもよい（例えば、図４Ｂのストリング２参照）。したがって、そのような実施形態では、非湿潤層３２は、ハンドリング層３４を実質的に被覆する。より具体的には、非湿潤層３２は、ハンドリング層３４の外周表面を被覆する。しかしながら、いくつかの実施形態は、非湿潤層３２をハンドリング層３４に統合してもよい。
【００４６】
次いで、ステップ５０６では、コーティングされたストリング１２が、非湿潤層３２を通して延在するフィラメント（そのようなフィラメントは、本明細書では、「ひげ結晶」と称される）を有するかどうか判断される。これは、例えば、フィラメントの短線がコア２８を形成する場合に生じる可能性がある。コーティングされたストリング１２がひげ結晶を有する場合、プロセスは、ステップ５０８において、それを剃除する。次いで、プロセスは、折り返してステップ５０４に戻り、非湿潤層３２を再適用してもよい。
【００４７】
代替として、ストリング１２がひげ結晶を有さない場合、プロセスは、ステップ５１０に続行し、図２に示されるように、ストリング１２を炉１４に提供する。これを受けて、いくつかの実施形態は、各リボン結晶縁に対して単一ストリング１２、または各リボン結晶縁に対して複数のストリング１２を提供する（例えば、図６Ｂのストリング６および７）。用語「ストリング」は、それとは反対に明示的に修正されない限り（例えば、「単一」または「複数」によって）、リボン結晶１０の境界／幅の形成を参照して言及される場合、概して、１つ以上のストリングを意味する。
【００４８】
ストリング１２を形成するための上述の方法を使用せずに、いくつかの実施形態は、凹面を円唇または別様に略凸状ストリング１２に機械加工あるいは穿孔する。故に、ストリング１２は、他の方法によって形成されてもよい。
【００４９】
例証的実施形態は、リボン結晶首部分３６の厚さを増加させるように、ストリング１２を炉１４内に配向する。例えば、図６Ａ−６Ｃは、細長、略楕円、および略凸状断面形状を有するストリング１２を伴う、３つのリボン結晶１０の断面図を概略的に示す。首部分３６の厚さを増加させるために、これらの実施形態は、それらのそれぞれのリボン結晶１０の幅の寸法によって逸れるように、それらのそれぞれのほぼ長手方向の軸４２を配向する。換言すると、逸脱するために、長手方向の軸４２は、幅の寸法と平行ではなく、代わりに、長手方向の軸４２および幅の寸法は交差する。
【００５０】
より具体的には、各ストリング１２の断面は、それぞれ、図６Ａ−６Ｃにおいて、両側矢印として示される最大寸法を有する。したがって、参照目的のために、これらの細長断面形状のそれぞれの長手方向の軸４２は、最大寸法と共線的であるとみなされる。本発明者に周知の従来の技術は、この長手方向の軸４２をリボン結晶１０の幅の寸法と略平行に配向する。しかしながら、当該分野におけるこの明示的教示に反して、本発明者は、リボン結晶の幅の寸法によって逸れるように長手方向の軸４２を配向することは、首部サイズを増加させるはずであることを発見した。
【００５１】
例えば、図６Ａは、長手方向の軸４２を幅の寸法に実質的に垂直に配向する一方、図６Ｃは、幅の寸法と低角を形成するように長手方向の軸４２を配向する。図６Ｂは、図６Ａおよび６Ｃの極端性間に長手方向の軸４２を配向する。いずれの実施形態も、上述の従来の技術と比較して、首部分３６のサイズを増加させるはずである。結果として、この首部サイズの増加は、破損を低減させ、したがって、収率を向上させるはずである。
【００５２】
また、図６Ａ−６Ｃに示されるもの以外の配向も、十分な結果をもたらすはずであることに留意されたい。例えば、図６Ｂに示される角度から約９０度（時計回りまたは反時計回り）回転されるように長手方向の軸４２を配向することもまた、首部サイズを増加させるはずである。
【００５３】
ストリング１２が炉１４を通過すると、溶融リボン材料（各リボン結晶１０の）は、メニスカスを形成する。また、試験の際、本発明者は、メニスカスの高さを上昇させることによって、首部分３６の厚さを略増加させることを発見した。これを受けて、本発明者は、断面ストリング形状の主半径が、ある所定特性を有するはずであることを認識した。
【００５４】
より具体的には、気体と溶融材料との間の静的界面全体にわたる圧力差は、以下のように規定されるＹｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅの式によって定義される。
【００５５】
【数１】
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ここで、
ＰＩは、溶融材料の圧力
ＰＩＩは、気体の圧力
ｒ１およびｒ２は、メニスカスの主曲率半径
σ（ロー）は、表面張力
本発明者は、溶融材料が気体の圧力未満である場合、メニスカス高が増加するはずであると判断した。これを達成するために、本発明者は、メニスカスの主曲率半径は、それらが正である場合（すなわち、断面形状が略凹状である場合）小さいはずであると判断した。反対に、第２の曲率半径ｒ２が負である場合（その場合、断面形状が略凸状である）、第２の曲率半径ｒ２は、大きいはずである。
【００５６】
早期試験では、少なくとも予め、これらの結果を確認している。さらに、そのような試験は、付加的な驚くべき結果をもたらした。具体的には、本発明者は、リボン結晶１０の単一縁のために２つの個々のストリング１２を溶融材料に通過させることによって、メニスカス上昇現象に気付いた。図７Ａおよび７Ｂは、この技術を使用して形成されるリボン結晶１０を概略的に示す。
【００５７】
また、本発明者は、各縁のための個々のストリング１２が分離される際、別の驚くべき結果に気付いた（図７Ｂ）。特に、ある試験では、単一縁を形成する２つの個々のストリング１２は、約７００ミクロン分離された。また、首部分３６の厚化に加えて、この縁の精密検査は、その領域近傍により大きな粒子が存在することを示し、その結果は、完全に予想外のものであった（これらの個々のストリング１２は、上述の非湿潤層３２を有していなかった）。したがって、本発明者は、そのような技術および関連技術もまた、リボン結晶１０の電気効率を向上させるはずであると考える。
【００５８】
図８Ａおよび８Ｂは、略凹状断面形状を有するストリング１２を伴う、２つのリボン結晶１０を概略的に示す。示されるように、ストリング１２は、それらの凹面が、ウエハ幅（すなわち、Ｘ方向）に完全に向かって、または完全に離れて配向されるように配向される。特に、凹面は、略対称に配向され、例えば、凹面は、Ｘ軸上下に鏡像を形成する。本発明者は、適切な結晶成長を促進するように、メニスカスを成形するであろうと考えるため、この配向は、好ましい。しかしながら、これらの配向からの大幅な回転（時計回りまたは反時計回り）は、メニスカス形状に影響を及ぼし、適切な結晶成長を妨害する場合がある。当業者は、複数の凹面または断面形状（例えば、十字形状）の対向面上に凹面を有するストリング１２にこの概念を適用することが可能である。
【００５９】
この時点で、成長される各リボン結晶１０に対し、プロセスは、２つのストリング１２（ともに最終リボン結晶幅を形成する）を炉１４およびるつぼ１８に通過させ、したがって、ストリングリボン結晶１０を形成する（ステップ５１２）。
【００６０】
故に、本発明の例証的実施形態は、特殊構成ストリング１２をリボン結晶１０内に配向し、首部厚を増加させる。代替として、または加えて、特殊構成ストリング１２は、炉１４内のメニスカスの高さを上昇させ、首部厚をさらに増加させる。故に、この技術を使用して成長されるリボン結晶１０は、破損しにくくなり、したがって、収率を向上させるはずである。
【００６１】
上述の議論は、本発明の種々の例示的実施形態を開示するが、当業者が、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の利点のうちのいくつかを達成する種々の修正を行うことが可能であることは明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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