(57)【要約】  発明は、光電池の作製に有用であり得る半導体材料のような、半導体材料品の作製方法及びこの方法で形成される半導体材料品に関する。
2012519135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自立半導体材料品の作製方法において、
温度,Ｔ０にある金型を提供する工程、
バルク温度,Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、ここでＴ融液≧Ｔ０である、
前記金型を前記溶融半導体材料に少なくとも一度、前記金型の外表面を覆う前記半導体材料の固体層の形成及び前記形成された固体半導体材料層の完全な再融解に十分な第１の時間にわたり、浸漬する工程、
前記溶融半導体材料から前記金型を引き出す工程、
前記金型を前記溶融半導体材料の上方に、前記金型をあらかじめ定められた温度差まで低温化させるに十分な時間にわたり、保持する工程、
前記金型を前記溶融半導体材料に、前記金型の前記外表面を覆う前記半導体材料の固体層の形成に十分な第２の時間にわたり、浸漬する工程、
前記金型の前記外表面上に前記固体半導体材料層を着けたまま前記金型を引き出す工程、及び
前記自立半導体材料品を形成するために前記固体半導体材料層を前記金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】
前記金型が約１Ｋ〜約５００Ｋの範囲の温度差まで低温化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金型が、非晶質シリカ、多孔質シリカ、石英ガラス、窒化シリコン、シリコンカーバイド、グラファイト、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ＬａＢ６、ジルコニア(酸化ジルコニウム)及びイットリア(酸化イットリウム)から選ばれる材料で作製されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金型が、前記溶融半導体材料との接触角が相異なる少なくとも２つの材料を含む、テンプレート金型であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
自立半導体材料品の作製方法において、
温度,Ｔ０にある金型を提供する工程、ここで、前記金型は主基板及び、溶融半導体材料と前記主基板との間の接触角より小さい前記溶融半導体材料との接触角を有する材料を含む、離散位置を有する、
バルク温度,Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、ここでＴ融液≧Ｔ０である、
前記金型を前記溶融半導体材料に少なくとも一度、前記金型の外表面を覆う前記半導体材料の固体層の形成及び前記形成された固体半導体材料層の完全な再融解に十分な第１の時間にわたり、浸漬する工程、
前記溶融半導体材料から前記金型を引き出す工程、
前記金型を前記溶融半導体材料の上方に、前記金型をあらかじめ定められた温度差まで低温化させるに十分な時間にわたり、保持する工程、
前記金型を前記溶融半導体材料に、前記金型の前記外表面を覆う前記半導体材料の固体層の形成に十分な第２の時間にわたり、浸漬する工程、
前記金型の前記外表面上に前記固体半導体材料層を着けたまま前記金型を引き出す工程、及び
前記自立半導体材料品を形成するために前記固体半導体材料層を金前記型から分離する工程、
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２００９年２月２７日に出願された、名称を「制御された低温化による自立半導体材料品の作製方法(METHODS OF MAKING AN UNSUPPORTED ARTICLE OF SEMICONDUCTING MATERIAL BY CONTROLLED UNDERCOOLING)」とする、米国特許出願第１２/３９４６０８号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的に、制御された低温化による自立半導体材料品の作製方法に関する。
【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るプロセッサのような電子デバイスに用いることができる。別の例として、半導体材料は光起電力効果によって太陽光を電気エネルギーに変換するために用いることができる。
【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劣化させ得る。
【０００５】
結晶粒の粒径及び形状の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、結晶粒径は大きいほど、また一様であるほど、望ましいことが多い。例えば、導電度及び光電池の効率は、結晶粒径を大きくし、粒径一様性を高めることによって、向上させることができる。
【０００６】
シリコンベース太陽電池に対し、シリコンは、例えば、自立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により支持することができる。シリコンシートのような、自立半導体材料品または支持半導体材料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。自立する、すなわち一体基板のない、薄い半導体材料シートの作製方法は低速であるか、または半導体材料供給原料を浪費することになり得る。
【０００７】
自立単結晶半導体材料を作製する方法には、例えば、半導体材料をスライスする、すなわち薄いシートまたはウエハに切り分けるときに、かなりの切り代損を生じ得る、チョクラルスキープロセスがある。自立多結晶半導体材料を作製する方法には、例えば、低速であり得る電磁キャスティング法及びリボン成長法があり、多結晶シリコンリボン成長法での作製速度は約１〜２ｃｍ/分である。
【０００８】
自立多結晶半導体材料を作製するための別の有用な方法が、２００８年２月２９日に出願された、名称を「純またはドープト半導体元素または合金の自立品の作製方法(METHOD OF MAKING AN UNSUPPORTED ARTICLE OF A PURE OR DOPED SEMICONDUCTING ELEMENT OR ALLOY)」とする、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まれる。
【０００９】
支持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、半導体シートがその上に作製される基板に制限され、基板は、両立しないことがあり得る、様々なプロセス及び用途の要件を満たさなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１/０６７６７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、自立半導体材料品を作製するための、半導体材料品の結晶粒構造を向上させ、材料の浪費を抑え、及び／または作製速度を高めることができる、方法が業界で長年必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の様々な実施形態例にしたがえば、
温度,Ｔ０にある金型を提供する工程、
バルク温度,Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、ここでＴ融液≧Ｔ０である、
金型を溶融半導体材料に少なくとも一度、金型の外表面を覆う半導体材料の固体層の形成及び形成された固体半導体材料層の完全な再融解に十分な第１の時間にわたり、浸漬する工程、
溶融半導体材料から金型を引き出す工程、
金型を溶融半導体材料の上方に、金型をあらかじめ定められた温度差まで低温化させるに十分な時間にわたり、保持する工程、
金型を溶融半導体材料に、金型の外表面を覆う半導体材料の固体層の形成に十分な第２の時間にわたり、浸漬する工程、
金型の外表面を覆う固体半導体材料層を着けたまま金型を引き出す工程、及び
自立半導体材料品を形成するために固体半導体材料層を金型から分離する工程、
を含む、自立半導体材料品を作製する方法が提供される。
【００１３】
別の実施形態例は、
温度,Ｔ０にある金型を提供する工程、ここで、金型は主材料及び離散位置にある少なくとも１つの副材料を含む表面を有し、副材料は、主材料と溶融半導体材料の間の接触角より小さい溶融半導体材料との接触角を有する、
バルク温度,Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、ここでＴ融液≧Ｔ０である、
金型を溶融半導体材料に少なくとも一度、金型の表面を覆う半導体材料の固体層の形成及び形成された固体半導体材料層の完全な再融解に十分な第１の時間にわたり、浸漬する工程、
溶融半導体材料から金型を引き出す工程、
金型を溶融半導体材料の上方に、金型をあらかじめ定められた温度差まで低温化させるに十分な時間にわたり、保持する工程、
金型を溶融半導体材料に、金型の表面を覆う固体半導体材料層の形成に十分な第２の時間にわたり、浸漬する工程、
金型の外表面を覆う固体半導体材料層を着けたまま金型を引き出す工程、及び
自立半導体材料品を形成するために固体半導体材料層を金型から分離する工程、
を含む、半導体材料品を作製する方法に関する。
【００１４】
本発明の実施形態例は、
温度,Ｔ０にある金型を提供する工程、
バルク温度,Ｔ融液にある溶融半導体材料を提供する工程、ここでＴ融液≧Ｔ０である、
金型を溶融半導体材料に、金型の外表面を覆う半導体材料の固体層の形成及び形成された固体半導体材料層の完全な再融解に十分な第１の時間にわたり、浸漬する工程、
溶融半導体材料から金型を引き出す工程、
金型を溶融半導体材料の上方に、金型をあらかじめ定められた温度差まで低温化させるに十分な時間にわたり、保持する工程、
金型を溶融半導体材料に、金型の外表面を覆う半導体材料の固体層の形成に十分な第２の時間にわたり、浸漬する工程、
金型の外表面を覆う固体半導体材料層を着けたまま金型を引き出す工程、及び
自立半導体材料品を形成するために固体半導体材料層を金型から分離する工程、
を含む方法によって形成された半導体材料品にも関する。
【００１５】
本発明にしたがう方法は、少なくともいくつかの実施形態において、半導体材料の結晶粒構造を向上させ、材料の浪費を抑え、及び／または半導体材料品の作製速度を高めることができる。
【００１６】
本明細書に用いられるように、術語「半導体材料」は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、スズ及びヒ化ガリウムのような、またこれらの合金、化合物及び混合物のような、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、(例えば真性またはｉ型シリコンのような)純半導体材料、または(例えば、リンのようなｎ型またはホウ素のようなｐ型のドーパントを含有する、シリコンのような)ドープト半導体材料とすることができる。
【００１７】
本明細書に用いられるように、語句「半導体材料品」は本発明の方法を用いて作製される半導体材料のいかなる形状または形態も含む。そのような半導体材料品の例には、平滑であるかまたは模様付きの半導体材料品、平坦であるか、湾曲しているか、曲げられているかまたは角度が付けられた半導体材料品及び対称であるかまたは非対称な半導体材料品がある。半導体材料品は、例えばシートまたはチューブのような形態をとることができる。
【００１８】
本明細書に用いられるように、術語「自立」は半導体材料品が金型と一体ではないことを意味する。自立品は、形成されている間は金型に緩く結合されていることができるが、半導体材料品は金型を覆って形成された後に金型から分離される。しかし、自立品は、引き続いて、光発電用途のような、様々な用途のために基板上に載せることができる。
【００１９】
本明細書に用いられるように、術語「金型」は半導体材料品の最終形状に影響することができ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、溶融半導体材料または固化半導体材料が実際上金型の表面に物理的に接触する必要はないが、金型表面と溶融半導体材料または固化半導体材料の間の接触はおこり得る。
【００２０】
本明細書に用いられるように、術語「金型の外表面」は、浸漬時に溶融半導体材料にさらされ得る、金型の表面を意味する。例えば、チューブ形金型の内表面は、金型が浸漬されたときに内表面が溶融半導体材料に接触できる場合は、外表面とすることができる。
【００２１】
本明細書に用いられるように、語句「金型の外表面を覆う固体半導体材料層の形成」及びこの変形は、溶融半導体材料から金型の外表面上またはその近傍に半導体材料が固化する(本明細書では凝固または結晶化するとも称される)ことを意味する。金型の外表面を覆う固体半導体材料層を形成する工程は、いくつかの実施形態において、金型の外表面をコーティングしている粒子層上に半導体材料を固化させる工程を含む。様々な実施形態において、金型と溶融半導体材料の間の温度差により、半導体材料は金型の表面に物理的に接触する前に固化することができる。半導体材料が金型に物理的に接触する前に固化すると、固化した半導体材料は、いくつかの実施形態において、引き続いて金型または金型をコーティングしている粒子と物理的に接触することができる。半導体材料は、いくつかの実施形態において、金型の外表面と、または、存在すれば、金型の外表面をコーティングしている粒子との、物理的な接触後に固化することもできる。
【００２２】
本明細書に用いられるように、術語「テンプレート金型」は溶融半導体材料にさらされる主材料及び少なくとも１つの副材料の離散位置を含む表面を有する金型を意味する。主材料及び少なくとも１つの副材料は溶融半導体材料と相異なる接触角を有し、したがって溶融半導体材料との相異なる核形成特性を有することができる。例えば、テンプレート金型は溶融半導体材料との接触角が大きい主材料及び溶融半導体材料との接触角が小さい少なくとも１つの副材料を含むことができる。本発明にしたがうテンプレート金型は、例えば主材料の表面上の、少なくとも１つの副材料を含むドットの、様々なパターンのような、金型の表面上の少なくとも１つの副材料のいずれかの配置を有することができる。
【００２３】
本明細書に用いられるように、語句「高められた作製速度」及びこの変形は、リボン成長法のような、半導体材料品を作製するための従来方法に対する、半導体材料品作製速度のいかなる向上も含む。例えば、高められた作製速度は約１〜２ｃｍ/分より大きいいかなる速度とすることもできる。
【００２４】
本明細書に用いられるように、「抑えられた材料浪費」及びこの変形は、半導体材料品の製造に続いてスライスまたは切断を用いる従来方法による半導体材料損失量の、いかなる低減も意味する。
【００２５】
本明細書に用いられるように、術語「結晶」は、例えば単結晶材料及び多結晶材料を含む、結晶構造を有するいずれの材料も意味する。
【００２６】
本明細書に用いられるように、術語「多結晶」は複数個の結晶粒を有するいずれの材料も意味する。例えば、多結晶材料には、複結晶材料、微結晶材料及びナノ結晶材料を含めることができる。
【００２７】
本明細書に用いられるように、術語「結晶粒構造」には、結晶粒径、結晶粒形状、粒径の一様性、形状の一様性及び／または結晶粒方位の一様性が含まれる。結晶粒構造の向上には、例えば、粒径の増大または粒径及び／または形状の一様性の向上を含めることができ、及び／または半導体材料品を作製するための従来の方法に比較して半導体材料品が受け得る後処理の量を結晶粒構造の向上によって低減できる。
【００２８】
本明細書に用いられるように、術語「低温化」は溶融半導体材料の(本明細書では凝固とも称される)固化をおこさせ得る溶融半導体材料と金型の間に温度差を生じさせるプロセスを指し、低温化による温度差(以降、低温化温度差と称される)はケルビン度        (Ｋ)または摂氏(℃)で測定することができる。術語「制御された低温化」は、低温化温度差が本発明の方法によって制御され得る、設定されるかまたはあらかじめ定められた温度差であることを意味する。
【００２９】
本明細書に用いられるように、術語「核形成速度」は、新しい結晶シードの形成速度を意味し、単位面積あたりのシード数で測定することができる。
【００３０】
本明細書に用いられるように、術語「等軸成長」はそれぞれの方位がランダムな多くの小結晶粒の形成を意味する。等軸成長は、例えば、金型が溶融半導体材料に初めに浸漬されるときのような、結晶化プロセスの開始時におこり得る。等軸成長は一般に金型の表面に対して面に沿う方向におこり得る。
【００３１】
本明細書に用いられるように、術語「柱状成長」は、結晶の成長方向に平行な寸法が結晶の成長方向に垂直な寸法より大きいような、金型の表面に垂直な方向の結晶の成長を意味する。
【００３２】
本明細書に用いられるように、術語「溶融半導体材料の温度」、「溶融半導体材料のバルク温度」及びこれらの変形は、適する槽内に収められた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、金型が浸漬されたときの金型近傍の溶融半導体材料の領域、または槽の上面において大気条件にさらされている溶融半導体材料のような、いずれのポイントにおいても時間とともに変化し得る。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化にもかかわらず、実質的に一定である。
【００３３】
本明細書に説明されるように、本発明は半導体材料品の作製方法及びその方法によって形成された半導体材料品に関する。以下の説明において、いくつかの態様及び実施形態が明白になるであろう。本発明が、その最も広い意味において、そのような態様及び実施形態の１つないしさらに多くの特徴を備えずに実施され得ることは当然である。そのような態様及び実施形態が例示及び説明に過ぎず、特許請求されるような本発明の限定ではないことは当然である。
【００３４】
以下で説明され、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす、添付図面は本発明の実施形態例を示し、本発明は別の等しく有効な実施形態を容認するから、本発明の範囲を制限すると見なされるべきではない。図面は必ずしも比例尺で描かれておらず、図面のいくつかの特徴及びいくつかの図は明解さ及び簡明さのために誇大にまたは簡略に示されることがある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明の一実施形態にしたがう自立半導体材料品を作製する方法の一例の略図である。
【図２】図２は形成されるシリコンの厚さを溶融シリコン内の浸漬時間の関数として表す計算値の代表的なグラフである。
【図３】図３は、溶融半導体材料層からの金型取出し後の時間の関数としての、金型の温度の測定値及び計算値を示すグラフである。
【図４】図４は、様々な表面厚における、融液からの金型取出し後に融液上方に金型を保持している間の金型の冷却に必要な時間を金型の所望の低温化温度差の関数として示すグラフである。
【図５】図５は、様々な低温化温度差レベル及び様々な基板厚レベルにおける、浸漬時間の関数としてのシリコン品の厚さの計算値を示すグラフである。
【図６】図６はテンプレート金型の略図である。
【図７】図７は、低温化温度差の関数としての、シリコンのホモ核形成、石英ガラス上のヘテロ核形成及びシリコンカーバイド上のヘテロ核形成の、核形成速度の計算値を示すグラフである。
【図８】図８は溶融半導体材料への金型浸漬時の金型の浸漬角の一例の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが例示及び説明に過ぎず、特許請求されるような、本発明の限定ではないことは当然である。本発明の別の実施形態が、本明細書の考察及び本明細書に開示される本発明の実施から当業者には明らかであろう。本明細書は単に例示と見なされることしか考えていない。
【００３７】
図１は本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがう自立半導体材料品の作製方法の一例を示す。本方法例は、半導体材料品を、内部金型キャビティ内ではなく、金型の外表面上にキャスティングするエキソキャスティングプロセスである。所望の寸法(表面積)、形状及び表面模様／パターンをもつ外表面１０２を有する金型１００が提供される。金型１００の外表面１０２の表面積、形状及び表面模様／パターンでキャスト品の寸法、形状及び表面模様／パターンを決定することができる。当業者であれば、例えばキャスト品の所望の特性及び特徴に基づいて、金型１００の外表面１０２の寸法、形状及び表面模様／パターンを選択することができることを認めるであろう。
【００３８】
例えばシリコンのような、溶融半導体材料１０４を、必要に応じてシリコンと無反応性とすることができる、るつぼのような、槽１０６内でシリコンを融解することによって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は低い汚染レベルを有することができる。例えば、溶融半導体材料１０４は、鉄、マンガン及びクロムの含有量を約１ｐｐｍ未満とし、バナジウム、チタン及びジルコニウムの含有量を約１ｐｐｂ未満とすることができる。溶融半導体材料１０４は窒素の含有量を約１０１５原子/ｃｍ３及び／または炭素の含有量を約１０１７原子/ｃｍ３とすることもできる。少なくとも１つの実施形態において、半導体材料のソースは、光電デバイスグレードシリコンまたは純シリコンとすることができる。
【００３９】
一実施形態例において、溶融半導体材料１０４は、いずれかの適する加熱装置または加熱方法を用いて、低酸素下または減圧下でバルク温度,Ｔ融液にすることができる。溶融半導体材料のバルク温度,Ｔ融液は、いずれかの適する加熱装置または加熱方法を用いてその温度に維持することもできる。加熱装置または加熱方法には、抵抗加熱素子及び誘導加熱素子のような加熱素子、及び火炎熱源がある。当業者であれば、例えば、溶融半導体材料を収めている槽の容量、槽の寸法／厚さ及び／または槽の周囲の雰囲気のような、いくつかの要因に基づいて熱源の選択がなされ得ることを認めるであろう。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料のバルク温度,Ｔ融液は、半導体材料の融点とすることができ、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からなる一実施形態例において、溶融シリコンのバルク温度は、例えば約１４５０℃〜約１４９０℃のような、約１４１４℃〜約１５５０℃の範囲とすることができる。
【００４１】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、出発温度,Ｔ０(すなわち時刻,ｔ＝０におけるＴ金型)にある金型１００を低酸素下または減圧下において提供することができる。少なくともいくつかの実施形態において、金型の出発温度,Ｔ０はＴ０≦Ｔ融液であるように選ぶことができる。本発明の少なくとも１つの実施形態にしたがえば、金型１００の溶融半導体材料１０４への浸漬前に金型１００が予備加熱されることはない。本発明の少なくとも１つの実施形態においては、溶融半導体材料１０４及び槽１０６の外部の雰囲気だけでしか金型１００の温度が変えられることはない。すなわち、いずれかの加熱装置または冷却装置によって金型１００の温度が直接調節されることはない。
【００４２】
少なくとも１つの実施形態にしたがえば、金型１００は溶融半導体材料に少なくとも２度浸漬することができる。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、金型１００は、金型１００の外表面のごく近傍の溶融半導体材料１０４の温度を半導体材料の凝固点まで下げることができるように、また溶融半導体材料１０４から十分な熱を取りだして半導体材料の少なくとも一部を凝固させるに十分な時間にわたり、少なくとも１度浸漬される。金型１００は、凝固半導体材料が再融解し、金型の温度,Ｔ金型が溶融半導体材料の温度,Ｔ融液と平衡し得る(すなわちＴ金型＝Ｔ融液になる)ような温度に達するに十分な時間にわたり、溶融半導体材料１０４ないし浸漬させておくことができる。金型１００の浸漬は、必要に応じて、金型１００を溶融半導体材料１００と熱平衡させるために何度も反復することができる。
【００４３】
半導体材料の凝固／固化及び再融解に十分な時間長の、例えば、半導体材料、金型構成材料、低温化温度差及び金型厚のような、変数に基づく決定は、当業者の能力の範囲内にある。例えば、厚さが２ｍｍの金型に対し、凝固がおこる時間長は、例えば約３秒のように、約５秒までであり得る。例えば、厚さが２ｍｍの金型に対し、再融解がおこる時間長は、例えば約４０秒のように、約６０秒までであり得る。
【００４４】
凝固／再融解プロセス中に形成されるシリコン品の厚さの計算値を溶融シリコン内浸漬時間の関数として表す代表的なグラフが図２に示される。図２に見られるように、固化層の厚さは急速に増加し、次いで緩やかに減少してゼロになる。金型１００の表面に垂直な固相−液相界面の瞬間成長速度はステファン条件(式(１))：
【数１】
2012519135.tif 000003
【００４５】
を用いて計算することができる。
【００４６】
ここで、ＫＳ及びＫＬはそれぞれ固相及び液相の熱伝導度、νｉは瞬間界面速度、ρＳは固相の密度、Ｔは温度、ｘは固相−液相界面に垂直な方向の位置、λは融解潜熱であり、Ｓ及びＬはそれぞれ固相及び液相を表す。式(１)の左辺の第１項及び第２項はそれぞれ固相及び液相を通る熱流束である。固相を通る熱流束が液相を通る熱流束より大きければ、界面速度は正であり、凝固が継続する。逆に、液相を通る熱流束が固相を通る熱流束より大きければ、界面速度は負であり、再融解がおこる。
【００４７】
溶融半導体材料への金型の初期浸漬時、すなわち凝固段階中、固相を通る熱流束は初期等温気相を通る熱流束よりかなり大きく、したがって固化が液相内で急速に進行する。液相を通る熱流束と固相を通る熱流束が等しくなるまで固化が継続する。このポイントを過ぎると、液相を通る熱流束が固相を通る熱流束より大きくなり、再融解が始まる。再融解段階中、融液から界面に潜熱が供給される。したがって、再融解段階中、液相側熱特性が再融解のダイナミクスを支配する。初めに凝固した固相が完全に融解し、金型が溶融半導体材料と熱平衡するまで、再融解プロセスが継続する。
【００４８】
凝固半導体材料が再融解するにかかる時間長は、近似的に、式(２)：
【数２】
2012519135.tif 000004
【００４９】
及び式(３)：
【数３】
2012519135.tif 000005
【００５０】
によって決定することができる。
【００５１】
ここで、ｔ再融解は完全に再融解する時間、ｄ金型は金型厚、α金型は金型の熱拡散係数、ρ金型は金型の密度、Ｃｐ金型は金型の熱容量であって、Δは金型の表面に形成される半導体材料の最大厚である。α融液及びＣｐ融液はそれぞれ溶融半導体材料の熱拡散係数及び熱容量である。溶融半導体材料の密度及び熱伝導度はそれぞれρ融液及びＫ融液であり、λは潜熱である。ＴＭは半導体材料の融点、Ｔ０は金型の初期温度、Ｔ融液は溶融半導体材料のバルク温度である。金型温度上昇に対する式は指数関数である。したがって金型の温度,Ｔ金型が溶融半導体材料の温度,Ｔ融液に十分に等しくなる近似的時間を得るために、０＜ｆ＜１である量,ｆが導入される。少なくとも１つの実施形態において、再融解時間,ｔ再融解は０.９に等しいｆの値を用いて計算することができる。
【００５２】
半導体の凝固層が実質的に再融解し、金型の温度,Ｔ金型が溶融半導体材料の温度,Ｔ融液にほぼ達すると、金型１００を溶融半導体材料１０４から取り出して、冷却させることができる。金型が溶融半導体材料と実質的に熱平衡するに十分な時間長の決定は当業者の能力の範囲内にあり、決定は、例えば、金型構成材料、半導体材料、金型厚及び低温化による温度差のような、変数に基づくことができる。例えば、２ｍｍ厚の石英ガラス金型は約５０秒以内に溶融半導体材料と熱平衡することができる。
【００５３】
金型１００は、溶融半導体材料から取り出された後は、輻射及び／または対流によって冷えることができる。高温においては輻射が冷却プロセスを支配し、金型１００の温度は式(４)：
【数４】
2012519135.tif 000006
【００５４】
によって近似することができる。
【００５５】
ここで、Ｔ金型は時刻ｔにおける金型の温度、Ｔ融液は溶融半導体材料からの取出し直前の時点における金型の温度(すなわち融液の温度)、ε金型は金型の放射率、σはステファン−ボルツマン定数、ρ金型は金型の密度、Ｃｐ金型は金型の熱容量、ｄ金型は金型厚、ｔは時間である。
【００５６】
金型１００の一例の、溶融半導体材料１０４からの金型１００の取出し後の時間の関数としての温度のグラフが図３に示される。図３は、温度,Ｔ金型の計算値(実線)と本発明の実施形態にしたがう実験による実測定値(点線)を比較している。金型１００が溶融半導体材料から取り出された後の冷却時間の、所望の低温化温度差(すなわちＴ融液−Ｔ金型＝低温化温度差)の関数としてのグラフが図４に示される。図４において、実線は厚さが１ｍｍの金型を表し、点線は厚さが１.６ｍｍの金型を表し、一点鎖線は厚さが３ｍｍの金型を表す。図４に見られるように、金型が厚くなるほど薄い金型と同じ低温化温度差に達するにかかる時間が長くなり得る。
【００５７】
少なくとも１つの実施形態において、設定されるかまたはあらかじめ定められた低温化温度差に達した後、溶融半導体材料への金型１００の２度目の浸漬を行うことができる。例えば、４００Ｋの低温化を受けた２ｍｍ厚の石英ガラス金型を、約１秒間〜約３秒間のように、約１秒間〜約４秒間浸漬することができる。理論に束縛されることは望まずに、低温化温度差を小さくすると金型上の核形成速度が低下すると考えられる。シリコンカーバイドでつくられた金型(Ｍ１)及び石英ガラスでつくられた金型(Ｍ２)に対する低温化温度差の関数としての核形成速度のグラフを、ホモ核形成(Ｈ)に対する核形成速度のグラフとともに、図７に示す。核形成速度を下げると固化半導体材料の結晶粒構造が向上し得ると考えられる。
【００５８】
初期結晶成長は、金型１００の表面が実質的に覆われ、個々の結晶粒が相互に突き当たるまでは、金型１００の表面に沿い実質的に平面に拡がり得る。核形成速度を制限すると形成される結晶粒の数を減らすことができ、したがって半導体材料の結晶粒構造を向上させることができる。金型１００の表面が固化半導体材料で実質的に覆われてしまうと、成長は主として金型１００の表面に垂直に、及び／または熱流の方向に、おこる。しかし、低温化温度差を小さくすると、可能な最大半導体材料厚を制限することになり得る。金型１００の表面上に形成される半導体材料の最大厚,Δは上の式(３)を用いて推定することができる。
【００５９】
点線で表される、低温化温度差が１０００℃の金型及び、実線で表される、低温化温度差が４００℃の金型を用いて本発明の実施形態にしたがって作製された半導体材料品の、時間の関数としての、厚さの比較が図５に示される。少なくとも１つの実施形態においては、あらかじめ定められた低温化温度差を、作製される半導体材料品の所望の厚さ及び／または結晶粒構造に基づいて選択することができる。
【００６０】
少なくとも１つの実施形態において、図１及び８に示されるように、必要に応じて低酸素下または減圧下において、設定されるかまたはあらかじめ定められた速度で金型１００を溶融半導体材料１０４に浸漬することができる。金型１００はいずれかの浸漬角θで溶融半導体材料に浸漬することができ、浸漬角θは溶融半導体材料１０４と金型１００の外表面１０２の間の、図８に示されるように溶融半導体材料１０４の表面１０８と初めに接触する点Ｐにおける、角度である。金型１００の外表面１０２が溶融半導体材料１０４と接触する角度は、金型１００が溶融半導体材料に浸漬されるにつれて変わり得る。単なる例として、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金型と、初期接触点が溶融半導体材料１０４の表面１０８に平行であれば浸漬角θは０°になるであろうが、金型が浸漬されるにつれて無限の数の角度で接触できるであろう。別の実施形態例において、金型１００を溶融半導体材料１０４の表面１０８に垂直な方向に浸漬しながら、金型１００を溶融半導体材料１０４の表面１０８に平行な方向に移動させることができる。そのような平行移動には、設定されているかまたは可変の速度での平行移動、または設定されているかまたは可変の周波数における金型の振動を含めることができる。当業者であれば、第１の接触点Ｐでのいずれかの有限な位置における浸漬角である、局所浸漬角も(例えば、多孔度または高さ変動のような)表面特性及び融液と金型構成材料の間の濡れ角によって変化し得ることも認めるであろう。
【００６１】
別の実施形定例において、金型１００の外表面１０２は溶融半導体材料１０４の表面１０８に実質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、金型１００の外表面１０２は溶融半導体材料１０４の表面１０８に垂直である必要はない。例として、金型１００の外表面１０２は、０°〜９０°，０°〜３０°または６０°〜９０°のような、０°〜１８０°の範囲の浸漬角で、あるいは４５°の浸漬角で、溶融半導体材料１０４に浸漬することができる。
【００６２】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料１０４に少なくとも２度金型１００を浸漬することができる。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、金型１００は溶融半導体材料１０４に２度より多く浸漬される。本発明の少なくとも１つの実施形態において、金型の浸漬はいずれか適する技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、あるいは溶融半導体材料の底から、金型を浸漬することによって達成することができる。
【００６３】
少なくとも１つの実施形態において、金型１００の表面１０２を覆う半導体材料層の十分な固化を可能にするため、設定されるかまたはあらかじめ定められた時間(すなわち、浸漬時間)にわたり、金型１００を溶融半導体材料１０４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、金型を溶融半導体材料から引き出すことができ、半導体材料層が金型とともに引き出されるであろう、十分な半導体材料が固化したときに、半導体材料は十分に固化されている。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、浸漬時間は、作製された半導体材料品の所望の厚さに基づいて選ばれる。少なくとも１つの実施形態において、抵抗加熱素子または誘導加熱素子のような、少なくとも１つの加熱素子１０９をるつぼ１０６を加熱するため及び、金型１００を浸漬したときに、溶融半導体材料１０４を設定されるかまたはあらかじめ定められた温度に維持するために用いることができる。少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料１０４のバルク温度を温度,Ｔ融液にほぼ維持することができる。半導体材料１０４は、いずれか所望の方法により、融解させることができ、溶融形態を維持することができる。加熱方法の選択は当業者の能力の範囲内にあり、本方法が実施される条件及び環境に基づいてなされ得る。少なくとも１つの実施形態において、本方法は還元性環境において実施することができ、溶融半導体材料の温度を維持するために無線周波数(ＲＦ)誘導加熱を用いることができる。ＲＦ誘導加熱は、融液内に異物が存在する確率を小さくすることによって、より清浄な環境を提供することができる。誘導加熱は、金型１００の表面近傍の材料が熱を急速に引き取るから、所望のバルク溶融材料温度を維持するに必要な熱流束も提供することができる。
【００６４】
少なくとも１つの実施形態にしたがえば、溶融半導体材料１０４の表面１０８に垂直な方向で浸漬させながら、金型１００を溶融半導体材料１０４の表面１０８に平行な平面に本質的に不動状態で保持することができる。別の実施形態において、金型１００を溶融半導体材料１０４の表面１０８に垂直な方向で浸漬させるときに、金型１００を溶融半導体材料１０４の表面１０８に平行な平面で移動させる、例えば、回転させるかまたはいずれか適する周波数で振動させることができる。半導体材料層１１０が金型１００の表面１０２上にできる。浸漬後、半導体材料層１１０が着いた金型１００を槽１０６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１１０が着いた金型１００を、槽から取り出した後に、対流冷却によるように能動的に、あるいは半導体材料層１１０の温度が室温まで下がるままにすることにより、冷却することができる。コーティングされた金型１００が槽１０６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１１０を金型１００から取り外すかまたは分離することができる。少なくとも１つの実施形態において、固体半導体材料層１１０は、異なる膨張によるか、及び／または機械的補助によって、金型１００から分離することができる。
【００６５】
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、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム及びスズから、またこれらの化合物、合金及び混合物からも、選ばれる。本発明の様々な実施形態にしたがえば、半導体材料は純半導体材料またはドープト半導体材料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、半導体材料は、ホウ素(Ｂ)、リン(Ｐ)またはアルミニウム(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。少なくとも１つの実施形態において、すくなくとも１つのドーパントはｐｐｍレベルで含まれる。溶融半導体材料内に含まれるドーパントの量は形成される半導体材料品内の所望のドーパント濃度に基づくことができ、例えば光電池のような、半導体材料品の最終用途に依存し得る。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、本明細書に開示される方法で作製される半導体材料品は半導体材料全体にわたって実質的に均一に分散された(すなわち、半導体材料内のドーパントの実質的な凝集はなく)ドーパントを含有することができる。
【００６６】
少なくとも１つの実施形態において、半導体材料には例えばシリコン及びゲルマニウムのような半導体元素を含めることができる。少なくとも１つの別の実施形態において、半導体材料には元素の組合せまたは合金あるいは化合物を含めることができる。例えば、半導体材料は、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。
【００６７】
少なくとも１つの実施形態において、(１)金型１００の組成、密度、熱容量、熱伝導度、熱拡散係数及び厚さ、(２)金型の出発温度,Ｔ０及び溶融半導体材料のバルク温度,Ｔ融液、(３)金型が初めに溶融材料１０４内に浸漬される速度、(４)金型１００が初めに溶融材料１０４に浸漬される時間長、(５)金型１００が溶融半導体材料１０４から取り出される速度、(６)第１の浸漬後に金型１００が冷却される時間、(７)あらかじめ定められた低温化温度差に達した後に金型１００が溶融半導体材料１０４に浸漬される速度、(８)半導体材料層１１０を有する金型１００が溶融材料１０４から取り出される速度、及び(９)固化半導体材料１１０の冷却速度を含むがこれらには限定されない、多くのパラメータの値は変えることができる。少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料の温度,Ｔ融液及び金型１００の低温化時間長だけが金型１００の温度を支配するパラメータである(すなわち、金型の温度は加熱装置または冷却装置によって直接制御されない)。溶融半導体材料の温度,Ｔ融液は、輻射、対流または伝導によって金型１００の温度を変えることができる。金型１００の輻射加熱は、例えば金型１００が溶融半導体材料１０４の上方にあるときに、おこり得る。溶融半導体材料１０４の上方のヒュームが金型１００の表面を通り過ぎるときに、または溶融半導体材料１０４内の金型１００の浸漬中に、金型１００は溶融半導体材料１０４によって対流態様で加熱され得る。伝導による金型１００の加熱は、例えば金型１００が溶融半導体材料１０４内に浸漬されている間に、おこり得る。
【００６８】
少なくとも１つの実施形態において、金型１００は溶融半導体材料１０４に適合する材料でつくられる。例えば、金型１００は、金型１００が溶融材料１０４にさらされたときに、金型１００の主材料が、本明細書に開示される方法を、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、妨害する態様では溶融材料１０４と反応しないような材料でつくることができる。別の例として、金型１００は、金型１００が溶融材料１０４との接触によって加熱されたときに、融解または軟化することはない。少なくとも１つの実施形態において、金型１００は、金型１００が溶融材料１０４との接触によって加熱されたときに、流動性が高くなりすぎて、固体層１１０を支持できないかあるいは固体層１１０から分離するようにはならない。少なくとも１つの実施形態において、金型１００は、金型１００が溶融材料１０４との接触によって加熱されたときに、不等で急速な膨張によるかまたは閉じ込められていた気体により発生する、大きな熱応力によって、淺割れ、割れ及び／または外破をおこさないような材料でつくることができる。少なくとも１つの実施形態において、金型１００は、金型上に形成されている固化層１１０または溶融材料１０４を、破断、破砕及び粉立ちによる残滓で、及び／または気相または液相の固体成分または発生した気体の拡散による、有害な態様で汚染をおこすことのない材料でつくることができる。少なくとも１つの実施形態において、金型１００は、非晶質シリカ、石英ガラス、多孔質シリカ、グラファイト、窒化シリコン、シリコンカーバイド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。本発明の少なくとも１つの実施形態において、金型１００は非晶質シリカを含むことができる。
【００６９】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、金型はテンプレート金型とすることができる。図６は本発明の一実施形態にしたがうテンプレート金型２００の略図を示す。テンプレート金型２００は主基板２０１及び、溶融半導体材料と主基板２０１の間の接触角より小さい溶融半導体材料との接触角を有する少なくとも１つの副材料の離散位置２０３を有することができる。離散位置２０３は小さい溶融半導体材料との接触角を有することができ、大きな溶融半導体材料との接触角を有し得る主基板２０１よりも、核形成サイトとなる可能性が高いであろう。
【００７０】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、主基板２０１は、接触角が約９２°の、石英ガラスを含むことができる。主基板２０１を構成し得る他の材料には、多孔質シリカ、シリコンカーバイド、グラファイト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ＬａＢ６、ジルコニア(酸化ジルコニウム)及びイットリア(酸化イットリウム)がある。
【００７１】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、小接触角材料の離散位置２０３には、接触角が約３８°の、シリコンカーバイドを含めることができる。小接触角材料の離散位置２０３を構成できる他の材料は、多孔質シリカ、窒化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ＬａＢ６、ジルコニア及びイットリアから選ぶことができる。小接触角材料の離散位置２０３は、例えば、円形、正方形、ドット、島、三角形、線、不規則形、等を含む、いかなる形状も有することができる。図６に示されるテンプレート金型の例において、小接触角材料の離散位置２０３は円形(直径,ｄ)であり、隣の離散位置２０３から距離ａ，ｂで隔てられている。少なくとも１つの実施形態において、小接触角材料の接触角は大接触角材料の接触角より少なくとも１０°小さくすることができる。例えば、小接触角材料は大接触角材料の接触角より少なくとも４０°小さい接触角を有することができる。
【００７２】
本発明の少なくとも１つの実施形態において、主基板２０１は石英ガラスを含むことができ、小接触角材料の離散位置２０３はシリコンカーバイドを含むことができる。図７のデータから分かるように、シリコンカーバイド上の核形成は石英ガラス上よりも小さい低温化温度差でおこる。言い換えれば、同じ低温化温度差において、シリコンカーバイド上の核形成速度は石英ガラス上よりもかなり大きい。少なくとも１つの実施形態において、核形成が主基板２０１上ではなく実質的に離散位置２０３上でおこるように、低温化温度差を選ぶことができる。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、低温化温度差は、１０Ｋ〜３００Ｋ，または５０Ｋ〜２００Ｋのような、１Ｋ〜５００Ｋの範囲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、小接触角材料上の核形成速度が大接触角材料上の核形成速度の少なくとも２倍であるように、低温化温度差を選ぶことができる。例えば、小接触角材料上の核形成速度を大接触角材料の１０倍または１００倍とすることができる。当業者であれば、大接触角材料及び小接触角材料を含む材料並びにそれぞれの材料に付随する核形成速度に基づいて低温化温度差を選び得ることを認めるであろう。
【００７３】
金型１００は開示される方法での使用に適するいかなる形態もとることができる。例えば、少なくとも１つの実施形態において、金型１００はモノリスの形態または、積層モノリスのような、積層構造の形態をとることができる。金型１００は、必要に応じて少なくとも１つの多孔質コーティングまたは無孔コーティングが施された、多孔質体または無孔体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、金型１００は金型体全体にわたり、一様または非一様な組成、一様または非一様な多孔度、あるいはその他の一様または非一様な特性を有することもできる。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、金型１００は開示される方法での使用に適するいかなる形状も有することができる。例えば、金型１００は、少なくとも１つの平表面を有する(例えば長方形を有する)か、あるいは１つないしさらに多くの湾曲面、例えば１つないしさらに多くの凸面またを凹面を有することができる。例えば、凸面または凹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。
【００７４】
少なくとも１つの実施形態にしたがえば、溶融材料内への金型の浸漬速度は、例えば３ｃｍ/秒〜１０ｃｍ/秒のような、１ｃｍ/秒〜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(必要に応じるドーパントを含む)組成、金型の寸法／形状及び金型の表面模様のような、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。
【００７５】
溶融材料からの金型の引き出し速度は、形成される固体品の表面平滑度、厚さまたはその他の特徴に影響を与えることができる。金型は溶融半導体材料から引き出されるときには、金型上の固体半導体材料層の表面を溶融半導体材料層が濡らすことができて、固体半導体材料層の厚さを増やすこと及び／または固体半導体材料層の表面構造を変えることができる。少なくとも１つの実施形態において、例えば２ｃｍ/秒〜５ｃｍ/秒のような、例えば５ｃｍ/秒のような、溶融材料からの比較的緩やかな金型引出し速度を用いて、平滑な表面を有する固体半導体材料品を作製することができる。金型を急速に引き抜くと、熱除去の小さな局所変動が、余分の液体をその中にトラップして、パドル及びバンプを形成する、独立固化イベントとして現れ得る。そのようなパドル及びバンプは急速に固化するから、時には高さが数ｍｍで幅が１ｃｍないしさらに大きくなる、小塊及び礫様ピークを形成し得る。引出し速度を緩めると濡れた領域を液相−固相−気相−界面に閉じ込めることができ、固体層の表面上に連続二次平滑層を載せることができると考えられる。さらに、金型の急速な移動は融液内にフローパターンを誘起し、乱流さえも誘起させ得る。流れ運動と熱伝導の結合は半導体材料品の固化表面上のパターン形成を生じさせ得る。少なくとも１つの実施形態において、固体半導体材料層の表面上に二次平滑層が形成されるような速度で金型を引き出すことによって半導体材料品を作製することができる。
【００７６】
二次層(すなわちドラッグ層)の厚さは、どれだけの量の液体が引きずられるか及び引きずられた液体の内のどれだけが固化するかの両者によって影響され得る。一般に二次液体層厚は引出し速度とともに増大するが、固化層厚は引出し速度とともに減少する。例として、熱伝導が固化層厚を制限していれば、引出し速度を高めると液体引きずりによる固化層厚は減少するであろう。対照的に、液体の引きずりが制限されれば、引出し速度を高めると液体引きずりによる二次層厚は増大するであろう。
【００７７】
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作製される半導体材料品に影響し、これらのパラメータが、所望の半導体材料品、金型の材料／形状／模様／寸法、金型の出発温度、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。
【００７８】
図１に再び戻れば、本発明の少なくとも１つの実施形態において、溶融半導体材料１０４を保持する槽１０６は、金型１００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、槽１０６は、非晶質シリカ、グラファイト、窒化シリコン及びシリコンカーバイドから選ばれる材料でつくることができる。少なくとも１つの実施形態において、槽１０６は非晶質シリカでつくられる。
【００７９】
理論に束縛されることは望まずに、少なくともいくつかの実施形態において、金型１０４及び／または槽１０６への非晶質シリカの使用により、半導体材料の酸素汚染がおこり得ると考えられる。したがって、様々な実施形態において、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、不活性ガスとの乾燥混合気のような低酸素環境内で半導体材料を融解して、半導体材料品をキャスティングすることによって、酸素汚染を軽減するか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混合気から選ばれる。
【００８０】
少なくとも１つの実施形態において、金型１００は平坦な外表面１０２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、金型１００は広汎な範囲の形状、曲率及び／または模様をもつ半導体材料品を形成するための特徴を備える外表面１０２を有することができる。当業者には当然であろうように、キャスティング品に望まれるその他のいかなる表面模様／パターンも金型１００の外表面１０２に組み込むことができる。
【００８１】
少なくとも１つの実施形態において、開示される方法は光発電用途に有用な範囲内の寸法、厚さ及び結晶粒構造、例えば、ほぼ１５６ｍｍ×１５６ｍｍまでの寸法、１００〜４００μｍの範囲の厚さ及びかなりの数の１ｍｍより大きい結晶粒、を有する、例えばシリコンシートのような、半導体材料のシートまたはフィルムを作製するために用いることができる。少なくとも１つの実施形態にしたがえば、結晶粒の少なくとも約６０％を１ｍｍより大きくすることができる。少なくとも１つの実施形態において、結晶粒の横方向で最も狭い寸法が厚さの２〜３倍である。
【００８２】
少なくとも１つの実施形態において、開示される方法は、向上した速度で、及び／または材料浪費を抑えて、半導体材料品を生じる。例えば、本明細書に説明されるエキソキャストプロセスは、溶融半導体材料の全てをキャスティングして有用な半導体材料品にすることができるから、半導体材料を本質的に無駄にせずに実施することができる。壊れたいずれの半導体材料品も、またはその他の未使用半導体材料も、再融解して再びキャスティングすることができる。少なくとも１つの実施形態において、５秒より短い浸漬サイクルタイムを用いて、長さが７ｃｍのシートが(幅に無関係に)形成され、これを換算すると、数ｃｍ/秒のプロセス速度になる。
【００８３】
別途に示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる数値は、そのように明示されているか否かにかかわらず、全ての場合において副詞「約」で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は本発明の別の実施形態をなすことも理解されるべきである。本明細書の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本来的にそれぞれの測定法に見られる標準偏差から生じるいくらかの誤差が含まれ得る。
【００８４】
本明細書及び添付される特許明細書に用いられるように、単数形の冠詞‘a’，‘an’及び‘the’は、明示的にまた確実に１つの指示対称に限定されていない限り、複数の指示対象を含み、逆も同様である。すなわち、単なる例として、「熱源(a heat source)」への言及は１つないしさらに多くの熱源を指すことができ、「半導体材料(a semiconductor material)」への言及は１つないしさらに多くの半導体材料を指すことができる。本明細書に用いられるように、述語「含む」及びその文法上の変形に、リストにおける項目の列挙がリストに挙げられた項目と置換され得るかまたはそのような項目に追加され得る他の同様の項目の排除を意味するような、限定は目的とされていない。
【００８５】
本開示の教示の範囲を逸脱することなく本開示のプログラム及び方法に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。当業者には本開示の別の実施形態が本明細書の考察及び本明細書に開示される教示の実践から明らかであろう。本明細書に説明される実施形態は単なる例と見なされるべきであるとされる。
【符号の説明】
【００８６】
１００    金型
１０２    金型外表面
１０４    溶融半導体材料
１０６    溶融半導体材料槽
１０８    溶融半導体材料表面
１０９    加熱素子
１１０    半導体材料層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【国際調査報告】
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