УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ СЛОЕВ КРЕМНИЯ НА УГЛЕРОДНОЙ ПОДЛОЖКЕ
DEVICE FOR GROWING OF SILICON LAYERS ON CARBONIC SUBSTRATUM

Изобретение относится к области выращивания из расплава поликристаллических слоев кремния и может найти применение в производстве солнечных элементов (фотопреобразователей).
Известно устройство для выращивания ориентированных кристаллических слоев кремния на углеродной подложке (по патенту №2264483, бюл. №32, 20.11.2005 г.), включающее тигель для расплава, установленный внутри нагревателя, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, и капиллярный питатель, нагреватель которого размещен над подложкой. Для подачи расплава кремния из тигля используются жгуты из углеродной нити, намотанные на хвостовик питателя. Для пополнения уровня расплава в тигле используется вибропитатель подачи дробленого кремния.
Недостатком известного устройства является необходимость совмещения в одном, либо раздельных нагревателях тигля и капиллярного питателя, независимого управления их температурой и гидростатическим давлением расплавленного кремния.
Вышеприведенное устройство наиболее близко по технической сущности к заявляемому устройству, поэтому выбрано в качестве прототипа.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в упрощении и удешевлении конструкции теплового блока и системы управления им за счет совмещения тигля и капиллярного питателя в одной детали, повышении однородности теплового поля в плоскости подложки, а также снижении расхода электроэнергии и уменьшении габаритов ростовой камеры.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для выращивания слоев кремния на углеродной подложке, включающем тигель, подложку, соединенную с механизмом ее перемещения, капиллярный питатель и нагреватель питателя, размещенный над подложкой, капиллярный питатель и тигель совмещены в одной детали в форме полой лодочки с донной щелью, в которую заправлен элемент из углеродного капиллярно-пористого материала, контактирующий с подложкой. Для пополнения уровня расплава в капиллярном питателе используется вибропитатель подачи дробленого кремния.
Вкладыш из углеродного капиллярно-пористого материала позволяет предотвратить неконтролируемый слив расплава из полости питателя на подложку и обеспечить дозированную подачу расплава к ее поверхности.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше и наиболее близкого к нему являются исключение тигля с его нагревателем и подача дробленого кремния непосредственно в полость питателя.
Благодаря наличию этих признаков улучшается однородность теплового поля по ширине подложки за счет исключения теплового влияния перегретого относительно подложки тигельного узла, упрощается конструкция нагревателя, удешевляется система управления за счет исключения независимого электропитания нагревателя тигля, резко снижаются габариты ростовой камеры и расход электроэнергии. Кроме того, исключается необходимость выплавления тигельного остатка и очистки капиллярных каналов питателя после проведения предыдущего процесса.
Предлагаемое устройство с разными вариантами вкладыша из углеродного капиллярно-пористого материала, заполняющего капиллярный канал питателя, иллюстрируется чертежами фиг.1 и 2. Тепловая изоляция, крепежные элементы и детали механизмов на них не приведены.
Питатель 1 из высокоплотного графита размещается внутри графитового нагревателя 2, выполненного в виде двух параллельных пластин. В полости питателя 1 устанавливается профильный вкладыш 3 из углеродного войлока (фиг.1), либо в узкую щель заправляется лента 3 из углеграфитовой ткани (фиг.2). Подложка 4 из гибкой углеродной фольги или углеграфитовой ткани перемещается в горизонтальной плоскости относительно питателя 1. Проникающий сквозь капиллярно-пористые элементы 3 расплав кремния вступает в контакт с подложкой 4 с образованием капиллярного мениска. При перемещении подложки 4 на ее поверхности формируется кристаллический слой кремния 5, толщина которого зависит от гидростатического давления расплава в питателе, скорости перемещения подложки и температуры. Дробленый либо гранулированный кремний 6 непрерывно или периодически подается в питатель для поддержания необходимого уровня расплава в нем.
Устройство работает следующим образом.
После нагрева устройства до температуры 1450°С в вакууме и ввода в ростовую камеру аргоноводородной смеси до атмосферного давления подложка 4 выводится за пределы ростовой камеры и заправляется в ролики механизма ее перемещения. После натяжения подложки 4 проводится заполнение полости питателя кремнием, проникающим в капиллярно-пористые элементы 3. При образовании мениска расплава между кромкой питателя и подложкой включают механизм перемещения подложки и корректируют температуру. С момента начала выращивания кристаллического слоя 5 начинают непрерывную подачу кремния 6 в полость питателя. После выработки подложки выращенную ленту извлекают из ростовой камеры и выключают нагрев. Далее питатель без каких-либо дополнительных обработок готов к повторному использованию.