JPS6140639B2 - - Google Patents
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- JPS6140639B2 JPS6140639B2 JP58214612A JP21461283A JPS6140639B2 JP S6140639 B2 JPS6140639 B2 JP S6140639B2 JP 58214612 A JP58214612 A JP 58214612A JP 21461283 A JP21461283 A JP 21461283A JP S6140639 B2 JPS6140639 B2 JP S6140639B2
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- die
- dies
- silicon
- ribbon
- pair
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、ダイを使用したシリコン・リボン結
晶の成長方法に関する。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method of growing silicon ribbon crystals using a die.
従来、シリコン・リボン結晶は第1図に示す方
法で引上げられる。すなわち、石英ガラスで構成
されたるつぼ1内にシリコン材料を収容し、1対
の対向する板状ヒータ2a,2bでシリコン材料
を加熱し、シリコン融液3を作る。このシリコン
融液3中に、カーボンで構成された1対のダイ4
a,4bを立設する。カーボンはシリコン融液に
濡れる材料のため、前記シリコン融液3はダイ4
a,4bのスロツトの中を毛細管現象により上昇
し、ダイ4a,4bの先端部に到達する。この上
昇したシリコン融液3に種子結晶を接触させ、こ
の種子結晶を引上げることによつて、前記ダイ4
a,4bのスロツトで規定されたシリコン・リボ
ン結晶5が成長される。
Conventionally, silicon ribbon crystals are pulled by the method shown in FIG. That is, a silicon material is placed in a crucible 1 made of quartz glass, and heated by a pair of opposing plate heaters 2a and 2b to form a silicon melt 3. A pair of dies 4 made of carbon are placed in this silicon melt 3.
Set up a and 4b. Since carbon is a material that gets wet with the silicon melt, the silicon melt 3 is applied to the die 4.
It rises through the slots of dies 4a and 4b due to capillary action and reaches the tips of dies 4a and 4b. By bringing a seed crystal into contact with this rising silicon melt 3 and pulling up the seed crystal, the die 4
A silicon ribbon crystal 5 defined by slots a and 4b is grown.
ところで、このような従来装置で製造されたシ
リコン・リボン結晶の表面には多数のシリコン・
カーバイド粒が存在する。第1図に示す1対のダ
イ4a,4bは通常カーボンで構成されている。
この場合、ダイ4a,4bの構成物質であるカー
ボンがシリコン融液中に溶け込みシリコン融液と
の共晶反応により、シリコン・カーバイド粒とし
て存在する。このシリコン・カーバイド粒は比較
的に低い温度であるダイ4a,4bの先端部に析
出する。そして、この析出したシリコン・カーバ
イド粒が成長するシリコン・リボン結晶中に取り
込まれる。このような結晶に例えば不純物を拡散
してP―N接合を形成しようとしても、シリコ
ン・カーバイド粒のため拡散係数が異なり、所定
の平坦なP―N接合ができない。このため、太陽
電池素子として用いた場合、シリコン・リボン結
晶の部分部分で電変換効率が異なるようになり、
所定のパワーをもつ太陽電池素子を得ることがで
きない。しかもシリコン・カーバイド粒のため、
非常に漏れ電流の大きい電流―電圧特性が観測さ
れる。また表面電極をプリント印圧する場合、マ
スクの破損、印圧による破損という問題が生じ易
い。 By the way, there are many silicon particles on the surface of silicon ribbon crystals manufactured using such conventional equipment.
Carbide grains are present. A pair of dies 4a and 4b shown in FIG. 1 are usually made of carbon.
In this case, carbon, which is a constituent material of the dies 4a and 4b, dissolves into the silicon melt and exists as silicon carbide grains due to a eutectic reaction with the silicon melt. These silicon carbide grains are deposited at the tips of the dies 4a, 4b, which are at a relatively low temperature. The precipitated silicon carbide grains are then incorporated into the growing silicon ribbon crystal. Even if an attempt is made to form a PN junction by diffusing impurities into such a crystal, the diffusion coefficient will be different due to the silicon carbide grains, making it impossible to form a predetermined flat PN junction. For this reason, when used as a solar cell element, the electrical conversion efficiency will differ depending on the part of the silicon ribbon crystal.
It is not possible to obtain a solar cell element with a predetermined power. Moreover, because of the silicon carbide grains,
A current-voltage characteristic with extremely large leakage current is observed. Furthermore, when printing surface electrodes with pressure, problems such as damage to the mask and damage due to the printing pressure tend to occur.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
シリコン・リボン結晶の片面にシリコン・カーバ
イド粒が析出しないようにし、このシリコンカー
バイドが析出しない面にP―N接合を形成するよ
うにして、例えば太陽電池用素子として用いた場
合にも光電変換効率を低下させることがなく、し
かも漏れ電流もほとんどないシリコン・リボン結
晶の成長方法を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above circumstances, and
By preventing silicon carbide grains from precipitating on one side of the silicon ribbon crystal and forming a PN junction on the side where silicon carbide does not precipitate, photoelectric conversion efficiency can be improved even when used as a solar cell element, for example. It is an object of the present invention to provide a method for growing silicon ribbon crystals that does not cause a decrease in the silicon ribbon crystal and has almost no leakage current.
本発明は、シリコン融液を収容したるつぼ内に
スリツトを有する1対のダイを立設し、このスリ
ツト内を上昇したシリコン融液に種子結晶を接触
させリボン結晶を引き上げるシリコン・リボン結
晶の成長方法において、1対のダイ各々を熱伝導
率の異なるグラフアイト、例えばパイロリテイツ
クグラフアイトで構成することを特徴とするシリ
コン・リボン結晶の成長方法である。
In the present invention, a pair of dies each having a slit are set upright in a crucible containing a silicon melt, a seed crystal is brought into contact with the silicon melt rising inside the slit, and the ribbon crystal is pulled up. A method for growing a silicon ribbon crystal, characterized in that each of a pair of dies is made of graphite having different thermal conductivity, for example, pyrolytic graphite.
本発明者等は、シリコン・リボン結晶の片面に
シリコン・カーバイド粒が析出しないようにする
ため鋭利研究を重ねた結果、1対のダイの先端部
に温度差を設けるとよいことが判明した。第1図
のダイ4a,4bとリボン厚さ方向の固液界面6
の形状を第2図に示す。第2図の場合、ダイ4
a,4bの先端の温度は同じで固液界面6の形状
は平坦となる。この場合、シリコン・カバイド粒
はリボン結晶の両面に形成される。
The inventors of the present invention have conducted intensive research to prevent silicon carbide grains from precipitating on one side of a silicon ribbon crystal, and have found that it is effective to provide a temperature difference between the tips of a pair of dies. Dies 4a, 4b and the solid-liquid interface 6 in the ribbon thickness direction in Fig. 1
The shape of is shown in Figure 2. In the case of Figure 2, die 4
The temperatures at the tips of a and 4b are the same, and the shape of the solid-liquid interface 6 is flat. In this case, silicon carbide grains are formed on both sides of the ribbon crystal.
ダイ先端に温度差を設ける手段として、第3図
に示す方法がある。第3図の方法はダイの温度勾
配を利用することで、ダイ先端部の高さに差を設
ける方法である。この方法によると、片側のダイ
4b′(先端部が低い)が高温で、他側のダイ4
a′(先端部が高い)が低温となり、固液界面6′
は傾斜して、シリコン・カーバイド粒は低温側の
リボン結晶表面にのみ付着し、高温側には付着し
ない。しかし、この方法では、シリコン・カーバ
イド粒はリボン結晶の片面には付着しないが、引
上げの歩留りが大幅に低下し、量産には適してい
ない。 There is a method shown in FIG. 3 as a means for creating a temperature difference at the die tip. The method shown in FIG. 3 uses the temperature gradient of the die to create a difference in the height of the tip of the die. According to this method, the die 4b' on one side (low end) is hot and the die 4b' on the other side is hot.
a′ (higher at the tip) becomes low temperature, and the solid-liquid interface 6′
is inclined, and the silicon carbide grains adhere only to the ribbon crystal surface on the low temperature side and not on the high temperature side. However, in this method, silicon carbide grains do not adhere to one side of the ribbon crystal, but the pulling yield is significantly reduced, making it unsuitable for mass production.
本発明者等はさらに研究を重ねた結果ダイ先端
に温度差を設ける手段として、1対のダイを熱伝
導率の異なるグラフアイトで構成する方法を見出
し、ダイの材料としてパイロリテイツクグラフア
イトを採用した。パイロリテイツクグラフアイト
は炭化水素ガスを原料として製造され、炭素原子
は層状に沈積する。従つて沈積面に平行方向と沈
積面に垂直では物理的性質の異方性が大きい。特
に熱伝導率を比較すると、パイロリテイツクグラ
フアイトに沈積面に平行方向では470Kcal/m・
hr・℃、パイロリテイツクグラフアイトの沈積面
に垂直方向では11Kcal/m・hr・℃と大幅に差
がある。従つて、この物理的異方性を利用して、
ダイの片側はパイロリテイツクグラフアイトの沈
積面に平行方向に切出した材料で、沈積面を水平
方向と直交する方向となるように構成し、ダイの
他側は沈積面に垂直方向に切出した材料で、沈積
面を水平方向となるように構成すると、その熱伝
導率の大幅な差のため、ダイ先端部に温度差が生
じ、低温側にのみシリコン・カーバイドが付着
し、高温側には付着しない。 As a result of further research, the present inventors discovered a method of constructing a pair of dies with graphite having different thermal conductivities as a means of creating a temperature difference at the tip of the die, and used pyrolytic graphite as the die material. Adopted. Pyrolitic graphite is produced using hydrocarbon gas as a raw material, and carbon atoms are deposited in layers. Therefore, the anisotropy of physical properties is large in the direction parallel to and perpendicular to the deposition surface. In particular, when comparing the thermal conductivity, pyrolytic graphite has a thermal conductivity of 470 Kcal/m in the direction parallel to the deposition surface.
hr・℃, and in the direction perpendicular to the deposition plane of pyrolitic graphite, there is a large difference of 11 Kcal/m・hr・℃. Therefore, using this physical anisotropy,
One side of the die was made of material cut in a direction parallel to the deposited surface of pyrolytic graphite, and the deposited surface was configured to be perpendicular to the horizontal direction, and the other side of the die was cut in a direction perpendicular to the deposited surface. If the material is configured so that the deposition surface is horizontal, a temperature difference will occur at the die tip due to the large difference in thermal conductivity, and silicon carbide will adhere only to the low temperature side and not to the high temperature side. Does not stick.
すなわち、第4図に示すように、ダイ4a″は、
パイロリテイツクグラフアイトの沈積面7に垂直
方向に切出した材料で、沈積面7が水平方向とな
るように構成され、ダイ4b″は、パイロリテイ
ツクグラフアイトに沈積面7に平行方向に切出し
た材料で、沈積面7が水平方向と直交する方法と
なるように構成される。 That is, as shown in FIG. 4, the die 4a'' is
The material is cut in a direction perpendicular to the deposition surface 7 of the pyrolytic graphite, and the material is constructed so that the deposition surface 7 is horizontal, and the die 4b'' is used to cut the pyrolytic graphite in a direction parallel to the deposition surface 7. The depositing surface 7 is constructed in such a way that the depositing surface 7 is perpendicular to the horizontal direction.
従来例の第1図に示した如く、ダイの加熱源は
カーボンヒータ2a,2bであり、ホツトゾーン
構成はダイに対して左右対称に構成されている。
従つてダイ4a″,4b″への入射輻射量は同じで
ある。第1図ではダイ4a,4bの熱伝導率が同
じであるためダイ1a,4bの先端部の温度は同
温度であるが、第4図ではダイ4a″と4″で大幅
に熱伝導率が異なるため、ダイ4a″側では熱の移
動はQ1となり、ダイ4a″の先端部まで熱伝導で
伝わる熱量は極端に減少する。ところが、ダイ4
b″側では熱の移動はQ2となり、ダイ4b″の先
端部まで熱伝導で伝わる熱量の減少はダイ4a″と
比較すると大幅に低下する。故にダイ4a″の先端
部には少量の熱量しか伝達されず、ダイ4b″の
先端部には多量の熱量が伝達される。従つて、ダ
イ4a″の先端部は低温となり、ダイ4b″の先端
部には高温となり、固液界面6″は傾斜し、シリ
コン・カーバイド粒はダイ4a″側のシリコン・リ
ボン面のみ付着し、ダイ4b″側のシリコン・リ
ボン面には付着しない。また、ダイ4a″,4
b″の先端部の高さは同じであるため、引上げの
中断がなく、引上げ歩留りは第1図の場合連と同
等である。 As shown in FIG. 1 of the conventional example, the heating sources for the die are carbon heaters 2a and 2b, and the hot zone structure is configured symmetrically with respect to the die.
Therefore, the amount of radiation incident on the dies 4a'' and 4b'' is the same. In Figure 1, the thermal conductivity of dies 4a and 4b is the same, so the temperatures at the tips of dies 1a and 4b are the same, but in Figure 4, the thermal conductivity of dies 4a'' and 4'' is significantly different. Because of the difference, the heat transfer on the die 4a'' side is Q1, and the amount of heat transmitted to the tip of the die 4a'' by thermal conduction is extremely reduced. However, die 4
On the b'' side, the heat transfer is Q2, and the amount of heat transferred to the tip of die 4b'' by thermal conduction is significantly reduced compared to die 4a''. Therefore, only a small amount of heat is transferred to the tip of die 4a''. Therefore, a large amount of heat is transferred to the tip of the die 4b''. Therefore, the tip of the die 4a'' becomes low temperature, the tip of the die 4b'' becomes high temperature, and the solid-liquid interface 6'' becomes The silicon carbide grains adhere only to the silicon ribbon surface on the die 4a'' side and do not adhere to the silicon ribbon surface on the die 4b'' side. Also, dies 4a″, 4
Since the height of the tip of "b" is the same, there is no interruption in pulling, and the pulling yield is the same as in the case shown in FIG.
以上述べたように本発明によれば、1対のダイ
をパイロリテイツクグラフアイトで構成し、片側
のダイは沈積面を水平方向になるように設け、他
側のダイは沈積面を水平方向と直交する方向とな
るように設けることにより、両側のダイの先端部
に温度差を設け、低温側のシリコン・リボン表面
にはシリコン・カーバイド粒が付着しないよにす
ることができる。したがつて、シリコン・カーバ
イド粒が付着しない面に不純物を拡散してP―N
接合を形成すると平坦なP―N接合が形成され
る。このため、太陽電池素子として用いた場合、
所定のパワーをもつ太陽電池用素子を得ることが
できる利点がある。
As described above, according to the present invention, a pair of dies are made of pyrolytic graphite, one die is provided with the deposition surface in the horizontal direction, and the other die is provided with the deposition surface in the horizontal direction. By arranging the temperature difference in the direction perpendicular to , it is possible to create a temperature difference between the tips of the dies on both sides and prevent silicon carbide grains from adhering to the silicon ribbon surface on the low temperature side. Therefore, impurities are diffused onto the surface where silicon carbide grains do not adhere to form P-N.
When the junction is formed, a flat PN junction is formed. Therefore, when used as a solar cell element,
There is an advantage that a solar cell element having a predetermined power can be obtained.
さらに、この発明により、熱伝導率の低い材料
を用いた側のスリツト表面に不純物原子が付着し
易い結果が得られた、このため、リボン結晶中の
平均的な不純物濃度は、本発明を使用しないとき
数10ppm、本発明を使用したとき1/10ppmとな
り大幅に低下する。従つて本発明はリボン結晶の
純度を大幅に向上させ、ひいては高効率の太陽電
池素子を得ることができる。 Furthermore, according to this invention, impurity atoms tend to adhere to the slit surface on the side where a material with low thermal conductivity is used. Therefore, the average impurity concentration in the ribbon crystal is When not used, the amount is several tens of ppm, and when the present invention is used, it is reduced to 1/10 ppm, which is a significant reduction. Therefore, the present invention can significantly improve the purity of ribbon crystals and, in turn, provide highly efficient solar cell elements.
また、本発明では1対のダイ各々の熱伝導率が
異なるためダイ各々の温度が異る。従つて引上げ
たリボン結晶中には厚さ方向に熱歪が存在する。
引上げ中の温度低下あるいは簡単な熱処理により
熱歪にそつて、2分割することが可能となり同時
に2枚のリボン結晶を得ることができる。 Further, in the present invention, since the thermal conductivity of each of the pair of dies is different, the temperature of each die is different. Therefore, thermal strain exists in the thickness direction in the pulled ribbon crystal.
By lowering the temperature during pulling or by simple heat treatment, it is possible to divide the crystal into two along with thermal strain, and two ribbon crystals can be obtained at the same time.
第1図は従来のシリコン・リボン結晶の成長装
置を示す構成説明図、第2図および第3図はそれ
ぞれ従来のダイ構造をを示す断面図、第4図は本
発明に係るダイ構造の一例を示す断面図である。
1……石英るつぼ、2a,2b……ヒータ、3
……シリコン融液、4a,4b,4a′,4b′,4
a″,4b″……ダイ、5……リボン結晶、6,
6′,6″……固液界面、7……パイロリテイツク
グラフアイトの沈積面。
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram showing a conventional silicon ribbon crystal growth apparatus, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views each showing a conventional die structure, and FIG. 4 is an example of a die structure according to the present invention. FIG. 1...Quartz crucible, 2a, 2b...Heater, 3
...Silicon melt, 4a, 4b, 4a', 4b', 4
a″, 4b″…Die, 5…Ribbon crystal, 6,
6', 6''...solid-liquid interface, 7...deposition surface of pyrolyte graphite.
Claims (1)
を有する1対のダイを立設し、このスリツト内を
上昇したシリコン融液に種子結晶を接触させリボ
ン結晶を引上げるシリコン・リボン結晶の成長方
法において、 前記1対のダイの片側はパイロリテイツクグラ
フアイトの沈積面が水平方向となるように設け、
かつ前記1対のダイの他側はパイロリテイツクグ
ラフアイトの沈積面が水平方向と直交する方向と
なるように設けることを特徴するシリコン・リボ
ン結晶の成長方法。[Claims] 1 A pair of dies having slits are set up in a crucible containing a silicon melt, and a silicon melt is brought into contact with the silicon melt rising inside the slit to pull up a ribbon crystal. In the method for growing ribbon crystals, one side of the pair of dies is provided so that a deposition surface of pyrolytic graphite is in a horizontal direction;
and the other side of the pair of dies is provided so that the deposition surface of pyrolytic graphite is perpendicular to the horizontal direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21461283A JPS60108398A (en) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | Growth of silicon ribbon crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21461283A JPS60108398A (en) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | Growth of silicon ribbon crystal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60108398A JPS60108398A (en) | 1985-06-13 |
| JPS6140639B2 true JPS6140639B2 (en) | 1986-09-10 |
Family
ID=16658602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21461283A Granted JPS60108398A (en) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | Growth of silicon ribbon crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60108398A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2769639B1 (en) | 1997-10-10 | 1999-11-12 | Commissariat Energie Atomique | DIE FOR DRAWING CRYSTALS FROM A MOLTEN BATH |
| CN101821206B (en) | 2007-10-10 | 2012-06-27 | 东丽株式会社 | Fine bubble diffusing pipe, fine bubble diffusing device, and dipped type film separating device |
| CN103160915A (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-19 | 洛阳金诺机械工程有限公司 | Drawing die plate for C-shaped silicon core |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5355484A (en) * | 1976-10-29 | 1978-05-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacturing apparatus for belt-shaped silicon crystal |
-
1983
- 1983-11-15 JP JP21461283A patent/JPS60108398A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60108398A (en) | 1985-06-13 |
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