专利名称：结晶的连续提拉方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过连续提拉生长着的晶体来获得适于应用在象太阳能电池等领域中的薄板状晶体比如硅单晶的方法和装置。
为了生长大约0.1毫米厚的带状晶体，可以用一个如图7所示的绕线车类型的装置进行连续提拉，因为如此薄的晶体是柔韧的。在这种类型装置中，晶种22被系在柔韧的带子21的一端，而带子21的另一端系在卷绕的绕线车的滑轮23上。如下所述晶体生长过程通过旋转滑轮23来实现。开始，通过旋转滑轮23把晶种22降低以接触到熔体14。然后，相反方向转动滑轮23来提拉生长着的晶体。晶种22和晶种上生长的晶体可以被连续卷绕在滑轮23上。原则上，该方法可以制备扩展长度的晶体，并且适于生长带状柔韧的晶体。
然而，由于在坩埚13的熔体14中存在温度梯度，所以当开始在晶种上生长晶体时，有必要使晶种精确地浸入坩埚13的中央。同时，在开始提拉晶体后，有必要始终保持生长的晶体在准确的位置上。然而，在如图7所示的装置中，由于带子21的柔韧性，当晶种22下降时会发生波动，导致晶种22很难接触到所需要的熔体的中央位置。因此，晶体生长的起始阶段是一个费力的过程，并且如此的努力可能仍然导致失败。或者即使带状晶体生长成功开始后，由于带状晶体的摆动而中断晶体生长过程，致使晶体提拉过程仍然不连续。
为了达到本发明的目的，本发明提供了一种制备带状晶体的方法，包括用一直线提拉装置在垂直方向上提拉晶种和在该晶种末端生长的晶体，以使在晶种上长出带状晶体；用具有连续提拉机构的连续提拉装置持续提拉所述带状晶体。
根据本方法，在晶种上开始生长晶体的晶体生长过程的开始阶段，直线提拉装置是用于下降晶种到熔体中的所需准确位置，并开始在垂直方向提拉晶体的生长过程。这种方法可能稳定可靠地生长出具有期望尺寸的带状晶体。当用直线提拉装置提拉出足够长度/或高度的带状晶体后，用连续提拉装置来连续提拉生长着的晶体，以致于制备出长薄板状的带状晶体。因此，原则上讲，本方法能够生产出具有相当长的纵向延伸的晶体。
同时，本发明提供了一种连续生产带状晶体的装置，包括用于直线垂直方向上提拉晶种和在该晶种上生长的带状晶体的直线提拉装置；通过夹紧带状晶体一部分而连续提拉该晶体的连续提拉装置；用于当所述晶种已经通过连续提拉装置时，将提拉装置从直线提拉装置转换为连续提拉装置的转换装置；还有将晶种从长成的带状晶体上切下的晶体切割装置。
优选的是直线提拉装置具有位置调整机构以便能调整晶种浸入的位置。同时优选在连续提拉装置上提供一个调整连续提拉装置位置的装置，以便于正确开始在晶种上生长晶体。并且，还优选提供一个晶体切割器以便把连续提拉生长的带状晶体切成所需长度的单元。
图的简要描述
图1是本发明中晶体提拉装置的第一种实施方案的横截面示意图，图中所示通过直线提拉装置提拉晶种；图2是用图1所示的连续提拉装置连续提拉带状晶体的横截面示意图；
图3是本发明中晶体提拉装置的第二种实施方案的横截面示意图，图中所示通过直线提拉装置提拉晶种；图4是用图3所示的连续提拉装置对带状晶体的连续提拉过程的横截面示意图；图5是本发明中晶体提拉装置的第三种实施方案的横截面示意图；图6是传统的用于晶体生长的CZ晶体提拉装置的横截面示意图；图7是传统的绕线车型的连续提拉装置的横截面示意图。
图1和图2表示种连续晶体提拉装置的第一种实施方案。该装置包括一个由加热器17加热的坩埚，加热器17置于绝缘体18中，一种半导体材料如硅被加热到大约1400℃的高温以形成该材料的熔体。晶体生长过程的这个步骤和传统工艺一样。该装置进一步还包括一个直线提拉装置30，以用于在垂直方向上提拉生长在晶种上的带状晶体，以及一个连续夹住并提拉带状晶体的连续提拉装置40。直线提拉装置包括一个用于系住晶种12的金属夹具34；一个用于调整晶种12浸入坩埚13位置的调整台35；还有一个由马达33带动的滑动机构，用于沿着导向轨道32提拉长在晶种12末端的带状晶体16。
类似的，在直线提拉装置30下装配有连续提拉装置40。连续提拉装置40包括两套循环传送带41，如图2所示，它被设计用来在运行的循环传送带41之间夹住带状晶体16，由此使带状晶体向上移动。装配了一晶体切割器39，用来把固定在金属夹具34上的晶种从带状晶体上切下来。一个晶体位置转换轮42绕辊轴42a摆动以调节带状晶体16的位置向着带晶切割部45移动。类似的，辊46将带状晶体16压在并且沿着切割部45的曲面移动。切割器47将提拉的带状晶体切成例如1米长的带子。
图1和图2所示的晶体生长装置用了具有导向轨道以形成直线运动的直线提拉装置，和一个连续提拉装置，其用一对循环传送带夹住生长的晶体产生连续运动。但很明显可以采用其他类型的装配而不用图中所示的。
生长的晶体的提拉过程可解释如下。首先，晶种12系在装配在提拉装置31末端的金属夹具34的一端，然后整体下降直到晶种12接触到坩埚13中的熔体14中。提拉装置31的运动由导向轨道32控制，并且通过晶体位置调节台35的动作可以控制晶种12下降到准确的位置。晶种金属夹具34装配到调整台35上以使晶种12精确地定位于期望的位置。例如通过此方法，可以长成大约5厘米长，0.1毫米厚的带状晶体。同时，系住晶体的金属夹具34具有足够的刚性，以使晶种12不发生振动。当晶种12接触到熔体14，熔体14的温度下降呈过冷态以开始晶体生长过程。当带状晶体开始长在晶种12上时，通过直线提拉装置30的运动缓慢提拉晶种12和生长在晶种12末端上的带状晶体16。在提拉过程中，直线提拉装置31沿着导向轨道32安全的上行，以致于晶体沿垂直方向准确向上运动。
当带状晶体16长度生长足够长，结果晶种12通过一对循环传送带之间的开口处时，将传送带41拉到一起使开口关闭以致于用带子41夹住晶体16。传送带41的直线速度和直线提拉装置31的速度同步。当晶体16被传送带41完全夹住时，在晶体接头处把晶种12从带状晶体16上切下来，这样，直线提拉装置30停止工作，然后晶体16在传送带41之间被夹住向上运动。通过位置转换轮42的动作，运动的晶体16弯曲向切割部45，如图2所示，以使晶体16压向切割部45的弯曲面，并借助连续提拉装置的提拉/压动作在带状切割器47下通过。当带状晶体16长到足够长度，带子切割器47把晶体16切成例如1米的长度。
连续提拉装置40有一个能够调整生长着的晶体的位置的晶体位置调整台43。这个配置能够控制晶体在坩埚13的熔体14内的开始位置，以便以稳定状态生长带状晶体。因此，带状晶体16通过连续提拉装置40被连续提拉，并且长成的晶体被切割器47依次切成适合长度的单元。所以，在切割部45的末端，纵向地依次制得出大约1米长、5厘米宽、0.1毫米厚的带状晶体单元。生产出的带状晶体可以通过皮带输送机输送和其他合适的方式送达下一步工序。在此值得注意直线提拉装置可由诸如绕线或螺纹轴等其他机械配置带动。如果用螺纹轴，由于其可以提供直线导向机构，因此可以省去导向轨道。
图3和图4表示晶体提拉装置的第二种具体实例。在这套装置的连续提拉装置中，导辊49代替了是图1和2中的循环传送带41。因此，本装置的基本结构和操作和第一种实施方案所述的相同。
图5是晶体提拉装置的第三种具体实例。在本装置中，将第一和第二种实施方案中的连续提拉装置替换为一个交替夹持装置50，包括交替夹持件51、52。其中的直线提拉装置和前面两个实施方案中的相同，但是当晶体生长的长度达到连续提拉装置50的顶端时，晶体被连续提拉装置50的夹持件51夹住。晶体切割器39将晶种12切下，然后带状晶体16被连续提拉装置50的夹持件51夹住。晶种12被晶体切割器39从带状晶体16上切下后，带状晶体16继续被连续提拉装置50提拉。带状晶体16被夹持件51夹住是通过一对弹性零件以夹住他们之间的带状晶体16来完成的。当夹持件51提拉带状晶体16上升接近提拉装置50的顶端时，低端的夹持件52抓住带状晶体16，并以和夹持件51同步的速度上行。当夹持件51到达顶端，它会松开带状晶体16，然后回到连续提拉装置50的低端。接着，带状晶体16由夹持件52提拉直到夹持件52到达顶端。当夹持件52接近提拉装置的顶端时，低端的夹持件51抓住带状晶体16，并以和夹持件52同步的速度提拉带状晶体。当夹持件52到达顶端，它会松开带状晶体16，此时带状晶体16由夹持件51提拉，然后夹持件52回到连续提拉装置50的低端。如此交替夹住动作不断重复以使提拉带状晶体的过程连续下来。被提拉到切割部的晶体由切割器47切成合适长度的纵向单元。
由以上解释可知，通过将直线提拉装置和连续提拉装置结合，本晶体生长装置能够在精确控制的垂直动作下从熔体中提拉晶种来制备带状晶体。因此，不需再浪费时间去做一些在传统的直线提拉装置中无用的操作步骤，比如换晶种。这样运用本发明的方法和为该方法设计的装置可以高效率的制备一条长的高质量的带状晶体。
尽管详细展示和描述了本发明中的一些优选的实施方案，还应当理解到在不违反所附的权利要求范围的情况下可以进行不同的变化和修改。
工业应用本发明涉及通过连续提拉方法来获得薄板状(带状)晶体比如硅单晶的方法和装置，本发明可适于应用在半导体生产领域。所制备的薄板状(带状)晶体比如硅单晶可以用在太阳能电池等方面。
权利要求
1.一种连续生长晶体的方法，包括采用直线提拉装置在垂直方向上提拉晶种和在该晶种末端上生长的晶体以在所述晶种上生长带状晶体，和使用具有连续提拉机构的连续提拉装置持续提拉带状晶体。
2.一种连续提拉结晶的装置，包括用于直线垂直提拉晶种和生长在该晶种上的带状晶体的直线提拉装置；用于夹住带状晶体的一部分以连续提拉该晶体的连续提拉装置；用于当所述晶种通过连续提拉装置时，将提拉装置从直线提拉装置变成连续提拉装置的转换器；和将晶种从长成的带状晶体上切下的晶体切割器。
3.根据权利要求2的装置，其中的直线提拉装置还被配备了一个用于调整晶种的浸入位置的位置调整机构。
4.根据权利要求2的装置，其中的连续提拉装置还被配备了一个调整用于提拉晶体位置的装置。
5.根据权利要求2的装置，其中还配备了一个用于在晶体连续提拉后切断带状晶体的晶体切割器。
全文摘要
一种用于提拉晶体的方法,其能在开始晶体生长时将晶种准确地下降至熔融液体的指定位置并在生长开始时连续地提拉该晶体,和一种用于该方法的装置。用于连续提拉晶体的该装置的特征在于:包括:一用于垂直方向提拉晶种和在该晶种末端生长的带状晶体的直线提拉装置(30),一用于夹持并连续提拉所述带状晶体的提拉机构(40),一用于在通过提拉装置(30)提拉的晶种通过提拉机构(40)之后转换成由所述提拉机构(40)连续提拉的转换机构和一用于切断晶种(12)和带状晶体(16)的切割机构(39)。
文档编号C30B15/00GK1349569SQ00806873
公开日2002年5月15日 申请日期2000年4月21日 优先权日1999年4月30日
发明者藤田健太郎, 寺尾健二, 矶崎秀之, 佐藤岩 申请人:株式会社荏原制作所