DE3406068A1

DE3406068A1 - Method and device for producing crystals by drawing from the melt

Info

Publication number: DE3406068A1
Application number: DE19843406068
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Dr. 8000 München Ludsteck
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1985-08-22

Abstract

The invention relates to a method for producing crystals by drawing from the melt, in which method the solid-liquid junction (3) is irradiated with laser energy, so that the temperature in the irradiated region remains above the solidification temperature of the crystal material. As a result, virtually any cross sectional shape of the crystal (2) drawn from the melt (1) can be set. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von KristallenMethod and apparatus for producing crystals

durch Ziehen aus der Schmelze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kristallen durch Ziehen aus der Schmelze, bei dem während des Ziehvorganges Energie auf den aus der Schmelze gezogenen Kristall eingestrahlt wird. Außerdem wird eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen.by drawing from the melt. The invention relates to a method for the production of crystals by pulling from the melt, in which during the Drawing process energy is radiated onto the crystal drawn from the melt. In addition, a device for carrying out this method is proposed.

Bekanntlich haben die aus der Schmelze gezogenen Kristalle bei den üblichen Ziehverfahren eine etwa kreisrunde Querschnittsform, d. h., die aus der Schmelze gezogenen Kristalle bilden Stäbe mit ungefähr kreisrundem Querschnitt.It is well known that the crystals drawn from the melt have usual drawing process an approximately circular cross-sectional shape, d. that is, from the Melt-drawn crystals form rods with an approximately circular cross-section.

Wenn nach diesem Verfahren beispielsweise monokristalline Siliciumstäbe hergestellt werden, dann werden diese vorzugsweise durch Sägen in einzelne dünne Siliciumscheiben zerlegt, aus denen - nach entsprechenden Maskierungs-, Dotierungs- und Kontaktierungsbehandlungen - einzelne Bauelemente bzw. integrierte Schaltungen gewonnen werden.When using this method, for example, monocrystalline silicon rods are made, then these are preferably made by sawing into individual thin Disassembled silicon wafers, from which - after appropriate masking, doping and contacting treatments - individual components or integrated circuits be won.

Für zahlreiche Anwendungen ist es wünschenswert, daß ein aus der Schmelze gezogener Kristall keinen kreisrunden Querschnitt besitzt.For many applications it is desirable to have one from the melt pulled crystal does not have a circular cross-section.

Beispielsweise soll bei Solarmoduln die Flächenausnutzung durch die einzelnen Solarzellen möglichst groß sein. Aus Siliciumstäben mit kreisrundem Querschnitt können aber -bei vernünftigem Aufwand - auch nur kreisrunde Siliciumscheiben gewonnen werden, die dann zu kreisrunden Solarzellen weiterverarbeitet werden. Mit kreisrunden Solarzellen ist aber keine vollständige Flächenausnutzung möglich, da zwischen den aneinandergrenzenden einzelnen runden Solarzellen zwangsläufig freie Bereiche zurückbleiben, in denen die eingestrahlte Sonnenenergie nicht ausgenutzt werden kann.For example, with solar modules, the area utilization should be achieved by the individual solar cells should be as large as possible. Made of silicon rods with a circular cross-section but - with reasonable effort - only circular silicon wafers can be obtained which then become circular solar cells are further processed. With circular solar cells, however, it is not possible to use the entire surface area, because between the adjoining individual round solar cells inevitably free ones Areas remain in which the radiated solar energy is not used can be.

Eine vollständige Flächenausnutzung ist bei Solarmoduln praktisch nur möglich, wenn rechteckige - vorzugsweise quadratische - oder sechseckige Solarzellen verwendet werden. Solche Solarzellen, deren Umfang die Form eines regelmäßigen Sechseckes oder eines Quadrates hat, können aber mit den üblichen Ziehverfahren nicht gewonnen werden.A complete use of space is practical with solar modules only possible if rectangular - preferably square - or hexagonal solar cells be used. Such solar cells, the scope of which has the shape of a regular hexagon or a square, but cannot be won with the usual drawing methods will.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Kristallen durch Ziehen aus der Schmelze zu schaffen, bei dem die aus der Schmelze gezogenen Kristalle mit einer praktisch beliebigen Querschnittsform versehen werden können.It is therefore the object of the invention to provide a method for producing To create crystals by pulling them out of the melt, in which the out of the melt pulled crystals can be provided with practically any cross-sectional shape can.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energie auf die Fest-Flüssig-Grenze zwischen Schmelze und Kristall auf einer geschlossenen Linie derart eingestrahlt wird, daß in dem mit der Energie bestrahlten Bereich die Temperatur über der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt, so daß der gezogene Kristall eine dem Verlauf dieser Linie entsprechende Querschnittsform erhält.This task is achieved with a method according to the preamble of the patent claim 1 solved according to the invention in that the energy on the solid-liquid boundary between Melt and crystal is irradiated on a closed line in such a way that in the area irradiated with the energy the temperature above the solidification temperature of the melt, so that the pulled crystal has a shape corresponding to the course of this line Receives cross-sectional shape.

Als Energie wird in vorteilhafter Weise Laserstrahlung gewählt, da damit eine besonders feine Einstellung der Querschnittsform möglich ist.Laser radiation is advantageously chosen as the energy, since so that a particularly fine adjustment of the cross-sectional shape is possible.

Außerdem ist vorteilhaft, daß der Kristall und eine die eingestrahlte Energie abgebende Einrichtung während des Ziehens um die Mittelachse des Kristalles gedreht werden, wie dies an sich auch bei üblichem Kristallziehen aus der Schmelze der Fall ist.It is also advantageous that the crystal and one of the irradiated Energy-releasing device during the pulling around the central axis of the crystal be rotated, as is also the case with conventional crystal pulling from the melt the case is.

Bei der Erfindung wird also Energie derart auf die Fest-Flüssig-Grenze zwischen Schmelze und Kristall eingestrahlt, daß in bestimmten Bereichen die Temperatur über der Erstarrungstemperatur der Schmelze bleibt, so daß dort beim Kristallziehen keine Erstarrung erfolgt. Auf diese Weise kann eine praktisch beliebige Querschnittsform erzielt werden.In the invention, energy is thus applied to the solid-liquid boundary irradiated between melt and crystal that in certain areas the temperature remains above the solidification temperature of the melt, so that there during crystal pulling no solidification occurs. In this way, practically any cross-sectional shape can be achieved be achieved.

Durch die Energieeinstrahlung wird somit gewährleistet, daß die Schmelze nur innerhalb des Bereiches zu erstarren vermag, auf den keine Energie eingestrahlt wird. Dadurch kann der Kristall mit einer Querschnittsform gezogen werden, die dem Bereich entspricht, auf den keine Energie eingestrahlt wird. Die Querschnittsform des gezogenen Kristalles entspricht also dem Verlauf der Linie, auf der die Energieeinstrahlung ' erfolgt.The radiation of energy thus ensures that the melt able to solidify only within the area on which no energy is radiated will. This allows the crystal to be pulled with a cross-sectional shape similar to the Corresponds to the area to which no energy is radiated. The cross-sectional shape of the pulled crystal thus corresponds to the course of the line on which the energy radiation ' he follows.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen unter Energieeinstrahlung gerade aus einer Schmelze gezogenen Kristall stab und Fig. 2 einen Schnitt A-A durch den Stab von Fig. 1.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The figures show: FIG. 1 a drawing which has just been drawn from a melt under irradiation of energy Crystal rod and FIG. 2 shows a section A-A through the rod of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt eine Schmelze 1, beispielsweise eine Siliciumschmelze, die sich in einem (nicht dargestellten) Tiegel befinden kann, der von einer entsprechenden Heizeinrichtung umgeben ist, welche gewährleistet, daß die Schmelze 1 im Tiegel nicht erstarrt.Fig. 1 shows a melt 1, for example a silicon melt, which can be in a (not shown) crucible that of a corresponding Heating device is surrounded, which ensures that the melt 1 in the crucible not frozen.

Aus dieser Schmelze 1 wird mittels eines Keimkristalles ein Stab 2 gezogen, der monokristallin oder polykristallin sein kann. Im vorliegenden Beispiel besteht der Stab 2 also aus Silicium.A rod 2 is made from this melt 1 by means of a seed crystal drawn, which can be monocrystalline or polycrystalline. In this example the rod 2 is made of silicon.

Die Schmelze 1 bildet mit dem Kristallstab 2 eine Grenzfläche 3, die einen Fest-Flüssig-Übergang darstellt. Auf den Rand dieser Grenzfläche 3 wird mittels Laserstrahlquellen 4, 5 Laserenergie eingestrahlt, wie dies durch Pfeile 6, 7 angedeutet ist. Durch diese eingestrahlte Laserenergie wird erreicht, daß in dem Bereich, in dem die Laserenergie auf die Grenzfläche 3 auftrifft, keine Erstarrung eintreten kann. Das heißt, der gezogene Stab 2 wird durch die eingestrahlte Laserenergie geformt.The melt 1 forms an interface 3 with the crystal rod 2, which represents a solid-liquid transition. On the edge of this interface 3 is means Laser beam sources 4, 5 radiate laser energy, as indicated by arrows 6, 7 is. This irradiated laser energy ensures that in the area in when the laser energy strikes the interface 3, no solidification occurs can. That is, the drawn rod 2 is shaped by the irradiated laser energy.

Anstelle der Laserenergie kann auch nichtkohärente Strahlung einwirken; wichtig ist nur, daß die durch die Energieeinstrahlung erreichte Temperatur über der Erstarrungstemperatur der Schmelze 1 liegt.Instead of the laser energy, non-coherent radiation can also act; It is only important that the temperature reached by the energy radiation is above the solidification temperature of the melt 1 is.

Wird durch die Laserstrahlquellen 4, 5 keine Laserenergie auf die Grenzfläche 3 eingestrahlt, dann hat ein aus der Schmelze 1 gezogener Kristallstab 8 eine kreisrunde Form, wie dies schematisch in den Fig. 1 und 2 durch Strichlinien angedeutet ist.Is by the laser beam sources 4, 5 no laser energy on the Blasted into interface 3, then a crystal rod pulled from the melt 1 has 8 a circular shape, as shown schematically in FIGS. 1 and 2 by dashed lines is indicated.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Laserstrahlquellen 4 und 5 sowie - zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellte - weitere Laserstrahlquellen derart angeordnet, daß die eingestrahlte Energie aus dem an sich kreisrunden Kristallstab 8 ein Sechseck herausschneidet, so daß aus der Schmelze 1 ein sechseckiger Stab 2 gezogen werden kann.In the exemplary embodiment shown, the laser beam sources 4 are and 5 as well as - not shown to simplify the drawing - further laser beam sources arranged in such a way that the radiated energy from the per se circular crystal rod 8 cuts out a hexagon, so that from the melt 1 a hexagonal rod 2 can be drawn.

Während des Ziehens kann der Stab 2 zusammen mit den Laserstrahlquellen 4, 5 um seine Achse gedreht werden, wie dies beim Kristallziehen üblich ist.During the drawing, the rod 2 can be used together with the laser beam sources 4, 5 are rotated about its axis, as is customary in crystal pulling.

Die Erfindung ermöglicht so ein einfaches Verfahren zum Herstellen von Kristallen praktisch beliebiger Querschnittsform, indem mittels auf die Fest-Flüssig-Grenzfläche eingestrahlter Energie das gewünschte Profil herausgeschnitten wird.The invention thus enables a simple method of manufacture of crystals of practically any cross-sectional shape by using on the solid-liquid interface radiated energy the desired profile is cut out.

4################# 2 Figuren4 ################# 2 figures

Claims

Claims 1. A method for producing crystals by pulling from the melt (1), in which during the drawing process energy (6, 7) on the off the melt (1) pulled crystal (2) is irradiated, since you r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the energy (6, 7) on the solid-liquid boundary (3) between Melt (1) and crystal (2) are irradiated in this way on a closed line that in the area irradiated with the energy the temperature is above the solidification temperature the melt (1) is so that the pulled crystal (2) one of the course of this Line receives corresponding cross-sectional shape.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that laser radiation is used as energy (6, 7).

3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the crystal (2) and one emitting the radiated energy Device can be rotated around the central axis of the crystal (2) during the pulling process.

4. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 3, indicated by radiation sources (4, 5) around the Crystal (2) are arranged around and the energy on the solid-liquid boundary (3) radiate on the closed line.