[发明专利]利用直线加速器的厚层转移的方法和结构

说明书

相关申请的参考

该非临时专利申请要求下列临时专利申请的优先权，出于所有 目的将每个临时申请都包括在此以供参考：2006年11月6日提交 的美国临时专利申请No.60/864,584；和2007年1月26日提交的 美国临时专利申请No.60/886,827。

技术领域

本发明总体上涉及利用层转移技术形成衬底(substrate)的方 法和结构的技术。更具体地，本发明的方法和系统提供了利用直线 加速器工艺制造用于包括光伏电池的多种应用的自支撑(free  standing)厚半导体膜的方法和系统。但是可以认识到本发明具有更 广泛的可应用性；其也可以应用于其他类型的应用，如三维封装集 成半导体器件、光子或光电子器件、压电器件、平板显示器、微机 电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、致动器、集成电路、 生物和生物医学装置等。

根据本发明的可替换实施方式总体上涉及包括从块状材料(如 单晶硅锭)中剥离(cleaving)自支撑膜的方法和设备的技术。这样 的自支撑膜可用作光伏材料，如太阳能电池。但可以认识到，本发 明的实施方式具有更广泛的可应用性；其也可应用于其他类型的应 用，如三维封装集成半导体器件、光子器件、压电器件、平板显示 器、微机电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、致动器、 集成电路、生物和生物医学装置等。

背景技术

人类自始就依靠“太阳”获得几乎所有有用形式的能量。这样 的能量来自石油、辐射、木材、和多种形式的热能。仅作为实例， 人类严重依靠石油资源，如煤和燃气来满足许多需要。不幸的是， 这类石油资源正在耗竭并导致了其他问题。作为部分替换，有人建 议用太阳能来降低对石油资源的依赖。仅作为实例，太阳能可从通 常由硅制成的“太阳能电池”获得。

在暴露在太阳辐射下时，硅太阳能电池产生电力。辐射与硅原 子相互作用并形成电子和空穴，电子和空穴迁移到硅体中的p掺杂 和n掺杂区且在两种掺杂区之间产生电压差(voltage differentials) 和电流。根据该应用，太阳能电池已经与聚光元件集成(整合)从 而提高效率。作为实例，太阳辐射用聚光元件聚集并聚焦，该聚光 元件将这样的辐射引导到活性光伏材料的一个或多个部分。虽然有 效，但这些太阳能电池仍有许多限制。

仅作为实例，太阳能电池依靠原材料，如硅。这类硅通常是用 多晶硅(即多晶态硅)和/或单晶硅材料制成的。这些材料通常难于 制造。多晶硅电池通常是通过加工多晶硅板形成。虽然这些板可以 以成本有效的方式制造，但它们没有高效太阳能电池的最优特性。 具体地，多晶硅板在捕获太阳能和转换所捕获的太阳能为可用电力 方面没有呈现出最高的可能效率。

相比之下，单晶硅(c-Si)具有用于高等级太阳能电池的合适 特性。然而这类单晶硅制造成本昂贵且难于以高效且成本有效的方 式用于太阳能应用。

通常，薄膜太阳能电池由于使用的硅材料较少而成本较低，但 它们的非晶或多晶结构与由单晶硅衬底制成的较昂贵的块状硅电 池相比，效率却较低。这些和其他限制可通过本说明书而了解到， 下面将更详细地进行说明。

此外，多晶硅和单晶硅材料在传统制造过程中都要经受材料损 耗，称为“切口损耗(kerf loss)”，这里切割工艺要消耗多达40％ 甚至60％的坯锭(cast)或生长晶棒(grown boule)的原材料并使 材料零碎成晶片形式因子(wafer form factor)。这是制备太阳能电 池用多晶硅或单晶硅薄板的极为低效的方法。

具体地，制造用于结合到太阳能电池中的单晶硅衬底的传统技 术通常涉及从原始生长的单晶硅晶锭中物理分离单晶硅薄层。这类 传统制造技术的一个实例是内圆(ID)切割(或内径切割，inner  diameter sawing)。