[发明专利]外浇铸半导体材料制品的方法

说明书

相关申请

本申请要求2009年12月4日提交的题为“外浇铸半导体材料制品的方法”的美国申请第12/631054号的权益。

技术领域

本发明涉及制备半导体材料制品的方法,更具体来说，本发明涉及外浇铸法（exocasting method），利用该方法在模具的外表面上形成半导体材料的制品。

背景技术

半导体材料用于各种用途，可以例如结合入光伏器件之类的电子器件之内。光伏器件通过光电效应将光辐射转化为电能。

半导体材料的性质可能取决于很多的因素，包括晶体结构、本生缺陷的浓度和种类，是否存在掺杂剂和其他杂质，以及它们的分布。在半导体材料中，例如粒度和粒度分布会对制得的器件的性能造成影响。例如，随着颗粒变得更大和更均匀，光伏电池之类的基于半导体的器件的电导率一般会获得改进，因此总体效率会获得改进。

对于硅基器件，可以使用各种技术对硅进行成形。其例子包括成形为锭块、片材或带材的硅。所述硅可以被下方的基材支承，或者未被支承。但是，这些用来制备支承型和非支承型硅制品的常规方法存在很多缺点。

制备非支承型半导体材料薄片（包括硅片）的方法可能很慢，或者会对半导体原料造成浪费。例如，可以使用丘克拉斯基（Czochralski）工艺制备非支承型单晶半导体材料。但是，在将所述材料切割成薄片或者晶片的时候，此种大批量法可能会不利地造成显著的截口损失。其他可用来制备非支承型多晶半导体材料的方法包括电磁浇铸和带材生长技术。但是，这些技术很慢，而且很贵。使用硅带材生长技术制备的多晶硅带材通常仅能以大约1-2厘米/分钟的速率形成。

可以比较廉价的方式制备支承型半导体材料片，但是，半导体材料片受到在其上形成该半导体材料的基材的限制,所述基材必须满足各种工艺要求和应用要求，这些要求可能是相互冲突的。

以下专利文献揭示了用来制备非支承型多晶半导体材料的方法：共同拥有的美国临时专利申请第61/067679号,该申请于2008年2月29日提交，题为“用来制备纯的或者掺杂的半导体元件或合金的非支承型制品的方法（Method of Making an Unsupported Article of a Pure or Doped Semiconducting Element or Alloy）”；以及美国专利申请第PCT/US09/01268号，该申请于2009年2月27日提交，题为“用来制备纯的或者掺杂的半导体元件或合金的非支承型制品的方法（Methods ofMaking an Unsupported Article of Pure of Doped Semiconducting Element or Alloy）”，其内容参考结合入本文中。

如本文所述，本发明人现在发现了可以用来制备支承型和非支承型半导体材料制品的另外的方法。本发明所述的方法可以促进具有所需属性的外浇铸半导体材料的形成，所述属性包括例如晶粒结构得到改进,杂质和/或缺陷浓度降低,表面粗糙度降低,厚度均匀，同时减少材料浪费，加快生产速率。

发明内容

根据多个示例性实施方式，制备半导体材料固体层的外浇铸法包括选择模具，所述模具具有至少一种模具属性，使得将模具浸入熔融半导体材料得到的固体层厚度与浸没时间的关系曲线中，在转变时间出现的固体层厚度最大值基本上等于固体层的目标厚度。本文所用的术语“基本上等于”是指数值相等，或者相差20%或以下（例如5%或以下）。然后，将模具浸入熔融半导体材料，再从熔融半导体材料中取出，在模具外表面上形成半导体材料的固体层，其中模具的浸没时间基本上等于转变时间。

本文所用的术语“半导体材料”包括具有半导体性质的材料，例如硅、硅的合金和化合物、锗、锗的合金和化合物、砷化镓、砷化镓的合金和化合物、锡的合金和化合物，以及它们的组合。在多个实施方式中，所述半导体材料可以是纯的(例如本征硅或i-型硅)或掺杂的[例如包含至少一种n型（例如磷）或p型（例如硼）掺杂剂的硅]。

本文所用的短语“半导体材料制品”、“外浇铸制品”以及它们的变化形式包括使用所述方法制备的任何形状或者形式的半导体材料。这些制品的例子可以是平滑的、织构化的、平坦的、有弧度的、弯曲的、有角度的、致密的、多孔的、对称的或者非对称的。半导体材料的制品可以包括例如片材、晶片或管材的形式。

本文所用的术语“模具”表示具有外表面的物理结构，可以在此物理结构的外表面上形成本发明的半导体材料制品。熔融态或固态半导体材料不一定与所述模具的外表面发生物理接触，但是也可以发生接触。