[发明专利]改良半导体材料微结构的技术

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2010年9月23日提交的美国临时申请系列第61/385,714号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景

本发明一般地涉及形成半导体材料制品的方法，还涉及在该方法中使用的预处理半导体材料。

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。

半导体材料的性质取决于各种因素，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通常会获得改进，因此总体效率会获得改进。

对于硅基器件，可使用各种能用于形成各种形状例如锭、片或者带的技术来形成硅。所述硅可以被下方的基材支承，或者未被支承。但是，用来制造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)工艺或者布里奇曼(Bridgman)工艺生产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直接净形片材生长法，例如带材生长技术。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1-2cm/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，半导体材料片会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。

使用外浇铸法来制造非支承型多晶半导体材料的示例性方法如2009年2月27日提交的美国专利申请第12/394,608号、2009年5月14日提交的美国专利申请第12/466,143号以及2009年12月8日提交的美国专利申请第12/632,837号所述，其全文通过引用结合入本文。

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。所揭示的方法可有助于形成具有所需特性如均匀厚度和所需微结构的半导体材料（例如，外浇铸材料），同时降低材料浪费并提升产率。

发明内容

根据本发明的各种示例性实施方式，提供了对半导体材料片进行处理的方法，所述方法包括：在片材的各主表面上形成可烧结的第一层；在各所述第一层上形成第二层，以形成颗粒涂覆的半导体片；将所述颗粒涂覆的片放在末端构件之间；将所述颗粒涂覆的片加热至足以至少部分烧结第一层且至少部分熔化半导体材料的温度；以及冷却所述颗粒涂覆的片，使半导体材料固化并形成经过处理的半导体材料片。前述对半导体材料片进行处理的方法可至少改善半导体材料的晶粒结构和/或表面性质之一。通过提供能包封片材的颗粒涂层，在整个熔化作用期间可以保留片材的整体形状因子。在一些实施方式中，颗粒涂层包含多层，其中各层的特征在于一组不同的特性。

加热可以包括单次加热步骤，其中，将整个半导体材料片加热至足以形成熔融片材，之后为冷却步骤，其中，所述熔融片材在基本平行于熔融片材的最短尺寸的方向上固化。在另一个实施方式中，加热和冷却可分别包括多个分开的步骤，其中，例如在第一加热步骤中，局部加热片表面以在片表面中形成熔池，通过使热源相对于片移动，使所述熔池移动跨过片表面。在后续的第二加热步骤中，将整个片材加热至足以形成半导体材料的熔融片材，之后为冷却步骤，其中，所述熔融片材在基本平行于片材的最短尺寸的方向上固化。

本发明的其他示例性实施方式涉及一种经过预处理的、颗粒涂覆的半导体材料片，该半导体材料片包含具有形成于片各主表面上的可烧结第一层，以及形成在所述各第一层上的第二层。

因此，本发明涉及制备或处理半导体材料制品的方法，以及由此制备和/或处理的半导体材料制品。在以下说明中，特定的方面和实施方式将变得显而易见。应当理解，从最广义上讲，本发明可以在没有这些方面和实施方式中的一个或多个特征的情况下实施。还应当理解，这些方面和实施方式仅仅是示例性和说明性的，并非意在限制要求专利保护的本发明。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。