在高温测量材料厚度的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种薄片形成设备，薄片形成设备包含用于固持材料熔体以及置于熔体内的固体薄片的坩埚、配置于所述坩埚上方用以自所述熔体形成薄片的结晶器和邻近所述结晶器配置的超声波测量系统，所述超声波测量系统包括至少一个超声波测量装置，其包含耦合到超声波换能器的波导以导引超声波脉冲穿过所述熔体。

A system for measuring the thickness of materials at elevated temperatures

The invention relates to a sheet forming apparatus, sheet forming apparatus for holding molten materials, including crucible, solid sheet is placed in the melt is arranged above the crucible from the melt forming ultrasonic mold and the mold adjacent sheet configuration of the measurement system, the ultrasonic measurement system including at least an ultrasonic measuring device, comprising an ultrasonic transducer coupled to the waveguide to guide the ultrasonic pulse through the melt.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在高温测量材料厚度的系统
本揭示的实施例是有关于一种用于定位不同材料之间界面的系统，且特别是有关于一种用于在高温环境中定位材料层之间界面的系统。
技术介绍
在许多加工和生产应用中，适宜或必需在恶劣或极端环境中定位多种不同材料之间的界面。举例而言，制造半导体基材有时使用一种技术，其中从一种既定材料(诸如硅)的熔体上生长单一结晶(单晶)薄片。这可通过使由既定材料组成的熔体表面上的既定位置处的所述既定材料的较薄固体层结晶，且沿一牵拉方向拉伸所述较薄固体层实现。当沿既定方向拉伸所述单晶材料时，可形成一单晶材料带，其中所述单晶材料带一端在既定位置或发生结晶的结晶区域上保持固定。所述结晶操作可能需要强冷却装置或“结晶器”。所述结晶区域可限定单晶薄片和熔体之间的结晶正面(前边缘)，所述熔体由前边缘处形成的晶体面限定。为了保持这个有刻面的前边缘在稳态条件下生长以匹配生长速度和单晶薄片或“带”的牵拉速度，在结晶区域可使用结晶器进行强冷却。这样可能会导致单晶薄片形成，其初始厚度与所应用的冷却强度相称，就硅带生长而言，其初始厚度通常约为1-2mm。但是，对于诸如由单晶薄片或单晶带形成的太阳能电池的应用而言，目标厚度可能约为200μm或小于200μm。这需要减少初始形成的单晶带的厚度，可通过在沿牵拉方向拉伸所述单晶带时，在包含熔体的坩埚区域上方加热所述单晶带实现。在单晶带与熔体接触时，所述单晶带经由所述区域拉伸，可回熔单晶带的既定厚度，从而将单晶带厚度降低到目标厚度。确切地说，所述回熔方法非常适用于所谓的浮硅法(FloatingSiliconMethod，简称：FSM)，它根据上述操作步骤可在硅熔体表面上形成硅薄片。但是，在使用诸如FSM的方法生长单晶薄片期间，在单晶薄片的整个宽度(即沿垂直于牵拉方向的横向方向)上薄片厚度可能有变化。操作不同，薄片厚度可能也不同，或者甚至在同一操作中，厚度可能也不相同，其中操作与单晶材料单带的产生过程对应。另外，由于单晶带的最终目标厚度可比初始厚度薄10倍，所以精确控制厚度的一致性尤其重要。举例而言，器件应用可能指定基材的厚度为200μm+/-20μm。如果在靠近结晶器处具有2mm的初始厚度且初始厚度变化范围为2％(或40μm)的单晶薄片在未对所述初始厚度变化进行校正的情况下结晶，则所述带的厚度通过经由回熔区域拉伸变薄至200μm后，40μm的厚度变化可构成厚度20％的变化，这样可能会让单晶带无法用于其预期应用。此外，单晶带的厚度沿横向方向的变化方式，可能通过使用传统加热器回熔所述带是难以校正的。鉴于前述，宜提供一种用于测量单晶薄片的厚度的系统，此系统能够在恶劣(即，高温并且有许多电杂信号)FSM操作环境内不受干扰地操作，且不会污染熔体。进一步宜提供一种系统，此系统可用于在几乎任何类型的晶体固化应用(例如Cz，DSS)与玻璃和冶金应用中，测定不同材料之间的界面位置(例如液体和固体之间的界面，液体和气体之间的界面，不同固体之间的界面，不同液体之间的界面，等等)，在这些应用中，用其它方法难以或者不可能定位材料界面。
技术实现思路
提供此
技术实现思路
而以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。此
技术实现思路
并不打算确定所主张的主题的关键特征或基本特征，并且也不打算说明确定所主张的主题的范围。根据本专利技术实施例的薄片形成设备的例示性实施例可包含用于固持材料的熔体以及置于所述熔体内的材料的固体薄片的坩埚，配置于所述坩埚的上方以自所述熔体形成所述薄片的结晶器，和邻近所述结晶器设置的超声波测量系统，所述超声波测量系统包括至少一个超声波测量装置，所述超声波测量装置包含耦合到超声波换能器的波导以导引超声波脉冲穿过所述熔体。根据本专利技术用于测量熔体表面上的薄片厚度的系统的例示性实施例可包含至少一个超声波测量装置，所述超声波测量装置包含耦合到超声波换能器的波导用于导引超声波脉冲穿过所述熔体和所述薄片。根据本专利技术用于在薄片形成设备中测定材料界面的位置的例示性方法可包含导引超声波脉冲穿过薄片形成设备中的材料的熔体，和从熔体的边界上的超声波脉冲的反射得出材料界面的位置。附图说明现将通过举例参考附图描述所公开的装置的各种实施例，在所述附图中：图1为示出根据本专利技术实施例的超声波测量系统的截面侧视图。图2为示出根据本专利技术从熔体分离薄片的设备的截面侧视图。图3为沿图2中A-A平面截取的截面正视图，其示出了图2所示设备的超声波测量系统。图4a为图3所示超声波测量系统的一部分的截面正视图。图4b为图4a所示超声波测量系统的波导的细节截面正视图。图5包含示出由本专利技术超声波测量系统产生的反射超声波脉冲的例示性时间和振幅的曲线图和图表。图6示出根据本专利技术实施例的示例方法的流程图。具体实施方式参见附图，下文现将更全面地描述根据本专利技术用于测量熔体表面上的薄片的厚度的系统，附图中所示为所述系统的优选实施例。然而，本系统可以按许多不同形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。更准确地说，提供这些实施例是为了使得本公开将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把本系统的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在附图中，相同标号始终指代相同组件。本文公开的系统的实施例是关于太阳能电池的生产予以说明的。但是，这些实施例也可用于生产，例如，集合电路，平板，发光二极体(1ight-emittingdiode，简称：LED)，或所属领域的技术人员已知的其他基材。此外，当所说明的是硅熔体时，所述熔体可含有锗，硅和锗，镓，氮化镓，碳化硅，蓝宝石，其他半导体或绝缘体材料，或所属领域的技术人员已知的其他材料。因此，本专利技术不限于下文描述的具体实施例。图1为超声波测量系统20(下文称“系统20”)的截面侧视图，其经配置以精确定位不同材料(诸如液体2和部分浸没在液体2中的固体4)之间的界面。在图1的实例中，提供包封加热器3的锅炉腔室1，加热器3用于加热坩埚5和其中的液体2。具体而言，系统20可用于测量形成于液体2和固体4之间的界面7的位置。更一般化地，系统20在几乎任何类型的晶体固化应用(例如，柴氏拉晶法(Czochralski，Cz)、DSS、凯式长晶法(Kyropolous，Ky))与玻璃和冶金应用中，可用于测定不同材料之间界面(例如液体和固体之间的界面，液体和气体之间的界面，不同固体之间的界面，不同液体之间的界面，等等)的位置。图2中示出了可实施的系统20的应用的非限制性例子，图2示出了从熔体10中形成结晶薄片的设备15的实施例的截面侧视图。薄片形成设备15可包含容器16，其为坩埚，经配置以容纳熔体10。容器16可以由(例如)钨，氮化硼，氮化铝，钼，石墨，碳化硅，或石英形成。熔体10可为(例如)硅。薄片13可形成于熔体10上。虽然图2示出薄片13是在熔体10内完全浮动，但是薄片13可替代地部分浸没在熔体10中，或可浮在熔体10顶部上。在一个实例中，仅10％的薄片13可从熔体10顶表面上方伸出。熔体10可在薄片形成设备15内循环(circulate)。在一个特定实施例中，容器16的温度可保持在略高于1412℃。对于硅而言，1412℃表示冻结温度或“界面温度”。通过将容器16的温度保持略高于熔体10的冻结温度，位于熔体10上方的结晶器14可快速冷却熔体10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄片形成设备，其特征在于包括：坩埚，用于固持材料的熔体以及置于所述熔体内的所述材料的固体的薄片；结晶器，配置于所述坩埚的上方以自所述熔体形成所述薄片；以及超声波测量系统，邻近所述结晶器配置，所述超声波测量系统包括至少一个超声波测量装置，所述超声波测量装置包含耦合到超声波换能器的波导以导引超声波脉冲穿过所述熔体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.17 US 62/065,2761.一种薄片形成设备，其特征在于包括：坩埚，用于固持材料的熔体以及置于所述熔体内的所述材料的固体的薄片；结晶器，配置于所述坩埚的上方以自所述熔体形成所述薄片；以及超声波测量系统，邻近所述结晶器配置，所述超声波测量系统包括至少一个超声波测量装置，所述超声波测量装置包含耦合到超声波换能器的波导以导引超声波脉冲穿过所述熔体。2.根据权利要求1所述的薄片形成设备，其中所述波导进一步导引所述超声波脉冲穿过所述薄片。3.根据权利要求1所述的薄片形成设备，其中所述至少一个超声波测量装置包括用侧向间隔开的布置横跨所述熔体的宽度安置的多个所述超声波测量装置。4.根据权利要求1所述的薄片形成设备，其中所述波导的顶端置于所述熔体内的保护壳体中。5.根据权利要求4所述的薄片形成设备，进一步包括置于所述波导顶端和所述保护壳体中间的一定量的熔融金属以在其间提供低声学阻抗耦合。6.根据权利要求4所述的薄片形成设备，进一步包括分段式回熔加热器，与所述超声波测量系统通信且基于通过所述超声波测量系统测量的所述薄片的厚度而回熔薄片的部分。7.一种用于测量材料的熔体表面上的材料的薄片的厚度的系统，其特征在于所述系统包括至少一个超声波测量装置，所述超声波测量装置包含耦合到超声波换能器的波导以导引超声波脉冲穿过所述熔体和所述薄片。8.根据权利要求7所述用于测量材料的熔体表面上的材料的薄片的厚度的系统，其中至少一个所述超声波测量装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼德·L·凯勒曼，阿拉·莫瑞迪亚，法兰克·辛克莱，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：美国,US