用于通過化學(xué)氣相沉積方法制造材料的沉積盒的制作方法
【專利摘要】一種在通過化學(xué)氣相沉積方法制造材料過程中使用的電加熱沉積盒，其具有：（i）比籽棒對高的表面積與體積比；（ii）比籽棒對高的起始有效沉積表面積與最終有效沉積表面積比；以及（iii）比基礎(chǔ)沉積板高的有效沉積表面積與總表面積比，這些通過在沉積盒的所有期望表面上達(dá)到并保持期望溫度來實(shí)現(xiàn)，而這又通過在沉積盒的所有期望橫截面積上通過期望量的電流分布來實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】用于通過化學(xué)氣相沉積方法制造材料的沉積盒
[0001]本專利申請通過參考將2009年10月22日提交的美國專利申請N0.12/597，151(‘“151 專利申請，，)、“Deposition of high-purity silicon via high-surface-areagas-solid or gas-liquid interfaces and recovery via liquid phase，，整體結(jié)合入本文。本申請還通過參考將與本申請同時(shí)提交的名稱為“CARTRIDGE REACTOR FOR PRODUCTIONOF MATERIALS VIA THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION PROCESS” 的共同未決申請(其申請
號N0._—旦知曉便會增入)整體結(jié)合入本文。本專利申請還要求2011年7月I日
提交的美國臨時(shí)專利申請N0.61504148 (“‘148臨時(shí)專利申請”)、“Deposition cartridgefor production of high-purity amorphous and crystalline silicon and othermaterials”以及2011年7月I日提交的美國臨時(shí)專利申請N0.61504145(“ ‘ 145臨時(shí)專利申請，，)、“Cartridge reactor for production of high-purity amorphous and crystallinesilicon and other materials”的權(quán)益,這兩者整體結(jié)合入本文中。在‘151專利申請中，術(shù)語“沉積板”被定義為硅沉積到其上的表面，但是在描述本專利申請中的實(shí)際物理部件時(shí)為了更加清楚的目的，“沉積表面”被定義為材料沉積到其上的表面，并且“沉積板”被定義為實(shí)際的物理平板(具有相對于其邊緣顯著較大的側(cè)面上的表面積的物體)，材料沉積在其上，優(yōu)選沉積在兩個側(cè)面上以及一個或多個邊緣上。因此，沉積板的側(cè)面和邊緣為沉積表面。術(shù)語“沉積盒”被定義為分配棒和固體沉積板的組合體，或者簡單定義為曲折模式的沉積板，每種都可結(jié)合有絕緣層或間隔件。術(shù)語“西門子反應(yīng)器”被定義為初始設(shè)計(jì)為使用籽棒的沉積反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]‘151專利申請描述了西門子反應(yīng)器的缺陷，包括:
[0003]1.多晶硅棒的低平均表面積，這導(dǎo)致低的體積沉積率和由此低的西門子反應(yīng)器生產(chǎn)率(通過在給定的時(shí)間周期制造的多晶硅質(zhì)量來測量，通常為公噸每年)。
[0004]2.多晶硅棒的低表面積與體積比，這導(dǎo)致為了保持實(shí)現(xiàn)在所需的延長時(shí)間周期沉積所需的表面溫度以獲得有意義的沉積體積而帶來的高能耗。
[0005]3.棒收獲過程的勞動密集和易于污染特性。
[0006]‘151專利申請中描述的發(fā)明通過提供高表面積電加熱沉積板克服了上述前兩個缺陷。硅以高體積速率通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法沉積到這些板上并接著通過對這些板附加加熱回收出來(recover)。附加加熱導(dǎo)致在板界面處的非常薄的一層沉積多晶硅液化，并且沉積的多晶硅的固體外皮可通過機(jī)械方式或重力從板脫離。在西門子反應(yīng)器中使用大尺寸板相對于使用傳統(tǒng)籽棒增加了反應(yīng)器的生產(chǎn)率，而使用較小尺寸板在保持相對于使用籽棒的相同生產(chǎn)率的同時(shí)減小了反應(yīng)器的能耗。
[0007]但是，單獨(dú)使用沉積板并沒有解決收獲過程的勞動密集和易于污染特性的上述第三個缺陷。為了克服該缺陷，‘151專利申請中描述的發(fā)明還提供了與板一起使用的新沉積反應(yīng)器，能夠在反應(yīng)器中發(fā)生沉積和回收。
[0008]盡管相對于傳統(tǒng)籽棒而言有顯著優(yōu)點(diǎn)，但是‘151專利申請中描述的沉積板有其自身的一些缺陷?！?51專利申請要求使用許多適當(dāng)材料來構(gòu)建那些沉積板，諸如鎢、氮化硅、碳化硅、石墨、合金、復(fù)合物、及其混合物，其將這些沉積板描述為數(shù)個毫米厚并且長度和高度達(dá)數(shù)米。其還將這些板描述為通過將負(fù)極連接到板的一個端部并且正極連接到另一個端部來通電。
[0009]考慮到這種布置結(jié)構(gòu)由于短路很難分配電流均勻流過沉積板的整個橫截面積，并且因此很難實(shí)現(xiàn)將整個板表面均勻加熱到期望溫度。如果正被沉積在沉積板的未絕緣表面上的材料是在高溫下導(dǎo)電的半導(dǎo)體、諸如多晶硅，則這種短路只會加重。因此板的有效沉積表面積比板的總體表面積小(雖然仍然顯著高于多晶硅棒的平均沉積表面積)。由于沉積速率、即生產(chǎn)速率與平均沉積表面積成比例，能夠適應(yīng)這些沉積板的總體尺寸的反應(yīng)器的生產(chǎn)速率沒有被最大化，因?yàn)槌练e表面積與總體表面積的比未最大化。以這種生產(chǎn)速率操作的反應(yīng)器因此產(chǎn)生未最小化的生產(chǎn)成本。
[0010]沉積板不能在其整個表面積上達(dá)到最佳沉積溫度還會在外皮的回收過程中產(chǎn)生影響。可能存在沉積板的區(qū)域已經(jīng)達(dá)到小于最佳沉積溫度但是仍然高到足以進(jìn)行一些外皮形成的溫度。在外皮提取過程中，可能不能將沉積板的這些區(qū)域迅速加熱到或者高于材料的熔化溫度，導(dǎo)致適當(dāng)加熱區(qū)域中的外皮的過度熔化，或者導(dǎo)致僅部分分離和提取。最后，這些沉積板沒有用于阻止在可能阻礙外皮分離的表面上沉積的內(nèi)置機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明通過提供一種帶有大沉積表面積的電加熱沉積盒來克服上述沉積板的缺陷，其中所述沉積盒由分配棒和固體沉積板構(gòu)成、或者僅由曲折沉積板構(gòu)成，并且能夠結(jié)合有電絕緣層或者間隔件。期望量的電流能夠分配穿過沉積盒的期望橫截面積，從而在沉積盒的所有期望表面上達(dá)到并且保持期望溫度。
[0012]通過將期望量的電流分配穿過期望橫截面積并且通過適當(dāng)絕緣從而在所有期望表面上實(shí)現(xiàn)期望溫度的能力使得沉積盒具有相對于其總體表面積最大化的有效沉積表面積。這又使得能夠適應(yīng)其總體尺寸的反應(yīng)器的生產(chǎn)率最大化并且因此最小化生產(chǎn)成本。材料外皮的回收通過沉積盒的同時(shí)加熱特征以及通過其在除外部冷卻之外選擇性加熱來限制在阻礙表面上的沉積的能力來簡化。
[0013]這些沉積盒能夠以任何數(shù)量用在任何沉積反應(yīng)器、包括西門子反應(yīng)器中作為籽棒的替代，并且能夠以任何方向定向，包括豎直和/或水平。通過附加加熱沉積盒使得在沉積盒界面處的一薄層外皮液化來使外皮脫離沉積盒可以在反應(yīng)器中或反應(yīng)器外通過首先收獲包覆外皮的沉積盒來實(shí)現(xiàn)。外皮可接著通過施加包括重力或機(jī)械力的任何力而與沉積盒完全分離。沉積盒的使用和益處可被拓展到借助CVD方法生產(chǎn)的所有材料，包括但不限于多晶娃。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1示出了帶有固體沉積板和分配棒的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立視截面和俯視截面。
[0015]圖2示出了帶有曲 折沉積板的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立視截面和俯視截面。[0016]圖3示出了帶有曲折沉積板和冷卻器外邊緣的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立視截面和俯視截面。
[0017]圖4示出了帶有曲折沉積板和分開的外部路徑的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立視截面和俯視截面。
[0018]圖5示出了用于坩堝反應(yīng)器的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立體圖。
[0019]圖6示出了用于西門子反應(yīng)器的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立體圖。
[0020]圖7示出了帶有多晶硅棒的18對西門子反應(yīng)器在沉積運(yùn)轉(zhuǎn)開始和結(jié)束時(shí)的俯視截面。
[0021]圖8示出了帶有沉積盒的18對西門子反應(yīng)器的一種優(yōu)選實(shí)施方式的俯視截面。
[0022]圖9示出了安裝在西門子反應(yīng)器中的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立視截面。
[0023]圖10示出了安裝在西門子反應(yīng)器中的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的俯視截面。
[0024]圖11示出了安裝在西門子反應(yīng)器中的沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的正視截面。
[0025]圖12示出了安裝在西門子反應(yīng)器中的U形沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的立視截面。
[0026]圖13示出了安裝在西門子反應(yīng)器中的U形沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的俯視截面。
[0027]圖14示出了安裝在西門子反應(yīng)器中的U形沉積盒的一種優(yōu)選實(shí)施方式的正視截面。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了實(shí)現(xiàn)材料的電阻加熱，電流必須通過材料。但是，電流始終通過最小電阻的路徑行進(jìn)。電阻公式如下:
[0029]R= P *L/S
[0030]其中:R=通過特定材料的特定路徑的電阻，單位為歐姆(Ohm)
[0031]P=該材料的體電阻率，單位為歐姆*米(0hm*m)
[0032]L=路徑的長度，單位為米(m)
[0033]S=電流穿過其行進(jìn)的路徑的橫截面積
[0034]如果電極被連接到導(dǎo)電材料的方形板的兩個上部角并且接通電源，則大部分電流傾向于沿著穿過板的頂部的直且狹窄的路徑在一個電極和另一個電極之間運(yùn)動，非常少的電流會到達(dá)板的下部部分。類似的，如果兩件分開的材料并列連接，則大部分電流傾向于行進(jìn)通過具有較低電阻的材料。如果分開的兩件是由相同材料制成的，則大部分電流傾向于行進(jìn)通過具有最低長度與橫截面積比的那件，因?yàn)槟羌哂休^低電阻。如果分開的兩件具有相同的長度與橫截面積比但是由不同的材料制成，則大部分電流傾向于行進(jìn)通過具有較低體電阻率的材料。
[0035] 利用上述原理，可以選擇特定體電阻率的材料并且設(shè)定其尺寸以將電流沿著期望路徑引導(dǎo)。在沉積板的情形中，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將整個表面均勻加熱到期望溫度，這要求使得電流從一側(cè)到另一側(cè)均勻通過板的整個橫截面積。任務(wù)則變?yōu)閷㈦娏餮刂练e板的一整個邊緣分配并沿著整個相對邊緣收集。這可通過將分配棒附接到兩個邊緣使得棒的電阻小于沉積板的電阻來實(shí)現(xiàn)。以這種方式，在均勻通過沉積板的整個橫截面以便由相對的棒均勻帶走之前，電流首先經(jīng)過一根分配棒的整個長度。如果分配棒和沉積板由相同材料制成，則棒的長度與橫截面積比需要小于板的長度與橫截面積比。即使沉積板很窄，如果其足夠高，該比也可以很小。因此，分配棒必須具有足夠大的橫截面積，以確保電流首先沿著其整個長度行進(jìn)。用于其中分配棒和沉積板由相同材料制成的這種構(gòu)造的合適材料包括但不限于鎢、氮化硅、碳化硅、石墨、合金、及其復(fù)合物。
[0036]作為替代構(gòu)造，分配棒可以由具有比沉積板的材料低的體電阻率的材料制成，由此使得棒的橫截面減小。用于該構(gòu)造的合適材料組合包括但不限于用于分配棒的石墨和用于沉積板的碳化硅，或者用于棒的鎢和用于板的氮化硅。
[0037]作為另一種替代構(gòu)造，可以通過在沉積板中機(jī)加工出曲折模式使得電流上下行進(jìn)通過從板的一側(cè)延伸到另一側(cè)的狹窄路徑而將分配棒的功能直接集成到沉積板中。這種構(gòu)造在使得電流保持均勻分配通過相對狹窄路徑的同時(shí)提供大表面積的電阻加熱。
[0038]在任意上述構(gòu)造中，可能期望在分配棒和沉積板的整個沉積表面上應(yīng)用一層電絕緣材料。該絕緣材料優(yōu)選地具有比分配棒和沉積板的材料高得多的體電阻率，以確保絕大部分電流待在棒和板內(nèi)并且不會進(jìn)入沉積在絕緣層表面上的材料、諸如多晶硅中。多晶硅為半導(dǎo)體，其電阻率在其溫度增加時(shí)會顯著降低，并且在1150°C的平均沉積溫度，其完全導(dǎo)電。而且，隨著沉積進(jìn)行，多晶硅外皮的厚度增加，其長度與橫截面積比減小，其電阻進(jìn)一步減小。沒有絕緣層，隨著外皮變得更厚，越來越多的電流將會開始流動通過外皮，使得沉積板實(shí)質(zhì)上短路。沉積板會停止適 當(dāng)加熱并且多晶硅的進(jìn)一步沉積會自行減少。防止其發(fā)生的材料的合適組合包括但不限于用于分配棒和沉積板的石墨以及用于絕緣層的碳化硅或氮化硅。該絕緣層可以多種形式應(yīng)用到分配棒和沉積板上，包括但不限于化學(xué)氣相沉積、陶瓷前體聚合物糊衆(zhòng)(pre-ceramic polymeric paste)以及陶瓷基復(fù)合材料。
[0039]圖1示出了結(jié)合有上述分配和絕緣特征的沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，沉積盒2由在兩端附接到兩個分配棒33的固體沉積板34構(gòu)成。分配棒33的電阻小于固體沉積板34的電阻，從而使得電流在均勻流動經(jīng)過固體沉積板34的整個橫截面積并由另一分配棒33帶走之前首先沿著一個分配棒33的整個長度流動。這形成整個沉積表面的均勻電阻加熱。除了分配棒33的端部必須保持未覆蓋而實(shí)現(xiàn)與其他電元件良好電接觸之外，整個組件都覆蓋有絕緣層52，絕緣層52阻止電流從分配棒33和固體沉積板34傳到沉積在沉積盒2上的材料(未示出)。
[0040]圖2示出了沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中分配棒33和固體沉積板34的功能集成到單個曲折沉積板51中。機(jī)加工到曲折沉積板51中的槽的曲折模式形成彎曲路徑，該彎曲路徑提供總體上大的表面積而仍然保持狹窄得足以使電流均勻通過其橫截面積。首個和最后一個曲折腿部延長以便形成電極片53，用于連接到其他電元件。除了電極片53，整個沉積盒2覆蓋有絕緣層52，該絕緣層52通過封蓋住曲折槽同樣形成連續(xù)沉積表面。絕緣層52的導(dǎo)熱系數(shù)使得在其表面上在直接位于曲折路徑上方的區(qū)域和直接位于曲折槽上方的區(qū)域不會產(chǎn)生可感知的熱梯度。這種均勻加熱使得硅均勻沉積在沉積盒2的整個表面上。
[0041]圖1和圖2都示出了沉積盒2的優(yōu)選實(shí)施方式，其中通過靠近諸如水冷反應(yīng)器壁的外部冷卻源阻止材料沿著沉積盒2的頂部邊緣沉積。因此，沉積的材料形成覆蓋沉積盒2的其余三個邊緣和兩側(cè)的外皮并且在隨后進(jìn)一步加熱時(shí)被沿著與未包覆外皮的邊緣相反的方向回收。
[0042]圖3示出了沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其結(jié)合有具有較寬外部路徑54的曲折沉積板和具有較寬外部邊緣55的絕緣層。當(dāng)電流經(jīng)過具有較寬外部路徑54的沉積板時(shí)，那些外部路徑被加熱到比內(nèi)部曲折路徑低的程度，因?yàn)槟切┩獠柯窂降臋M截面積較大并且因此其電阻較小。具有較寬外部邊緣55的絕緣層通過電導(dǎo)損耗和對流損耗更進(jìn)一步消耗該較低程度的熱量，使得沉積盒2的邊緣低于對于可感知的沉積必須的溫度。阻止在沉積盒2的所有邊緣周圍形成外皮、即將外皮的形成限制為僅在沉積盒2的兩側(cè)，這在隨后進(jìn)一步加熱時(shí)允許對該外皮的無阻礙和多方向回收。
[0043]圖4示出了沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其結(jié)合有帶有分開的外部路徑56的曲折沉積板。這些外部路徑在沉積步驟過程中保持不通電，從而使得沉積盒2的邊緣保持比側(cè)面更冷并且由此不會形成外皮。在回收步驟中，他們與內(nèi)部路徑一起被通電，以提供任何附加加熱，附加加熱可能對于形成在沉積盒2的兩側(cè)上的外皮在邊緣和中心同時(shí)脫離是必須的。外皮的所有區(qū)域的同時(shí)快速脫離使得界面液化并且由此使得污染物可能擴(kuò)散入外皮最小化以及使得能耗最小化。
[0044]沉積盒2能夠被用于任何沉積反應(yīng)器，包括依目標(biāo)制造的盒反應(yīng)器和西門子反應(yīng)器。圖5示出了一組用于依目標(biāo)制造的盒反應(yīng)器的沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式。有16個沉積盒2，這些沉積盒通過附接到其電極片53的電極托架57連接到兩個分配棒32。分配棒32將沉積盒2以并聯(lián)或串聯(lián)方式連接到AC或DC電源。如所示出的，分配棒32定位在盒反應(yīng)器內(nèi)并且通過反應(yīng)器壁中的連接點(diǎn)與其他電元件接觸。但是，并不排除電極片53通過其自身的穿過反應(yīng)器壁的單獨(dú)連接點(diǎn)與外部定位的分配棒或者其他電元件接觸。
[0045]在優(yōu)選實(shí)施方式中，每個沉積盒2為42cm高乘以75cm長，并且沉積盒2之間的間隔為5cm。該間隔使得在沉積盒2的每一個側(cè)面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)?cm厚的外皮，同時(shí)仍然提供充分的Icm間隙用于在沉積循環(huán)結(jié)束時(shí)沉積氣體流過外皮之間。該外皮厚度和間隙寬度能夠被調(diào)節(jié)以根據(jù)需要優(yōu)化沉積循環(huán)時(shí)間和沉積氣體流動特征。如所示出的，由該組所有16個沉積盒2所占據(jù)的總體積為大約75cm乘75cm乘42cm,考慮到外皮的厚度,其意圖被裝配在用于生產(chǎn)多晶晶錠的85cm乘85cm的坩堝內(nèi)。
[0046]但是，沉積盒2的尺寸、數(shù)量和間隔能夠被容易地改變，使得他們能夠被裝配在大部分尺寸的坩堝內(nèi)。這種尺寸靈活性很有用，因?yàn)榻Y(jié)晶技術(shù)不斷改進(jìn)，所使用的坩堝越來越大。在另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，沉積盒2的尺寸還可被設(shè)定成通過如下方式裝配在帶有圓形平坦部分的坩堝內(nèi):朝著該組的側(cè)部的沉積盒2相對于中間的沉積盒2相繼變短，使得該組沉積盒2的平坦部分本身成為圓形。該優(yōu)選實(shí)施方式使得沉積盒2能夠被用于利用Czochralski結(jié)晶方法制造單晶晶錠，Czochralski結(jié)晶方法涉及將轉(zhuǎn)動的拉桿插入到圓形坩堝中的熔化物中并且提取圓柱形單晶體。
[0047]沉積盒2豎直定向，并且電極片53指向上。這種定向使得沉積盒2的頂部邊緣靠近反應(yīng)器頂部組件的水冷壁，由此阻止材料沉積到這些頂部邊緣上。材料沉積被限制到每個沉積盒2的兩個側(cè)面和其余三個邊緣低于頂部邊緣一定距離，使得沉積發(fā)生在其上的所有表面以相同方向、即豎直地定向。這有助于隨后的將沉積盒2加熱到材料的熔化溫度或該溫度以上并通過應(yīng)用單方向力(諸如重力)將外皮與沉積盒2分開的步驟。但是，此處沒有排除沉積盒2以任意方向定向和使用除了重力外的任何力來將外皮與沉積盒2分開。[0048]圖6示出了用于西門子反應(yīng)器的沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式。沉積盒2被制造成具有與運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)多晶硅棒對的尺寸相同的尺寸，其為大約200-240cm高和大約40-50cm長。電極片53指向下并且形狀被設(shè)定為以便在其通過電極托架57附接于上面的西門子反應(yīng)器電極44上方對準(zhǔn)。由此，為了增加相同單位能耗的生產(chǎn)能力或減小相同生產(chǎn)能力的單位能耗的目的，這種沉積盒2能夠以小的或無需機(jī)械或電氣變動就被裝配在西門子反應(yīng)器中。為了闡釋這一點(diǎn)，圖7示出了 18對西門子反應(yīng)器以及西門子反應(yīng)器電極44、運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)的多晶硅棒59和運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)的多晶硅棒43的概要；并且圖8示出了與沉積盒2裝配在一起的相同的18對西門子反應(yīng)器的一種優(yōu)選實(shí)施方式。沉積盒2與多晶硅棒占據(jù)相同的空間并且裝配入相同的電極，而仍然提供高得多的平均沉積表面積。
[0049]圖9-11示出了沉積盒2如何能夠安裝在西門子反應(yīng)器中的一種優(yōu)選實(shí)施方式。電極片53均螺紋連接到兩個L形電極 托架57，電極托架57又螺紋連接到西門子反應(yīng)器電極44的石墨保持器。與沉積板54 —體的電極片53以及電極托架57優(yōu)選地由導(dǎo)電但結(jié)構(gòu)上適當(dāng)?shù)牟牧现瞥桑ǖ幌抻谔?碳復(fù)合物。通過以下方式防止沿著沉積盒2的底部邊緣的多晶硅外皮形成:(i)沉積盒2的設(shè)計(jì)，圖3-圖4示出了優(yōu)選實(shí)施方式；(ii)使得該底部邊緣靠近西門子反應(yīng)器的水冷基板47 ; (iii)護(hù)罩(未示出)，其由合適的絕緣、無污染且耐熱材料制成，包括但不限于碳化硅、氮化硅和各種陶瓷，其阻止沉積氣體接觸底部邊緣；以及(iv)為(i)、(ii)和(iii)的任意組合。
[0050]圖12-14示出了特別適用于西門子反應(yīng)器的沉積盒2的一種優(yōu)選實(shí)施方式。該沉積盒2具有U形沉積板60，該沉積板60不具有絕緣層，而是具有裝配在其兩個側(cè)面之間的絕緣間隔件58。電流沿著實(shí)質(zhì)上為兩路徑曲折沉積板的U形沉積板60在一個西門子反應(yīng)器電極44和另一個電極之間流動，由此加熱U形沉積板60并導(dǎo)致材料沉積到該U形沉積板60上。但是，由于絕緣間隔件58未加熱，沒有材料沉積到其上。由此，U形沉積板60的兩個側(cè)面以及形成在側(cè)面上的外皮不會被短路。絕緣間隔件58還保護(hù)U形沉積板60的整個內(nèi)側(cè)邊緣不會形成外皮并且使得外皮能夠沿著圓形端部的方向從U形沉積板60無阻礙地脫離。
【權(quán)利要求】
1.一種在通過化學(xué)氣相沉積方法制造材料過程中使用的電加熱沉積盒，其具有:(i)比籽棒對高的表面積與體積比；(ii)比籽棒對高的起始有效沉積表面積與最終有效沉積表面積比；以及(iii)比基礎(chǔ)沉積板高的有效沉積表面積與總表面積比，這些通過在沉積盒的所有期望表面上達(dá)到并保持期望溫度來實(shí)現(xiàn)，而這又通過在沉積盒的所有期望橫截面積上通過期望量的電流分布來實(shí)現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的沉積盒，其中，在沉積盒的期望橫截面積上分布期望量的電流通過將適當(dāng)材料和尺寸的分配棒連接到適當(dāng)材料和尺寸的固體分配板從而分配棒使得電流均勻分配在固體分配板的整個橫截面積上來實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的沉積盒，其中，即使在導(dǎo)電材料沉積在沉積盒上時(shí)，通過在分配棒和固體沉積板上覆蓋絕緣層，使得電流不會從沉積盒傳入沉積在沉積盒上的材料，保持在沉積盒的期望橫截面積上通過期望量的電流分布。
4.如權(quán)利要求3所述的沉積盒，其中，絕緣層延伸到分配棒和固體沉積板的外側(cè)邊緣外一距離，以便形成沉積盒的外側(cè)邊緣，沉積盒的外側(cè)邊緣在沉積過程中比沉積盒的其他部分冷，因此不會在沉積盒的外側(cè)邊緣上形成沉積材料的外皮。
5.如權(quán)利要求1所述的沉積盒，其中，在沉積盒的期望橫截面積上分布期望量的電流通過如下方式來實(shí)現(xiàn):將分配棒和固體沉積板的功能結(jié)合到適當(dāng)材料和尺寸的曲折沉積板上，從而使得電流均勻流過在板上機(jī)加工出的交替槽形成的路徑，這些路徑提供的總體表面積很大。
6.如權(quán)利要求5所述的沉積盒，其中，最外側(cè)的曲折路徑比內(nèi)側(cè)的曲折路徑寬，以便形成沉積盒的外側(cè)邊緣，沉積盒的外側(cè)邊緣在沉積過程中比沉積盒的其他部分冷，因此不會在沉積盒的外側(cè)邊緣上形成沉積材料的外皮。
7.如權(quán)利要求5所述的沉積盒，其中，具有分開通電的外側(cè)曲折路徑，該外側(cè)曲折路徑能夠在沉積過程中被關(guān)斷通電以形成沉積盒的外側(cè)邊緣，沉積盒的外側(cè)邊緣在沉積過程中比沉積盒的其他部分冷，因此不會在沉積盒的外側(cè)邊緣上形成沉積材料的外皮，但是該外側(cè)曲折路徑在外皮與沉積板脫離過程中能夠被接通通電以提供加熱，用于使得沉積在沉積盒的兩個側(cè)面上的外皮的邊緣有效脫離。
8.如權(quán)利要求5-7所述的沉積盒，其中，即使在導(dǎo)電材料沉積在沉積盒上時(shí)，通過為沉積盒覆蓋絕緣層，使得電流不會從沉積盒傳入沉積在沉積盒上的材料，保持在沉積盒的期望橫截面積上通過期望量的電流分布，并且其中絕緣層防止材料沉積在曲折槽中，否則材料沉積在曲折槽中會阻礙隨后的外皮脫離。
9.如權(quán)利要求8所述的沉積盒，其中，絕緣層延伸到曲折沉積板的外側(cè)邊緣外一距離，以便形成沉積盒的外側(cè)邊緣，沉積盒的外側(cè)邊緣在沉積過程中比沉積盒的其他部分冷，因此不會在沉積盒的外側(cè)邊緣上形成沉積材料的外皮。
10.如權(quán)利要求1所述的沉積盒，其中，在沉積盒的期望橫截面積上分布期望量的電流通過如下方式來實(shí)現(xiàn):具有U形沉積板，且絕緣間隔件填充在U形內(nèi)部的區(qū)域中，使得電流流過U形沉積板，加熱U形沉積板，使得材料外皮形成在U形沉積板上，同時(shí)絕緣間隔件阻止外皮形成在U形沉積板的內(nèi)側(cè)邊緣上，否則外皮形成在U形沉積板的內(nèi)側(cè)邊緣上會阻礙外皮從沉積盒脫離。
11.如權(quán)利要求1-10所述的沉積盒，其中，通過護(hù)罩防止在沉積盒的一個或多個邊緣上形成外皮，護(hù)罩由合適的絕緣、無污染且耐熱材料制成，包括但不限于碳化硅、氮化硅和各種陶瓷，其阻止沉積氣體接觸那些邊緣。
12.如權(quán)利要求2、5、6、9和10所述的沉積盒，其中，分配棒、固體沉積板和曲折沉積板由具有適當(dāng)電、熱和結(jié)構(gòu)特性的材料制成，包括但不限于鎢、氮化硅、碳化硅、石墨、合金、復(fù)合物、及其混合物。
13.如權(quán)利要求3、4、18、9和10所述的沉積盒，其中，絕緣層或者間隔件由具有適當(dāng)電、熱和結(jié)構(gòu)特性的材料制成，包括但不限于碳化硅和氮化硅，并且其能夠以多種形式應(yīng)用，包括但不限于化學(xué)氣相沉積、陶瓷前體聚合物糊漿以及陶瓷基復(fù)合材料。
14.一種方法和沉積盒，用于使通常使用籽棒對或者基礎(chǔ)沉積板的沉積反應(yīng)器提高生產(chǎn)率和/或降低每單位生產(chǎn)的能耗，包括如下步驟: a.將沉積反應(yīng)器中的籽棒對或者基礎(chǔ)沉積板替換為沉積盒，在反應(yīng)器的物理限制內(nèi)，諸如內(nèi)部體積和最大沉積氣體流速，所述沉積盒的總體平均有效沉積表面積比籽棒對或者基礎(chǔ)沉積板的總體平均有效沉積表面積增加要求給予期望生產(chǎn)率增加和/或每單位生產(chǎn)能耗降低的程度； b.運(yùn)行沉積反應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)沉積循環(huán)，除了:與使用籽棒或者基礎(chǔ)沉積板時(shí)相比，平均沉積氣體流速能夠更高，并且循環(huán)周期能夠更短； c.從沉積反應(yīng)器移除帶有沉積材料的外皮的沉積盒并且將其帶至分開的回收站； d.將沉積盒加熱到沉積材料的熔化溫度或該溫度以上，使得在沉積盒界面處的一薄層材料液化，并且外皮從沉積盒脫離； e.通過應(yīng)用合適的力、諸如重力或機(jī)械力使得脫離的外皮從沉積盒分開； f.將沉積盒返回到西門子反應(yīng)器中并重復(fù)上述步驟b-e。
【文檔編號】C23C16/44GK103958732SQ201280042301
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】卡甘·塞蘭 申請人:太陽能技術(shù)綠色團(tuán)體有限公司