JPH0741393A - 連続鋳造法によるシリコン板の製造方法 - Google Patents
連続鋳造法によるシリコン板の製造方法Info
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- JPH0741393A JPH0741393A JP18623693A JP18623693A JPH0741393A JP H0741393 A JPH0741393 A JP H0741393A JP 18623693 A JP18623693 A JP 18623693A JP 18623693 A JP18623693 A JP 18623693A JP H0741393 A JPH0741393 A JP H0741393A
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- JP
- Japan
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- mold
- silicon
- plate
- molten
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 上面が開放された水平加熱鋳型12に溶融シ
リコン14を供給し、鋳型12の水平面36の端部上に
おいて前記溶融シリコン14を冷却結晶化してシリコン
板20を形成し、このシリコン板20を水平方向に連続
的に引き出すことにより、長尺状のシリコン板を製造す
る連続鋳造法であって、前記鋳型12の材料として窒化
珪素と窒化硼素の混合焼結体を用いることを特徴とす
る。 【効果】 窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体を鋳型材料
として用いることにより、溶融シリコンと鋳型との融着
が回避でき、シリコン板の連続鋳造が可能になる。
リコン14を供給し、鋳型12の水平面36の端部上に
おいて前記溶融シリコン14を冷却結晶化してシリコン
板20を形成し、このシリコン板20を水平方向に連続
的に引き出すことにより、長尺状のシリコン板を製造す
る連続鋳造法であって、前記鋳型12の材料として窒化
珪素と窒化硼素の混合焼結体を用いることを特徴とす
る。 【効果】 窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体を鋳型材料
として用いることにより、溶融シリコンと鋳型との融着
が回避でき、シリコン板の連続鋳造が可能になる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体、太陽電池等に
用いられるシリコン(Si)板の鋳造方法に関する。
用いられるシリコン(Si)板の鋳造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Si板は、通常単結晶、多結晶ともにS
iインゴットをスライスして造られている。しかし、コ
スト低減のため、スライス工程を省略して、溶融Siか
ら直接にSi板を造る技術が望まれており、過去におい
て、EFG(Edge−Defined,Film−F
ed Growth)法、HRG(Horizonta
l Ribbon Growth)法、キャストリボン
法等が検討されてきた。
iインゴットをスライスして造られている。しかし、コ
スト低減のため、スライス工程を省略して、溶融Siか
ら直接にSi板を造る技術が望まれており、過去におい
て、EFG(Edge−Defined,Film−F
ed Growth)法、HRG(Horizonta
l Ribbon Growth)法、キャストリボン
法等が検討されてきた。
【0003】EFG法においては、図3に示すように、
高周波加熱コイル110でサセプタ112内の石英ルツ
ボ116を加熱し、この石英ルツボ116においてSi
を溶融させる。溶融Si14は、石英ルツボ116内に
垂設された黒鉛ダイ118の材料流路を通って引き上げ
られ、サセプタ112の外に出てSi板20となる。し
かし、このEFG法においては、溶融Siと濡れ性が良
い黒鉛をダイ材料に用いているため、ダイ材料の黒鉛が
結晶Siに混入し、Si板の高純度化が望めないという
欠点や、Si板の平坦性が悪いため、連続生産における
安定性に乏しいという欠点等があった。
高周波加熱コイル110でサセプタ112内の石英ルツ
ボ116を加熱し、この石英ルツボ116においてSi
を溶融させる。溶融Si14は、石英ルツボ116内に
垂設された黒鉛ダイ118の材料流路を通って引き上げ
られ、サセプタ112の外に出てSi板20となる。し
かし、このEFG法においては、溶融Siと濡れ性が良
い黒鉛をダイ材料に用いているため、ダイ材料の黒鉛が
結晶Siに混入し、Si板の高純度化が望めないという
欠点や、Si板の平坦性が悪いため、連続生産における
安定性に乏しいという欠点等があった。
【0004】HRG法においては、図4に示すように、
発熱体122で加熱された溶融槽124に溶融Si14
を満たし、この溶融槽124の上方に設けた冷却装置1
26から冷却ガスを吹き付けて、溶融Si14の湯面を
冷却して結晶化させる。結晶化したSi板20は、ガイ
ドロール128によって水平方向に連続的に引き出さ
れ、鋳型ロール130によって板厚が調整される。しか
し、このHRG法においては、Si結晶が溶融Si14
の湯面の垂直下方に成長して行くため、Si板の厚さの
制御が非常に難しい。
発熱体122で加熱された溶融槽124に溶融Si14
を満たし、この溶融槽124の上方に設けた冷却装置1
26から冷却ガスを吹き付けて、溶融Si14の湯面を
冷却して結晶化させる。結晶化したSi板20は、ガイ
ドロール128によって水平方向に連続的に引き出さ
れ、鋳型ロール130によって板厚が調整される。しか
し、このHRG法においては、Si結晶が溶融Si14
の湯面の垂直下方に成長して行くため、Si板の厚さの
制御が非常に難しい。
【0005】キャストリボン法においては、図5に示す
ように、溶融Si14をアルゴン(Ar)ガスで鋳型1
32内に押入し、キャビティー134内で結晶化したS
i板20を引き出し治具136を用いて水平方向に引き
出す。しかし、このキャストリボン法においては、溶融
Siの凝固時の体積膨張により、キャビティー134内
で凝固Siが引っかかってしまい、連続的に引き出すこ
とができない等の欠点がある。
ように、溶融Si14をアルゴン(Ar)ガスで鋳型1
32内に押入し、キャビティー134内で結晶化したS
i板20を引き出し治具136を用いて水平方向に引き
出す。しかし、このキャストリボン法においては、溶融
Siの凝固時の体積膨張により、キャビティー134内
で凝固Siが引っかかってしまい、連続的に引き出すこ
とができない等の欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
は、上面が開放された水平加熱鋳型に溶融シリコンを供
給し、鋳型の水平面端部上において前記溶融シリコンを
冷却結晶化してシリコン板を形成し、このシリコン板を
水平方向に連続的に引き出すことにより、シリコン板を
製造する上面開放水平加熱鋳型式連続鋳造法(以下、O
SC(Ohno Strip Casting)法と略
す)に注目した。この方法においては、Si結晶の成長
面が鋳型と接していないために表面が非常に平坦なSi
板が連続的に形成され、さらには鋳型の水平面の上の溶
湯(溶融Si)の深さで板厚が容易に制御でき、しかも
上面開放型の鋳型を用いるために凝固時のSiの体積膨
張にも問題なく対応できる。しかしながら、通常に用い
られるセラミックス製の鋳型、すなわち黒鉛、炭化珪
素、窒化珪素、アルミナ、マグネシア、ムライト等の材
料で形成された鋳型を用いると、溶融Siと反応を生じ
て融着してしまうため、鋳型側からSiの結晶化が進行
し、その結果として、板状のSiが連続的に鋳造できな
いという欠点があった。また、窒化硼素の焼結体を鋳型
に用いると、Siとの融着の程度は低下するが、鋳型と
しての機械的強度に劣るため、実用には好ましくなかっ
た。
は、上面が開放された水平加熱鋳型に溶融シリコンを供
給し、鋳型の水平面端部上において前記溶融シリコンを
冷却結晶化してシリコン板を形成し、このシリコン板を
水平方向に連続的に引き出すことにより、シリコン板を
製造する上面開放水平加熱鋳型式連続鋳造法(以下、O
SC(Ohno Strip Casting)法と略
す)に注目した。この方法においては、Si結晶の成長
面が鋳型と接していないために表面が非常に平坦なSi
板が連続的に形成され、さらには鋳型の水平面の上の溶
湯(溶融Si)の深さで板厚が容易に制御でき、しかも
上面開放型の鋳型を用いるために凝固時のSiの体積膨
張にも問題なく対応できる。しかしながら、通常に用い
られるセラミックス製の鋳型、すなわち黒鉛、炭化珪
素、窒化珪素、アルミナ、マグネシア、ムライト等の材
料で形成された鋳型を用いると、溶融Siと反応を生じ
て融着してしまうため、鋳型側からSiの結晶化が進行
し、その結果として、板状のSiが連続的に鋳造できな
いという欠点があった。また、窒化硼素の焼結体を鋳型
に用いると、Siとの融着の程度は低下するが、鋳型と
しての機械的強度に劣るため、実用には好ましくなかっ
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
の結果、鋳型の材料として窒化珪素と窒化硼素の混合焼
結体を用いることにより、上述の問題点を一挙に解決で
きることを見い出し、本発明を完成するに至った。
の結果、鋳型の材料として窒化珪素と窒化硼素の混合焼
結体を用いることにより、上述の問題点を一挙に解決で
きることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、上面が開放された水
平加熱鋳型に溶融シリコンを供給し、鋳型の水平面端部
上において前記溶融シリコンを冷却結晶化してシリコン
板を形成し、このシリコン板を水平方向に連続的に引き
出すことにより、長尺状のシリコン板を製造する連続鋳
造法であって、前記鋳型の材料として窒化珪素と窒化硼
素の混合焼結体を用いることを特徴とする。
平加熱鋳型に溶融シリコンを供給し、鋳型の水平面端部
上において前記溶融シリコンを冷却結晶化してシリコン
板を形成し、このシリコン板を水平方向に連続的に引き
出すことにより、長尺状のシリコン板を製造する連続鋳
造法であって、前記鋳型の材料として窒化珪素と窒化硼
素の混合焼結体を用いることを特徴とする。
【0009】この窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体にお
いては、窒化硼素の含有量が、10重量%未満では、溶
融Siとの反応が生じ、融着しやすくなるので好ましく
ない。また、80重量%を超えると、焼結体の機械的強
度が極端に低下してしまうため、鋳型材料として好まし
くない。従って、窒化硼素の含有量は、10〜80重量
%が好ましく、20〜60重量%がより好ましい。
いては、窒化硼素の含有量が、10重量%未満では、溶
融Siとの反応が生じ、融着しやすくなるので好ましく
ない。また、80重量%を超えると、焼結体の機械的強
度が極端に低下してしまうため、鋳型材料として好まし
くない。従って、窒化硼素の含有量は、10〜80重量
%が好ましく、20〜60重量%がより好ましい。
【0010】また、窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体の
鋳型を成形する際、イットリア、アルミナ、窒化アルミ
ニウム等の焼結助材を、10重量%以下の範囲で添加し
てもよい。
鋳型を成形する際、イットリア、アルミナ、窒化アルミ
ニウム等の焼結助材を、10重量%以下の範囲で添加し
てもよい。
【0011】シリコン板を形成しながら水平方向に連続
的に引き出すには、例えば、水平加熱鋳型の出口からダ
ミープレートを鋳型内部に水平方向に挿入し、鋳型内に
供給された溶融Siとダミープレートの挿入端を接触さ
せ、この接触部分から溶融Siを水平方向に凝固させな
がら、ダミープレートを鋳型から水平方向に引き出す。
これにより、ダミープレートの挿入端に付着形成された
部分から水平方向に順次凝固形成されて長尺状のSi板
が形成される。
的に引き出すには、例えば、水平加熱鋳型の出口からダ
ミープレートを鋳型内部に水平方向に挿入し、鋳型内に
供給された溶融Siとダミープレートの挿入端を接触さ
せ、この接触部分から溶融Siを水平方向に凝固させな
がら、ダミープレートを鋳型から水平方向に引き出す。
これにより、ダミープレートの挿入端に付着形成された
部分から水平方向に順次凝固形成されて長尺状のSi板
が形成される。
【0012】鋳造雰囲気としては、溶融Siの表面酸化
を防止するために、通常は、例えばアルゴン、ヘリウ
ム、窒素あるいはそれらの混合ガス等の不活性ガスが用
いられるが、酸化をより一層防止するためには、水素、
一酸化炭素等の還元ガス、もしくはそれらの混合ガス、
または、これらの還元ガスを用いても良い。
を防止するために、通常は、例えばアルゴン、ヘリウ
ム、窒素あるいはそれらの混合ガス等の不活性ガスが用
いられるが、酸化をより一層防止するためには、水素、
一酸化炭素等の還元ガス、もしくはそれらの混合ガス、
または、これらの還元ガスを用いても良い。
【0013】
【実施例】以下、本発明を、図面に基づいて詳細に説明
する。
する。
【0014】図1、2は、本発明の製造方法を実施する
ための装置の一実施例を示す一部省略断面斜視図であ
る。この装置は、Siを溶融するルツボ10、Si板を
鋳造する水平加熱鋳型12、ルツボ10と水平加熱鋳型
12とを接続してルツボ10から水平加熱鋳型12に溶
融Si14を供給するための給湯管16、水平加熱鋳型
12の上方に設けた冷却装置18、および鋳造されたS
i板20を連続的に水平方向に引き出すためのピンチロ
ール22からなる。
ための装置の一実施例を示す一部省略断面斜視図であ
る。この装置は、Siを溶融するルツボ10、Si板を
鋳造する水平加熱鋳型12、ルツボ10と水平加熱鋳型
12とを接続してルツボ10から水平加熱鋳型12に溶
融Si14を供給するための給湯管16、水平加熱鋳型
12の上方に設けた冷却装置18、および鋳造されたS
i板20を連続的に水平方向に引き出すためのピンチロ
ール22からなる。
【0015】ルツボ10および給湯管16は、それぞ
れ、その外周に設けた発熱体24,26によってSiの
溶融温度以上に加熱されている。ルツボ10の中には、
ルツボ10の内径より若干小さな外径を有する制御棒2
8が挿入されており、この制御棒28によりルツボ10
内の溶融Si14の湯面が一定に保たれている。
れ、その外周に設けた発熱体24,26によってSiの
溶融温度以上に加熱されている。ルツボ10の中には、
ルツボ10の内径より若干小さな外径を有する制御棒2
8が挿入されており、この制御棒28によりルツボ10
内の溶融Si14の湯面が一定に保たれている。
【0016】水平加熱鋳型12は、窒化硼素の含有量が
20重量%である窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体(川
崎炉材株式会社製)により形成されており、鋳型温度
は、この水平加熱鋳型12の下に設けた発熱体30に供
給される電流量を制御して、Siの凝固温度以上に調整
される。この水平加熱鋳型12の底は、溶融Siの入口
32において最も深くなっており、出口34に向かうに
したがって徐々に浅くなり、途中から水平面36になっ
ている。
20重量%である窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体(川
崎炉材株式会社製)により形成されており、鋳型温度
は、この水平加熱鋳型12の下に設けた発熱体30に供
給される電流量を制御して、Siの凝固温度以上に調整
される。この水平加熱鋳型12の底は、溶融Siの入口
32において最も深くなっており、出口34に向かうに
したがって徐々に浅くなり、途中から水平面36になっ
ている。
【0017】Si板を製造するには、水平加熱鋳型12
をSiの凝固温度以上に維持した状態で、図1に示すよ
うに、黒鉛製のダミープレート38を水平加熱鋳型12
の出口34から内部に向かって水平面36の途中まで挿
入するとともに、ルツボ10から溶融Si14を給湯管
16を介して水平加熱鋳型12に供給する。そして、黒
鉛製ダミープレートの先端(挿入端)40に、水平加熱
鋳型の入口32から流入してきた溶融Si14を接触さ
せる。冷却装置18のガス吹出し管42から、黒鉛製ダ
ミープレート38の上面に、水素を5%含有するアルゴ
ンガスを吹付けて冷却しているので、水平加熱鋳型12
の内壁面を避けて、溶融Si14は、黒鉛製ダミープレ
ートの先端40と接触した部分から水平方向に凝固し始
める。次いで、図2に示すように、黒鉛製ダミープレー
ト38をピンチロール22を用いて図面において右側に
引き出すことにより、ダミープレートの先端40に付着
した部分から水平方向に順次形成されたSi板20は、
ガス吹出し管42から吹付けられたガスにより冷却さ
れ、連続的に長尺状のSi板が製造される。
をSiの凝固温度以上に維持した状態で、図1に示すよ
うに、黒鉛製のダミープレート38を水平加熱鋳型12
の出口34から内部に向かって水平面36の途中まで挿
入するとともに、ルツボ10から溶融Si14を給湯管
16を介して水平加熱鋳型12に供給する。そして、黒
鉛製ダミープレートの先端(挿入端)40に、水平加熱
鋳型の入口32から流入してきた溶融Si14を接触さ
せる。冷却装置18のガス吹出し管42から、黒鉛製ダ
ミープレート38の上面に、水素を5%含有するアルゴ
ンガスを吹付けて冷却しているので、水平加熱鋳型12
の内壁面を避けて、溶融Si14は、黒鉛製ダミープレ
ートの先端40と接触した部分から水平方向に凝固し始
める。次いで、図2に示すように、黒鉛製ダミープレー
ト38をピンチロール22を用いて図面において右側に
引き出すことにより、ダミープレートの先端40に付着
した部分から水平方向に順次形成されたSi板20は、
ガス吹出し管42から吹付けられたガスにより冷却さ
れ、連続的に長尺状のSi板が製造される。
【0018】この際、溶融Si14の湯面44から水平
面36までの深さによりSi板20の厚さが規定される
ことになる。従って、制御棒28のルツボ10への挿入
程度を変えて湯面44を調整することにより、Si板2
0の厚さを変えることもできる。
面36までの深さによりSi板20の厚さが規定される
ことになる。従って、制御棒28のルツボ10への挿入
程度を変えて湯面44を調整することにより、Si板2
0の厚さを変えることもできる。
【0019】なお、本実施例においては、Siを溶融す
るルツボ10と水平加熱鋳型12とは給湯管16によっ
て接続されているが、これらのルツボ10と水平加熱鋳
型12とを、窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体を用いて
一体に成形してもよい。
るルツボ10と水平加熱鋳型12とは給湯管16によっ
て接続されているが、これらのルツボ10と水平加熱鋳
型12とを、窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体を用いて
一体に成形してもよい。
【0020】また、ダミープレート38として黒鉛板を
用いているが、より高品質のSi結晶板を鋳造するため
には、Si単結晶を黒鉛製ダミープレートの先端(挿入
端)に付着したり、Si単結晶板自身をダミープレート
として用いることが好ましい。
用いているが、より高品質のSi結晶板を鋳造するため
には、Si単結晶を黒鉛製ダミープレートの先端(挿入
端)に付着したり、Si単結晶板自身をダミープレート
として用いることが好ましい。
【0021】さらに、Si板の鋳造をより円滑に進める
ために、水平加熱鋳型12の水平面36に窒化硼素等の
離型剤を塗布し、鋳造開始時における水平加熱鋳型12
からの離型性をより高めてもよい。
ために、水平加熱鋳型12の水平面36に窒化硼素等の
離型剤を塗布し、鋳造開始時における水平加熱鋳型12
からの離型性をより高めてもよい。
【0022】
【発明の効果】窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体を鋳型
材料として用いることにより、溶融Siと鋳型との融着
が回避でき、OSC法によるSi板の連続鋳造が可能に
なる。
材料として用いることにより、溶融Siと鋳型との融着
が回避でき、OSC法によるSi板の連続鋳造が可能に
なる。
【図1】本発明の製造方法を実施するための装置の一実
施例を示す一部省略断面斜視図である。
施例を示す一部省略断面斜視図である。
【図2】本発明の製造方法を実施するための装置の一実
施例を示す一部省略断面斜視図である。
施例を示す一部省略断面斜視図である。
【図3】EFG法を説明する概略断面斜視図である。
【図4】HRG法を説明する概略断面図である。
【図5】キャストリボン法を説明する概略断面図であ
る。
る。
10 ルツボ 12 水平加熱鋳型 14 溶融Si 16 給湯管 18 冷却装置 20 Si板 22 ピンチロール 24 発熱体 26 発熱体 28 制御棒 30 発熱体 32 水平加熱鋳型の入口 34 水平加熱鋳型の出口 36 水平加熱鋳型の水平面 38 ダミープレート 40 ダミープレートの先端 42 ガス吹出し管 44 溶融Siの湯面
Claims (2)
- 【請求項1】 上面が開放された水平加熱鋳型に溶融シ
リコンを供給し、鋳型の水平面端部上において前記溶融
シリコンを冷却結晶化してシリコン板を形成し、このシ
リコン板を水平方向に連続的に引き出すことにより、長
尺状のシリコン板を製造する連続鋳造法であって、前記
鋳型の材料として窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体を用
いることを特徴とするシリコン板の製造方法。 - 【請求項2】 窒化珪素と窒化硼素の混合焼結体におい
て、窒化硼素の含有量が10〜80重量%であることを
特徴とする請求項1記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18623693A JPH0741393A (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 連続鋳造法によるシリコン板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18623693A JPH0741393A (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 連続鋳造法によるシリコン板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0741393A true JPH0741393A (ja) | 1995-02-10 |
Family
ID=16184742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18623693A Pending JPH0741393A (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 連続鋳造法によるシリコン板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0741393A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100086465A1 (en) * | 2007-01-25 | 2010-04-08 | Gen Kojima | Apparatus and method for manufacturing silicon substrate, and silicon substrate |
| KR101194846B1 (ko) * | 2010-06-14 | 2012-10-25 | 한국에너지기술연구원 | 연속주조법을 이용한 실리콘 박판 제조 장치 및 방법 |
| KR101396478B1 (ko) * | 2012-04-05 | 2014-05-19 | 한국에너지기술연구원 | 경사진 일방향응고부를 이용한 폴리실리콘 제조장치 |
| KR101406784B1 (ko) * | 2012-04-05 | 2014-06-18 | 한국에너지기술연구원 | 실리콘 기판 제조 장치 |
| KR101483693B1 (ko) * | 2012-04-05 | 2015-01-19 | 한국에너지기술연구원 | 실리콘 기판 제조 장치 |
| KR101524070B1 (ko) * | 2013-03-29 | 2015-05-29 | 한국에너지기술연구원 | 실리콘 기판 제조 장치 |
| CN107217296A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-29 | 常州大学 | 一种硅片水平生长设备和方法 |
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| CN109778307A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-05-21 | 江苏大学 | 一种适用于单晶硅水平生长机构的过程控制系统 |
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-
1993
- 1993-07-28 JP JP18623693A patent/JPH0741393A/ja active Pending
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