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Estudo de um Processo de Cristalização de Fitas de Silício por Zona Fundida Linear

دسته بندی: انرژی: انرژی تجدید پذیر
ویرایش:  
نویسندگان: João Henriques  
سری:  
 
ناشر: Universidade de Lisboa 
سال نشر: 2002 
تعداد صفحات: 122 
زبان: Portuguese 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 8 مگابایت 

کلمات کلیدی مربوط به کتاب مطالعه روند تبلور منطقه ذوب خطی برای نوارهای سیلیکون: کریستالیزاسیون، نوارهای سیلیکونی، منطقه ذوب شده خطی

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توضیحاتی در مورد کتاب مطالعه روند تبلور منطقه ذوب خطی برای نوارهای سیلیکون

توضیحاتی درمورد کتاب به خارجی

Historicamente o crescimento de cristais, com elevado grau de perfeição cristalográfica envolve mais arte do que ciência, sendo frequentemente o resultado de um longo e paciente processo de aprendizagem por tentativa e erro. Isto é certamente verdade em todas as técnicas de crescimento de fitas de silício, e o presente trabalho não é excepção. Trata-se de uma demonstração de princípio, abordada pela via experimental, de uma técnica de cristalização de fitas de silício a partir de matéria-prima por Zona Fundida Eléctrica Linear. Os seus objectivos eram ambiciosos desde o início, dado que o desenvolvimento de uma nova técnica de cristalização é um projecto que demora décadas de investigação contínua e exige enormes recursos materiais e humanos. Na presente investigação, dado existir apenas um forno (e um operador!), os progressos possíveis ocorreram sempre de forma muito mais lenta do que o desejável. O presente relatório, que representa cerca de 90% do tempo de trabalho do doutoramento, dá agora a conhecer o presente estado da arte. Este trabalho começa por enquadrar a técnica desenvolvida no contexto de outras afins já existentes na indústria, em operação ou desenvolvimento, que fazem uso de correntes induzidas por campos electromagnéticos para aquecimento e controlo da estabilidade do fundido, tendo em vista o incremento da qualidade dos materiais que produzem. Algumas das técnicas expostas são ou podem vir a ser adaptados com proveito ao presente processo e constituem instrumentos para a compreensão dos complexos problemas de estabilidade inerentes às zonas fundidas criadas pela passagem de elevadas densidades de corrente eléctrica directamente nos semicondutores. Especial atenção é concedida ao trabalho de outros autores que me precederam na realização de cristalizações por zona fundida eléctrica longitudinal (i.e. segundo a direcção de cristalização) ou transversal. De referir, em particular, o trabalho de W. G. Pfann com zonas eléctricas e lagos de alimentação de matéria-prima, visto ter sido provavelmente o primeiro a realiza-las. Também ele sugere diversos métodos de movimentação da zona para recristalização de cristais. As características eléctricas e térmicas específicas dos semicondutores que possibilitam o fenómeno de concentração da corrente, que está na origem das zonas eléctricas, são evidenciadas no segundo capítulo. Também aqui se expõem as ideias para, a partir daquelas zonas, cristalizar fitas de silício usando matéria-prima convencional (granular). Indicam-se métodos de estabilização e mostram-se exemplos gráficos das zonas fundidas e dos lagos de alimentação. Descreve-se seguidamente a evolução histórica da técnica, acompanhando as dificuldades encontradas e os progressos realizados em várias gerações de fornos. Faz-se referência às técnicas de recristalização de fitas por zona fundida eléctrica com bordos suportados por placas de grafite ou silício e apresentam-se resultados da caracterização dos materiais assim obtidos, nomeadamente da demonstração de rendimentos até 6,5% em células fotovoltaicas simples. Evidenciam-se detalhes técnicos dos sistemas associados à realização do lago, por concentração óptica com uma lâmpada de arco, assim como características específicas do lago e do sistema de transporte de matéria- prima até ele. As zonas fundidas eléctricas põem problemas de controlo importantes, devido à característica resistência dinâmica (ou diferencial) negativa do silício com a temperatura. As diversas soluções encontradas neste sentido são expostas no terceiro capítulo, juntamente com uma análise das potências dissipadas nos diversos componentes do sistema. O efeito das dimensões das placas de silício nas funções eléctricas corrente, tensão, resistência e potência, e a variação da largura da zona com a corrente aplicada são também estudados em diversas configurações (potências ópticas). Mostram-se as características V(I) pondo em evidência um curioso fenómeno de histerese que nelas foi observado. Apresentam-se também os perfis e os transientes de temperatura típicos nas placas de silício com zonas eléctricas. As sérias dificuldades encontradas na técnica no que respeita à estabilidade do sistema lago-zona e ao transporte de massa para a fita em crescimento, são objecto de estudo do quarto capítulo. Alguns destes problemas já são conhecidos de outras técnicas nas quais a zona é originada pela passagem de corrente eléctrica de forma directa ou induzida no fundido, assim como num grande número de processos físicos e metalúrgicos. A complexidade dos mesmos é determinada pelas interacções das forças em presença nos sistemas, cuja análise requer o acoplamento de 3 ramos da física: Electrodinâmica, Hidrodinâmica e Termodinâmica. No presente caso a zona fundida não é mais do que um capilar de fluido condutor em equilíbrio por forças de gravidade, de tensão superficial e magnetoidrodinâmicas. Expõem por isso alguns princípios físicos elementares aplicáveis aos fenómenos em causa e procuram-se explicações (tentativas) para as instabilidades observadas, em particular de ondulação da zona e dos seus modos característicos de ruptura, por analogia com fenómenos típicos observados (noutros contextos) em tubos de fluidos condutores, mostrando as causas e condições para o seu desenvolvimento. Mostra-se, em especial, o efeito do pinch electromagnético e dão-se sugestões para a resolução do problema de transporte de massa.

فهرست مطالب

Prefácio  III
1.  Técnicas de Cristalização do Silício
em Campos Electromagnéticos  1
1.1 ElectroMagnetic Casting (EMC)  2
1.2  Magnetic field-applied Czochralski (MCZ)  4
1.3  Electrodifusão de Impurezas  7
1.4  Cristalização por Zona Fundida Eléctrica  7
1.5  Referências  11
2.  Zona Fundida Eléctrica Linear  15
2.1  Mecanismo de Geração da Zona 16
2.2  Extracção de Fitas de Silício  20
2.3  Evolução Histórica da Técnica  24
2.3.1 Recristalização por Zona Fundida Eléctrica Linear  29
2.3.2 Lago de Alimentação da Zona  35
2.3.3 Sistema de Transporte de Massa  44
2.4  Referências  46
VIII Índice
3.  Características Eléctricas e Distribuição de Temperatura  49
3.1  Potência na Placa e no Sistema  49
3.2  Largura e Espessura das Placas  55
3.3  Dimensões da Zona Fundida  66
3.4  Características Eléctricas  68
3.5  Distribuição de Temperatura  71
3.6  Referências  77
4.  Estabilidade da Zona Fundida Eléctrica Linear  78
4.1  Forças magnetoidrodinâmicas (MHD)  79
4.2  Pressão do Pinch Electromagnético  83
4.3  Instabilidades em Fluidos Condutores  85
4.4  Evidência Experimental das Instabilidades  88
4.5  Tensão Superficial na Zona e no Lago 100
4.6  Alimentação da Zona Fundida  102
4.7  Referências  105
5.  Conclusão  108
5.1  Cristalização e Recristalização por Zona Fundida Eléctrica Linear 109
5.2  Controlo do Sistema e Distribuição de Temperatura  111
5.3  Estabilidade da Zona Fundida Eléctrica Linear  113
5.4  Referências

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