Необходимо отметить еще одну проблему при выращивании л-Si — конструкционные материалы. Высокая химическая активность распла­ва кремния и повышенные требования к чистоте кремния (см. гл. 1 и приложение 3) накладывают жесткие ограничения на характеристики конструкционных материалов как находящихся в непосредственном контакте с расплавом Si, так и взаимодействующих с ним через газо­вую фазу. Конструкционные материалы, в особенности те, которые контактируют с расплавом Si, должны быть тугоплавкими (иметь тем­пературу плавления значительно выше 1412 °С), иметь малую лету­честь основного компонента, не содержать легколетучих примесей и не взаимодействовать с жидким Si. Для материалов, используемых в каче­стве подложек, необходимо учитывать смачиваемость, а также механи­ческие свойства, которые должны быть близки к значениям свойств кремния, во избежание появления дополнительных упругих напряже­ний при охлаждении, могущих привести к разрушению производимого изделия.

Основными конструкционными материалами, используемыми в производствах л-Si в настоящее время, являются графит и плавленый кварц [23]. Высокочистый стекловидный кварц имеет одноразовое применение, так как размягчается уже при 1412 °С и кристаллизуется. Графит должен быть высокочистым и высокоплотным (> 1,9 г/см3). Он предпочтительнее кварца, так как может быть дополнительно очи­щен при температуре выше 1412 °С в инертной атмосфере Аг + НС1 до начала проводимого процесса. При непосредственном контакте с рас­плавом Si в графите образуется промежуточный слой карбида кремния SiC, частицы которого попадают в конечный продукт. Попадание угле­рода в расплав происходит также от конструкционных частей через газовую фазу. При контакте кварца с расплавом кремния происходит диффузия кислорода в расплав и образование летучего оксида SiO. Образование последнего стимулируется также присутствием углерода в расплаве.

Для уменьшения взаимодействия графита с расплавом кремния, а также для более легкой отделяемости лент от подложек используются покрытия, получаемые химическим- осаждением из паровой фазы (CVD). Такими покрытиями обычно являются Si02, Si3N4, SiOxNy, SiC, BN, B4C, пироуглерод (p-C) [23-26]. Все они не идеальны: от нитридов поступает в расплав азот до концентрации 1,81019см_3; от борсодержа­щих покрытий происходит дополнительное подлегирование расплава Si и получаемого изделия. При использовании SijNj лучше нанести сразу (3-фазу Si_iN4, так как a-Si:,N4 при контакте с Si переходит посте­пенно в (3-фазу, в результате в течение процесса меняются свойства материала. Характер взаимодействия высокотемпературных материа­лов с расплавом кремния показан в табл. 2.6 [27].

Находят применение сиалоны Si6.xAlxNg. xOx с малым содержанием алюминия (х < 1) и обязательно однофазные, а также муллит Ab03-2Si02, который используется как дешевый конструкционный высокотемпера­турный материал деталей тепловых узлов, не контактирующих с Si — расплавом [23].

Таким образом, выбор материалов Для расплавленных кремниевых технологий в настоящее время очень невелик. Попытка использования многих оксидов, карбидов и нитридов, редкоземельных и переходных металлов успеха не имели из-за сильного взаимодействия с Si — расплавом, при котором образовывались особые фазы и увеличивались концентрации металлических примесей в конечном продукте [24-26]. Поэтому разработка или применение нового высокочистого инертного материала с подходящими механическими и теплофизическими свой­ствами может совершить качественный скачок в производстве Si.

* * *

Поскольку будущее за энерго — и ресурсосберегающими техноло­гиями, то и в проектируемых технологиях получения кремниевых лент и пластин для СЭ необходимо учитывать эту направленность. Несмотря на значительное различие способов получения л-Si, многие из них не требуют наличия большого объема расплава, а следовательно, являются энергосберегающими. Эти технологии считаются также и материало­сберегающими, поскольку операция резки л-Si на пластины происходит не вдоль рабочей плоскости пластины, а поперек нее. Отсутствие на­рушенного слоя на поверхностях пластины л-Si исключает необходи­мость операции шлифовки. В ряде случаев возможен даже отказ от полирующего травления.

Возможности горизонтальной компоновки оборудования в ряде процессов производства л-Si снижают требования к производственным помещениям. В то же время некоторые способы получения л-Si обла­дают невысокой технологической устойчивостью и требуют примене­ния специальных конструкционных материалов для формообразовате — лей (подложек, фильер, струн, кристаллизаторов и т. п.). Таким образом, способы получения ленточного или листового кремния неравноценны: одни из них не получили сколько-нибудь существенного развития, а за другими — будущее.