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

Historicamente o crescimento de cristais, com elevado grau de perfeiçãocristalográfica envolve mais arte do que ciência, sendo frequentemente oresultado de um longo e paciente processo de aprendizagem por tentativa eerro. Isto é certamente verdade em todas as técnicas de crescimento de fitasde silício, e o presente trabalho não é excepção. Trata-se de umademonstração de princípio, abordada pela via experimental, de uma técnicade cristalização de fitas de silício a partir de matéria-prima por Zona FundidaEléctrica Linear. Os seus objectivos eram ambiciosos desde o início, dadoque o desenvolvimento de uma nova técnica de cristalização é um projectoque demora décadas de investigação contínua e exige enormes recursosmateriais e humanos. Na presente investigação, dado existir apenas umforno (e um operador!), os progressos possíveis ocorreram sempre de formamuito mais lenta do que o desejável. O presente relatório, que representacerca de 90% do tempo de trabalho do doutoramento, dá agora a conhecer opresente estado da arte.Este trabalho começa por enquadrar a técnica desenvolvida no contextode outras afins já existentes na indústria, em operação ou desenvolvimento,que fazem uso de correntes induzidas por campos electromagnéticos paraaquecimento e controlo da estabilidade do fundido, tendo em vista oincremento da qualidade dos materiais que produzem. Algumas das técnicasexpostas são ou podem vir a ser adaptados com proveito ao presenteprocesso e constituem instrumentos para a compreensão dos complexosproblemas de estabilidade inerentes às zonas fundidas criadas pelapassagem de elevadas densidades de corrente eléctrica directamente nossemicondutores. Especial atenção é concedida ao trabalho de outros autoresque me precederam na realização de cristalizações por zona fundidaeléctrica longitudinal (i.e. segundo a direcção de cristalização) ou transversal.De referir, em particular, o trabalho de W. G. Pfann com zonas eléctricas elagos de alimentação de matéria-prima, visto ter sido provavelmente oprimeiro a realiza-las. Também ele sugere diversos métodos demovimentação da zona para recristalização de cristais.As características eléctricas e térmicas específicas dos semicondutoresque possibilitam o fenómeno de concentração da corrente, que está naorigem das zonas eléctricas, são evidenciadas no segundo capítulo.Também aqui se expõem as ideias para, a partir daquelas zonas, cristalizarfitas de silício usando matéria-prima convencional (granular). Indicam-semétodos de estabilização e mostram-se exemplos gráficos das zonasfundidas e dos lagos de alimentação. Descreve-se seguidamente a evoluçãohistórica da técnica, acompanhando as dificuldades encontradas e osprogressos realizados em várias gerações de fornos. Faz-se referência àstécnicas de recristalização de fitas por zona fundida eléctrica com bordossuportados por placas de grafite ou silício e apresentam-se resultados dacaracterização dos materiais assim obtidos, nomeadamente dademonstração de rendimentos até 6,5% em células fotovoltaicas simples.Evidenciam-se detalhes técnicos dos sistemas associados à realização dolago, por concentração óptica com uma lâmpada de arco, assim comocaracterísticas 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 dosilício com a temperatura. As diversas soluções encontradas neste sentidosão expostas no terceiro capítulo, juntamente com uma análise daspotências dissipadas nos diversos componentes do sistema. O efeito dasdimensões das placas de silício nas funções eléctricas corrente, tensão,resistência e potência, e a variação da largura da zona com a correnteaplicada são também estudados em diversas configurações (potênciasópticas). Mostram-se as características V(I) pondo em evidência um curiosofenómeno de histerese que nelas foi observado. Apresentam-se também osperfis e os transientes de temperatura típicos nas placas de silício com zonaseléctricas.As sérias dificuldades encontradas na técnica no que respeita àestabilidade do sistema lago-zona e ao transporte de massa para a fita emcrescimento, são objecto de estudo do quarto capítulo. Alguns destesproblemas já são conhecidos de outras técnicas nas quais a zona é originadapela passagem de corrente eléctrica de forma directa ou induzida no fundido,assim como num grande número de processos físicos e metalúrgicos. Acomplexidade dos mesmos é determinada pelas interacções das forças empresença nos sistemas, cuja análise requer o acoplamento de 3 ramos dafísica: Electrodinâmica, Hidrodinâmica e Termodinâmica. No presente caso azona fundida não é mais do que um capilar de fluido condutor em equilíbriopor forças de gravidade, de tensão superficial e magnetoidrodinâmicas.Expõem por isso alguns princípios físicos elementares aplicáveis aosfenómenos em causa e procuram-se explicações (tentativas) para asinstabilidades observadas, em particular de ondulação da zona e dos seusmodos característicos de ruptura, por analogia com fenómenos típicosobservados (noutros contextos) em tubos de fluidos condutores, mostrandoas causas e condições para o seu desenvolvimento. Mostra-se, em especial,o efeito do pinch electromagnético e dão-se sugestões para a resolução doproblema de transporte de massa.