CH474032A - Quarztiegel zum Schmelzen von Silizium - Google Patents

Description

  Quarztiegel     zum        Schmelzen    von     Silizium       Es ist bekannt, Silizium von höchstem Reinheitsgrad  in einem Tiegel unter Schutzgas oder im Vakuum zu  schmelzen, um daraus Einkristalle in     Stabform    oder       dendritisch    gewachsene Bänder zu ziehen, die zur Her  stellung elektronischer Bauelemente wie Gleichrichter  dioden,     gesteuerter    Gleichrichter, Transistoren oder dgl.  verwendet werden. Benutzt man zum Schmelzen einen  Quarztiegel, so sind die gewonnenen Einkristalle sauer  stoffhaltig, weil das geschmolzene Silizium, wenn es mit  Quarz     (Si02)    in Berührung kommt, dieses angreift und  daraus Sauerstoff aufnimmt.

   Die Sauerstoffaufnahme  bedeutet eine unerwünschte Verunreinigung des Sili  ziums und soll mit der Erfindung möglichst gering gehal  ten werden. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem  Gedanken, die Berührungsfläche zwischen dem schmelz  flüssigen Silizium und der Innenfläche des Quarztiegels  bei gegebenem Volumen zu     verringern.     



  Demgemäss betrifft die     Erfindung    einen Quarztiegel  zum Schmelzen von Silizium und ist dadurch gekenn  zeichnet, dass sich auf seiner Innenfläche ein Muster von  Vorsprüngen befindet mit entsprechenden Vertiefungen  von so geringer Weite, dass das     schmelzflüssige    Silizium  infolge seiner Oberflächenspannung nicht wesentlich in  die Vertiefungen eindringt. Infolgedessen füllt das flüs  sige Silizium die Vertiefungen nicht bis zu ihrem Boden  aus, sondern kommt hauptsächlich nur mit den Stirn  flächen der Vorsprünge in Berührung, so dass die  Summe aller dieser von der     Siliziumschmelze    benetzten  Teilflächen auf einen Bruchteil der Innenfläche des von  ihr ausgefüllten     Tiegelinnenraumes    beschränkt werden  kann.

   Auf diese Weise kann z. B. erreicht werden, dass  die Summe der     benetzbaren    Teilflächen höchstens     1/s     der Innenfläche des nutzbaren Füllraumes des Tiegels  ist. Es ist sogar möglich, die Summe der     Benetzungsflä-          chen    auf     1/1o    oder     weniger    derjenigen Fläche herabzu  setzen, die bei einem mit glatter Innenfläche ausgeführ  ten Tiegel gleicher Gestalt und Grösse von der Schmelze  benetzt wird. Zu diesem Zweck kann es besonders vor  teilhaft sein, wenn die Vorsprünge zu einer Kante oder  Spitze verjüngt sind.

      Ein Ausführungsbeispiel eines verbesserten Schmelz  tiegels aus Quarz ist in     Fig.    1 schematisch und verklei  nert dargestellt. Die     Fig.    2 und 3 zeigen in vergrössertem  Massstab Bruchstücke von Schmelztiegeln aus Quarz,  teilweise geschnitten, mit verschiedenartiger Ausbildung  der Vorsprünge auf ihrer Innenseite.  



  Nach     Fig.    1 ist der aus Quarz bestehende Schmelz  tiegel 2 flach, ähnlich einer     Speisenschüssel.    Diese flache  Form mit einer Weite, die wesentlich grösser ist als ihre  Tiefe, hat den Vorteil, dass der hydrostatische Druck  der Schmelzflüssigkeit verhältnismässig gering ist. Die  Innenseite des Tiegels 2 ist mit vielen engen Rillen 3 ver  sehen, die ein regelmässiges Muster bilden. In die Rillen  3 kann die Schmelzflüssigkeit nicht vollständig bis zum       Rillenboden    eindringen. Dies ist in     Fig.    2 durch     Ver-          grösserung    deutlich gemacht. Man erkennt die Rillen 3  und die Rippen 3a auf der Innenseite des Tiegels.

   Die  Rippen verjüngen sich jeweils zu einer verhältnismässig  scharfen Innenkante. Das flüssige Silizium     Si    legt sich  nur teilweise um diese Kante herum, durch seine Ober  flächenspannung wird es daran gehindert, vollständig in  die Rillen 3 einzudringen, so dass nur ein sehr kleiner  Bruchteil von der gesamten Innenfläche des von der  Schmelze ausgefüllten Teiles des     Tiegelinnern    benetzt  wird. Auf diese Weise kann der benetzte Flächenanteil  auf     1/1o    oder weniger der Gesamtfläche des von der  Schmelze ausgefüllten Teiles des     Tiegelinnenraumes    ver  mindert werden. In entsprechendem Masse wird auch  die Sauerstoffaufnahme der     Siliziumschmelze    herabge  setzt.  



       Fig.    1 zeigt den Tiegel 2 mit Schmelzflüssigkeit 4 bis  zur nutzbaren Füllhöhe gefüllt. Günstige Verhältnisse  erhält man beispielsweise, wenn der grösste Durchmesser  des nutzbaren Füllraumes des Tiegels 2 mindestens drei  mal so gross ist wie seine nutzbare Füllhöhe     hm".    In       Fig.    1 ist ferner durch Pfeile 7 die Energiezufuhr sche  matisch angedeutet, die notwendig ist, um das Silizium  zu schmelzen bzw. in schmelzflüssigem Zustand zu hal  ten. Diese Heizenergie kann in an sich bekannter Weise  als elektrische Energie auf induktivem Wege mittels      einer nicht dargestellten     Hochfrequenzspule    oder als von  einem elektrischen Heizer erzeugte Wärmeenergie durch  Leitung oder/und Strahlung zugeführt werden.

   Zwecks  Energieersparnis kann oberhalb des Tiegels ein Wärme  schirm 8 vorgesehen sein, der vorteilhaft aus Metall be  steht. Er hat in der Mitte eine Öffnung, durch welche  mittels eines     Keimkristalles    6, der in die     Schmelze    4  getaucht     wird,    ein einkristalliner     Siliziumstab    nach oben  abgezogen werden kann. Dieser Ziehvorgang ist durch  den Pfeil 9 schematisch angedeutet. Der     Wärmeschirm     kann auch z. B. seitlich     herausklappbar    eingerichtet sein.  Im eingedrehten Zustand wird     aufgeschmolzen,    im seit  lich     herausgeklappten    bzw. herausgedrehten Zustand  wird gezogen.  



  Statt der in     Fig.    1 und 2 dargestellten Rillen- oder  Rippenmuster können auf der Innenseite des Tiegels  auch Noppen oder Höcker, wie     in        Fig.    3 dargestellt, an  gebracht sein, am besten ebenfalls in Form eines     regel-          mässigen    Musters. Die einzelnen Höcker 3b sind, wie in  der Figur zu erkennen ist, jeweils zu einer Spitze ver  jüngt. Die Höcker stehen so eng beieinander, dass das  geschmolzene     Silizium    nicht bis zum Boden der dazwi  schen befindlichen     Vertiefungen    gelangen kann, sondern  jeweils nur einen kleinen Flächenanteil an der Spitze des  Höckers benetzt.  



  Die Vorsprünge und Vertiefungen werden am besten       gleich    bei Herstellung der Quarztiegel mittels entspre  chender Formen erzeugt. Nachträglich     können    sie bei  einem glatten Tiegel dadurch erzeugt werden, dass die  ser auf     etwa    1500 bis 1550  erhitzt und in eine passende       Graphitform    eingepresst wird. Das Einpressen kann  z. B. mit einem Gegenstempel unter Zuhilfenahme einer       Graphitpulverfüllung    geschehen. Durch den Stempel  werden die einzelnen Partien nacheinander angepresst.  Ist die Form in mehrere Teile unterteilt, so kann der  fertige Tiegel aus der Form ohne Beschädigung der letz-         teren    herausgenommen werden.

   Eine     andere        Möglichkeit     der     nachträglichen    Herstellung der Höcker ist durch die  Verwendung einer oder mehrerer Spitzen mit passender  Gegenmatrize gegeben,     mit    denen nacheinander die ein  zelnen Teile der     Tiegelwandung    unter entsprechendem  Weiterbewegen des erhitzten Tiegels     verpresst    werden.       Schliesslich    können     einzelne    Quarzspitzen durch einen  z. B. aus Graphit bestehenden Halter von     innen    an die       Tiegelwandung    angedrückt und mit Hilfe einer     Flamme     bei ca. 1650  C angeschweisst werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Quarztiegel zum Schmelzen von Silizium, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf seiner Innenfläche ein Mu ster von Vorsprüngen befindet mit entsprechenden Ver tiefungen von so geringer Weise, dass das schmelzflüs sige Silizium infolge seiner Oberflächenspannung nicht wesentlich in die Vertiefungen eindringt. UNTERANSPRÜCHE 1. Quarztiegel nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Summe der benetzbaren Teilflä chen höchstens ein Fünftel der Innenfläche des nutz baren Füllraumes des Tiegels ist. 2.

   Quarztiegel nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorsprünge zu einer Kante oder Spitze verjüngt sind. 3. Quarztiegel nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass seine Weite grösser ist als seine Tiefe. 4. Quarztiegel nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der grösste Durchmesser seines nutz baren Füllraumes mindestens dreimal so gross ist wie seine nutzbare Füllhöhe.