CS272137B1

CS272137B1 - A method for removing impurities from the top of the crystal drawn from the crucible

Info

Publication number: CS272137B1
Application number: CS888024A
Authority: CS
Inventors: Ludmila Ing Csc Boublikova
Original assignee: Ludmila Ing Csc Boublikova
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1991-01-15
Also published as: CS802488A1

Abstract

Způsob odstraňováni nečistot z horní časti monokrystalu taženého z kelímku metodou Czoohralskóho; při němž se po vytažení 1/20 až 1/5 celkové dálky monokrystalu zvýši teplota taveniny o 5 až 10 za současného sledováni zužováni monokrystalu až do vytvořeni krčku; jehož průměr dosáhne hodnoty 2 až 3 mm; načež se teplota eníží postupně na původní hodnotu; přičemž monokrystal doroste do požadovaného průměru. Taženi se ukonči; když objem taveniny v kelímku se zmenši na 1/10 až 1/20 původního; po vychladnuti se zbytek taveniny z kelímku odstraní a monokrystal se spouštěním do kelímku znovu roztaví; ale Jen po krček .oddělující hlavni spodní část od horního dílu monokrystalu, ve kterém jsou nakoncentrovány nečistoty s rozdělóváclm koeficientem větším než 1. Tento postup se dvakrát opakuje, až se získá monokrystal sestávající ze dvou malých horních části oddělených vzájemně krčky od hlavního dolního dílu monokrystalu š nej-, nižší koncentrací nečistot.Method of removing impurities from the upper part of a single crystal pulled from a crucible by the Czoohralskó method; in which, after pulling 1/20 to 1/5 of the total distance of the single crystal, the temperature of the melt is increased by 5 to 10 while simultaneously monitoring the narrowing of the single crystal until a neck is formed; the diameter of which reaches 2 to 3 mm; after which the temperature is gradually reduced to the original value; while the single crystal grows to the desired diameter. Pulling is terminated; when the volume of the melt in the crucible is reduced to 1/10 to 1/20 of the original; after cooling, the rest of the melt is removed from the crucible and the single crystal is re-melted by lowering it into the crucible; but only after the neck separating the main lower part from the upper part of the single crystal, in which impurities with a partition coefficient greater than 1 are concentrated. This procedure is repeated twice until a single crystal consisting of two small upper parts separated from each other by necks from the main lower part of the single crystal with the lowest concentration of impurities is obtained.

Description

Vynález ee týká způsobu odstranění nečistot z horní části monokrystalu,' taženého z kelímku metodou Czochralského.The invention relates to a method for removing impurities from the upper part of a single crystal drawn from a crucible by the Czochralski method.

Některé pevné létky lze připravit ve velmi čistém stavu metodou rekrystalizace,' založené na skutečnosti,’ že rozdělovači koeficient většiny nečistotě tj, podíl jejich koncentrace v pevné a kapalné fázi je různý od 1, Znamená to tedy,! že nečistoty se buí hromadí v kapalné fázi,1 tj,’ tavenině při rozdělovacím koeficientu menším než 1; nebo naopak přednostně přecházejí do pevné fáze,· tj, do krystalu při rozdělovacím koeficientu větším než 1. Proto jsou začátky a konce krystalů silně znečištěny·¹ Při rekrystalizaci je proto nutno tyto části krystalu neustále odstraňovat· Při přípravě krystalů velmi čistého germania metodou trojnásobného tažení podle Corleye IEEE Trans.Nucl.Sci, 1974 byly před novou krystalizaci odstraňovány jen spodní části krystalů,' a to jejich odlomením nebo odříznutím. Tím se snižovala koncentrace nečistot, které mají rozdělovači koeficient menší než 1^ což je případ většiny příměsí v germaniu, avšak koncentrace nečistot s rozdělovacím koeficientem větším než 1, například béru, jedné z hlavních nečistot v krystalu germania o rozdělovacím koeficientu 18 se neměnila,! protože před novou krystalizaci se vždy roztavila celá zbývající část krystalu až po zárodek. Proto byl hledán způsob, jak vyřadit horní část monokrystalu, obsahující většinu nečistot, aniž by se musel monokrystal vyjmout z komory tažicího zařízení a horní část krystalu odříznout.Some solids can be prepared in a very pure state by the method of recrystallization, 'based on the fact that' the partition coefficient of most impurities, i.e., the proportion of their concentration in the solid and liquid phases is different from 1. that the impurities accumulate in the liquid phase, i.e. the melt at a partition coefficient of less than 1; or, conversely, preferentially transition to the solid phase, · i.e., to the crystal with a partition coefficient greater than 1. Therefore, the beginnings and ends of the crystals are heavily contaminated · ¹ During recrystallization, according to Corley IEEE Trans.Nucl.Sci, 1974, only the lower parts of the crystals were removed before the new crystallization, by breaking them off or cutting them off. This reduced the concentration of impurities having a partition coefficient of less than 1, which is the case for most impurities in germanium, but the concentration of impurities with a partition coefficient greater than 1, e.g. because before the new crystallization, the whole remaining part of the crystal was always melted down to the nucleus. Therefore, a way was sought to discard the upper part of the single crystal containing most of the impurities without having to remove the single crystal from the drawing chamber and cut off the upper part of the crystal.

Nevýhody dosavadní metody odstraňuje způsob odstranění nečistot z horní části krystalu taženého z kelímku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v po vytažení 1/20 až 1/5 celkové délky monokrystalu se zvýšením teploty taveniny o 5 až 10 °C provede zúžení až do vytvoření úzkého krčku o průměru 2 až 3 mm. Potom se teplota taveniny sníží na původní hodnotu, aby rostoucí monokrystal dosáhnul požadovaného průměru. Tažení se přeruší,· když se objem taveniny v kelimku zmenši na 1/10 až 1/20 původního objemu. Po vychladnutí se odstraní zbytek taveniny z kelímku, ve kterém zůstává většina nečistot o rozdělovacím koeficientu menším než 1, potom se vytažený monokrystal, jeho hlavní dolní část znovu roztaví pomalým spouštěním do kelímku až po krček,· oddělující horní malou část monokrystalu se zvýšenou koncentrací nečistot s rozdělovacím koeficientem větším než 1. Při tomto způsobu nedojde k dodatečnému znečištění monokrystalu jako například při odřezáváni silně znečištěných částí. Tento způsob lze několikrát opakovat, přičemž se vždy zmenší roztavená vsádka o odstraněné zatuhlé zbytky z předchozí krystalizace a o horní neroztavený díl monokrystalu. Výsledkem vícenásobného tažení je monokrystal,· sestávající ze 2 až 3 malých horních částí a z dolní hlavní části s nejnižším obsahem nečistot.The disadvantages of the prior art method are eliminated by the method of removing impurities from the upper part of the crystal drawn from the crucible according to the invention, the essence of which consists in narrowing up to until a narrow neck with a diameter of 2 to 3 mm is formed. The melt temperature is then reduced to the original value so that the growing single crystal reaches the desired diameter. The drawing is stopped when the volume of the melt in the crucible is reduced to 1/10 to 1/20 of the original volume. After cooling, the rest of the melt is removed from the crucible, in which most of the impurities with a partition coefficient less than 1 remain, then the drawn single crystal, its main lower part melts again by slowly lowering into the crucible up to the neck, with a partition coefficient greater than 1. In this method, there is no additional contamination of the single crystal, such as when cutting heavily soiled parts. This process can be repeated several times, always reducing the molten batch by the removed solidified residues from the previous crystallization and by the upper unmelted part of the single crystal. The result of multiple drawing is a single crystal, consisting of 2 to 3 small upper parts and a lower main part with the lowest impurity content.

Vyšší technický účinek způsobu podle vynálezu ee projevuje tím, že umožňuje připravit monokrystaly s nízkou koncentrací nečistot, jak je uvedeno v příkladu.The higher technical effect of the process according to the invention is manifested by the fact that it makes it possible to prepare single crystals with a low concentration of impurities, as shown in the example.

PříkladExample

Tažení monokrystalů germania bylo provedeno na zařízení Leybold & Heraeus 250/200 Ge. Oo kelímku byla vložena oleptaná vsádka Ge, Po jejím roztavení v proudu čistého vodíku byl proveden nátav zárodku při 10 otáčkách kelímku/min, a 40 otáčkách zárodku/min. Po rozšířeni krystalu na 20 mm v průměru a po vytažení 2 cm bylo zvýšením teploty o 10 °C dosaženo zúžení na průměr zárodku,' tj, 3 mm. Po prodloužení zárodku na 1 cm byla teplota snížena na původní hodnotu. Tím se dosáhlo rozšířeni rostoucího monokrystalu na požadovaných 20 mm v průměru. (Jemnou regulací teploty byl udržován tento průměr rostoucího monokrystalu až do vytažení 9/10 původní vsádky. Po vychladnutí byl zatuhlý zbytek Ge z kelímku odstraněn a spodní hlavni část připraveného monokrystalu byla opět až po krček v kelímku roztavena. Tímto způsobem byly provedeny další dvě rekrystalizace. Výsledkem byl monokrystal s koncentrací nečistot 5 až 9 . 10 atomů/cm^ v dolní hlavní části,· zatím co koncentrace nečistot v obou horních dílech převyšovala tuto hodnotu.Drawing of germanium single crystals was performed on a Leybold & Heraeus 250/200 Ge. An etched charge of Ge was placed in the crucible. After it was melted in a stream of pure hydrogen, the nucleus was sealed at 10 turns of the crucible / min, and 40 revolutions of the nucleus / min. After expanding the crystal to 20 mm in diameter and pulling out 2 cm, a narrowing to a seed diameter of 3 mm was achieved by increasing the temperature by 10 ° C. After extending the embryo to 1 cm, the temperature was reduced to the original value. This extended the growing single crystal to the required 20 mm in diameter. (By fine temperature control, this diameter of the growing single crystal was maintained until 9/10 of the original batch was withdrawn. The result was a single crystal with an impurity concentration of 5 to 9.10 atoms / cm 2 in the lower main part, while the impurity concentration in both upper parts exceeded this value.

Způsobu odstranění nečistot z horní části monokrystalu taženého z kelímku podle vynálezu lze využít při přípravě monokrystalů germania pro výrobu detektorů ionizujícího záCS 272137 Bl řeni i monokrystalů pro jiné účely, u kterých·, se požaduje vysoká čistota.The process for removing impurities from the top of a single crystal drawn from a crucible according to the invention can be used in the preparation of germanium single crystals for the production of ionizing radiation detectors and single crystals for other purposes where high purity is required.

předmět vynálezusubject of the invention

Claims

A method of removing impurities from the upper part of a single crystal drawn from a crucible by the Czochralski method by partially immersing the monocrystalline nucleus in a melt maintained above the melting point of the material and drawing the single crystal, characterized by increasing 1/20 to 1/5 5 to 10 [deg.] C., the narrowing of the roasting single crystal being monitored until the formation of a neck with a diameter of 2 to 3 mm, then the temperature is reduced without! to the original value until the single crystal reaches the desired diameter and the drawing ee is interrupted when the melt volume is reduced to 1/10 to 1/20 of the original volume, after cooling the remainder of the solidified melt is removed, then the lower main part of the single crystal melts again until neck / separating the upper small part, this procedure ee is repeated at least twice and thus ee prepares a monocryatal, consisting of two small upper parts with the highest content of impurities with a partition coefficient greater than 1 and the main largest lower parts, separated by a neck *