DE1805971C - Verfahren zum Verandern der kristal linen Struktur eines rohrförmigen Ausgangs knstalls insbesondere aus Halbleitermate rial, durch Zonenschmelzen - Google Patents

Description

Beispielsweise für Röntgenspektroskope werden einen Winkel verschieden von 0 und 90°'geneigt ist

rohrförmige Einkristalle aus Halbleitermaterial, ins- und mit der kleinen Hauptachse der Ellipse einen

besondere aus Silicium, mit einer beachtlichen Lunge Winkel von 90° bildet. .

(z. B. 50 cm) und einem beachtlichen Durchmesser Die Erfindung und f» Vorteile seien an Hand

(z. B. 25 cm) sowie einer verhältnismäßig dünnen 5 der Zeichnung an Ausführungsbeispielen naher

Wandstärke (z. B. 10 mm) benötigt. Gegebenenfalls erlHutert: , . , .

sind auch ganz bestimmte Werte für die Konzentra- Fi g. 1 zeigt die Seitenansicht eines rohrförmigen

tion von in dem rohrförmigen Einkristall enthaltenen Kristalls, durch den eine Schmelzzone hindurchbe-

Fremdstoften erwünscht. wegt wird,

Man kann derartige rohrförmige Einkristalle durch io F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf einen Schnitt durch mechanische Bearbeitung von zuvor durch tiegelfreies den rohrförmigen Ausgangskristall nach t< ig. l,
Zonenschmelzen gewonnenen stabförmigen Ein- F i g. 3 zeigt eine Abwandlung des Verfahrens nach kristallen herstellen. Hierzu muß eine zentrale OfI- Fig. 1, . , ,
nung in axialer Richtung aus dem stabfönnigen Ein- Fi g. 4 zeigt eine Draufsicht aur die tieizeinnchkristall herausgebohrt werden. Diese Bearbeitung ist 15 tungnach Fig. 3, , , _
insbesondere bei langen und dicken stabförmigen · F i g. 5 und 5 a zeigen eine besondere Heizeinrich-Einkristallen sehr aufwendig und zeitraubend, da die tung für ein Verfahren nach den F1 g. 1 bis i.
Gefahr besteht, daß die Wand des rohrförmigen Ein- Der in F i g. 1 dargestellte rohrförmige Ausgangskristalls unter Ausbildung von Sprüngen platzt. kristall 101 hat kreisringförmigen Querschnitt und Ferner wird der rohrförmige Einkristall durch das ao besteht aus Silicium.

Material des Bohrers und durch die beim Bohren Der Ausgangskristall 101 ist in einer Halterung 102 verwendeten Kühlmittel in unerwünschter Weise ver- mittels dreier Schrauben 103, die untereinandei unreinigt. Außerdem ist der Durchmesser von durch gleichen Winkelabstand haben, befestigt. Der Deuttiegelfreies Zonenschmelzen oder durch Ziehen aus lichkeit halber sind die Halterung 102 und der Auseiner in einem Tiegel befindlichen Schmelzflüssigkeit 35 gangskristall 101 teilweise geschnitten gezeichnet, gewonnenen stabförmigen Einkristallen auf etwa und es sind nur zwei, der drei Schrauben 103 dar-7,5 cm begrenzt. gestellt. „.»... ,

Aus der britischen Patentschrift 1098 696 ist An einem Teil 106 der unteren Stirnfläche des bereits ein Verfahren bekanntgeworden, mit dem ein rohrförmigen Ausgangskristalls 101 ist ein relativ rohrförmiger Einkristall ohne die oben beschriebenen 30 dünner einkristalliner Keimkristall 107 angeschmolmechanischen Bearbeitungsvorgänge hergestellt wer- zen, der in einer Halterung 108 befestigt ist. Der den kann. Bei diesen Verfahren wird von einem rohrförmige Ausgangskristall 101 ist von einer polykristallinen Rohr ausgegangen, an dessen unteres ellipsenförmigen Heizeinrichtung 104 umschlossen, Ende ein einkristalliner, rohrförmiger Impfkristall wie aus dem in F i g. 2 dargestellten Schnitt in Höhe angeschmolzen wird. Die Schmelzzone wird dabei 35 dieser Heizeinrichtung hervorgeht. Diese Heizmittels eines scheibenförmigen Heizkörpers erzeugt. einrichtung 104 kann eine mit hochfrequentem Dieser Heizkörper ist mit öffnungen versehen, durch Wechselstrom gespeiste Spule mit einer einzigen die das schmelzflüssige Material beim Aufwärts- ebenen Windung oder ein elektrisch beheizter Strahbewegen des Heizkörpers hindurchtritt und am Impf- lungsheizer sein. Die Heizeinrichtung 104 beheizt kristall in einkristalliner Form anwächst. Bei diesem 40 eine im rohrförmigen Ausgangskristall 101 erzeugte Verfahren muß also von einem einkristallinen, rohr- Schmelzzone 105, die, wie aus Fig. 5 hervorgeht, förmigen Impfkristall ausgegangen werden. ebenfalls die Form einer Ellipse hat.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Die ellipsenförinige Schmelzzone 105 liegt in einer Verfahren zum Verändern der kristallinen Struktur Ebene, die zur Achse 109 des rohrförmigen Auseines rohrförmigen Ausgangskristalls, insbesondere 45 gangskristalls 101 weder parallel noch senkrecht ist. aus Halbleitermaterial, durch Anschmelzen eines ein- Sie wird ausgehend von der Anschmelzstelle 106 des kristallinen Keimkristalls am Ende des rohrförmigen stabförmigen Keimkristalls 107 an der unteren Stirn-Ausgangskristalls und Hindurchführen einer fläche des rohrförmigen Ausgangskristalls 101 min-Schmelzzone durch den Ausgangskristall ausgehend destens einmal durch diesen Ausgangskristall 101 von der Anschmelzstelle des Keimkristalls. 50 hindurchbewegt. Soll die Konzentrationsverteilung

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe von im Ausgangskristall 101 enthaltenen Fremdbesteht darin, ein solches Verfahren gegenüber den stoffen verändert werden, so können auch mehrere bisher bekannten Verfahren zu vereinfachen. . Schmelzzonendurchgänge erforderlich sein.

Die Erfindung besteht darin, daß ein stabförmiger, Zu diesem Zweck wird der rohrförmige Ausgangseinkristalliner Keimkristall an einem Teil einer Stirn- 55 kristall zum Beheizen der Schmelzzone so relativ zur fläche des rohrförmigen Ausgangskristalls ange- Heizeinrichtung 104 mit der Form einer Ellipse in schmolzen und daß ausgehend von der Anschmelz- Richtung des Pfeiles 112 bewegt, daß die Achse des stelle eine ellipsenförmige Schmelzzone durch den Ausgangskristalls gegen die große Hauptachse 110 rohrförmigen Ausgangskristall bewegt wird, die in der Ellipse in einem Winkel verschieden von einer zur Achse des rohrförmigen Ausgangskristalls 60 0 und 90° geneigt ist und mit der kleinen Hauptwederparallelen noch senkrechten Ebene liegt, achse ill der Ellipse in Fig. 2 einen Winkel von

Zum Beheizen der Schmelzzone wird vorzugsweise 90" bildet. Der Neigungswinkel der Achse 109 zur

eine mit hochfrequentem Wechselstrom gespeiste großen Hauptachse 110 der Ellipse liegt vorteilhaft

Spule mit einem Querschnitt in der Form einer im Bereich zwischen 25 und 65°. Vorzugsweise

Ellipse verwendet, die den rohrförmigen Ausgangs- 65 beträgt er 45".

kristall umgibt und durch die der rohrförmige Aus- Als Heizeinrichtung 104 kann auch eine mit hoch-

gangskristall so hindurchbewegt wird, daß seine frequentem Wechselstrom gespeiste Flachspule mit

Achse ßegen die große Hauptachse der Ellipse in mehreren in einer Ebene liegenden Windungen und

Claims (6)

1. elliptischem Querschnitt oder eine Spule mit meh- elektrisch beheizter Strahlungsheizer mit der Form

   reren ellipsenfürmigen Windungen 'in der Form eines einer Ellipse sein.

   schragen Zylinders mit elliptischer Grund- und Deck- Die durch den rohrförmigen Ausgangskristall hinfläche verwendet werden, die den rohrförmigen Aus- durchbewegte Schmelzzone kann auch durch zwei gangskristall umgeben, Auch hier wird der rohr- 5 mit hochfrequentem Wechselstrom gespeiste Spulen förmige Ausgangskristall 101 so relativ zur Spule be- beheizt werden, von denen die eine innerhalb des wegt, daß seine Achse 109 gegen die große Haupt- rohrförmigen Ausgangskristalls angeordnet ist und achse der Querschnittsellipse der Spule in einem die andere diesen AusgungskristaU außen umschließt, Winkel verschieden von 0 und 90° geneigt ist und mit Beide Spulen sind vorzugsweise ein- oder mehrder kleinen Achse der Ellipse einen Winkel von 90° io windige Flachspulen mit elliptischem Querschnitt, die bildet. in derselben Ebene liegen, Die beiden Spulen sind

   Durch diese Neigung der Achse 109 des rohr- gegenphasig hintereinandergeschaltet, d.h., sie werförmigen Ausgangskristalls gegen die große Haupt- den im entgegengesetzten Sinne vom Strom durchachse der Querschnittsellipse der Heizeinrichtung 104 flössen. F i g. 5 zeigt in vertikaler Richtung von oben wird gewährleistet, daß das Material in der Wan- »5 gesehen zwei derartige gegenphasig hintereinanderdung des rohrförmigen Ausgangskristalls 101 beim geschaltete einwindige Spulen 513 und 514 mit Durchgang der Schmelzzone 105 ausgehend von elliptischem Querschnitt, die in einer Ebene liegen der Anschmelzstelle 106 des einkristallinen Keim- und zwischen denen der rohrförmige Ausgangskristalls 107 gleichmäßig und einkristallin auskristal- kristall 501, dessen Querschnitt die Form eines Kreislisiert. ao ringes hat, hindurchbewegt wird. Der entgegengesetzte

   Zum Beheizen der Schmelzzone 105 ist auch ein Stromfluß in beiden Spulen ist durch die Pfeile 516

   Elektronenstrahl oder eine Plasmaentladung geeignet. ^und, ⁵¹? angedeutet. Der Deutlichkeit halber ist

   Ferner kann es vorteilhaft sein, oberhalb und/oder lediglich der vertikal von oben gesehene Querschnitt

   unterhalb der Heizeinrichtung 104 weitere Heiz- ^der genau zwischen den Spulen 513 und 514 befind-

   einrichtungen, z. B. mit hochfrequentem Wechsel- *5 liehen Teile des Ausgangskristalls 501 gestrichelt

   strom gespeiste Spulen oder Strahlungsheizer, anzu- eingezeichnet. Im Zwischenraum zwischen den

   ordnen, die den rohrförmigen Ausgangskristall 101 beiden Spulen bat die Feldstärke des von den Spulen

   vor dem Schmelzzonendurchgang vorheizen und/oder ausgehenden elektromagnetischen Feldes einen maxi-

   nach dem Schmelzzonendurchgang nachheizen. Hier- ^malen Wert. Die Stromzuführungen 515 zur im

   durch kann man insbesondere die Versetzungsdichte 3° Inneren des rohrförmigen Ausgangskristalls 501 an-

   im auskristallisierten einkristallinen Material herab- geordneten Induktionsheizspule 514 sind vorteilhaft

   setzen. zu einem langgestreckten U-förmigen Bügel gebogen,

   Es ist günstig, die Heizeinrichtung 104 in einer zwischen dessen Schenkeln der rohrförmige Aushorizontalen Ebene anzuordnen, da so auch die gangskristall 501 bei der Relativbewegung während Schmelzzone 105 in einer horizontalen Ebene liegt, 35 des Schmelzzonendurchganges Platz findet. Der Abwodurch gewährleistet ist, daß die Schmelzflüssigkeit stand dieser U-förmigen Bügel vom rohrförmigen aus der Schmelzzone 105 während des Schmelz- Ausgangskristall 501 ist zweckmäßigerweise so groß Zonendurchganges nicht abtropft. gewählt, daß die Bügel nicht als zusätzliche Heiz-

   Zum Verändern der Wandstärke des rohrförmigen einrichtung wirken. Bezüglich der Neigung der Achse

   Ausgangskristalls 101 kann der Abstand der Enden 4o des rohrförmigen Ausgangsknstalls 501 gegenüber

   dieses Ausgangskristalls während des Durchganges ^den Hauptachsen der Querschnittsellipsen der beiden

   der Schmelzzone verändert werden. Zur Verdickung ^sP^{ulen 51?> und 514} S^llt dasselbe wie beim in Fi g. 1

   der Wand des rohrförmigen Ausgangskristalls 101 dargestellten Verfahren.

   werden die Halterungen 102 und 108 und damit die Fig. 5a zeigt eine perspektivische Ansicht der Enden des Ausgangskristalls 101 während des 45 Spulen 513 und 514.
   Schmelzzonendurchganges in axialer Richtung aufeinander zu bewegt. Entsprechend wird die Rohr- Patentansprüche:
   wandung verdünnt, indem während des Schmelzzonendurchganges die Halterungen 102 und 108 und 1. Verfahren zum Verändern der kristallinen damit die Enden des Rohres in axialer Richtung von- 50 Struktur eines rohrförmigen Ausgangskristalls, einander fort bewegt werden. insbesondere aus Halbleitermaterial, durch An-

   Entsprechend Fig. 3, in der gleiche Teile mit den schmelzen eines einkristallinen Keimkristalls am

   gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 b<:w. Fig.
2. 2 Ende des rohrförmigen Ausgangskristalls und

   versehen sind, kann der rohrförmige Ausgangskristall Hindurchführen einer Schmelzzone durch den

   101 auch relativ zu einer ringförmigen Heizeinrich- 55 Ausgangskristall ausgehend von der Anschmelz-

   tung304 bewegt werden, die an langen Stromzufüh- stelle des Keimkristalls, dadurch gekenn-

   rungen213 befestigt und innerhalb des rohrförmigen zeichnet, daß ein stabförmigcr, einkristalliner

   Ausgangskristalls 101 angeordnet ist und mit der die Keimkristall an einem Teil einer Stirnfläche des

   Schmelzzone 105 beheizt wird. rohrförmigen Ausgangskristalls angeschmolzen

   Wie aus Fig. 4 hervorgeht, hat die Heizeinrich- 60 und daß ausgehend von der Anschmelzstelle eine

   tung 304 die Form einer Ellipse. Bezüglich der cUipsenförmige Schmelzzone durch den rohr-

   Neigung der Achse 109 des Ausgangskristalls 101 förmigcn Ausgangskristall bewegt wird, die 111

   zu den beiden Hauptachsen 310 und 311 der Quer- einer zur Achse des rohrförmigen Ausgangs-

   schniltsellipse der Heizeinrichtung 304 gilt dasselbe kristalle weder parallelen noch senkrechten

   wie bei der Heizeinrichtung 104 nach F i g. I. 65 Ebene liegt.

   Auch hier kann die Heizeinrichtung 304 eine mit 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

   hochfrequcntcm Wechselstrom gespeiste Flach- oder kennzeichnet, daß zum Beheizen der Schmdz-

   7vlindersnulc mit elliptischem Querschnitt oder ein zone eine mit hochfrequentem Wechselstrom ge-

   1 80δ

   speiste Spule mit einem Querschnitt in der Form einer Ellipse verwendet wird, die den rohrförmigen Ausgangskristall umgibt und durch die der rohrförmige Ausgangskristall so hindurchbewegt wird, daß seine Achse gegen die große Hauptachse der Ellipse in einem Winkel verschieden von 0 und 90° geneigt ist und mit der kleinen Hauptachse der Ellipse einen Winkel von 90° bildet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß zum Beheizen der Schmelzzone ein ringförmiger Strahlungsheizer mit der Form einer Ellipse verwendet wird, der den rohrförmigen Ausgangskristall umgibt und durch den der rohrförmige Ausgangskristall so hindurchbewegt wird, daß seine Achse gegen die große Hauptachse der Ellipse in einem Winkel verschieden von 0 und 90° geneigt ist und mit der kleinen Hauptachse der Ellipse einen Winkel von 90° bildet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzone durch eine mit hochfrequentem Wechselstrom gespeiste Spule oder einen ringförmigen Strahlungsheizer beheizt wird, die sich im Inneren des rohrförmigen Ausgangskristalls befinden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzzone durch zwei gegenphasig hintereinandergeschaltete Spulen beheizt wird, von denen sich die eine innerhalb und die andere außerhalb des rohrförmigen Ausgangskristalls befindet.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Enden des rohrförmigen Ausgangskristalls während des Durchganges der Schmelzzone verändert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen