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Verfahren zur Bestimmung der Kristallachsenrichtungen in einem Germanium-Einkristall-Barren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein insbesondere für die Fertigung von Halbleiter-Schaltelementen vorgesehenes Verfahren zur Bestimmung der Knsta. lla. chsenricniungen bei einem Germanium-EinkristallBarren.
Bei derherstellung von Halbleiter-Schaltelementen wie etwa Dioden und Transistoren, gewinnt man die für diesen Zweck benötigten Halbleiterkörper in der Regel als Teile eines grossen Halbleiter-Einkristall- Barrens. Die durch die Zerkleinerung des Barrens sich ergebenden Teile werden dann in kleine Platten zerschnitten. Die Oberflächen dieser Platten erhalten Elektroden entsprechender Zahl und Form. Die kristallographische Struktur vonGermanium-Einkristall-Material ist derjenigen eines Diamanten ähnlich und somit also eine kubisch-raumzentrierte Struktur.
Es ist neuerdings gefunden worden, dass bei einer Reihe von Halbleiterschaltelementen günstigere Eigenschaften erzielbar sind, wenn die Zerlegung des für den Aufbau solcher Schaltelemente benötigten Einkristall-Materials in kleine Platten so vorgenommen wird, dass eine spezielle Kristallebene der kubisch-raumzentrierten Struktur des Barrens parallel zur Hauptfläche dieser Platten verläuft. Im Fall von Transistoren hat sich gezeigt, dass Halbleiterplatten mit Schnittflächen, die parallel zur [111]-Kristaillebene verlaufen, überlegene Eigenschaften gegenüber regellos aus dem Barren herausgeschnittenen Platten aufweisen. Um Halbleiterplatten zu gewinnen, die unter Berücksichtigung von Kristallvorzugsrichtungen geschnitten-sind, ist die genaue Kenntnis der Lage der Kristallachsen in dem Einkristall-Barren erforderlich, aus welchem die Platten gefertigt werden sollen.
Da die Germanium-Barren unter Anwendung von Verfahren gezüchtet werden, bei welchen zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit im weitesten Umfang von kristallwachstumsfördernden Massnahmen Gebrauch gemacht wird und da bei den meisten Keimkristallen, von welchen die Barren ihren Ausgang nehmen, die Lage der Kristallachsen nicht genau bekannt ist, bereitet es selbst dann, wenn die Kristallachsrichtungen des gezüchteten Barrens ungefähr erkennbar sind, erhebliche Schwierigkeiten, eine Bezugsebene am Barren zu finden, so dass Schnitte am Barren, die parallel zu einer ausgewählten Kristallebene verlaufen sollen, schwierig herzustellen sind.
Bei einem bekannten Verfahren zur Bestimmung der Kristallachsenrichtungen in einem Germanium-Einkristall- Barren wird aus einem 10 cm langen Germanium -Barren ein etwa 1, 6 mm messendes Probestück herausgeschnitten und einer Röntgenstrukturanalyse unterzogen. Es ist auch grundsätzlich bekannt, mit Hilfe der Reflexion von Röntgenstrahlen bekannter Wellenlängen die Netzebenen eines Kristalls unter Benutzung der Bragg'schen Gleichung zu bestimmen. Bei diesem bekannten Verfahren ist jedoch die Übertragung der am Probestück gewonnenen Untersuchungsergebnisse auf den Barren mit vielen Fehlermöglichkeiten behaftet.
Bei dem im folgenden beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Kristallachsenrichtungen in Germanium-Halbleiter-Barren werden die oben angeführten Schwierigkeiten dadurch vermieden, dass an einem Ende des Barrens drei reflektierende Flächenabschnitte ermittelt werden, die einem Oktaeder- Oberflächenkomplex entsprechen, der aus drei Dreieckflächen besteht, deren Ebenen unter jeweils gleichem Winkel sowie im gleichen Punkt eine [111]-Kristallachse schneiden, die senkrecht zu einer vierten Oktaeder-Oberfläche verläuft,
die von den drei Dreieckflächen des Flächenkomplexes umgeben ist und dass die am Barren ermittelten reflektierenden Flächenabschnitte der Reihe nach durch Drehung des Barrens
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in den Strahlenweg eines Strahlenbündels gebracht werden und dort das auf Sie auftreffende Strahlenbündel zum selben Punkt hin unter der Voraussetzung umlenken, dass durch probeweise Lageänderungen des in einer Einspannvorrichtung befindlichen Barrens die die reflektierenden Flächenabschnitte in den Strahlen- weg der Strahlenquelle schwenkende Drehbewegung des Barrens um dessen [Lllj-Kristallachse erfolgt.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist die verwendete Strahlung vorzugsweise sichtbares Licht. Das
Verfahren nach der Erfindung kann aber auch mit Röntgenstrahlen oder Ultraschallwellen durchgeführt werden.
Für die Herstellung von Linsen sind bereits sogenannte Zentrier-Maschinen bekanntgeworden. Beim
Zentrieren der Linse wird dabei so verfahren, dass man die Fassung in Drehung versetzt und hiebei einen auf die Linse projizierten Lichtpunkt beobachtet. Man verschiebt sodann die Linse in der Fassung so lange, bis d er Lichtpunkt steht, d. h. bis das an der Linsenoberfläche reflektierte Lichtbündel, unabhängig von der Stellung der Linse, stets in die gleiche Richtung reflektiert wird. Ist dieser Zustand erreicht, so stimmt die Linsenachse mit der Achse der Fassung überein. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der reflektierte Lichtstrahl nicht dauernd, sondern bloss in einigen ausgezeichneten Stellungen des Kristalls jeweils nach Drehung um den Winkel, den gleichartige Flächen miteinander einschliessen, beobachtet.
Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird wesentlich durch eine Einspannvorrichtung für den Germanium-Einkristall-Barren erleichtert, die probeweise Lageänderungen des Einkristallbarrens ermöglicht und die zweckmässig aus einem um seine geometrische Achse drehbaren Hohlrohr besteht, in dessen Innerem zwei aus jeweils drei Schrauben gebildete Schraubensätze nach Art eines Dreibackenfutters einen Schaft haltern, an dessen einem Ende der Germanium-Einkristall-Barren durch Siegellack oder eine andere Kittmasse befestigt ist.
Das um seine geometrische Achse drehbare Hohlrohr, durch dessen Drehung die reflektierenden Oberflächenabschnitte des eingespannten Barrens in den Strahlenweg der Lichtquelle geschwenkt werden, ist vorzugsweise in den V-förmigen Ausschnitten zweier paralleler Platten gelagert, deren Ebenen zur geometrischen Achse des Hohlrohres senkrecht verlaufen. Die Lichtstrahlen des auf die reflektierenden Oberflächenabschnitte des Barrens auftreffenden Lichtstrahlenbündels sollen weitgehend parallel sein. Diese Bedingung ist entweder dadurch erfüllbar, dass Sonnenlicht verwendet wird oder dadurch, dass aus dem von einer künstlichen Lichtquelle herrührenden Licht durch entsprechende optische Einrichtungen ein Lichtstrahlenbündel mit innerhalb des Bündels parallelen Lichtstrahlen erzeugt wird.
Weitere Einzelheiten des Verfahrens nach der Erfindung sowie der Einrichtungen zur Durchführung- 'dieses Verfahrens gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen hervor.
In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines Kristalls von Oktaederform, der so innerhalb eines räumlichen Koordinatensystems XYZ orientiert ist, dass zwei seiner [111]-Flächen zu der durch dieXZ-Achsen dieses Koordinatensystems gelegten Ebene (XZ-Ebene) parallel verlaufen, Fig. 2 einen Germanium-Einkristall-Barren, dessen Oberfläche die die [lll]-Kristall-Ebenen andeutenden Anflächungen und Rippungen aufweist, Fig. 3 eine der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dienende Spannvorrichtung für den Einkristall-Barren in perspektivischer Ansicht, Fig. 4 eine für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehene optische Einrichtung, die mit einem Sonnenstrah- lenbündel kleinen Durchmessers arbeitet, Fig.
5 eine andere, für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bestimmte optische Einrichtung, bei welcher das erforderliche Bündel parallelgerichteter Lichtstrahlen von einer künstlichen Lichtquelle geliefert wird, Fig. 6 eine die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ermöglichende Kristallschneideeinrichtung in perspektivischer Ansicht.
Es ist bekannt, dass bei der Kristallzüchtung ein Germanium-Einkristall-Barren das allerdings durch viele Störeinflüsse gehemmte Bestreben hat, auch äusserlich in Form eines Oktaeders anzuwachsen, der an seiner Oberfläche ebene Flächenabschnitte aufweist, die parallel zur [l11]-Krístallebene verlaufen. Infolge dieser Störeinflüsse, die bei der künstlichen Kristallgewinnung in der Erstarrungsphase in der Regel auftreten, kann die Oktaederform nur in seltenen Fällen am Barren ohne weiteres erkannt werden.
Wenn daher am Barren eine Bezugsfläche aufgesucht werden soll, die es ermöglicht, den Barren so zu schneiden, dass die Schnittflächen parallel zu einer ausgezeichneten Kristall-Ebene verlaufen, ist es erforderlich, den Barren so zu lagern, dass seine l11]-Achse oder seine [100]-Achse mit der [l11]-Achse oder [100]-Ach- se des Oktaeders übereinstimmen. Das Verfahren nach der Erfindung und die für die Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen Einrichtungen und Massnahmen ermöglichen ein solches Vorgehen.
Die dem Verfahren nach der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken seien zunächst anHand von Fig. l erläutert, die in perspektivischer Ansicht einen Oktaeder wiedergibt, dessen Raumform von einem Germa- nium-Einkristall-Barren im günstigsten Falle annähernd erreicht wird. Der in Fig. 1 gezeigte Oktaeder ist so in ein dreidimensionales Koordinatensystem XYZ gestellt, dass zwei der Oktaeder-Flächen parallel
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zu der durch die X- und Z-Achse gelegten Ebene (XZ-Ebene) sind. Infolgedessen verläuft die Y-Achse des XYZ-Koordinatensystems senkrecht zu jenen zwei letztgenannten Flächen. Die Y-Achse fällt somit mit der [111]-Achse zusammen.
Der Ausdruck [lll]-Achse" wird demnach benutzt, um eine Achse durch den Oktaeder zu kennzeichnen, die senkrecht zur [lll]-Kristallebene verläuft. Es ist nunmehr i leicht einzusehen, dass in dem Fall, dass der Barren so in das dreidimensionale Koordinatensystem einer
Schneideinrichtung gestellt wird, dass seine [111]-Achse senkrecht zur Schnittebene des Schneidwerk- zeuges verläuft, Schnitte am Germanium-Kristall-Barren parallel zur jlll]-Ebene ausführbar sind und dass durch die für Fig. 1 gewählte Darstellungsweise die [111]-Ebenen parallel zur XZ-Ebene des dreidimen- sionalen Koordinatensystems verlaufen. Um bei einem solchen Vorgehen einen hohen Genauigkeitsgrad zu erreichen, muss die Lage der [111]-Achse im Einkristall-Barren entsprechend genau festgestellt wer- den.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung geschieht dies im Zuge eines Ausrichtvorganges, bei wel- chem drei reflexionsfähige Oberflächenabschnitte, die sich an einem Ende des länglichen Barrens befin- den bzw. dort ausfindig zu machen sind, nacheinander in den Strahlenweg eines Lichtstrahlenbündels geschwenkt werden und letzteres reflektieren.
In Fig. 1 sind die Oktaeder-Eckpunkte mit A, B, C, D, E, F bezeichnet. Die Vierecke ABDE, ACEF und BCDF sind im Hinblick auf die in der Kristallographie eingeführte Bezeichnungsweise als [100]-Kri- stallflächen anzusprechen. Wie des weiteren aus Fig. 1 hervorgeht, tritt an dem dort gezeigten Oktaeder ein Komplex aus drei, als [111]-Oberflächenebenen zu bezeichnenden Flächen, nämlich die durch die
Dreiecke ACD, ABF und BCE begrenzten Flächen auf. Die Ebenen dieser Flächen schliessen mit der [111]-Achse jeweils den gleichen spitzen Winkel ein. Ferner schneidet jede der drei durch die Dreiecke ACD, ABF und BCE festgelegten Ebenen die [111]-Achse im selben Punkt. Der in Fig. 1 mit c be- zeichnete Winkel ist in der Praxis als in der Grössenordnung von etwa 19 1/2 liegend ermittelt wor- den.
Ein zweiter Flächenkomplex umfasst die Ebenen, die durch die Dreiecke CDE, BEF und ADF bestimmt sind. Dieser zweite Flächenkomplex ist gegenüber dem ersten Flächenkomplex um 600 versetzt ange- ordnet. Für diese 600-Versetzung ist die Y-Achse die Drehachse. Die Ebenen der drei Flächendreiecke des zweiten Flächenkomplexes schliessen den gleichen spitzen Winkel mit der [111]-Achse ein wie die
Ebenen der Flächendreiecke des ersten Flächenkomplexes. Diese mit ' bezeichneten Winkel haben je- doch beim zweiten Flächenkomplex ihre Spitze an einem andern Punkt der Y-Achse wie beim ersten
Flächenkomplex. Die ausserhalb dieser zwei Flächenkomplexe liegenden zwei Flächen des Oktaeders sind die zurXZ-EbeneparallelverlaufendenFlächen,welchendieDreieckeABC und DEF angehören.
Aus der Tatsache, dass die drei Ebenen der zwei Flächenkomplexe die [111]-Achse unter demselben
Winkel schneiden, ergibt sich die Erscheinung, dass ein von einer Lichtquelle entsandtes Lichtstrahlen- bündel, in dessen Weg der Reihe nach die drei Flächen eines Flächenkomplexes treten, von diesen Flä- chen zum selben Punkt hin reflektiert wird, wenn der Oktaeder um die [111]-Achse rotiert. Im Hinblick auf die Tatsache, dass der Germanium-Barren das Bestreben hat, in Oktaederform auszukristallisieren, sind an der Oberfläche des Barrens drei reflektierende Stellen zu erwarten, die entweder dem Flächen- komplex angehören, welcher die Flächendreiecke ACD, ABF und BCE umfasst oder dem Flächenkomplex, der durch die Flächendreiecke CDE, BEF und ADF vorgegeben ist.
In Fig. 2 ist ein Germanium-Barren üblicher Art in perspektivischer Ansicht gezeigt. Ein solcher
Barren geht aus einem Kristallzüchtungsverfahren hervor, das als sogenanntes"Kristallziehverfahren"be- kannt geworden ist. Dieses Verfahren hat zur Züchtung von Germaniumkristallen weitgehende Verbrei- tung gefunden. Jedoch ist das der Kristallachsenbestimmung dienende Verfahren'nach der Erfindung, wie sich aus den folgenden Ausführungen ergibt, nicht auf Barren beschränkt, die nach einem speziellen Ver- fahren hergestellt worden sind, denn die Oktaederform ist auf die kristallographischen Eigenschaften des
Germaniums und nicht auf die Art des Kristallzüchtungsverfahrens zurückzuführen.
Der durch Fig. 2 dar-' gestellte Barren 1 besteht aus einem Germanium-Einkristall-Körper 2, für dessen Anwachsen der Keim- kristall 3 den Anstoss gegeben hat. Der Keimkristall 3 hat die Bezugsflächen 4 und 5, auf die im einzel- nen noch eingegangen wird. An den meisten Barren sind Oberflächenabschnitte festzustellen, die als "An- flächungen"zu bezeichnen sind. Ein Komplex von Anflächungen 6, der am Barren 1 in der Nähe des
Keimkristalls 3 aufzufinden ist, entspricht dem Flächenkomplex, der durch die Flächendreiecke ACD, ABF und BCE des Oktaeders vorgegeben ist. Die Anflächungen 6 verteilen sich rund um den Barren. Ein zweiter Komplex von Anflächungen 6 ist am andern Ende des Barrens 1 zu finden.
Diese Anflächungen entsprechen dem zweiten Komplex von [lll]-Flächen, die durch die Flächendreiecke CDE, BEF und ADF vorgegeben sind. Die Anflächungen 6 an dem dem Keimkristall 3 benachbarten Ende des Barrens 1 sind gegenüber den Anflächungen 6 am andern Ende des Barrens um 600 versetzt angeordnet. Die Neigung, Anflächungen zu entwickeln, schwankt von Barren zu Barren in aussergewöhnlichem Masse. Bisweilen
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weisen die Barren - je nach der Kristallachsrichtung des Keimkristalles-einen ausgeprägt dreieckigen oder viereckigen Querschnitt auf, während andere Barren beinahe vollkommene Rotationskörper sind, die nur mikroskopisch feststellbare Spuren von Anflächungen zeigen.
Eine nähere Betrachtung dieser Anflächungen ergibt, dass sie aus einer Vielzahl von Stufen, ähnlich der Stufenfolge einer Treppe bestehen, bei welcher die Stufentrittflächen von weitgehend ebenen, reflektierenden Oberflächen oder Facetten gebildet sind, die parallel zu einer [111] -Ebene verlaufen. Diese Stufen sind in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Anflächung eines Barrens jeweils aus ein, zwei oder bis zu mehreren hundert Facetten besteht und die Zahl der Facetten von den mannigfache Störeinflüssen abhängt, die an dem sich abkühlenden Barren beim Übergang der Schmelze vom flüssigen in den festen Aggregatzustand möglicherweise in Erscheinung treten. Zylinder und Oktaeder sind die zwei Grenzfälle der äusseren Gestalt, die gezüchtete Einkristall-Barren annehmen.
An einem Barren, an welchem alle einem Flächenkomplex zuzuzählenden Anflächungen 6 wahr-
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nen. Verschiedentlich fehlen jedoch bei denBarren einige oder sogar alle diese Anflächungen 6. In diesen Fällen müssen die fehlenden reflektierenden Flächenabschnitte, die einem der zwei Flächenkomplexe angehören, erst hervorgerufen werden. Wenn eine oder zwei der erforderlichen drei Anflächungen 6 fehlen, kann die vorhandene Anflächung bzw. können die vorhandenen Anflächungen dazu dienen, die fehlende Anflächung bzw. die fehlenden Anflächungen ausfindig zu machen. Die fehlenden Oberflächenabschnitte sind durch Abschleifen, Läppen od. dgl. feststellbar.
Man macht hiebei vorteilhaft von der oben bereits angeführten Tatsache Gebrauch, dass Kristall-Barren dazu neigen, Facetten an den Anflächungen 6 zu zeigen, wie sie durch das Bezugszeichen 7 in Fig. 2 angedeutet sind. Diese Facetten verlaufen-wie bereits erwähnt-parallel zur [111]-Kristall-Ebene. Im allgemeinen weisen diese Facetten mehr als ausreichende Reflexionseigenschaften auf, so dass sie mit gutem Erfolg bei dem Verfahren nach der Erfindung als Reflexionsflächen verwendbar sind.
Der ongunstigste Fall liegt vor, wenn am ganzen Kristall-Barren keine Anflächungen 6 und keine Facetten von genügender optischer Qualität vorhanden sind. In diesem Falle sind die einem Flächenkomplex angehörenden drei A nflächungen 6 durch probeweises Abschleifen unter Hinzuziehung vonÄtzungen zu ermitteln. Die im Zusammenhang mit den Ätzungen zu treffenden Massnahmen werden noch näher erläutert werden. Durch Probieren gelingt es dann, schrittweise den Ort der gesuchten drei äquidistanten Facetten- felder, die einem Flächenkomplex des Oktaeders entsprechen, zu ermitteln.
Hiebei ist es vorteilhaft, sich zu vergegenwärtigen, dass die gesuchten drei Oberflächenabschnitte in Winkeln von 1200 angeordnet und um 600 gegenüber den reflektierenden Oberflächenabschnitten am andern Ende des Barrens versetzt sind.
Es ist eine Reihe von Ätzflüssigkeiten bekannt, die sich zur Freilegung der [111] -Ebene von Germanium-Kristallen eignen. Die Zusammensetzung einiger dieser Ätzflüssigkeiien ist in der Abhandlung von Ray C. Ellis, Jr.,"Etching of Single Crystal Germanium Spheres" in der Zeitschrift "Journal of Applied
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Vol.25, No.12,konzentriertem Fluorwasserstoff (HF) und 5 Vol.-Teilen 37% igem Wasserstoffperoxyd (HO) besteht, ist den für Germanium geeigneten Ätzmitteln zuzuzählen. Der ebenflächig abgeschliffene Oberflächenabschnitt eines Germanium-Einkristall-Barrens zeigt nach Ätzung dreieckförmige Ätzgruben unter dem Mikroskop, wenn der betreffende Oberflächenabschnitt ungefähr mit der [111]-Kristallebene parallel verläuft.
Dagegen sind die Ätzgruben rechteckförmig, wenn der behandelte Oberflächenabschnitt sich ungefähr parallel zur [100]-Kristallebene erstreckt. Durch Ätzflüssigkeiten ist somit leicht festzustellen, ob ein durch Schleifen vorbehandelter Oberflächenabschnitt einer Fläche angehört, die zur [111] -Kristallebene parallel verläuft und ob die behandelten Oberflächenabschnitte ein und demselben Flächenkomplex angehören. Der letztgenannte Sachverhalt wird dabei unter Mitheranziehung der weiter unten noch ausführlich behan- deltenReflexionsversuche geklärt.
An Hand von Fig. 1 ist es nämlich leicht einzusehen, dass in dem Fall, dass der gerade betrachtete Oberflächenabschnitt einem andern Flächenkomplex als die vorhergehend untersuchten Oberflächenabschnitte angehört, sich ein Reflexionswinkel bei dem gerade betrachteten Oberflächenabschnitt ergibt, der von dem Reflexionswinkel der vorhergehend untersuchten Flächen soweit abweicht, dass der reflektierte Lichtstrahl an der Einstellmarke eines in den Weg der reflektierten Lichtstrah- len gestellten Schirmes, an der die Lic htpunkte von Reflexionsflächen ein und desselben Flächenkomplexes in Erscheinung treten, nicht wahrzunehmen ist.
Darüberhinaus lassen sich durch Ätzungen die optischen
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Eigenschaften der zu untersuchenden Oberflächenabschnitte verbessern. Die optischen Eigenschaften der den Reflexionsversuchen zu unterwerfenden Oberflächerabschnitte sind für die Zwecke des vorliegenden
Verfahrens nach der Erfindung dann als ausreichend zu erachten, wenn das vom betrachteten Oberflächen- abschnitt reflektierte Strahlenbündel beim Auftreffen auf dem Schirm eine Beleuchtungsstärke des Schirmes ergibt, die grösser ist als die Beleuchtungsstärke des Schirmes, die von Streureflexionserscheinungen oder von diffusem Licht herrührt.
Die mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielbare Genauigkeit hängt davon ab, dass am Schirm die Lage der Auftreffpunkte jedes der von den einzelnen Oberflächenabschnitten des Barrens reflektierten Lichtstrahlenbündel möglichst deutlich erkennbar ist. Die mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielbare Genauigkeit ist deshalb umso grösser, je mehr. Licht von den untersuchten
Oberflächenabschnitten reflektiert wird und je kleiner der am Schirm erscheinende Lichtpunkt bei gleich- zeitig möglichst hoher Konturenschärfe ist. Die Flächeninhalte der reflektierenden Oberflächenabschnitte sollen deshalb klein, diereflexionseigenschaften dieseroberflächenabschnitte jedoch möglichst gross sein.
Ferner ist aus obigem zu folgern, dass zur Erzielung grosser Genauigkeit das auf die reflektierenden Ober- flächenabschnitte auftreffende Lichtstrahlenbündel aus Lichtstrahlen vollkommener Parallelität zusammen- gesetzt und der Abstand zwischen Barren und Schirm möglichst gross sein soll.
Nachdemam Barren die erforderlichen drei reflektierenden Oberflächenabschnitte auf dem oben ange- gebenen Wege gewonnen worden sind, wird der Barren so in einer seine Orientierung ermöglichenden Ein- spannvorrichtung befestigt, dass er um seine [111]-Kristallachse drehbar ist. Die Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform einer solchen Einspannvorrichtung. Die Befestigung des Barrens in einer solchen Ein- spannvorrichtung setzt voraus, dass an dem einen Ende des Barrens 1 ein Schaft 8 mittels Siegellack oder mittels einer ähnlichen Kittmasse angebracht wird. Der Schaft 8 wird in dem Hohlzylinder 9 der Ein- spannvorrichtung durch zwei Schraubensätze 10 und 11 festgehalten.
Jeder der beiden Schraubensätze 10 und 11 besteht aus drei Schrauben, die für den Schaft 8 eine Art
Dreibackenfutter bilden. Der Hohlzylinder 9 ruht so in den V-förmigen Ausschnitten zweier Halteplat- ten 12 und 13, dass er frei um seine geometrische Achse drehbar ist. Durch. die beiden Schraubensätze 10 und 11 ist die Lage des Barrens 1 innerhalb des durch die Einspannvorrichtung als solche vorgegebenen räumlichen Koordinatensystems XYZ so veränderbar, dass die [111]-Kristallachse des Barrens mit der Ro- tationsachse des Hohlzylinders 9 zur Deckung gebracht werden kann.
Um eine solche Lage des Barrens in der Einspannvorrichtung herbeizuführen, wird von der Tatsache Gebrauch gemacht ; dass die drei [111] -Ober- flächenebenen eines Oberflächenkomplexes, wie er an Hand des in Fig. 1 gezeigten Oktaeders definiert wurde, den gleichen Winkel 0 mit der [111]-Kristallachse bilden. Da der Barren als Oktaeder auskri- stallisiert und da die Facetten der ermittelten drei Oberflächenabschnitte am Barren den Flächen eines
Flächenkomplexes entsprechen, wird in dem Fall, dass der Barren um seine [lll]-Kiistallachse rotiert, das
Strahlenbündel einer Lichtquelle von den Facetten jeder dieser drei Oberflächenabschnitte auf denselben
Punkt eines Schirmes gerichtet, der sich im Strahlenweg der reflektierten Lichtstrahlen befindet.
Aus den Fig. 4 und 5 gehen Einzelheiten von optischen Einrichtungen hervor, welche die Durchfüh- rung des Verfahrens nach der Erfindung ermöglichen. Die durch die Fig. 4 und 5 dargestellten beiden Ein- richtungen unterscheiden sich in erster Linie bezüglich der verwendeten Lichtquellen. In beiden Fällen ist jedoch darauf Bedacht genommen, dass die Lichtstrahlen innerhalb des von der Lichtquelle gelieferten
Strahlenbündels parallel verlaufen, damit der auf dem Schirm in Erscheinung tretende Lichtpunkt, der von dem an einem vorbehandelten Oberflächenabschnitt des Barrens reflektierten Lichtbündel herrührt, ausge- prägter in Erscheinung tritt. In Fig. 4 ist die Sonne die die parallelen Lichtstrahlen liefernde Lichtquelle.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 liefert eine künstliche Lichtquelle durch in den Lichtweg eingefügte
Spalte ein aus parallelen Strahlen bestehendes Lichtbündel. Wie bereits ausgeführt wurde, erfüllen solche optischen Einrichtungen so lange ihren Zweck, als sich der von den reflektierenden Oberflächen des Barrens erzeugte Lichtpunkt am Schirm vom Nebenlicht genügend stark abhebt.
In Fig. 4 ist der Einkristallbarren 1 in einer entsprechend Fig. 3 ausgebildeten Einspannvorrichtung gezeigt. Ein Schirm 14 ist im Weg der vom Barren 1 reflektierten Lichtstrahlen in einem entsprechend grossen Abstand vom Barren vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass ein Abstand von 1, 83 m zwischen
Schirm 14 und Barren 1 ausreicht, um die Festlegung der Kristallachsen des Barrens innerhalb der Genauig- keitsgrenzen 0, S zu ermöglichen. Die den Barren 1 enthaltende Einspannvorrichtung ist innerhalb der in Fig. 4 gezeigten optischen Einrichtung so aufgestellt, dass Sonnenlicht oder das Licht von einer andern
Lichtquelle, die ein Bündel paralleler Lichtstrahlen liefert, durch einen Spiegel 15 auf einen der drei, derKristallachsen-Bestimmung dienenden Oberflächenabschnitte des Barrens 1 gerichtet und von dort aus auf den Schirm 14 reflektiert wird.
Der Barren wird dann durch Drehung des Hohlzylinders 9 um ungefähr 1200 gedreht, damit der nächste vorbehandelte Oberflächenabschnitt 6 des Barrens 1 eine Lage einnimmt,
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Einkristall-Barren hinsichtlich ihrer Kristallachsen im Raume genau ausgerichtete Keimkristalle zugrunde, so erhält man nach der (111J -Kristallachse orientierte Barren, die keiner weiteren Ausrichtung im räumli- chen Koordinatensystem mit optischen Hilfsmitteln bedürfen.
Auf diese Weise gewonnene Barren können also ohne den Weg über optische Einrichtungen gemäss den Fig. 4 und 5 sofort in einer Schneideinrichtung ähnlich derjenigen von Fig. 6 unter der Voraussetzung bearbeitet werden, dass die Bezugsflächen desKeim- kristalls über die Lage der [lllj-Kristallachse im Barren Aufschluss geben.
Eine Kontrolle darüber, ob der in einer Einspannvorrichtung drehbeweglich gelagerte Barren sich um seine [111] -Kristallachse dreht, ist demnach durch die Bezugsflächen des am Barren befindlichen Keimkristalls möglich, wenn dieser Keim- kristall von einem Barren herrührt, bei welchem die [lllj-Kristallachse mit Hilfe des Verfahrens nach der
Erfindung bestimmt wurde und der anschliessend in einer Schneidvorrichtung einer Weiterverarbeitung unterzogen wurde, bei der Schnitte parallel zu Kristallebenen durchgeführt wurden, um den Keimkristall mit sofort erkennbaren Bezugsflächen zu versehen.
Wendet man sich auf Grund der vorhergehenden Ausführungen sowie an Hand des in Fig. 1 gezeigten
Oktaeders den sich bezüglich der [100]-Kristallachse ergebenden Verhältnissen zu, so zeigt sich, dass dann, wenn wenigstens vier reflektierende Oberflächen am Barren in Erscheinung treten, die entweder dem einen, bisher nicht behandelten Flächenkomplex entsprechen, der durch die Flächendreiecke ABC,
BCE, CDE und ACD festgelegt ist, oder die einem zweiten, bisher nicht behandelten Flächenkomplex angehören, der durch die Flächendreiecke ABF. BEF, DEF und ADF des Oktaeders gemäss Fig. 1 vorge- geben ist, der Barren unter Zugrundelegung des Verfahrens nach der Erfindung an Hand einer [100]-Kristallachse ausgerichtet werden kann, die durch die Eckpunkte F und C des Oktaeders geht und die auf der [IQO]-KristallflächeABEDsenkrechtsteht.
Analog kann der Barren unter Zugrundelegung anderer [100]-Kristallachsen an Hand der für den Oktaeder massgebenden stereometrischen Verhältnisse ohne weiteres aus- gerichtet werden.
Bemerkt sei noch, dass auf die für ein Oktaeder gemäss Fig. 1 geltenden stereometrischen Gegebenheiten zurückgegriffen werden kann, um Fehlwinkel zwischen den Schnittflächen an Barren, Platten usw. und dem tatsächlichen Verlauf der Kristallebenen mit Hilfe der in Fig. 3 gezeigten Anordnung sowie unterHeranziehung von durch Ätzung gewonnenen reflektierenden Flächen festzustellen, die den Oktaederflächen ABC oder DEF entsprechen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung der Kristallachsenrichtungen in einem Germanium-Einkristall-Barren, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Barrens (1) drei reflektierende Flächenabschnitte (6) ermittelt werden, die einem Oktaeder-Oberflächenkomplex entsprechen, der aus drei Dreieckflächen (ACD, ADF, BCE) besteht, deren Ebenen unter jeweils gleichem Winkel (tx) sowie im gleichen Punkt eine [lllj-Kristallachse schneiden, die senkrecht zu einer vierten Oktaeder-Oberfläche (ABC) verläuft, die von den drei Dreieckflächen (ACD, ABF, BCE) des Flächenkomplexes umgeben ist und dass die am Barren ermittelten reflektierenden Flächenabschnitte (6) der Reihe nach durch Drehung des Barrens (1)
in den Strahlenweg eines Strahlenbündels gebracht werden und dort das auf sie auftreffende Strahlenbündel zum selben Punkt hin unter der Voraussetzung umlenken, dass durch probeweise Lageänderungen des in einer Einspannvorrichtung befindlichen Barrens (1) die die reflektierenden Flächenabschnitte (6) in den Strahlenweg der Strahlenquelle schwenkende Drehbewegung des Barrens (1) um dessen [111] -Kristallachse erfolgt.