AT227236B - Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Siliziumkarbid - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Siliziumkarbid 
Es ist bekannt, dass sehr reines Siliziumkarbid durch thermische Spaltung von in den Gaszustand übergeführten siliziumorganischen Verbindungen, z. B. Alkylsilanen oder Alkylhalogensilanen, hergestellt werden kann, deren Atomverhältnis Kohlenstoff : Silizium gleich   l   oder grösser als   l   ist. 



   Es hat sich fernerhin gezeigt, dass das Grössenwachstum und die Reinheit der Siliziumkarbidkristalle entscheidend beeinflusst werden können, wenn die Reaktion in Anwesenheit von Verdünnungsmitteln, beispielsweise Wasserstoff, durchgeführt wird. 



   Im Zuge weiterer Entwicklungsarbeiten wurde nun gefunden, dass man Siliziumkarbidkristalle, welche keine spektralanalytisch nachweisbaren Verunreinigungen enthalten, herstellen kann, wenn man als siliziumorganische Verbindungen solche mit einem Atomverhältnis C : Si <   l   einsetzt. 



   Für die Durchführung des Verfahrens eigenen sich Silane und/oder Halogensilane, die ein oder mehrere organische Radikale enthalten. Auch siliziumorganische Verbindungen, deren organische Radikale über Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Selen oder Bor an Silizium gebunden sind, können gegebenenfalls benutzt werden. 



   Die genannten siliziumorganischen Verbindungen können auch weitere Substituenten in ihren organischen Resten tragen, beispielsweise Halogene und/oder Nitro-, Amino-, Hydroxyl-, Mercapto-, Cyangruppen. 



   Neben den erwähnten kettenförmigen siliziumorganischen Verbindungen eignen sich auch ringförmige siliziumorganische Verbindungen, deren Ringe aus Kohlenstoff und Silizium aufgebaut sind. 



   Die erwähnten Verbindungen können gleicherweise im Gemisch mit andern, ein   Atomverhältnis   C : Si gleich oder grösser als 1 aufweisenden siliziumorganischen Verbindungen verwendet werden, wobei aber das Gesamtatomverhältnis C : Si aller teilnehmenden siliziumorganischen Verbindungen < 1 ist. 



   Es wurde weiterhin gefunden, dass sich zur Herstellung von dotiertem Siliziumkarbid bevorzugt siliziumorganische Verbindungen eignen,   die-ausser   Kohlenstoff und Silizium-noch weitere Elemente der 2. bis 7. Gruppe des Periodischen Systems enthalten. Unter dotiertem Siliziumkarbid ist ein Material zu verstehen, das eine beabsichtigte Menge an Verunreinigungen von zirka 10   Gew. -% bis 10-12 Gew. -%   enthält. Diese beabsichtigten Verunreinigungen beeinflussen die elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften des hergestellten Materials. So ist es beispielsweise möglich, durch Zusatz stickstoffhaltiger siliziumorganischer Verbindungen zum Reaktionsgemisch grün gefärbtes Siliziumkarbid zu erhalten, dessen Leitfähigkeit durch den Gehalt an eingebautem Stickstoff beeinflusst werden kann. 



   Erfindungsgemäss gelingt die Herstellung von Siliziumkarbidkristallen, welche keine spektralanalytisch nachweisbaren Verunreinigungen enthalten. Bei der spektralanalytischen Untersuchung ist aber nicht zu erkennen, ob das abgeschiedene Siliziumkarbid stöchiometrisch zusammengesetzt ist. Zieht man zur Lösung dieser Frage   Debye-Scherrer-Aufnahmen   heran, so zeigt sich, dass neben den Linien des Siliziumkarbids auch die Linien des Siliziums auftreten. Die Verteilung des Siliziums über den Kristallquerschnitt konnte durch Ätzversuche nachgewiesen werden. Es handelt sich dabei um eine statistisch gleichförmige Verteilung des Siliziums im Kristallgitter des Siliziumkarbids. 



   Dieser Überschuss ist besonders dann wertvoll, wenn die anfallenden Siliziumkarbidkristalle für die Herstellung von grossflächigen Siliziumkarbideinkristallen nach dem Sublimationsverfahren von Lely eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren ist es bekannt, dass neben dem Siliziumkarbiddampf gleichzeitig ein beträchtlicher Partialdruck an Siliziumdampf aufrechterhalten werden muss. 



   Setzt man bei dem geschilderten Arbeitsverfahren nach Lely nun ein Siliziumkarbid ein, das keinen Siliziumüberschuss besitzt, so zerfällt ein beträchtlicher Teil des eingesetzten Siliziumkarbid in Silizium und Kohlenstoff und geht damit der Sublimation verloren. 



   Arbeitet man jedoch mit einem erfindungsgemäss erhältlichen, einen definierten Siliziumüberschuss besitzenden Siliziumkarbid, so gelingt es, grössere Ausbeuten an wohldefinierten Kristallen nach dem Lely-Verfahren zu gewinnen. Erfindungsgemäss wird überhaupt erstmals ein Weg gezeigt, Siliziumkarbid mit einem definierten Siliziumüberschuss aus der Gasphase abzuscheiden. 



   Sollen möglichst grosse und reine Siliziumkarbidkristalle hergestellt werden, so hat es sich als zweckmässig erwiesen, die thermische Spaltung unter zusätzlicher Anwendung eines Verdünnungsgases durch- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
 EMI2.1 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Mit dem Verfahren ist es beispielsweise möglich, die Ladungsträgerkonzentration und den elektrischen spezifischen Widerstand durch definierte Zugabe der oben bezeichneten Stoffe in weiten Grenzen zu variieren. 



   Diese Art der Dotierung kann gegebenenfalls unterstützt werden durch Zusatz von siliziumorganischen Verbindungen zum strömenden Gasgemisch, die ausser Kohlenstoff und Silizium noch weitere Elemente der 2. bis 7. Gruppe des Periodischen Systems enthalten. Das Dotieren in dem angegebenen Konzentrationsbereich kann auch unter ausschliesslicher Verwendung der oben genannten siliziumorganischen Verbindungen erreicht werden. 



   Beispiel :
Ein Gasstrom, bestehend aus 9   Vol.-% Disilylmethan HgSi-CH -SiHg,   74   Vol.-%   reinstem trockenem Wasserstoff und zirka 17 Vol.-% Argon, wird bei 1350   C, einem Druck von 0, 8 at und einer Strömungsgeschwindigkeit von   l 0, 2 cm/sec   (berechnet für   200 C, I   at) durch ein Rohr aus hochreinem Graphit geleitet, das mittels elektrischer Hochfrequenz (600 kHz) erhitzt wird. In dem Graphitrohr bilden sich etwa 5 mm lange und zirka 2 mm starke, lose zusammenhängende Siliziumkarbidkristalle, welche keine spektralanalytisch nachweisbaren Verunreinigungen enthalten.

   Die Kristalle eignen sich besonders als Ausgangsprodukte zur Herstellung von Siliziumkarbidplättchen, die auf bekannte Weise durch Sublimation, beispielsweise mittels des Lely-Verfahrens, bei Temperaturen über 2500   C erhalten werden. 



   An Stelle eines Graphitrohres lassen sich auch Rohre aus hochreinem Siliziumkarbid verwenden. 



   PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Siliziumkarbid durch thermische Spaltung von   gas- bzw. dampfförmigen   siliziumorganischen Verbindungen mit einem Atomverhältnis   C: Sil,   gegebenenfalls in Anwesenheit eines Verdünnungsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass als siliziumorganische Verbindungen solche mit einem Atomverhältnis C : Si < l eingesetzt werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Temperaturbereich von 700 bis 2500 0 C gearbeitet wird.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen l und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich siliziumorganische Verbindungen mit einem Atomverhältnis C : Si gleich oder grösser als 1 eingesetzt werden, wobei aber das Gesamtatomverhältnis C : Si aller teilnehmenden siliziumorganischen Verbindungen < 1 ist.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass siliziumorganische Verbindungen eingesetzt werden, die-ausser Kohlenstoff und Silizium-noch weitere Elemente der 2. bis 7. Gruppe des Periodischen Systems enthalten.