Die Erfindung bezieht sich aufein Verfahren zum Auf
dampfen von Halbleiterschichten auf eine Unterlage unter
Vakuum durch dosierte Zuführung eines Ausgangsstoffes zu erhitzten Verdampfern sowie auf eine Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 6.
Die vorgeschlagene Erfindung eignet sich insbesondere zur
Erzeugung von homogenen Halbleiterschichten grosser Länge und grosser Fläche auf einer biegsamen Unterlage.
Auf die elektrischen Parameter bezogen, kann die Erfindung auch zur Erzeugung von homogenen, zu einer Rolle wickelbaren Schichten grosser Fläche dienen, welche zur Herstellung von fotoempfindlichen Informationsträgern in der Elektrofotografie und zu fotothermoplastischen Aufzeichnungen geeignet sind. In diesem Zusammenhang lassen sich Strahlungswandler, magnetische Widerstände, Hall Dünnschichtgeber und Tensogeber herstellen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können Halbleiterschichten vorgegebener Zusammensetzung aus fraktionierenden Materialien erhalten werden.
Ferner ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von aktiven Schichtelementen mit Übergängen von Schicht zu Schicht geeignet, welche sowohl gleichartige wie auch andersartige Stoffe aufweisen können. Die Breite der verbotenen Zone kann dabei sowohl einen steilen als auch einen stetigen Übergang aufweisen.
Nach dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren lassen sich Schichten erhalten, die sowohl die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials wiederholen, als auch sich durch Vorhandensein vorgegebener Fraktionen auszeichnen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist ferner die Herstellung von aktiven Elementen aus Materialien möglich, die eine kontinuierliche Reihe von festen Lösungen mit einem vorgegebenen Profil der Breitenänderung der verbotenen Zone über die Schichtdicke bilden.
Das nach der Erfindung vorgeschlagene Verfahren bietet die Möglichkeit, Elemente der nichtlinearen Optik, beispielsweise Lichtleiter herzustellen.
Bekannt ist ein Verfahren zur Vakuumbedampfung von H albleiterschichten, bei dem ein Ausgangs-Halbleiterstoff unmittelbar in einen kalten Verdampfer eingebracht wird, der aufdie Bedampfungstemperatur erhitzt wird. Bei der Bedampfung eines sich über dem Verdampfer bewegenden biegsamen Bandes erhält man eine nach ihren elektrophysikalischen Eigenschaften inhomogene Schicht. Das bekannte Verfahren zur Vakuumbedampfung von Halbleiterschichten gestattet es nicht, homogene Schichten aus Materialien herzustellen, die während der Verdampfung fraktionieren. Bei der Bedampfung von langen Bändern sind die Anfangsabschnitte mit leichten Fraktionen und die Endabschnitte mit schweren Fraktionen angereichert.
Die Inhomogenität der elektrophysikalischen Parameter ruft eine erhebliche Streuung der Empfindlichkeit längs der Schicht hervor. Ausserdem wird die Länge der hergestellten Halbleiterschicht durch den Inhalt des Verdampfers beschränkt, der eine um so grössere Leistung verbraucht, je grösser das Volumen des eingebrachten Stoffes ist. Das bekannte Verfahren gewährleistet nicht die Konstanz der Verdampfungsgeschwindigkeit in der Zeit, weil sich je nach der Verringerung der Ausgangsstoffmasse die Wärmekapazität des Verdampfers verändert, was zur Erhöhung seiner Temperatur und folglich zur Vergrösserung der Verdampfungsgeschwindigkeit führt.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichten von Mehrkomponentenverbindungen, beispielsweise A'Xl-Blv, durch thermische Verdampfung im Vakuum bei der Schmelztemperatur. Nach Abschluss der Bedampfung wird homogenisierende Behandlung der Schichten durch Glühen durchgeführt. Der Bedampfungs prozess erfolgt etappenweise in dosierter Menge des in den
Verdampfer eingebrachten Materials. Die Homogenität der nach diesem Verfahren erhaltenen Halbleiterschichten steht in direkter Abhängigkeit von der Glühtemperatur und -zeit.
Durch aufeinanderfolgendes Auftragen der einen Halb leiterschicht auf die andere erzeugt man Heterostrukturen.
Das thermische Glühen führt in diesem Fall zur teilweisen
Diffusion des einen Materials in das andere oder aus dem
Material in die Unterlage, wodurch Zonen des p- und des n-Typs erzeugt werden, die als gleichrichtende Übergänge auftreten. Der Diffusionsgrad, der von der Glühtemperatur und -zeit abhängt, bestimmt die Zonenvariabilität der Heterostruktur.
Nach den zwei letzteren Verfahren ist die Herstellung von Halbleiterschichten nur auf begrenzten Oberflächen möglich.
Das thermische Glühen, das sowohl zur Schaffung der Homogenität in den Halbleiterschichten als auch zur Regelung des lnhomogenitätsgradienten angewendet wird, muss bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, wodurch die Möglichkeit der Schichtenherstellung auf biegsamen Unterlagen ausgeschlossen ist. Das thermische Glühen und der durch dieses bestimmte Diffusionsprozess stellen einen schwer regelbaren Vorgang dar.
Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Vakuumbedampfung von Halbleiterschichten aufeiner Unterlage (siehe Technologie von Dünnfilmen , Nachschlagebuch unter der Redaktion von L. Maissel, R. Gleng. Verlag Sovetskoe radio 1977, S. 125-133) durch dosierte Zuführung eines Ausgangs- stoffes zu einem erhitzten Verdampfer. Der Ausgangsstoff wird in einen Bunker eingebracht und über eine Dosiereinrichtung, die eine in den Verdampfer in der Zeiteinheit gelangende Teilmenge des Stoffes zumisst, dem Verdampfer zugeführt. Die Temperatur des Verdampfers wird derart eingestellt, dass ein möglichst schneller Verdampfungsprozess sämtlicher Fraktionen des Ausgangsstoffes nach der Methode der Explosion gewährleistet ist.
Wegen der geringen Portionen und der vollständigen schnellen Verdampfung aller Fraktionen wird die Inhomogenität in dem Film lediglich innerhalb der einatomaren Schichten beobachtet. Diese Inhomogenitäten verringern sich infolge ständiger Stoffzuführung zum Verdampfer und praktisch gleichzeitiger Verdampfung sämtlicher Fraktionen, die im Ausgangsstoff enthalten sind. Die Zuführungsgeschwindigkeit des Ausgangsstoffes bestimmt man ausgehend von der Verdampfungsgeschwindigkeit auf solche Weise, dass im Verdampfer keine Anhäufung des Stoffes stattfindet. Das genannte Verfahren gestattet es, auf der Unterlage Halbleiterschichten herzustellen, die nach der Zusammensetzung dem Ausgangsstoff am nächsten kommen.
Jedoch kann bei der Herstellung von Halbleiterschichten auf langen und breiten Bändern die zeitliche Konstanz der Verdampfungsfläche unmöglich gewährleistet werden, was zur Inhomogenität der Schichtdicke über die Länge und Breite der Unterlage führt.
Beim Bedampfen der Schichten nach diesem Verfahren ist eine Abscheidung einzelner Fraktionen unmöglich, weil sie sich im Verdampfervolumen vermischen, was durch die kontinuierliche Stoffzuführung zum Verdampfer bedingt ist. Bei der Herstellung von Schichten mit Extremeigenschaften ist es erforderlich, aus der Zusammensetzung des Kondensats bestimmte im Ausgangsstoff enthaltene Fraktionen abzuscheiden. Die hohen Temperaturen des Verdampfers und die Explosivverdampfung haben den Auswurf des eingebrachten Stoffes aus dem Verdampfer zur Folge, was zu grossen Stoffverlusten und zur Verunreinigung der Halbleiterschicht durch Imprägnation von Ausgangsstoffteilchen führt.
Es ist eine Einrichtung zur Vakuumbedampfung von Halbleiterschichten aufeiner Unterlage grosser Länge bekannt, bei der der Ausgangs-Halbleiterstoff vor dem Bedampfen unmittelbar in einen kalten Verdampfer eingebracht wird.
Bedampft wird eine biegsame Unterlage, die über dem Verdampfer mit Hilfe eines Bandtransportmechanismus bewegt wird. Die erhaltenen Schichten sind durch die Inhomogenität der Eigenschaften gekennzeichnet, welche durch Fraktionieren des Ausgangsstoffes während der Verdampferarbeit bedingt ist.
Bekannt ist auch eine Einrichtung zum Bedampfen von Überzügen auf flachen Unterlagen im Vakuum. Die Einrichtung enthält in einer Vakuumkammer angeordnet: einen Unterlagenhalter und einen Verdampfer, der sich während der Verdampfung des Stoffes dreht und Molekularströme von verschiedenen Abschnitten der Arbeitsfläche des Verdampfers durchmischt, wodurch auf begrenzten Unterlagen Schichten mit homogenen Charakteristiken erhalten werden können. Über die Dicke der hergestellten Schicht wird Inho Homogenität der Eigenschaften wegen der Fraktionierung des Stoffes beobachtet.
Eine andere bekannte Einrichtung enthält Bunker, die mit einer Mehrkomponentenverbindung, beispielsweise mit A"'-BV, beschickt sind, aus denen eine periodische Zuführung des Ausgangsstoffes in einen Verdampfer nach Aufdampfen einer vorhergehenden Stoffdosis erfolgt. Die Homogenität der erhaltenen Schichten wird durch nachfolgendes Glühen gewährleistet.
Es ist eine Einrichtung zur Vakuumbedampfung bei Hochfrequenzerwärmung bekannt. Die Ausgangsstoffe werden in Reihenfolge in kalte Verdampfer eingebracht, die in Querrichtung verschoben und gehoben werden können, was es erlaubt, die Stoffe zur Erwärmungszone im Zentrum einer Hochfrequenzspule aufeinanderfolgend zuzuführen.
Bekannt ist eine Einrichtung zur Vakuumbedampfung von Schichten auf langen Unterlagen. Die Einrichtung enthält
Mittel zum Bewegen der Unterlage durch die Bedampfungszone, in der die Dämpfe des Verdampfungsgutes zur Oberfläche der Unterlage geleitet werden. Zwischen der Oberfläche der Unterlage und der Quelle der Dämpfe ist eine perforierte Schablone untergebracht. Die Bewegung der Schablone und der Unterlage durch die Sedimentierzone erfolgt mit unterschiedlicher relativer Geschwindigkeit.
Bekannt ist eine Einrichtung zum Einbringen des zu verdampfenden Stoffes für eine Anlage zum Auftragen von Metallüberzügen im Vakuum. In einer Vakuumkammer sind ein Verdampfer, ein rotierender Verschluss mit Schirm und eine Beschickungsvorrichtung untergebracht, wobei die letztere in Form von zwei Zylindern ausgeführt ist, von denen der äussere Eintragöffnungen aufweist. Der Verdampfer und die Eintragöffnungen sind durch ein Speiserohr verbunden.
Während der Verdampfung verringert sich die Menge des zu verdampfenden Stoffes im Innern des Verdampfers und die
Verdampfungsintensität geht beträchtlich zurück. In diesem
Fall wird unter gleichzeitigem Drehen des Verschlusses und
Schliessen des Verdampfers das Speiserohr gegenüber der
Eintragöffnung des äusseren Zylinders der Beschickungsvor richtung eingestellt, wonach sich der innere Zylinder der
Beschickungsvorrichtung um einen Schritt dreht und das
Metall über die Eintragöffnung in das Speiserohr gelangt, aus diesem dann in den Verdampfer eintritt und ihn ausfüllt
Zum Einbringen einer grossen Portion dreht sich der innere
Zylinder der Beschickungsvorrichtung mehrmals.
Bekannt ist eine Anlage zum Auftragen eines Metallüber zuges auf ein sich bewegendes Band durch Bedampfung (siehe FR-PS Nr. 2 052 433). Das Band wird mittels Rollen durch eine Vakuumkammer bewegt, in der das Band über
Verdampfer läuft, die den Ausgangsstoff enthalten. Die Ver dampfer werden durch einen Förderer in derselben Richtung wie das Band verschoben. Mit Hilfe von Heizelementen wird der in den Verdampfern enthaltene Stoff zum Auftragen au[' die untere Fläche des Bandes verdampft. Die Anlage ist zum Aufbringen eines Metallüberzugs in dicker Schicht auf breite Bänder aus synthetischem Material anwendbar. Zum Aufdampfen von Halbleiterstoffen fehlt in dieser Anlage die Verbindung zwischen der Verdampfungszeit der Ausgangsstofffraktionen und dem Augenblick des Einbringens einer Dosis in den Verdampfer.
Die Bewegung der Verdampfer über den Heizelementen gestattet es nicht, die zeitliche Konstanz der Temperaturen zu erreichen, was zur unterschiedlichen Verdampfungszeit identischer Fraktionen führt und die Verdampfungsperiode der ganzen Dosis beeinflusst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufdampfen von Halbleiterschichten und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, um eine zeitlich homogene und steuerbare Verteilung der Molekularströme sämtlicher im Ausgangsstoff enthaltenen Fraktionen in der Kondensationszone zu gewährleisten und es zu ermöglichen, auf biegsamen langen und breiten Unterlagen homogene Halbleiterschichten, Schichten mit Extremcharakteristiken sowie Film-Heterostrukturen auf ihrer Basis zu erhalten.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche I und 6 angegebenen Merkmale gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von homogenen Halbleiterüberzügen auf einer biegsamen, grossflächigen Unterlage und kann zur Erzeugung von Schichten Anwendung finden, die nach der Zusammensetzung sowohl dem Ausgangsmaterial nahekommen als auch sich von dem Ausgangsmaterial in einer vorgegebenen Richtung unterscheiden. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, verschiedenartige Strukturen mit einer sich steil wie auch stetig ändernden Trenngrenze zu schaffen.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Einrichtung zum Aufdampfen von Halbleiterschichten auf eine Unterlage unter Vakuum; Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Einrichtung, jedoch mit Schirmen an Haltern, die mit einem Dosierer verbunden sind;
Fig. 3 mit einer Rückstellvorrichtung versehene Schirme;
Fig. 4 Sektor mit einstellbarem Zentralwinkel:
Fig. 5 in der Höhe verstellbaren vertikalen Schirm, der zwischen zwei benachbarten Verdampfern angeordnet ist;
Fig. 6 Einrichtung zur Vakuumbedampfung von Halbleiterschichten mit am Bandtransportmechanismus angebrachten Verdampfern;
Fig. 7 Einrichtung zur Vakuumbedampfung von Halb leiterschichten mit einer Vorrichtung zum Vorschmelzen des
Ausgangsstoffes.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht in folgendem:
Die Halbleiterschichten werden durch Aufdampfen auf einer Unterlage unter Vakuum durch dosierte Zuführung eines Ausgangsstoffes zu erhitzten Verdampfern hergestellt.
Die Zuführung des Stoffes erfolgt periodisch, indem jeder der n-Verdampfer in Reihenfolge während einer Zeit beschickt wird, die um das 10- bis 1 Sfache geringer als das Intervall zwischen den Beschickungen zweier benachbarten Ver dampfer ist. Die Stoffdosis wird ausgehend von der Notwen digkeit einer gleichmässigen Bedeckung der gesamten wirk samen Oberfläche des Verdampfers und ausreichend zur voll ständigen Verdampfung dieser Dosis während der Zeit T bis zur nächstfolgenden Beschickung gewählt. Das Aufdampfen des Stoffes wird gleichzeitig aus allen beschickten Verdamp fern mit Überdeckung der Molekularströme in der Kondensationszone durchgeführt.
Zur Vergrösserung der Aufdampfgeschwindigkeit und zur gleichmässigen Verdampfung verschiedener Fraktionen erfolgt die Bedampfung aus den sich kontinuierlich bewegenden Verdampfern, die einer zusätzlichen Erhitzung in der Bedampfungszone mit anschliessender Abkühlung auf die Beschickungstem peratu r unterzogen werden.
Zweckm iissigerweise wird der Ausgangsstoff zur rationelleren und vollständigeren Ausnutzung desselben vorgeschmolzen und dann in flüssigem Zustand durch Benetzung eines sich bewegenden Bandes unterbrochener Oberfläche dosiert, das durch die Schmelze in die Bedampfungszone kontinuierlich durchgezogen wird, wo es einer zusätzlichen Erhitzung zur Verdampfung des Ausgangsstofl'es unterworfen wird.
Durch Durchziehen des Bandes unterbrochener Oberfläche, beispielsweise eines Netzes, durch die Schmelze des zu verdampfenden Stoffes erfolgt die Dosierung des Materials aurdem Band, das zugleich als Verdampfer in der Bedamp Iiingszone dient. Die Grösse der Dosis wird durch Durchzugsgeschwindigkeit des Bandes und die Viskosität des eingeschmolzenen Materials geregelt, welche durch Temperatur änderung vorgegeben wird.
In der Bedampfungszone dient ein jeder elementarer Abschnitt der Bandoberfläche als selbständiger Verdampfer, wobei ihre Anzahl derart gross ist, dass sie es gestattet, alle Fraktionen des aufdem Band befindlichen Materials gleichzeitig zu verdampfen. Das Nachfüllen der Schmelze geschieht durch regelbare Zuführung des Ausgangsmaterials aus dem Bunker durch den Eintrittsspalt, wobei das sich bewegende Band als Zuführungsmittel verwendet wird.
Zur Herstellung von Schichten fraktionierender Materialien mit vorgegebenen Parametern werden während einer jeden Verdampfungsperiode die erforderlichen Fraktionen selektiv aurgedampft, wobei der Molekularstrom für die Zeit der Verdampfung von überflüssigen Fraktionen unterbrochen wird.
Zur Verbesserung der Qualität und zur Steuerung der Parameter von aufzudampfenden Halbleiterstrukturen wird eine gleichzeitige Verdampfung sämtlicher Materialien, die die Heterostruktur bilden, aus verschiedenen Verdampfern auf eine sich kontinuierlich bewegenden Unterlage vorgenommen, die in Reihenfolge in die Verdampfungszone einer der Komponenten der Heterostruktur, dann in die Zone der regelbaren Überdeckung der Molekularströme der benachbarten Verdampfer und danach in die Verdampfungszone eines anderen Materials eingeführt wird.
Nachstehend wird die vorgeschlagene Erfindung durch konkrete Beispiele ihrer Ausführung erläutert, die die Möglichkeit der Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens bestätigen.
Beispiel 1
Als Ausgangsstoff wird As2Se3 mit der bekannten Anzahl von Hauptfraktionen, die gleich 3 ist, genommen. Der Stoff wird in zerkleinertem und kalibriertem Zustand eingebracht: Teilchen mit einer Grösse von 0,25-0,5 mm. Entsprechend der Anzahl der Fraktionen werden sechs Verdampfer verwendet Eine Stoffdosis, die in jeden Verdampfer eingebracht wird, beträgt 0,2-0,3 cm2, was für die gleichmässige Bedekkung der wirksamen Oberfläche des Verdampfers in einer gleichmässigen Schicht mit einer Dicke ausreicht, die mindestens der mittlerenCrösse eines Teilchens des Ausgangsstoffes gleich ist. Die Temperatur der Verdampfer wird entsprechend der maximalen Geschwindigkeit der gleichmässigen (ohne Sieden und Explosionen) Verdampfung des Stoffes, d.h.
370-400"C, gewählt. Die Beschickungsperiode wird gleich der Verdampfungszeit einer vorgegebenen Stoffdosis, d.h.
60 sec, eingestellt.
Nach Erzeugung von Vakuum und Erreichung eines vorgegebenen Temperaturzustandes der Verdampfer beginnt man das Einbringen des Ausgangsstoffes, und nach einer Periode, die der Beschickung aller sechs Verdampfer entspricht, d.h.
nach 60 sec, setzt die Verschiebung der Unterlage ein.
Zu diesem Zeitpunkt gelangt in den ersten Verdampfer eine neue Stoffdosis, und er beginnt die leichteste Fraktion zu verdampfen, während der ihm in Ablaufrichtung der Beschickung folgende Verdampfer die Verdampfung der schwersten Fraktion des Ausgangsstoffes beendet. Somit verdampft jeder von den sechs Verdampfern in verschiedenen Etappen seine eigene Fraktion. Der grosse Abstand von den Verdampfern bis zur Unterlage ( 15 cm) und die beträchtliche Kondensationszone (22 cm) gewährleisten eine vielfache Überdeckung der Molekularströme von allen Verdampfern.
Infolgedessen befinden sich in der ganzen Kondensationszone drei Fraktionen des Ausgangsstoffes, indem sie eine um so grössere Übereinstimmung der Kondensatzusammensetzung mit dem Ausgangsstoff gewährleisten, je mehr Verdampfer am Bedampfungsprozess teilnehmen und je langsamer sich die Unterlage durch die Kondensationszone bewegt.
Beispiel 2
Es wird die Vakuumbedampfung von Schichten As2Se3 durchgeführt. Das zerkleinerte Ausgangsmaterial wird portionsweise in Reihenfolge in jeden der kontinuierlich bewegten Verdampfer eingebracht, die auf eine Temperatur von 300-400"C erhitzt sind. Die beschickten Verdampfer werden einer zusätzlichen Erhitzung in der Verdampfungszone unterworfen, wo sie mit Hilfe eines der bekannten Verfahren, beispielsweise durch Elektronenbeschuss, auf eine Temperatur von 700-800 C erhitzt werden, bei der die Bedampfung der sich bewegenden Unterlage erfolgt. Als Bewegungsgeschwindigkeit der Verdampfer wird eine solche eingestellt, dass die Ausgangsportion beim Durchlauf durch die ausgedehnte Verdampfungszone, in welcher sich gleichzeitig sechs (n = 6) Verdampfer befinden, restlos verdampfen würde.
Nach Verlassen der Verdampfungszone passieren die Verdampfer die Zone der Abkühlung auf eine Temperatur von 300-400"C, die dem Temperaturzustand bei der Beschickung entspricht.
Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ermöglicht es, die Aufdampfgeschwindigkeit um das 7fache zu erhöhen. Durch Untersuchung der elektrophysikalischen Eigenschaften der Schichten wurde nachgewiesen, dass in der kondensierten ausgedehnten Schicht eine Homogenität der Parameter mit einer Streuung von 5-10% erzielt wurde.
Beispiel 3
Es wird die Vakuumbedampfung von Schichten As2Se3 durchgeführt. Das Ausgangsmaterial wird bis zur Erzielung von Teilchen kleiner als 1 mm gemahlen und in den Bunker eingebracht. Es wird das Band in Bewegung gesetzt, das den Ausgangsstoff durch den Eintrittsspalt in die Schmelzkammer unter gleichzeitigem Einschalten von Heizelementen zum Einschmelzen des Materials zuführt. Die Temperatur der Schmelze wird gleich 270-290"C aufrechterhalten, was bei der Bewegungsgeschwindigkeit des Bandes von 0,2 mm/sec dessen Benetzung mit einer Materialschicht bis 2 mm Dicke gewährleistet.
In der Bedampfungszone wird das Material auf dem Band einer zusätzlichen Erhitzung auf eine Temperatur von 630-650"C unterworfen. Das mit dem Material benetzte Band bedeckt sich mit diesem auf den beiden Seiten, und dementsprechend findet die Verdampfung sowohl auf der Innen- wie auch auf der Aussenseite statt, aber die intensive Erhitzung des Materials auf der Innenseite des Bandes leitet den Molekularstrom durch die Bohrungen im Band gleichfalls nach der Seite der Unterlage. Dies gestattet, Schichten von 2 um Dicke bei der Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage von 20 mm/sec zu erhalten.
Beispiel 4
Man erhält Schichten von Arsensulfid durch thermische Verdampfung im Vakuum auf eine metallisierte Unterlage zur Herstellung von fotothermoplastischen Informationsträgern.
Zuvor wird die Zusammensetzung der Dampfphase bestimmt und festgestellt, dass die Fraktionen der maximalen Empfindlichkeit nach 18-25 sec seit dem Verdampfungsbeginn der vorgegebenen Portion zu verdampfen anfangen. Um daher die empfindlichste Schicht zu erhalten, ist es notwendig, aus dem vollen Arbeitszyklus des Verdampfers einen zeitlichen Abschnitt abzusondern, der der Verdampfung der empfindlichsten Fraktionen entspricht.
Das Zeitintervall der Arbeit des Verdampfers im offenen Zustand, wenn der zu verdampfende Stoff auf der Unterlage kondensiert, wird ausgehend von der Forderung der Gewährleistung eines minimalen Wertes der Fotoempfindlichkeit gewählt. Wenn also für die Fotoempfindlichkeit der Schicht eines thermoplastischen Trägers eine Multiplizitätsgrösse von mindestens 7 gewährleistet werden muss, so bestimmt man nach der Kurve der zeitlichen Multiplizitätsverteilung des Kondensats die entsprechenden Werte der Zeit des Beginns und der Beendigung der Verdampferarbeit im offenen Zustand, d.h., wenn der zu verdampfende Stoff auf der Unterlage kondensiert.
Nach der vorläufigen Bestimmung der Verdampfungszeit der Fraktionen des aufzudampfenden Materials führt man die thermische Verdampfung im Vakuum auf die sich bewegende Unterlage gleichzeitig aus mehreren Verdampfern durch, denen das Verdampfungsgut diskret zugeführt wird.
Die Bedampfung erfolgt bei derTemperatur von 410 C.
Während einer jeden Verdampfungsperiode wird der Molekularstrom unterbrochen, indem auf seinem Wege ein Schirm angeordnet wird, der die Kondensation derjenigen Fraktionen verhindert, die den erforderlichen Empfindlichkeitswert der Schicht nicht gewährleisten.
Aufdiese Weise erhält man Schichten von Halbleitermaterialien grosser Länge, die homogene und reproduzierbare Parameter mit vorgegebenen Eigenschaften besitzen, die in Abhängigkeit von den Bedürfnissen ihrer Anwendung für bestimmte Zwecke gesteuert werden.
Das vorliegende Verfahren gestattet es, die natürliche Fraktionierung von aufzudampfenden Materialien für die Steuerung der Eigenschaften der erhaltenen Schichten durch selektives Aufdampfen von Materialfraktionen zu benutzen, die die vorgegebenen Eigenschaften gewährleisten.
Beispiel 5
Man erhält Halbleiter-Heterostrukturen, die durch Materialien As2S3 und AsSe.' gebildet sind. Die Ausgangsstoffe werden in verschiedene Verdampfer eingebracht, die auf die Temperatur von 390 bzw. 370"C erhitzt sind, welche eine bestimmte Verdampfungsgeschwindigkeit bedingen. Der zu verdampfende Stoff wird auf der sich bewegenden Unterlage kondensiert. Der Abstand zwischen der Verdampfergruppe für As2S3 und der Verdampfergruppe für As2Se3 wird gleich 5 cm und zwischen den Verdampfern und der Unterlage gleich 2 cm eingestellt.
Bei der gewählten Anordnungsgeometrie und der Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage von 3 mm/sec werden aufder Unterlage die beiden Halbleiter kondensiert, und die Dicke des zonenvariablen Bereiches der Struktur beträgt 1,57 um.
Durch Änderung des Abstandes zwischen den Verdampfergruppen lassen sich die Überdeckungszone der Molekularströme und dementsprechend der zonenvariable Bereich regeln. Wenn also der Abstand zwischen den Verdampfern vergrössert wird, so verringert sich dadurch die Zone der gemischten Molekularströme, und auf der sich bewegenden Unterlage wird eine Schicht mit einem kleineren zonenvariablen Bereich kondensieren. Für Verdampfer, die in einem Abstand von 6 cm und 4 cm von der Unterlage angeordnet sind, hat der zonenvariable Bereich diejeweiligen Werte 0,7 um und 2,5 um.
Mit der Vergrösserung des zonenvariablen Bereiches wird der Übergang von einem Stoff zum anderen langsamer und stetiger, während er mit der Verkleinerung des zonenvariablen Bereiches abrupter wird.
Die Grösse des zonenvariablen Bereiches kann auch durch gegenseitige Anordnung der Verdampfer und der Unterlage geregelt werden. Durch Senken oder Heben einer der Verdampfergruppen oder der beiden Gruppen können die Gebiete der Kondensation aus diesen Verdampfern erweitert oder eingeengt werden, und dementsprechend kann auch der Bereich der Überdeckung der Molekularströme und folglich die Dicke des zonenvariablen Bereiches in der hergestellten Schicht verändert werden.
Beispiel 6
Man erhält die zonenvariable Struktur AszS-AszSe3 durch thermische Verdampfung im Vakuum aus zwei Gruppen von Verdampfern, die in einem fixierten Abstand voneinander und von der Unterlage angeordnet sind, die sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt. Die Temperatur der Verdampfer wird in Höhe von 370" bzw. 390"C eingestellt, wodurch die gleiche Kondensationsgeschwindigkeit, die 0,2 um/sec beträgt, gewährleistet wird.
Durch Erhöhung der Temperatur der zweiten Gruppe der Verdampfer wird eine Vergrösserung der Geschwindigkeit der Verdampfung des Stoffes aus ihnen erreicht, und dadurch wird die Zusammensetzung der Dampfphase im Bereich der gemischten Molekularströme verändert, die die Herstellung von Strukturen mit verschiedenen zonenvariablen Bereichen bestimmt.
Bei der Geschwindigkeit der Kondensation von As2Se3 gleich 0,3 um/sec beträgt die Dicke des zonenvariablen Bereiches 1,96 um, bei 0,4 um/sec,-2,4 um, bei 0,8 um/sek,- 3,2 um.
Somit führt die Erhöhung der Kondensationsgeschwindigkeit zur Erweiterung des zonenvariablen Bereiches.
Beispiel 7
Man erhält die zonenvariable Struktur As2s-As2Se3 durch thermische Verdampfung im Vakuum aus zwei Gruppen von Verdampfern bei gleichbleibender Verdampfungsgeschwindigkeit, konstanter Temperatur der Verdampfer und vorgegebener Geometrie der Anordnung der Verdampfer untereinander und zur Unterlage.
Bei den Temperaturen der Verdampfer von 370" und 390"C wird die Kondensationsgeschwindigkeit von 0,2 Fm/sec für Verdampfer gewährleistet, die voneinander in einem Abstand gleich 5 cm und von der Unterlage in einem Abstand gleich 2 cm angeordnet sind. Bei diesen Parametern erhält man einen zonenvariablen Bereich in der Schicht gleich 1,57 um.
Die Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit der
Unterlage wird die Dicke der hergestellten Schichten sowie die Dicke des zonenvariablen Bereiches umgekehrt proportional beeinflussen.
Bei der zweifachen Verminderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage werden in jedem Kondensationsgebiet doppelt so dicke Schichten erhalten, und der zonenvariable Bereich wird ebenfalls doppelt so dick. Bei der Erhöhung der Geschwindigkeit der Unterlage nimmt die Dicke der Schichten ab. Für eine Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage von 6 mm/sec befindet sich das fünfzigprozentige Verhältnis der Komponenten des Heteroübergangs im zonenvariablen Bereich im Abstand von 0,93 um von der Unterlage über die Schichtdicke, für die Geschwindigkeit von 3 um aber im Abstand von 1,87 zum.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es, Heterostrukturen auf ausgedehnten Flächen zu erhalten. Der Prozess der Herstellung des Endproduktes ist kontinuierlich. Es ist die Möglichkeit zur Regelung der Parameter der erhaltenen Strukturen unmittelbar bei deren Herstellung geschaffen. Dadurch, dass der Diffusionsvorgang und die damit verbundene Notwendigkeit der Schaffung von bestimmten Temperaturverhältnissen ausgeschlossen sind, kennzeichnen sich die erhaltenen Strukturen durch bessere Qualität, gleichmässige Verteilung von Parametern, zeitliche Stabilität der Eigenschaften.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man zonenvariable Strukturen mit verschiedenen Dicken des zonenvariablen Bereiches unter gleichzeitiger Regelung seiner Lage über die Dicke der gesamten Struktur.
Nach diesem Verfahren können auch abrupte Heteroübergänge durch Anwendung des gleichzeitigen Aufdampfens von die Struktur bildenden Materialien erhalten werden.
Die Einrichtung zur Vakuumbedampfung von Halbleiterschichten enthält einen Bunker 1 (Fig. 1), in den ein vorzerkleinerter und vorkalibrierter Stoff eingebracht wird. Im unteren Teil des Bunkers 1 sind Öffnungen 2 ausgeführt, deren Zahl der Anzahl von Verdampfern 3 entspricht, über denen mit Hilfe eines Bandtransportmechanismus 4 eine Unterlage durchgezogen wird, die als Band 5 gestaltet ist.
Durch die Öffnungen 2 wird der Ausgangsstoff zu Vertiefungen 6 zugeführt, die an der Oberfläche der rotierenden Welle 7 eines Dosierers angebracht sind und mit den Verdampfern 3 über Leitrinnen 8 in Verbindung gesetzt werden.
Die Zahl der Vertiefungen 6 an der Welle 7 des Dosierers fällt mit der Anzahl der Verdampfer 3 zusammen. Die Vertiefungen 6 sind in bezug aufeinander um einen Winkel gleich l ' versetzt, worin n die Anzahl der Verdampfer 3 bedeutet.
Der Molekularstrom aus den Verdampfern 3 zur Unterlage ist durch eine Wärmeabschirmung 9 mit einer Heizspirale 10 an deren Aussenseite begrenzt.
Die Abmessungen der Vertiefungen 6 sind so gewählt, dass der die Vertiefungen 6 ausfüllende Ausgangsstoff beim Schütten durch die sich bewegenden Rinnen 8 auf der Oberfläche der Verteiler 3 gleichmässig verteilt wird. Der Begrenzer 11 des Bunkers I ebnet die Oberfläche des Stoffes in der Vertiefung 6 ein.
Zur Absonderung aus dem Molekularstrom von vorgegebenen Fraktionen sind auf dem Wege des Molekularstromes aus den Verdampfern 3 zur Unterlage Überdeckungsschirme 12 (Fig. 2) angebracht, die mit Hilfe der Welle eines Antriebs
13 in Bewegung versetzt werden, die sich in einer Ebene unter den Verdampfern 3 befindet. Die Drehbewegung wird zur Welle 7 des Dosierers und zur Welle des Antriebs 13 von einem Elektromotor, der ausserhalb der Vakuumkammer angebracht ist, mittels Hauptwelle 14 und Zahnrädern 15 übertragen.
Das Antriebswerk der Schirme 12 ist in Fig. 3 dargestellt.
Es enthält die Welle des Antriebs 13, die mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie die Welle 7 des Dosierers (Fig. 2) rotiert. Aufdie Welle des Antriebs 13 (Fig. 3) sind Flachscheiben 16 aufgesetzt, deren Zahl der Anzahl der Verdampfer 3 (Fig. 2) entspricht und an denen Sektoren 17 mit einem Halbmesser befestigt sind, der grösser als der Halbmesser der Scheibe 16 ist.
Der Zentralwinkel der Öffnung des Sektors 17 ist durch die Beziehung bestimmt: cm= 360 (t2-t,),
Ti worin bedeuten: Ti - Periode der Ausgangsstoffzuführung zu den Verdampfern 3 (Fig. 2), ti - Zeit des Beginns der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen, t2 - Zeit der Beendigung der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen.
Die Überdeckungsschirme 12 (Fig. 3) sind an Haltern 18 befestigt, die als zylindrische Stäbe drehbar um ihre Achsen ausgeführt sind. An den Haltern 18 sind in der Berührungsebene mit den vorstehenden Sektoren 17 Fähnchen 19 zur Drehung der Schirme 12 angebracht. Auf der anderen Seite der Halter 18 sind Begrenzer 20 angebracht, die den stationären Zustand der Halter 18 mit den Schirmen 12 vorgeben.
Die Halter 18 sind mit einer Rückführvorrichtung versehen, die in Gestalt einer Feder 21 ausgeführt ist, deren eines Ende befestigt und deren zweites Ende mit an den Haltern 18 angeordneten Stäben 22 verbunden ist.
Der Sektor 17 mit dem regelbaren Zentralwinkel a (Fig. 4) ist an der Flachscheibe 16 befestigt, in der ringförmige Schlitze 23,24 vorgesehen sind. An der Scheibe 16 sind mittels Einspannschrauben 25 zwei Stützzipfel 26 befestigt, mit deren Hilfe der Zentralwinkel cm der Öffnungen des Sektors 17 vorgegeben wird. Zwischen den Stützzipfeln 26 sind Zipfel 27 angeordnet, die Rasten 28 aufweisen. In der zusammengebauten Konstruktion ragen die Rasten 28 in die ringförmigen Schlitze 23 und 24 der Flachscheibe 16 und verhindern die Bewegung der Zipfel 26,27.
Die Zipfel 26, 27 sind so angeordnet, dass der Rand des einen auf den Rand des anderen aufläuft, wodurch ein Fächer entsteht. An den Rändern wird der Fächer an die Scheibe 16 durch die Stützzipfel 26 angedrückt, was die erforderliche Steifigkeit der Konstruktion gewährleistet.
Der Bandtransportmechanismus 4 (Fig. 5) zieht die als Band 5 ausgebildete Unterlage mittels Führungsrollen 29 dadurch, die mit einem Rahmen 30 verbunden sind, in dem ein Fenster 31 vorhanden ist, welches das Kondensationsgebiet über die Breite und Länge des Bandes 5 für die Stoffe begrenzt, die aus zwei Gruppen der Verdampfer 3 verdampft werden. Am Rahmen 30 ist ein Schutzschirm 32 angebracht.
In das Gebiet 33 der Kondensation der gemischten Molekularströme ist ein vertikaler Schirm 34 eingeführt, der mit einer Vorrichtung 35 zu seiner Höhenverstellung verbunden ist.
Zur gleichmässigen Verdampfung verschiedener Fraktionen werden die Verdampfer 3 (Fig. 6) an einem zusätzlichen Bandtransportmechanismus 36 angebracht, der mit der Welle 7 des Dosierers mit Hilfe eines Synchronisators 37 verbunden ist. Zwischen der Bedampfungszone und der Beschickungszone sind in der Bewegungsrichtung der Verdampfer 3 Vorrichtungen 38 zur Abkühlung der Verdampfer 3 auf die Beschickungstemperatur angeordnet. Zwischen dem Band 5 und den Verdampfern 3 ist ein feststehender Schirm 39 mit Fenstern 40 untergebracht. In der Bedampfungszone werden die Verdampfer 3 einer zusätzlichen Erhitzung mit Hilfe eines Erhitzers 41 unterzogen.
Zur rationelleren und vollständigeren Ausnutzung des Ausgangsstoffes sind in einer Vakuumkammer 42 (Fig. 7) der Einrichtung ein Aufgabebunker 1 und eine Vorrichtung 43 zum Vorschmelzen des Ausgangsstoffes untergebracht, die eine Kammer 44 mit in ihr angeordneten Erhitzern 45, einen Deckel 46 und eine Führung 47 enthält, die als halbzylindrische Oberfläche ausgebildet ist, die eine Reihe von Durchgangsbohrungen 48 aufweist. Im Deckel 46 ist ein Eintrittsspalt 49 und ein Austrittsspalt 50 vorhanden, die tangential zur zylindrischen Oberfläche der Führung 47 angebracht sind.
Durch die Spalte 49 und 50 läuft die Führungen 47 umschlingend ein Band 51 unterbrochener Oberfläche, beispielsweise ein Netz, dessen Bewegung ein Antriebsmechanismus 52 vorgibt, welcher aus einer Antriebstrommel 53, einer Spanntrommel 54, einer Umlenktrommel 55 und einem ausserhalb der Vakuumkammer 42 installierten Elektromotor 42 mit Getriebe (in Fig. nicht abgebildet) besteht. Die Antriebstrommel 53 gewährleistet die vertikale Bewegung des Bandes 51 aus dem Eintrittsspalt 50. In der Richtung seiner Bewegung läuft das Band 51 in der unmittelbaren Nähe eines mit einem Schirm 56 versehenen Erhitzers 57, der das aus der Schmelzkammer 44 austretende Material auf die Unterlage verdampft, die als Band 5 ausgebildet ist, dessen Bewegung durch den Bandtransportmechanismus in derselben Richtung wie das Band 51 vorgegeben wird.
Im unteren Teil des Aufgabebunkers list ein Fenster mit einem beweglichen Schieber 58 zur geregelten Materialzufuhr zur Schmelzkammer 44 über den Kanal 59 vorhanden.
Der Antriebsmechanismus 52 ist gegen Erwärmung durch einen Schutzschild 60 mit Wasserkühler 61 geschützt.
Die Einrichtung arbeitet auf die folgende Weise:
Ein zerkleinerter Halbleiterstoff wird in den Bunker 1 (Fig. 1) eingebracht, das Band 5 wird in den Band.ransport- mechanismus 4 eingeführt. Man erzeugt Vakuum, erhitzt die Verdampfer 3 auf die Verdampfungstemperatur des Stoffes, gibt die Bewegungsgeschwindigkeit des Bandes 5 vor und schaltet den Dosierer ein. Bei der Drehung der Welle 7 des Dosierers läuft die Vertiefung 6 unter der Öffnung 2 im Bunker 1 durch und der Ausgangsstoff füllt dieselbe aus. Bei der weiteren Drehung der Welle 7 des Dosierers ebnet der Begrenzer 11 des Bunkers 1 die Oberfläche des Stoffes in der Vertiefung 6 ein, welcher dann durch die Leitrinne 8 über die Oberfläche des jeweiligen Verdampfers 3 verstreut wird.
Als Drehgeschwindigkeit der Welle 7 des Dosierers und Ver dampfangsgeschwindigkeit des Stoffes werden solche gewählt, dass zum Zeitpunkt des Eingangs einer neuen Stoffdosis in den Verdampfer 3 im letzteren praktisch der ganze Stoff verdampft ist. Hierbei nehmen an der gleichzeitigen Verdampfung die Verdampfer 3 teil, deren Anzahl durch die Zahl der Fraktionen im Ausgangsstoff teilbar ist. Durch Aufeinanderfolge und Kreisläufigkeit der Arbeit des Systems Dosierer-Verdampfer 3 wird die Verkleinerung der Verdampfungsfläche des Stoffes in einem der Verdampfer durch Zugabe des Stoffes in einen anderen Verdampfer 3 ausgeglichen, so dass die gesamte Verdampfungsfläche konstant bleibt. Infolgedessen wird in der Kondensationszone eine zeitlich konstante Diche der.
Molekularströme sämtlicher Fraktionen gewährleistet, während die Überdeckung der Molekularströme und die Bewegung des Bandes 5 die notwendigen Bedingungen zur Herstellung von nach ihren elektrophysikalischen Parametern homogenen Schichten schafft.
Um Schichten mit Extremaleigenschaften zu erhalten, werden auf dem Wege des Molekularstromes aus den Verdampfern 3 (Fig. 2) zu dem Band 5 die Überdeckungsschirme 17 angebracht. Nach Erreichen eines erforderlichen Unterdrucks in der Vakuumkammer und nach Erhitzung der Verdampfer 3 auf die geforderte Temperatur werden der Bandtransportmechanismus 4 und der Elektromotor eingeschaltet, mit dem die Hauptwelle 14 verbunden ist. Die Drehung der Hauptwelle 14 wird mit Hilfe der Zahnräder 15 zur Welle 7 des Dosierers und zur Welle des Antriebs 13 übertragen. Bei der Drehung der Welle 7 des Dosierers laufen die Vertiefungen 6 unter den Öffnungen 2 im Bunker 1 durch und werden mit dem Stoff ausgefüllt.
Die weitere Drehung der Welle 7 des Dosierers führt dazu, dass der Stoff in die Rinne 8 gelangt, durch welche er dann in die Verdampfer 3 geleitet wird. Die Periode des Eintritts des Stoffes in jeden einzelnen Verdampfer 3 wird durch die Drehungsperiode der Welle 7 des Dosierers vorgegeben und so eingestellt, dass zum Zeitpunkt des Eingangs einer Stoffportion die vorhergehende vollständig verdampft ist. Im Augenblick des Eintritts der Stoffportion in den Verdampfern 3 befindet sich der Überdeckungsschirm 12 in der Ausgangsstellung und unterbricht den Molekularstrom auf dem Wege aus dem Verdampfer 3 zum Band 5.
Nach Verlauf einer Zeit tl, die dem Beginn der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen entspricht, nimmt die Welle des Antriebs 13 (Fig. 3) eine solche Stellung ein, dass der Rand des vorstehenden Sektors 17 das Fähnchen 19 zur Drehung des Schirmes 12 berührt und dieses zusammen mit dem Halter 18 und dem Schirm 12 um die Achse dreht. Hierbei nimmt der Überdeckungsschirm 12 eine zur Zeichnungsebene senkrechte Stellung ein und gewährleistet den Dämpfen des zu verdampfenden Stoffes einen freien Zutritt zur Unterlage. Nach Verlauf einer Zeit t2 seitdem Augenblick des Eingangs der Stoffportion kommt das Ende des vorstehenden Sektors 17 gegenüber dem Ende des Fähnchens 19 zur Drehung des Schirmes 12 zu stehen, und der Schirm 12 nimmt unter Einwirkung der Rückführfeder 21 die Ausgangsstellung ein und überdeckt den Molekularstrom.
Somit wird ein freier Zutritt des Molekularstromes zur Unterlage von dem Zeitmoment tl bis zum Zeitmoment t2 nach Gelangen der Stoffportion in den Verdampfer 3 gesichert; in den übrigen Zeitmomenten befinden sich die Schirme 12 in der Ausgangsstellung und unterbrechen den Molekularstrom. Die überflüssigen Fraktionen kondensieren an den Überdeckungsschirmen 12 und gelangen nicht auf die Unterlage.
Der Zentralwinkel a (Fig. 4), der den vorstehenden Sektor 17 bestimmt, wird ausgehend von den folgenden Erwägungen eingestellt.
Unter konstanten technologischen Bedingungen bleibt die Zeit der vollständigen Verdampfung gleicher Einwaagen des Stoffes konstant und gleich T. Die Periode T2 der Drehung der Welle 7 des Dosierers (Fig. 1), die mit der Periode Ti der Stoffzuführung zu den Verdampfern 3 zusammenfällt, wird aufsolche Weise eingestellt, dass die Beziehung T2 > T erfüllt wird. Der Zeitmoment tl des Verdampfungsbeginns und der Zeitmoment t2 der Beendigung der Verdampfung von Fraktionen mit den geforderten Werten des Parameters, beispielsweise der Fotoempfindlichkeit, bleiben für die gewählte Stoffdosis und die vorgegebene Verdampfungstemperatur von Dosis zu Dosis konstant. Es sei, eine Stoffdosis gelangt in einen einzelnen Verdampfer 3 im Zeitmoment t = 0.
Der Überdeckungsschirm 12 (Fig. 2) muss sich in der Ausgangsstellung befinden und den Zutritt der Dämpfe des zu verdampfenden Stoffes zur Unterlage überdecken. Im Zeitmoment t = tl (Zeit des Beginns der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen) soll sich der Schirm 12 drehen und einen ungehinderten Zutritt der Dämpfe des Stoffes zur Unterlage freigeben. In dieser Lage soll sich der Schirm 12 bis zum Zeitmoment t = t2 (Zeit der Beendigung der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen) befinden.
Der Überdeckungsschirm 12 dreht sich, wenn der vorste hende Sektor 17(Fig. 1)mitdem Fähnchen 19 zur Drehung des Schirmes 12 in Berührung kommt, sobald das Ende des Sektors 17 gegenüber dem Fähnchen 19 zu stehen kommt; der Halter 18 mit dem Schirm 12 erhält die Möglichkeit, sich in die Ausgangsstellung zu drehen und den Zutritt der Dämpfe zur Unterlage zu unterbinden. Die Zeit des Verweilens des Schirmes 12 im offenen Zustand wird durch Berührungszeit des vorstehenden Sektors 17 mit dem Drehungsfähnchen 19 bestimmt und soll t2-tl gleich sein.
In der Zeiteinheit dreht sich die Welle des Antriebs 13 zusammen mit dem Sektor 17 um einen Winkel 36ll . Daraus wird der Zentralwinkel a (Fig. 4), der den Sektor bestimmt, gemäss der folgenden Beziehung errechnet:
360 (t2-ti),
Ti worin bedeuten: Ts - Periode der Stoffauführung zu den Verdampfern; ti - Zeit des Beginns der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen; t2 - Zeit der Beendigung der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen.
Der Sektor 17 wird auf der Welle des Antriebs 13 solcherweise angeordnet, dass im Augenblick der Stoffzuführung zu dem betreffenden Verdampfer 3 (Fig. 2) der Zentralwinkel (Fig. 4) zwischen dem Anfang des Sektors 17 (Fig. 3) und dem Fähnchen 19 zur Drehung des Schirmes 12 der folgenden Grösse gleich ist:
360 > Ti worin bedeuten:
3 - Zentralwinkel zwischen dem Anfang des Sektors und dem
Fähnchen zur Drehung des Schirmes; T - Periode der Stoffzuführung zu den Verdampfern; tl - Zeit des Beginns der Verdampfung von erforderlichen Fraktionen.
Es bietet sich die Möglichkeit, nur die Fraktionen des zu verdampfenden Stoffes aufzutragen, die die geforderten
Eigenschaften besitzen. Die Wahl verschiedener Zeitintervalle des Verdampfungsprozesses und des Auftragungsbeginns, die durch die Werte derjeweiligen Grössen a und ss vorgegeben werden, gestattet es, Halbleiterschichten grosser
Länge mit verschiedenen Werten des gewählten Parameters beim Verdampfen ein und desselben Stoffes zu erhalten.
Hierbei ergeben sich homogene Schichten, die eine geringe Streuung der Eigenschaften über die Schichtlänge aufweisen.
Um die Halbleiter- Heterostrukturen zu erhalten, werden die entsprechenden Stoffe in verschiedene Gruppen der Verdampfer 3 (Fig. 5) eingebracht, zwischen denen der vertikale Schirm 34 angeordnet wird, der mit der Vorrichtung 35 zu seiner Höhenverstellung verbunden ist. Bei dem vollständig gehobenen vertikalen Schirm 34 wird mit der fortschreitenden Bewegung des Bandes 5 auf dieses zuerst der Stoff aus den einen Verdampfern 3 und dann aus den anderen aufgedampft. Somit ist bei gleichzeitigem Aufdampfen die Herstel lung eines abrupten Heteroübergangs möglich.
Beim Senken des vertikalen Schirmes 34 mit Hilfe der Verstellvorrichtung 35 wird es möglich, dass der in den ersten Verdampfern 3 befindliche Stoff in die Kondensationszone des Stoffes gelangt, welcher aus den zweiten Verdampfern 3 verdampft wird, und umgekehrt, d.h., es entsteht ein neues Kondensa tionsgebiet 33, das durch die Vermischung der Molekular ströme von aus den Verdampfern 3 verdampften Stoffen gebildet ist.
In diesem Fall wird der Übergang in der Heterostruktur nicht abrupt und zwischen den Schichten bildet sich ein Übergangsgebiet mit stetiger Änderung der Zusammensetzung von einem Stoff zum anderen.
Durch bei der Bedampfung erfolgende Änderung der Höhenlage des vertikalen Schirmes 34 in bezug auf die Unterlage kann das Gebiet der gemischten Molekularströme vergrössert oder verkleinert werden, und folglich wird die Dicke des Gebiets des stetigen Übergangs in der Struktur ebenfalls zu- oder abnehmen, was zur Veränderung der fotoelektrischen Eigenschaften der hergestellten Filme führt.
Durch Anordnung des Schirmes 34 während der Bedampfung in einer bestimmten Höhe kann man Strukturen mit den erforderlichen fotoelektrischen Eigenschaften erhalten.
Somit ermöglicht es die erfindungsgemässe Einrichtung, zonenvariable Strukturen auf ausgedehnten Oberflächen zu erhalten. Es ist die Möglichkeit geschaffen, Dünnfiimstrukturen verschiedenen Typs zu erhalten.
Der Prozess der Herstellung des Endproduktes ist kontinuierlich. Mit Hilfe der erfindungsgemässen Einrichtung ist es möglich die Parameter der erhaltenen Strukturen unmittelbar bei der Herstellung derselben zu regeln.
Zur Erhöhung der schnellen Arbeitsweise der Einrichtung und des Wirkungsgrades werden die an dem zusätzlichen Bandtransportmechanismus 36 angebrachten Verdampfer 3 (Fig. 6) in Reihenfolge mit Ausgangsstoff in dem Augenblick beschickt, in welchem sich der Verdampfer 3 unter der Rinne 8 befindet. Danach werden sie in die Bedampfungszone verschoben, wo sie einer zusätzlichen Erhitzung unterzogen werden, was zu einer beträchtlichen Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit, d.h. der Leistungsfähigkeit der Einrichtung beiträgt.
Nach Verlassen der Bedampfungszone gelangen die Verdampfer 3 bei ihrer kontinuierlichen Bewegung in die Kühlzone, wo sie die Beschickungstemperatur erlangen, die gleich demjenigen maximalen Wert eingestellt wird, bei dem kein Auswurf der eingebrachten Stoffteilchen aus den Verdampfern 3 beobachtet wird, was zur Verminderung der Verluste bei der Beschickung führt.
Um Schichten zu erhalten, die sich nach ihrer Zusammensetzung vom Ausgangsmaterial unterscheiden, sowie zur Herstellung von in bezug auf die Empfindlichkeit extremalen Schichten ist zwischen der Unterlage 5 und den Verdampfern 3 in der unmittelbaren Nähe der letzteren ein feststehender Schirm 39 mit mindestens einem Fenster 40 regelbarer Breite angeordnet. Das Vorhandensein des Fensters gestattet es, den Molekularstrom einer vorgegebenen Fraktion von den Verdampfern durchzulassen, die sich im gleichen Verdampfungsstadium befinden. Durch Regelung der Fensterbreite steuert man den Molekularstrom, indem man in der Zusammensetzung des Kondensats die Menge ähnlicher Fraktionen verändert.
Um Schichten herzustellen, die nach mehreren Parametern, beispielsweise nach Empfindlichkeit und spezifischem Widerstand optimal sind, wird ein Schirm mit mehreren Fenstern angeordnet, wobei jedes Fenster zur Abscheidung von Fraktionen benutzt wird, die den Maximalwert des ausgesonderten Parameters gewährleisten.
Die mit der Vorrichtung 43 (Fig. 7) zum Vorschmelzen des Ausgangsstoffes versehene Einrichtung arbeitet folgenderweise:
Vorläufig wird der Aufgabebunker 1 und die Vorschmelzkammer 44 mit Ausgangsstoff beschickt. In den Bandtransportmechanismus 4 wird eine Bobine mit der erforderlichen Menge der Unterlage eingesetzt. Nach Erreichen der geforderten Vakuumgrösse in der Arbeitskammer 42 werden die Erhitzer 45 der Vorschmelzkammer 44 eingeschaltet, und bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur des eingeschmolzenen Ausgangsstoffes wird der Antriebsmechanismus 52 für die Bewegung des Bandes 51 eingeschaltet. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Bandes wird in einem Bereich von 0,01 0,1 m/min vorgegeben. Das durch die Schmelze laufende Band 51 zieht eine bestimmte Menge des Materials dank Benetzbarkeit der Oberfläche des Bandes 51 heraus.
Durch Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bandes 51 und Änderung der Temperatur des eingeschmolzenen Stoffes wird sich die Menge des herauszuziehenden und folglich zu verdampfenden Stoffes und somit die Dicke der aufgedampften Schicht verändern.
Gleichzeitig mit dem Einschalten des Antriebsmechanismus 52 wird die Speisung der Erhitzer 57 eingeschaltet, die die Verdampfung des Stoffes von der Oberfläche des Bandes 51 gewährleisten.
Der zu verdampfende Stoff kondensiert auf der Unterlage, die als Band 5 ausgebildet ist, das in derselben Richtung wie auch das Band 51 bewegt wird.
Während der Arbeit der Einrichtung wird der Verbrauch des Ausgangsstoffes aus der Vorschmelzkammer 44 durch den Stoff aufgefüllt, der aus dem Bunker 1 durch den Kanal 59 ankommt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Einrichtung gestatten es somit: - eine zeitlich homogene und steuerbare Verteilung in der Kondensationszone von Molekularströmen sämtlicher Fraktionen, die im Ausgangsstoff enthalten sind, zu erzielen, welche nach elektrophysikalischen Parametern homogene Halbleiterschichten auf langen biegsamen Bändern 5 herzustellen ermöglicht; - eine maximale Übereinstimmung der Zusammensetzung der Halbleiterschicht mit der Zusammensetzung des Ausgangsstoffes bei der Ausnutzung aller Fraktionen des letzteren zu erreichen; - die Eigenschaften der Halbleiterschicht zielgerichtet zu verändern, indem ein Teil der Fraktionen aus der Zusammensetzung des Molekularstromes in der Kondensationszone ausgeschlossen und dadurch Schichten mit Extremaleigenschaften erhalten werden;
; - die Arbeitsleistung der Einrichtung beträchtlich zu steigern, und zwar durch Beseitigung des Stoffauswurfes dank der Beschickung der Verdampfer 3 bei niedrigeren Temperaturen und durch Einführung der Verdampfer 3 in die Zone der zusätzlichen Erhitzung zur Steigerung der Verdampfungsgeschwindigkeit; - durch Vermischen der Molekularströme von verschiedenen Ausgangsstoffen in der Kondensationszone 33 und durch aufeinanderfolgendes Einführen der sich bewegenden Unterlage in die Bereiche der Molekularströme unterschiedlicher Zusammensetzung sowohl schroffe als auch zonenvariable Heterostrukturen mit unterschiedlichem Gehalt der Schichten in einem einheitlichen Bedampfungszyklus zu schaffen; - durch verhältnismässig einfache Methoden das Profil der Energieschwelle in den zonenvariablen Übergängen zu regeln und Halbleiter-Heterostrukturen verschiedener Zweckbestimmung zu schaffen.
Ausserdem erfordert das Verfahren keine Veränderung und Regelung der vorgegebenen Temperaturzustände nach einem komplizierten Programm während der Bedampfung und ermöglicht es, reproduzierbare Schichtparameterzu gewährleisten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist hinreichend billig und wirtschaftlich; weil es gestattet, in einem einheitlichen technologischen Zyklus grosse Massive von Halbleiterüberzügen auf einer biegsamen Grundlage zu erhalten, und die Möglichkeit zum Ausschluss einzelner Fraktionen bei der Verdampfung erlaubt es, billige Ausgangsstoffe mit geringem Reinigungsgrad zu verwenden.
Dank dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Bereich der möglichen Anwendungen von anorganischen Halbleiterstoffen erheblich erweitert. So z.B. wurde es möglich, sie in Systemen der Registrierung der optischen Information einzusetzen, nämlich solchen wie Foto- und Filmkameras, in Einrichtungen zur Aufzeichnung mittels Licht- und Laserstrahl auf ein sich kontinuierlich bewegendes Band. Bei allen diesen und ähnlichen Systemen ist eine hohe Homogenität der elektrophysikalischen Parameter der Halbleiterschicht auf der gesamten Bandlänge erforderlich.