CS241281B1 - Předehřívací těleso ingotu polovodičového materiálu pro letmou pásmovou tavbu indukčním ohřevem - Google Patents

Abstract

Očelem řešení je zachování čistoty zpracovávaného polovodičového materiálu při zahájeni tavby indukčním ohřevem. Uvedeného účelu se dosáhne použitím předehřívacího tělesa podle vynálezu, vytvořeného ze shodného polovodičového materiálu a ohřívaného indukční cívkou. Předehřívací těleso je tvořeno kompaktním blokem s vrstvovou strukturou, obsahujícím stykovou izolační vrstvu a elektricky vodivou vrstvu. Styková izolační vrstva je datována příměsmi maximálně do koncentrace příměsí ve zpracovávaném polovodičovém materiálu a elektricky vodivá vrstva je vodivá při teplotě místnosti. Zpracovávaný polovodičový materiál je ohříván prostřednictvím stykové izolační vrstvy, takže nemůže dojít k jeho znečištění.

Description

Vynález se týká předehřívacího tělesa ingotu polovodičového materiálu pro letmou pásmovou tavbu indukčním ohřevem·

Při letmé pásmové tavbě indukčním ohřevem polovodičového . materiálu s nízkou dotací, zejména při výrobě monokrystalu křemíku s vysokým měrným odporem, je nutné nejprve předehřát alespoň část ingotu polovodičového materiálu, který se má přetavit na teplotu, při které se tepelnou excitací zvýší její elektrická vodivost· To má za následek zvětšení činitele absorpce, což je nezbytné pro udržení stabilního indukčního ohřevu.

Dosud známé předehřívače ingotu polovodičového materiálu jsou vodivá tělesa vyrobená z vysokotavltelného kovu jako wolframu, molybdenu, tantalu nebo nekovu, například velmi čistého grafitu. Předehřívač se umísžuje do elektrického pole indukční cívky, kde se působením indukčního ohřevu rozžhaví a předává teplo zpracovávanému ingotu polovodičového materiálu.

Nevýhodou tohoto předehřívače je značné znečistění zpracovávaného polovodičového materiálu příměsmi, pocházejícími z chemicky odlišného materiálu předehřívače.

Další známý předehřívač je vyroben z téhož polovodičového materiálu jako je zpracovávaný ingot polovodičového materiálu, ale s vysokým stupněm dotace, takže je dostatečně elektricky vodivý při pokojové teplotě.

241 281

Nevýhodou tohoto předehřívače je, že vzhledem k optimálním frekvencím Indukčního ohřevu v rozmezí 2 až 5 MHz je nutno používat značně dotovaného materiálu· Proto dochází při kontaktu ee zpracovávaným ingotem polovodičového materiálu k jeho nežádoucí dotaci·

Uvedené nevýhody odstraňuje předehřívací těleso ingotu polovodičového materiálu podle vynálezu* ohřívané indukční cívkou a vytvořené ze shodného výchozího polovodičového materiálu· Jeho podstatou je, že předehřívací těleso je tvořeno kompaktním blokem s vrstvovou strukturou obsahujícím stykovou izolační vrstvu a elektricky vodivou vrstvu· Styková izolační vrstva je dotována příměsmi maximálně do koncentrace příměsí v zpracovávaném ingotu polovodičového materiálu· Elektricky vodivá vrstva je vodivá při teplotě místnosti·

Předehřívací těleso je výhodně ve tvaru válcové desky a na vnitřní stykové izolační vrstvě ve tvaru válce je vytvořena vnější elektricky vodivá vrstva ve tvaru dutého válce shodné výšky jako vnitřní styková izolační vrstva· Jeho tlouštka je rovna nejméně hloubce vniku vysokofrekvenčního proudu·

Předehřívací těleso může být též ve tvaru planparalelní desky a jeho vnitřní elektricky vodivá vrstva je zcela pokryta vnější stykovou izolační vrstvou.

Zpracovávaný ingot polovodičového materiálu je v přímém kontaktu pouze s materiálem stejného chemického složení, takže nemůže dojít k stykovému znečistění nežádoucími příměsmi·

Silně dotovaná vpdivá vrstva předehřívacího tělesa je oddělena, od zpracovávaného ingotu polovodičového materiálu stykovou izo*· lační vrstvou s nízkou koncentrací příměsi, takže nemůže docházet k přestupu příměsí, a tím nežádoucí dotaci zpracovávaného ingotu polovodičového materiálu·

Na připojených výkresech je na obr· 1 obecně znázorněno předehřívací těleso v řezu, na obr· 2 je předehřívací těleso s vnější elektricky vodivou a vnitřní stykovou izolační vrstvou a na obr· 3 předehřívací těleso s vnější stykovou izolační a vnitřní elektricky vodivou vrstvou v řezu·

241 281

Příklad provedení

Při letmé pásmové tavbě polovodičového křemíku o měrném odporu větším něž 100Jlc«,při průměru tyče 40 až 60 mm je použito následující předehřívací těleso podle obr. 2·

Vnitřní styková izolační vrstva 2 předehřívacího tělesa 1 ve tvaru válcové desky o průměru 22 mm a tlouštky 5 mm je vyrobena z polovodičového křemíku · měrném odporu minimálně 100 SL cm ·

Na jejím obvodu je vytvořena elektricky vodivá vrstva 2 silně dotovaná příměsmi na vodivost dostatečnou pro aplikaci indukčního ohřevu při teplotě místnosti ve tvaru dutého válce výšky 5 mm a tlouštky 2 mm z polovodičového křemíku o měrném odporu 0,02 az 0,05 JI cm ·

Podle obr. 3 je předehřívací těleso i ve tvaru planparalelní desky a vnitřní vodivá vrstva J je zcela pokryta vnější stykovou izolační vrstvou 2.

Před pásmovou tavbou indukčním ohřevem v inertním prostředí so předehřívací těleso 1 vloží mezi zpracovávaný ingot £ polovodičového materiálu, který je ve své dolní části kuželovité zúžený na průměr základny 8 až 12 mm a monokrystalický zárodek 6 průřezu 4x4 mm.

Indukční cívka se převede do oblasti předehřívacího tělesa 1 a po zapnutí vysokofrekvenčního zdroje se při plynulém zvyšování výkonu předehřívací těleso χ rozžhaví na teplotu blízkou bodu tání křemíku. Při pracovní frekvenci 4 MHz dojde k předehřátí Ingotu £ polovodičového materiálu na teplotu potřebnou ke zvýšení vodivosti, potřebné k udržení stabilního indukčního ohřevu za dobu 5 až 15 minut. Potom se předehřívací těleso odstraní axiálním posunem nebo rotací ingotu 2 polovodičového materiálu, případně monokrystal!ckého zárodku 6 a provede se vlastní pásmová tavba.

Předehřívací těleso ingotu polovodičového materiálu podle vynálezu je vhodné pro všechny případy zahájení letmé pásmové tavby při výrobě polovodičových monokrystalů vykazujících dlouhou dobu života minoritních nositelů proudu a vysokou homogenitu měrného odporu.

V případě polovodičového křemíku je’’možné použití při výrobě bezdislokačních monokrystalů o vysokém měrném odporu, které jsou potřebné pro přípravu vysoce homogenních monokrystalů legovaných metodou neutron ově-transmutační dotace.

Claims (3)

1· Předehřívací těleso ingotu polovodičového materiálu pro letmou pásmovou tavbu indukčním ohřevem, ohřívané indukční cívkou a vytvořené ze shodného výchozího polovodičového materiálu, vyznačené tím , že předehřívací těleso /1/ je tvořeno kompaktním blokem s vrstvovou strukturou, obsahujícím stykovou izolační vrstvu /2/ a elektricky vodivou vrstvu /3/, přičemž styková izolační vrstva /2/ je dotována příměsmi maximálně do koncentrayze příměsí ve zpracovávaném ingotu /4/ polovodičového materiálu a elektricky vodivá vrstva /3/ je vodivá při teplotě místnosti.

2· Předehřívací těleso podle bodu 1 , vyznačené tím , že předehřívací těleso /1/ je ve tvaru válcové desky, přičemž na vnitřní stykové izolační vrstvě /2/ ve tvaru válce je vytvořena vnější elektricky vodivá vrstva /3/ ve tvaru dutého válce shodné výšky jako vnitř ní styková izolační vrstva /2/ a tlouštky rovné nejméně hloub ce vniku vysokofrekvenčního proudu.

3. Předehřívací těleso podle bodu 1 , vyznačené tím , že předehřívací těleso /1/ je ve tvaru planparalelní desky, přičemž vnitřní elektricky vodivá vrstva /3/ je zcela pokryta vnější stykovou izolační vrstvou /2/.