DE1114171B - Halterung fuer stabfoermiges Halbleitermaterial in Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents

Description

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen, insbesondere von Halbleitermaterial, läßt man eine vorzugsweise durch eine Induktionsheizspule erzeugte Schmelzzone durch einen stabförmigen Körper des zu behandelnden Materials wandern. Hierbei werden Verunreinigungen an das eine Ende des Stabes transportiert; teilweise dampfen sie auch in das Vakuum ab, da das Verfahren meistens in einer Vakuumkammer durchgeführt wird. Oft wird das Verfahren auch zum Einkristallzüchten verwendet, indem an das eine Ende des Stabes ein Keimkristall angeschmolzen wird und, von diesem ausgehend, eine Schmelzzone mehrfach durch den Stab geführt wird. Der stabförmige Körper wird hierbei meistens lotrecht stehend mit seinen Enden in zwei Vorrichtungen eingespannt, die ihn während der Durchführung desZonenschmelzverfahrens halten.

Die Erfindung betrifft eine derartige Halterung für stabförmiges Halbleitermaterial in Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen. Erfindungsgemäß sind in einem hohlen Trägerkörper in zwei zur Stabachse im wesentlichen senkrechten Ebenen je drei aus einem hochschmelzenden und in das Halbleitermaterial nicht eindiffundierenden Metall bestehende Stifte schwenkbar und federnd gelagert.

An Hand der Zeichnung sollen die Vorteile der Erfindung und weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht, und

Fig. 2, 3 und 4 zeigen Querschnitte von Teilen.

In Fig. 1 sind in einem zylindrischen Trägerkörper 2 sechs Schwenkarme 3 in zwei Ebenen gelagert. Die Lagerpunkte der Schwenkarme 3 in der einen Ebene sind gegenüber denen der anderen Ebene jeweils um 60° versetzt. In den Schwenkarmen sind Molybdänstifte 4 starr befestigt. Sie berühren punktförmig einen Siliziumstab 5. Mit Hilfe von Schrauben 6 werden die Schwenkarme 3 in Richtung auf den Stab zu bewegt. Sie drücken somit die Molybdänstifte 4 an den Stab 5, so daß dieser ziemlich starr gehaltert ist. Infolge der Versetzung der Lagerpunkte der Schwenkarme 3 in den beiden Halterungsebenen sind auch die Auflagepunkte der Molybdänstifte 4 auf dem Halbleiterstab 5 in den beiden Ebenen jeweils um 60° gegeneinander versetzt. Hierdurch ist eine leichte Zentrierung des Halbleiterstabes 5 mit Bezug auf die Rotationsachse des Trägerkörpers 2 möglich.

Alle Teile der Vorrichtung mit Ausnahme der Molybdänstifte sind aus einem hochwertigen Stahl mit einem Gehalt von etwa 19% Chrom und etwa Halterung

für stabförmiges Halbleitermaterial

in Vorrichtungen zum tiegelfreien

Zonenschmelzen

Anmelder:
ίο Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Joachim Haus, Pretzfeld (OFr.),
ist als Erfinder genannt worden

9% Nickel (V2A-Stahl) gefertigt. Dies hat den Vorteil, daß sich alle Teile bei Erwärmung gleichmäßig ausdehnen. Der hochlegierte Stahl in dieser Zusammensetzung wurde gewählt, weil er eine besonders geringe Wärmeleitfähigkeit hat. Demzufolge ist die Wärmeabführung gering, und der Teil des Trägerkörpers 2, der mit weiteren Teilen der Zonenschmelzeinrichtung in Berührung steht (in Fig. 1 also der untere), gibt an diese nur wenig Wärme ab. Dadurch ist auch einem Verziehen und Unbrauchbarweiden der verbindenden Teile vorgebeugt.

Wie Fig. 2 zeigt, können noch zusätzliche Wärmewiderstände in Form von Stellen geringen Quer-Schnitts zwischen den Molybdänstiften 4 und der Berührungsfläche des Trägerkörpers 2 mit weiteren Teilen der Zonenschmelzeinrichtung vorgesehen sein, z. B. Hinterdrehungen 7.

Erwärmt sich derHalbleiteistabS infolge Beheizung der Schmelzzone, so dehnt er sich ein wenig aus. Die Molybdänstifte 4 sind befähigt, dieseDehnung federnd aufzunehmen, ohne daß die Lage des Halbleiterstabes verändert wird und ohne daß der Stab zerbricht.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt in einer der Halterungsebenen, beispielsweise längs der Schnittlinie ΙΙΙ-ΙΣΙ in Fig. 2. Es ist klar ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung es erlaubt, stabförmige Körper mit in einem ziemlich großen Bereich streuenden Durchmessern aufzunehmen, insbesondere auch sehr dünne Körper, wie sie beispielsweise als Keimkristalle Verwendung finden. Hierin ist die Erfindung bisher gebräuchlichen Vorrichtungen dieser

109 690/149

Art überlegen, bei denen zur Wärmedämmung Keramikhülsen verwendet werden, in denen der Halbleiterstab mit Hilfe von federnden Blechstreifen festgeklemmt wird. In diesem Fall muß die Keramikhülse natürlich dem Stabdurchmesser weitgehend angepaßt sein, weil sonst keine feste Halterung möglich ist. Es kam trotzdem noch häufig genug vor, daß die federnden Blechstreifen ausglühten oder daß die Keramikhülse beim Einspannen in weitere Halterungsteile zerbrach bzw. infolge Wärmedehnung zerbrach, wodurch sich dann Störungen des Verfahrensablaufes ergaben.

Die Wärmeübertragung von dem Halbleiterstab zu dem Trägerkörper 2 infolge Wärmeleitung ist gering, da die Molybdänstifte den Stab praktisch nur punktförmig berühren und da das Molybdän selbst ein relativ schlechter Wärmeleiter ist. Die Verwendung von Molybdän auf Silizium hat den Vorteil, daß bei den vorkommenden Temperaturen keine merkliche Verunreinigung des Halbleitermaterials durch Eindiffusion auftritt.

Die zuvor geschilderten weiteren Maßnahmen verhindern, daß die durch Strahlung übertragene Wärme sich an der Verbindungsstelle der Vorrichtung mit weiteren Teilen der Zonenschmelzeinrichtung unangenehm bemerkbar macht. Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2. Die Halterung der Vorrichtung auf einer mit einem Stift 8 versehenen Platte 9 wird mit HiKe eines besonders geformten Teiles 10 bewirkt, das mit einer Schraube 11 an den Stift8 angepreßt wird. Wie sich bei Versuchen zeigte, ist eine Lockerung der Verbindung während des Betriebes ausgeschlossen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halterung für stabförmiges Halbleitermaterial in Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem hohlen Trägerkörper in zwei zur Stabachse im wesentlichen senkrechten Ebenen je drei aus einem hochschmelzenden und in das Halbleitermaterial nicht eindiffundierenden Metall bestehende Stifte (4) schwenkbar und federnd gelagert sind.

2. Halterung nach Anspruch 1 zur Halterung von Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstifte (4) aus Molybdän bestehen.

3. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit HiKe von Schrauben (6) bewegte schwenkbare Hebel (3) vorgesehen sind, in denen die Stifte (4) starr befestigt sind.

4. Halterung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (2) und die schwenkbaren Hebel (3) aus einem legierten Stahl mit einem Gehalt von etwa 19% Chrom und etwa 9% Nickel ausgeführt sind.

5. Halterung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägerkörper zwischen den Stiften (4) und der Berührungsfläche des Trägerkörpers mit weiteren Teilen der Zonenschmelzeinrichtung Wärmewiderstände in Form von Stellen geringen Querschnitts vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung S 38055 VI /4Od (bekanntgemacht am 4. 6.1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen