Verfahren zum Herstellen von Kristallstäben aus hochreinen halbleitenden
Stoffen Es ist möglich, reites Halbleitermaterial, z. B. Silicium oder Germanm,
herzustellen, indem man auf eine gasförmige Voindung des Halbleiters eine elektrische
Gasentladur einwirken läßt und die Entladung so einstellt, dalsich der Halbleiter
an einer der Elektroden der Gasttladung niederschlägt. Wählt man die Einstelluna
dezwischen den Spitzen zweier stabförmiger Elektrode 7 vorhandenen Gasentladung
so, daß die Temperatunn der zur Abscheidung dienenden Elektrode den hmelzpunkt des
Halbleiters gering C
gfügig überschreite so ist es dann möglich, das Halbleitermaterial
in Fon eines flüssigen, an der Abscheidungselektrode hatuden Tropfens zu erhalten
und aus dem Tropfen unr allmählicher Bildung eines Kristallstabes zur Ankriallisation
an die feste Elektrode zu bringen. Die lektroden der Gasentladung werden dabei zur
Erzieng der erforderlichen Ab-
kühlung auseinandergezgen, und zwar so, daß
keine Unterbrechung der Gasitladung und der Abscheidung des Halbleitermatüals erfolgt.
Zur Erleichterung der Abscheidung vrd dem Reaktionsgas Wasserstoff beigemischt.
Das kuseinanderziehen der Elektroden ist zweckmäßigereise so vorzunehmen, daß der
effektive Abstand de1eiden Elektroden und damit die Gasentladung m#lichst konstant
bleibt. Das Verfahren kann mit Gleih- oder Wechselstrom betrieben werden, wobei
in Falle des Wechselstromes beide Elektroden der Gasntladung als Abscheidungselektroden
dienen. Die umrünglichen Elektroden bestehen zweckmäßig an ihür Spitze aus dem darzustellenden
Halbleiter.Process for the production of crystal rods from highly pure semiconducting materials It is possible to use solid semiconductor material, e.g. B. silicon or Germanm, by allowing an electrical gas discharge to act on a gaseous compound of the semiconductor and adjusting the discharge so that the semiconductor is deposited on one of the electrodes of the guest charge. If one selects the Einstelluna dezwischen the tips of two rod-shaped electrode 7 existing gas discharge so that the Temperatunn the serving for the deposition electrode to hmelzpunkt the semiconductor low C gfügig overstepping so it is then possible, the semiconductor material in Fon a liquid hatuden on the deposition electrode drop to obtained and brought from the drop in the gradual formation of a crystal rod for anchoring to the fixed electrode. The lektroden the gas discharge are thereby auseinandergezgen cooling to Erzieng the required covers, in a way that no interruption of Gasitladung and deposition of Halbleitermatüals done. To facilitate separation, hydrogen is added to the reaction gas. It is advisable to pull the electrodes together in such a way that the effective distance between the two electrodes and thus the gas discharge remains as constant as possible. The method can be operated with sliding or alternating current, with both electrodes serving as separation electrodes for the gas discharge in the case of alternating current. The green electrodes expediently consist of the semiconductor to be represented at their tip.
Bei der praktischen Aisübung dieses Verfahrens hat sich ergeben, daß
Halbleiterstäbe bis etwa 10 bis 12 mm Durchmesser anfaren, weil die Größe
des von einer Elektrode frei getragtnen Schmelztropfens nicht beliebig groß sein
kann. Es besteht jedoch das Bedürfnis, noch dickere Stäbe herzustellen, um möglichst
viele Kristalle aus einem nach dem genannten Verfahren hergestellten Stab zur Weiterverarbeitung
in Gleichrichtern, Transistoren od. dgl. herausschneiden zu können.During the practical exercise of this process, it has been found that semiconductor rods up to about 10 to 12 mm in diameter begin to tarnish, because the size of the melt droplet freely carried by an electrode cannot be arbitrarily large. However, there is a need to produce even thicker rods in order to be able to cut out as many crystals as possible from a rod produced according to the above-mentioned method for further processing in rectifiers, transistors or the like.
An Stelle des beschriebenen, mittels einer elektrischen Gasentladung
durchgeführten Abscheideverfahrens ist es auch möglich, durch lokales Aufschmelzen
eines Trägerkristalls an einem seiner Enden einen Schmelztropfen zu erzeugen, welchen
man durch Einbringen von neuem Halbleitermaterial vergrößert und der Vergrößerung
gleichzeitig dadurch entgegenarbeitet, indem man den Träger allmählich aus der den
Tropfen erzeugenden Heizzone zurückzieht. So kann z. B. das Halbleiterinaterial
durch rein thennische Zersetzung mittels irgendeiner Wärmequelle, z. B. durch Hochfrequenzerhitzung,
aus der Gasphase abgeschieden und tiegellos in einem Schmelztropfen auf einem Träger
gleichen Materials eingelagert werden. Statt der Zufuhr des Halbleiters aus der
Gasphase ist glieh, dem Tropfen Pulver aus halbleitenes auch mög dem Material zuzuführen.
Für dieses Verfahren ist die Stärke der erhaltenen Stäbe aus dem gleichen Grund
wie bei dem eingangs geschilderten Verfahren stark beschränkt.Instead of the one described, by means of an electrical gas discharge
carried out deposition process, it is also possible by local melting
a carrier crystal to generate a melt drop at one of its ends, which
one enlarges by introducing new semiconductor material and the enlargement
at the same time counteracting this by gradually moving the carrier out of the den
Drops generating heating zone withdraws. So z. B. the semiconductor material
by purely thermal decomposition by means of any heat source, e.g. B. by high frequency heating,
deposited from the gas phase and crucible in a melt droplet on a carrier
the same material can be stored. Instead of supplying the semiconductor from the
The gas phase is also possible to add the drop of semiconducting powder to the material.
For this method, the strength of the rods obtained is for the same reason
as in the case of the method outlined above, it is severely limited.
Es wurde gefunden, daß Stäbe mit etwas größerem Durchmesser beim Herstellen
von Kristallstäben aus hochreinem halbleitendem Stoff durch Zuführen der gas- oder
pulverförinigen Stoffe auf einen schmelzflüssigen Tropfen aus dem gleichen Stoff,
der auf einem bewegbaren Träger aus dem gleichen Stoff haftet, wobei der Träger
nach Maßgabe des darauf niedergeschlagenen Stoffes aus der Heizzone gezogen wird,
anfallen, wenn erfindungsgemäß der auf dem Träger liegende Schmelztropfen derart
periodisch überhitzt wird, daß der hierdurch vergrößerte Tropfen wulstartig über
seine Unterlage hinausragt, wobei die überhitzungsperioden so kurzzeitig zu bemessen
sind, daß die Größe des Tropfens, die durch die Oberflächenspannung des Stoffes
bedingte Stabilitätsgrenze nicht überschreitet.It has been found that bars of slightly larger diameter in manufacture
of crystal rods made of highly pure semiconducting material by supplying the gas or
powdery substances on a molten drop of the same substance,
adhered to a movable support made of the same fabric, the support
is drawn from the heating zone according to the amount of material deposited on it,
arise if, according to the invention, the melt drop lying on the carrier in this way
is periodically overheated so that the thereby enlarged droplet is bead-like over
its base protrudes, whereby the overheating periods are to be measured for a short time
are that the size of the droplet determined by the surface tension of the substance
does not exceed the conditional stability limit.
In den überhitzungsperioden tritt jedesmal eine Vergrößerung des Tropfens
ein, dessen dem Träger benachbarte Zone nach Aufhören der Überhitzung unmittelbar
wieder erstarrt und dabei seine größere Ausdehnung beibehält. Führt man die überhitzung
periodisch durch, so ergibt sich ein Kristallstab mit größerem Durchmesser. Die
Überhitzungen kann man
so weit treiben, wie es die Oberflächenspannung
des gewonnenen Materials, z. B. des Siliciums, zuläßt. Es ist gelungen, auf diese
Weise Stabdicken von etwa 20 mm Durchmesser zu erzielen.During the periods of overheating, there is always an increase in the size of the droplet
one whose zone adjacent to the wearer immediately after overheating has ceased
solidified again while maintaining its greater size. One leads to overheating
periodically, the result is a crystal rod with a larger diameter. the
You can overheat
drift as far as it can surface tension
of the recovered material, e.g. B. of silicon, allows. It succeeded on this
Way to achieve rod thicknesses of about 20 mm in diameter.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird der Tropfen durch
periodische kurzzeitige Erhöhung der Leistung einer den Tropfen beheizenden elektrischen
Gasentladung beispielsweise durch eine kurzzeitige Erhöhung der elektrischen Spannung
und/oder Stromstärke überhitzt. Besonders vorteilhaft hat sich eine Anordnung erwiesen,
bei welcher mit Gleichstrom gearbeitet wird.According to a further embodiment of the method, the drop is through
periodic short-term increase in the power of an electrical device that heats the drop
Gas discharge, for example through a brief increase in electrical voltage
and / or current overheated. An arrangement has proven to be particularly advantageous
which works with direct current.
An Hand der Zeichnung wird das beanspruchte Verfahren näher erläutert.The claimed method is explained in more detail with reference to the drawing.
In Fig. 1 ist ein als Gasentladungselektrode, insbesondere
Kathode dienender Siliciumstab 1 mit einem Schmelztropfen 2 in drei verschiedenen
Erhitzungsstadien a, b, c dargestellt. Der Schmelztropfen 2 hat normalerweise
die Gestalt, wie sie im Stadium a dargestellt Cr ist. Durch eine kurzzeitige Erhöhung
der elek trischen Spannung oder der Stromstärke wird der Tropfen 2 vergrößert; Stadium
b. Nach der kurzzeitigen Überhitzung erstarrt der untere Teil des Tropfens
zu einem Wulst gemäß Stadium c. In Fig. 2 ist die Elektrodenspannung bzw. Stromstärke
der Gasentladung E (I) gegen die Zeit t aufgetragen. Die Strom-bzw. Spannungsstöße
bewirken die überhitzung. 1 shows a silicon rod 1 serving as a gas discharge electrode, in particular a cathode, with a melt droplet 2 in three different heating stages a, b, c . The melt droplet 2 normally has the shape as shown in stage a Cr. By briefly increasing the electrical voltage or the current strength, the drop 2 is enlarged; Stage b. After brief overheating, the lower part of the drop solidifies to form a bead as in stage c. In FIG. 2, the electrode voltage or current intensity of the gas discharge E (I) is plotted against time t. The current or. Voltage surges cause overheating.
Als Betriebsbedingungen zur Gewinnung von Silicium aus Sfliciumchloroforrn
haben sich beispielsweise 500 mA und 800 V erwiesen. Dauer und Stärke
der Spannungsstöße sind empirisch zu ermitteln und hängen von der gewünschten Stabdicke
ab. Die Impulse können sowohl zeitlich als auch energetisch a ' matisch geregelt
werdeiEs sind beispielsweise uL0 Erhöhungen der Spannung Woder Stromstärke um 20
bis 6Ö O/o, etwa von 80C auf 1000 V bzw. von 500 mA auf
700 mA, vorgei nmen worden. 500 mA and 800 V, for example, have proven to be operating conditions for the production of silicon from silicon chloroform. The duration and strength of the voltage surges must be determined empirically and depend on the desired rod thickness. The pulses can be regulated a ' matically both in terms of time and energy. For example, uL0 increases in the voltage W or current intensity by 20 to 6O / o, for example from 80C to 1000 V or from 500 mA to 700 mA, have been made.