DE1188043B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOIj

Deutsche Kl.: 12c-2

Nummer: 1188 043

Aktenzeichen: S 83049 IV c/12 c

Anmeldetag: 24. Dezember 1962

Auslegetag: 4. März 1965

Es sind bereits Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem die Schmelzzone mit Abstand umgebenden und die Wärmestrahlung reflektierenden Schirm bekannt, die aus einem Behandlungsgefäß besteht, welches evakuiert bzw. mit Schutzgas gefüllt ist, und in welchem ein Halbleiterstab lotrecht an seinen beiden Enden gehaltert angebracht ist. Mit Hilfe einer Heizeinrichtung, ζ. Β. einer Strahlungsheizung oder einer induktiven Heizspule, wird eine Schmelzzone erzeugt und diese Schmelzzone durch eine Relativbewegung des Halbleiterstabes und der Heizeinrichtung gegeneinander über die gesamte Stablänge bewegt. Die Strahlungswärme, welche von der Schmelzzone ausgeht, wird mit Hilfe eines Reflexionsschirmes wieder auf das Halbleitermaterial zurückgeworfen, beispielsweise mit einem Blechschirm, der mit Abstand um die Schmelzzone angeordnet ist. Ein derartiger Blechschirm kann beispielsweise aus versilbertem Kupferblech bestehen. Meistens besteht er aus einem zylindrisch zusammengebogenen Blech, welches nicht nur die Schmelzzone, sondern einen längeren Teil des Halbleiterstabes umgibt und somit zur Vor- und Nachheizung der der Schmelzzone benachbarten Stabteile dient, wodurch Wärmespannungen vermindert werden.

Es hat sich als nachteilig erwiesen, derartige Reflexionsschirmes verhältnismäßig nahe der Schmelzzone anzuordnen, da die Reflexionsschirme nicht nur von den Wärmestrahlen getroffen werden, sondern auch von abdampfendem Halbleitermaterial. Dieses Halbleitermaterial kristallisiert an dem Reflexionsschirm, worauf es abbröckeln oder abblättern kann. Kleine Halbleiterteile können wieder zur Schmelze gelangen und hier als Sekundärkeime wirken, welche das kristalline Aufwachsen des Halbleitermaterials stören, insbesondere beim Einkristallzüchten.

Dieser Nachteil wird bei einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem die Schmelzzone mit Abstand umgebenden und die Wärmestrahlung reflektierenden Schirm vermieden, wenn erfindungsgemäß zwischen dem reflektierenden Schirm und der Schmelzzone ein zweiter nichtreflektierender Schirm angebracht ist, der zumindest auf der der Schmelzzone zugewandten Seite eine aufgerauhte Oberfläche besitzt.

An Hand von Ausführungsbeispielen, aus denen weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen, soll dies näher erläutert werden. In

F i g. 1 ist eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen im Schnitt dargestellt;

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
von Halbleitermaterial

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld

F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt hieraus in einem Schnitt in einer anderen Ebene.

In einem Gefäß 2, welches mit einem Anschlußstutzen 3 versehen ist, an welchen eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann, befindet sich ein Halbleiterstab 4 mit einer Schmelzzone 5, die mit Hilfe einer Induktionsheizspule 6 erzeugt wird. Der Halbleiterstab ist an seinen beiden Enden in Halterungen 7 und 8 gehaltert, welche an Stangen 9 bzw. 10 befestigt sind, die durch Dichtungen 11 bzw. 12 nach außen geführt sind. Diese Stangen 9 bzw. 10 können von außen in Längsrichtung des Stabes bewegt werden, wodurch eine Streckung und Stauchung der Schmelzzone und damit eine Regelung des Stabdurchmessers des Halbleitermaterials bewirkt werden kann. Für gewöhnlich ist wenigstens eine der Stangen 9 oder 10 in Form einer Welle ausgebildet, mit deren Hilfe der aufwachsende Stabteil in Rotation um die eigene Achse versetzt werden kann.

Durch eine weitere Dichtung 13 ist ein Träger 14 in das Zonenschmelzgefäß 2 geführt. Der Träger 14 trägt die Heizspule 6. Er enthält die elektrischen Zu- und Abführungen zu der Induktionsspule 6 sowie die Zu- und Abführungen eines Kühlmediums. Das Zonenschmelzgef äß 2 weist an einer Stelle ein Schauglas 15 auf, durch welches der Zonenschmelzvorgang beobachtet werden kann.

An dem Träger 14 ist zusätzlich ein Reflexionsschirm 16 befestigt, welcher die Schmelzzone 5 mit Abstand umgibt. Der Reflexionsschirm 16 besteht beispielsweise aus Silberblech bzw. aus versilbertem Blech. Die Blechstärke ist beliebig und beträgt z. B. 0,2 bis 0,5 mm. Innerhalb des Reflexionsschirms 16 ist ein zweiter Schirm 17 angebracht, der nicht reflektiert. Zumindest auf der der Schmelzzone zugewandten Seite besitzt er eine aufgerauhte Ober-

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fläche, ζ. B. eine gesandstrahlte Oberfläche. Der zweite Schirm 17 kann z. B. aus Molybdän-, Wolfram- oder Tantalblech bestehen. Auch in diesem Fall spielt die Blechdicke keine Rolle und beträgt beispielsweise ebenfalls 0,2 bis 0,5 mm. Der innere Schirm 17 kann beispielsweise auch aus Graphit bestehen. Die Wandstärke beträgt hier zweckmäßigerweise etwa 5 mm. Vorteilhaft ist der nichtreflektierende Schirm auf der dem reflektierenden Schirm zugewandten Seite geschwärzt, beispielsweise mit Hilfe von Ruß. Im Fall induktiver Beheizung sind beide Schirme zweckmäßigerweise geschlitzt, wodurch eine induktive Ankopplung an die Heizspule 6 verhindert werden kann. Wenn die Schirme aus flachem Blech zylindrisch zusammengebogen werden, ergibt sich zwangläufig ein Längsschlitz des so entstehenden Zylinders. Man braucht bei der Konstruktion lediglich darauf zu achten, das dieser Längsschlitz nicht elektrisch überbrückt wird.

Vorteilhaft wird der äußere Zylinder 16, der ao eigentliche Reflexionszylinder, mit HiUe eines Kühlmediums gekühlt, z. B. mit Hilfe von Kühlwasserschlangen 18. Der innere Zylinder 17 kann an dem äußeren Zylinder 16 mit Hilfe von Abstandsstücken 19 befestigt sein, welche z. B. aus Glimmer oder Porzellan bestehen können.

Bei der Durchführung des tiegelfreien Zonenschmelzens wird der innere Schirm 17 durch die Strahlungswärme aufgeheizt und gibt seine Wärme teilweise wieder an das Halbleitermaterial ab, teilweise an den äußeren Reflexionsschirm 16. Die von diesem nach innen reflektierte Strahlung trifft den geschwärzten Schirm 17 und wird demzufolge von diesem wieder aufgenommen und letzten Endes ebenfalls nach innen an das Halbleitermaterial wieder abgegeben. Die Reflexion der Wärme findet also praktisch nur am äußeren Reflexionsschirm 16 statt. Das abdampfende Halbleitermaterial hingegen trifft den inneren Schirm 17 und wird dort von der aufgerauhten Oberfläche aufgenommen. Es wächst an dieser aufgerauhten Oberfläche fest und kann deshalb nicht als Sekundärkeim zu der Schmelzzone wandern. Das am inneren Schirm 17 anwachsende Halbleitermaterial kann andererseits auch nicht die Reflexion stören, da diese am äußeren Schirm 16 stattfindet, der nunmehr nicht mehr bedampft wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem die Schmelzzone mit Abstand umgebenden und die Wärmestrahlung reflektierenden Schirm, dadurchgekennzeichnet, daß zwischen dem reflektierenden Schirm und der Schmelzzone ein zweiter nichtreflektierender Schirm angebracht ist, der zumindest auf der der Schmelzzone zugewandten Seite eine aufgerauhte Oberfläche besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtreflektierende Schirm auf der dem reflektierenden Schirm zugewandten Seite geschwärzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit induktiver Beheizung der Schmelzzone, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme geschlitzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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