Verfahren zum I-Ierstellen eines hochreinen, kristallinen Stabes aus
einem leitenden oder halbleitenden Element Es empfiehlt sich, zur Herstellung hochreiner
Elemente von flüchtigen Verbindungen derselben, die außer dem darzustellenden Element
nur noch ein Element der Halogengruppe und/oder Wasserstoff enthalten, auszugehen.
So war ein Verfahren zur Abscheidung von Elementen mit metallischem Charakter aus
ihren Verbindungen bekannt, bei welchem unter Verwendung einer Halogen- oder Wasserstoffverbindung
des darzustellenden Elements diese durch die ionisierende Wirkung einer Gasentladung
gespalten und das Element mit metallischem Charakter kondensiert wird. Dabei besteht
die Möglichkeit, das darzustellende Element an einer Elektrode der Gasentladung,
insbesondere an der Kathode, abzuscheiden, wobei die Abscheidungsflächen zur besseren
Kondensation gekühlt oder zur Erzielung stärkerer Sammelkristallisation auf erhöhter
Temperatur gehalten werden können.Method for producing a high purity, crystalline rod from
a conductive or semiconductive element It is recommended to manufacture high purity
Elements of volatile compounds of the same, other than the element to be represented
contain only one element of the halogen group and / or hydrogen.
So a process for the deposition of elements with a metallic character was made
their compounds known in which using a halogen or hydrogen compound
of the element to be represented this by the ionizing effect of a gas discharge
split and the element with a metallic character is condensed. There is
the possibility of displaying the element on an electrode of the gas discharge,
in particular on the cathode, to be deposited, the deposition surfaces for better
Condensation cooled or to achieve stronger collective crystallization on increased
Temperature can be maintained.
Eine andere Möglichkeit zur Darstellung eines solchen Elements verwendet
eine als Bogenentladung temperierte elektrische Gasentladung, die zwischen zwei
mit ihren einander zugekehrten Spitzen schräg nach unten geneigten Elektroden übergeht.
Die Abscheidung erfolgt bei diesen Verfahren jedoch nicht bei den Elektroden, sondern
an einem sich etwas unterhalb der Entladungszone befindenden, aus dem dar7ustellenden
Material bestehenden Keimkristall, dessen Oberfläche an der Spitze aufgeschmolzen
und zur Aufnahme des aus der Gasphase anfallenden Materials bestimmt ist. Durch
allmähliches Zurückziehen des Keimkristalls und die hiermit verbundene progressive
Abkühlung wird ein sukzessives Längenwachstum des Keimkristalls aus der sich an
seiner Spitze befindenden, sich durch die laufende Abscheidung ständig ergänzenden
Schmelze erzielt. Die beschriebenen bekannten Verfahren lassen eine gewisse Abänderung
dahingehend zu, daß die Schmelze an der Spitze eines als Elektrode einer Gasentladung
dienenden Kristalls aus dem darzustellenden Stoff stattfindet. Hierdurch erreicht
man nämlich den Vorteil, daß die heißesten und daher naturgemäß zu Verunreinigungen
beitragenden Stellen des Reaktionsgefäßes aus dern darzustellenden Stoff bestehen.
Eine solche Maßnahme erscheint vor allem im Hinblick auf die für Halbleiterzwecke
zu fordernden Reinheitsgrade als bedeutungsvoll. Man gelangt auf diese Weise zu
einem Verfahren zum Herstellen eines hochreinen Kristallisationsstabes aus einem
leitenden oder halbleitenden Element aus einem gereinigten, aus Wasserstoff und
einer flüchtigen Verbindung des darzustellenden Elements bestehenden strömenden
Reaktionsgas in einer zwischen den Spitzen zweier stabförmiger, vorzugsweise aus
dem darzustellenden Element bestehender Elektroden übergehenden elektrischen Gasentladung,
die so eingestellt ist, daß sich das darzustellende Element in flüssigem Zustand
an mindestens einer Elektrode der Gasentladung unter Bildung eines an dieser Elektrode
haftenden Tropfens niederschlägt und infolge Abkühlung aus dem sich durch die laufende
Abscheidung ständig ergänzenden Tropfen an der festen, nach Maßgabe der Abscheidegeschwindigkeit
von der Gegenelektrode zurückziehenden festen Elektrode unter allmählicher Entstehung
eines Stabes auskristallisiert.Another way of representing such an element is used
an electric gas discharge tempered as an arc discharge, which occurs between two
passes with their facing tips obliquely downwardly inclined electrodes.
In these processes, however, the deposition does not take place on the electrodes, but
at one located slightly below the discharge zone from the one shown
Material consisting of a seed crystal, the surface of which is melted at the tip
and is intended to accommodate the material arising from the gas phase. By
gradual retraction of the seed crystal and the progressive associated therewith
Cooling is a gradual increase in length of the seed crystal from which on
its tip, which is constantly complemented by the ongoing deposition
Melt achieved. The known methods described leave a certain modification
to the effect that the melt at the tip of a gas discharge electrode
serving crystal takes place from the substance to be represented. Achieved by this
namely one the advantage that the hottest and therefore naturally to impurities
Contributing parts of the reaction vessel consist of the substance to be represented.
Such a measure appears above all with regard to the for semiconductor purposes
The degree of purity to be required is significant. This is how you get to
a method for producing a high purity crystallization rod from a
conductive or semiconducting element made from a purified, made from hydrogen and
a volatile connection of the element to be represented flowing
Reaction gas in one between the tips of two rod-shaped, preferably from
electrical gas discharge passing over the element of existing electrodes to be represented,
which is set so that the element to be displayed is in the liquid state
on at least one electrode of the gas discharge with the formation of one on this electrode
adhering drop precipitates and as a result of cooling from the running through the
Separation of constantly supplementary droplets on the solid, depending on the separation speed
the solid electrode retreating from the counter electrode with gradual formation
crystallized out of a rod.
Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Aus-C (Yestaltung dieses
Verfahrens mit dem Ziel, Elemente mit niedrigem Schmelzpunkt herzustellen. Dieses
Ziel wird gemäß der Erfindung erreicht, indem bei der Darstellung von Elementen
mit niedrigem Schmelzpunkt die Abscheidungselektrode so stark gekühlt wird, daß
sich das in flüssigem Zustand anfallende Material stets bis auf eine kleine an der
Elektrode haftende Schmelzzone verfestigt und daß gleichzeitig die übrige Reaktionsanordnung,
d. h. das Entladungs-Clefäß einschließlich der Zuleitungen sowie die nicht
zur Abscheidung dienende Elektrode durch eine zusätzliche Wärmequelle auf eine erhöhte,
zwischen der Verdampfungstemperatur und der Dissoziationstemperatur der zur Darstellung
des Elements dienenden Verbindung liegenden Temperatur gehalten wird.The invention relates to a further embodiment of this process with the aim of producing elements with a low melting point. This aim is achieved according to the invention by cooling the deposition electrode to such an extent that when producing elements with a low melting point the material obtained in the liquid state always solidifies except for a small melting zone adhering to the electrode and that at the same time the rest of the reaction arrangement, i.e. the discharge vessel including the supply lines as well as the electrode not used for deposition, are raised to an increased heat source by an additional heat source. is maintained between the evaporation temperature and the dissociation temperature of the compound used to represent the element.
Während beim bekannten Verfahren die Kühlung der Elektrode offensichtlich
der Aufgabe, die Temperatur der Abscheidungsfläche zu erniedrigen und damit die
Kondensationsbereitschaft des darzustellenden Elements zu erhöhen, dient, gilt für
das der Erfindung zugrunde liegende Abscheideverfahren ein wesentlich anderer Gesichtspunkt.
Da nämlich bei
einem solchen Verfahren die Temperatur an der Spitze
der Abscheidungselektrode durch den Schmelzpunkt des darzustellenden Stoffes bis
auf wenige Grad Spielraum festgelegt ist, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren
im Gegensatz zum bekannten Verfahren nicht die Aufgabe der Erniedrigung der Temperatur
an der Abscheidungselektrode das Ziel sein. Vielmehr liegt der Erfindung der Gedanke
zugrunde, daß infolge der Kühlung trotz der gleichen Temperatur an der Abscheidungselektrode
eine entsprechend energiereichere Gasentladung verwendet werden kann, die zu einer
vermehrten Abscheidung und damit zu einer besseren Ausbeutung des Reaktionsgases
führt. Um bei der Anwendung einer derart energiereicheren Gasentladung die Abscheidung
stärker auf die Abscheidungselektrode zu konzentrieren, werden diejenigen Teile
der übrigen Apparatur zusätzlich gekühlt, die mit dem frischen Reaktionsgas in Berührung
kommen.While in the known method the cooling of the electrode is obvious
the task of lowering the temperature of the deposition surface and thus the
To increase the condensation readiness of the element to be represented, applies to
the deposition process on which the invention is based is a significantly different point of view.
Because at
such a procedure the temperature at the top
the deposition electrode through the melting point of the substance to be represented up to
is set to a few degrees leeway, can in the method according to the invention
In contrast to the known method, it does not have the task of lowering the temperature
be the target at the deposition electrode. Rather, the idea lies in the invention
based on that due to the cooling despite the same temperature at the deposition electrode
a correspondingly more energetic gas discharge can be used, which leads to a
increased deposition and thus a better exploitation of the reaction gas
leads. In order to prevent the deposition when such a high-energy gas discharge is used
focus more on the deposition electrode, those parts will be
the rest of the apparatus is additionally cooled, which is in contact with the fresh reaction gas
come.
Gemäß der Erfindung gelingt die Reinstdarstellung von Stoffen mit
niedrigem Schmelzpunkt, wie Aluminium, Antimon, Gallium, Arsen, Phosphor, durch
chemische Urnsetzung in der elektrischen Gasentladung, die man in kompakter kristalliner
Form an den nach Maßgabe des Kristallwachstums auseinanderzuziehenden Elektroden
der Gasentladung erhält. Die Kühlung wird derart stark bemessen, daß stets nur eine
geringe, auf der Abscheideelektrode haftende Schmelzzone flüssig bleibt. Andererseits
wird die Reaktionsanordnung, d. h. das Reaktions-gefäß, einschließlich
der Zuführungen während der Reaktion und zweckmäßig auch schon vor Inbetriebnahme
auf einer zwischen der Verdampfungstemperatur und der Dissoziationstemperatur der
Ausgangsverbindung liegenden Temperatur gehalten. Die Erwärmung wird unter Verwendung
einer besonderen Wärmequelle während des Abscheideprozesses durchgeführt.According to the invention, substances with a low melting point, such as aluminum, antimony, gallium, arsenic, phosphorus, can be produced in the purest form by chemical reaction in the electrical gas discharge, which is obtained in compact crystalline form on the electrodes of the gas discharge, which can be pulled apart as the crystal grows. The cooling is so strong that only a small melting zone adhering to the deposition electrode always remains liquid. On the other hand, the reaction arrangement, i.e. H. the reaction vessel, including the feeds, is kept at a temperature between the evaporation temperature and the dissociation temperature of the starting compound during the reaction and expediently also before start-up. The heating is carried out using a special heat source during the deposition process.
Die Kühlung der Elektroden kann in an sich bekannter Weise dadurch
bewerkstelligt werden, daß als Elektrode ein mit Wasser oder einem anderen Kühlmittel
durchtlossenes Hohlrohr benutzt wird, dessen Kühltemperatur beim Aufwachsen des
Kristalls unter Umständen allmählich erniedrigt werden kann. Eine andere Maßnahme,
die gegebenenfalls grundsätzlich vorgenommen werden kann, um die allmählich aufwachsende
Kristallmenge entsprechend der Lehre der Erfindung zu kühlen, besteht darin, daß
ein kühler Gasstrom gegen den zur Erstarrung zu bringenden Kristallteil geleitet
wird. Der Kühlstrom kann entweder aus Wasserstoff, aus einem inerten Gas, wie Helium,
Argon, bestehen.The electrodes can thereby be cooled in a manner known per se
be accomplished that as an electrode with water or another coolant
penetrated hollow tube is used whose cooling temperature when growing the
Crystal can be gradually lowered under certain circumstances. Another measure
which, if necessary, can in principle be made to the gradually growing up
To cool amount of crystals according to the teaching of the invention, is that
a cool gas flow is directed against the crystal part to be solidified
will. The cooling flow can either consist of hydrogen, an inert gas such as helium,
Argon.
Die gemäß der Erfindung herzustellenden Stoffe, deren Schmelzpunkt
in der Regel unter 800' C liegt, werden vor allem für Halbleiterzwecke,
beispielsweise als Donatoren, Akzeptoren, Rekombinationszentren und andere Dotierungssubstanzen
sowie als Komponenten von Al"Bv- und AIIBvl-Verbindungen verwendet.The substances to be produced according to the invention, the melting point of which is usually below 800 ° C., are used primarily for semiconductor purposes, for example as donors, acceptors, recombination centers and other doping substances and as components of Al "Bv and AlIBvl compounds.