DE1279647B

DE1279647B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Info

Publication number: DE1279647B
Application number: DE1965S0101003
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Wolfgang Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-12-17
Filing date: 1965-12-17
Publication date: 1968-10-10

Description

Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, dessen Halterungen, von denen mindestens eine ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander abgestimmten Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wieder erstarrenden Stabteils über die lichte Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird. Nach dem Hauptpatent wird die sich drehende Halterung des wieder erstarrenden Stabteils relativ zur Heizeinrichtung seitlich verschoben und dadurch die Schmelzzone zum Rand des bereits wieder erstarrenden Stabteils höchstens so weit hingeführt, daß aus ihr kein flüssiges Material abtropft.
Es zeigte sich, daß Vorteile dieses Verfahrens, wie Erzielung eines gleichmäßigen Verlaufs des spezifischen Widerstandes über den Stabquerschnitt, auch dann erzielt werden, wenn die Verhältnisse der Stabdicken und der Spulenweite andere sind als im Hauptpatent vorausgesetzt. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß beim Verfahren nach dem Hauptpatent die Halterungen und die Heizeinrichtung der Stabachse derart bewegt werden, daß die Dicke des erstarrenden Stabteils gleich der Dicke des zugeführten Stabteils oder kleiner wird. Insbesondere kann zusätzlich so gearbeitet werden, daß die Dicke des erstarrenden Stabteils nicht größer als die lichte Weite der Heizeinrichtung wird.
Wenn die Dicke des der Schmelze zugeführten Stabteils, des sogenannten Vorratsstabes, gleich der Dicke des wiedererstarrenden Stabteils ist, so kann der Stab unter gleichen Bedingungen mehrfach einem Zonenschmelzprozeß unterworfen werden. Vorteilhaft ist aber auch die Verwendung eines dickeren und damit kurzen Vorratsstabes.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
F i g. 1 und 2 stellen zwei Phasen des Verfahrens gemäß der Erfindung dar.
Nach F i g. 1 wurde an dem unteren Ende eines stabförmigen Körpers 2, der aus halbleitendem Material bestehe und dessen Durchmesser beispielsweise größer sei als der Innendurchmesser einer Induktionsheizspule 3, eine kegelförmige Verjüngung angebracht, an die ein dünner stabförmiger Keimkristall 4 angeschmolzen werde. Dieser ist z. B. ein Einkristall, der zum Einkristallzüchten dient. Die Verjüngung kann beispielsweise mechanisch durch Abschleifen oder Sandstrahlen und/oder chemisch mittels Ätzen hergestellt sein. Die mit Hochfrequenzstrom von beispielsweise 1,5 MHz gespeiste Heizspule 3 erzeugt eine Schmelzzone 5. Mindestens der Keimkristall 4 bzw. der wieder erstarrende Stabteil 2 a (F i g. 2) werde um seine lotrechte Achse gedreht.
In F i g. 2 ist das Verfahren in dem Zeitpunkt dargestellt, in dem der aus der Schmelze wieder erstarrende Stabteil 2 a seinen Solldurchmesser erreicht hat. Von diesem Zeitpunkt ab wird keine weitere seitliche Verschiebung des unteren Stabteils 2 a mehr vorgenommen, sondern die Stabteile 2 und 2 a werden nur noch nach unten bewegt, und zwar in bezug auf die Heizeinrichtung 3 mit einer Geschwindigkeit, die dem Querschnitt der Stabteile umgekehrt proportional ist.
Für das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Beispiel wurde angenommen, daß schon zu Beginn des Verfahrens während des Vergrößerns des aus der Schmelze 5 wieder erstarrenden Stabteils 2 a eine seitliche Verschiebung dieses Stabteils vorgenommen wird. Durch diese Maßnahme wird ein besonders leichter übergang von dem Querschnitt des dünnen Keimkristalls 4 zu dem Sollquerschnitt erreicht. Es ist aber auch möglich, die beiden Stabteile 2 und 2 a so lange in derselben lotrechten Achse angeordnet zu lassen, bis der wieder erstarrende Stabteil 2 a seinen Sollquerschnitt erreicht hat und erst anschließend die seitliche Verschiebung durchzuführen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch mit räumlicher Umkehrung, also mit unter der Heizeinrichtung angeordnetem Vorratsstab und mit einem darüber auskristallisierenden Stabteil mit Erfolg durchgeführt werden. Alle im Hauptpatent beschrienen Abwandlungen sind ebenfalls anwendbar. Insbesondere gelten die Maßnahmen zur Veränderung des Stabquerschnitts und zur Verbesserung der Kristallqualität.
Eine besonders wertvolle Kombination mit dem Hauptpatent besteht darin, daß sowohl der Durchmesser des wieder erstarrenden Stabteils 2 a als auch der Durchmesser des Vorratsstabes 2 größer als die lichte Weite der Heizeinrichtung 3 ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, dessen Halterungen, von denen mindestens eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander abgestimmten Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wieder erstarrenden Stabteils über die lidfite Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird, wobei sich drehende Halterung des wieder erstarrenden Stabteils relativ zur Heizeinrichtung seitlich verschoben wird, nach Patent 1218 404, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Halterungen und die Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse derart bewegt werden, daß die Dicke des wieder erstarrenden Stabteils gleich der Dicke des zugeführten Stabteils oder kleiner wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen und die Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse derart bewegt werden, daß die Dicke des wieder erstarrenden Stabteils höchstens so groß wie die lichte Weite der Heizeinrichtung wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsstab verwendet wird, dessen Dicke größer als die lichte Weite der Heizeinrichtung gewählt wird.