DE1544278B2

DE1544278B2 - Verfahren und vorrichtung zum zuechten von einkristallen nach der flammenlosen verneuil-methode

Info

Publication number: DE1544278B2
Application number: DE1966S0101889
Authority: DE
Inventors: Georges du Palaiseau Essonne; Aubree Jack Sartrouville Yvelines; Petit-Le (Frankreich)
Original assignee: Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
Current assignee: Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
Priority date: 1965-02-10
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1976-04-29
Also published as: GB1137732A; NL6601707A; US3519394A; DE1544278A1; JPS5113751B1; CH457373A; BE676042A

Description

IO

Kammer eingesetzt wird, daß er an seiner Oberfläche durch Einwirkung der durch einen konzentrisch angeordneten elektrischen Widerstand erzeugten Wärme aufschmilzt, wobei das zu schmelzende Material der aufgeschmolzenen Oberfläche des Trägerkristalls zugeführt und gleichzeitig der Trägerkristall mit dem im Abkühlungsbereich einkristallin darauf aufgewachsenen Material nach unten gezogen wird, wobei die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls und die Zuführung des zu schmelzenden Materials entsprechend der Bildungsgeschwindigkeit des Einkristalls gewählt wird.

Das zu schmelzende Material wird bei den bekannten Verfahren, wie bereits erwähnt, stets in Form eines Pulvers, und zwar als fein gesiebtes Pulver zugeführt. Dieses Zuführen kann entweder so erfolgen, daß das Pulver in einem Gasstrom in die Schmelzzone eingebracht wird. Es ist jedoch auch möglich, das Pulver einfach von oben in den Schmelzbereich hineinrieseln zu lassen.

Selbstverständlich ist es bei diesem Verfahren schwierig, genaue Bedingungen einzuhalten, selbst wenn vorheriges Dosieren des Pulvers erfolgt, da immer die Möglichkeit besteht, daß Pulverteilchen nicht auf den aufgeschmolzenen Bereich des Kristall- *5 keims auftreffen, so daß Verluste und unter Umständen auch Unregelmäßigkeiten im Kristallwachstum auftreten können.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, das Züchten von synthetischen Einkristallen mit Hilfe der ohne Flamme arbeitenden Schmelzmethode nach Verneuil zu vervollkommnen, um Einkristalle ohne Fehler in für Laser erwünschten Abmessungen zu erhalten. Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Züchten von Einkristallen nach der flammenlosen Verneuil-Methode, wobei in eine, eine kontrollierte Atmosphäre enthaltende Kammer, die in einen oberen Schmelzbereich und einen darunterliegenden Abkühlbereich unterteilt ist, ein einkristalliner Trägerkristall so eingesetzt wird, daß er an seiner Oberfläche durch Einwirkung der durch einen konzentrisch angeordneten elektrischen Widerstand erzeugten Wärme aufschmilzt, wobei das zu schmelzende Material der aufgeschmolzenen Oberfläche des Trägerkristalls zugeführt und gleichzeitig der Trägerkristall mit dem im Abkühlbereich einkristallin darauf aufgewachsenen Material nach unten gezogen wird, wobei die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls und die Zuführung des zu schmelzenden Materials entsprechend der Büdungsgeschwindigkeit des Einkristalls gewählt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das zu schmelzende Material in Form vorher gebildeter Sinterprodukte und/oder in Form von Kügelchen, die einen Durchmesser in der Größenordnung von Millimetern haben, zugegeben wird.

Bei Verwendung von Kügelchen, deren Durchmesser beispielsweise zwischen 0,1 und 2 mm liegen kann, werden diese vorteilhaft nacheinander auf die Oberfläche der Schmelzzone an der Spitze des in Bildung befindlichen Einkristalls aufgebracht. Das zugeführte Material kann zweckmäßig vor Erreichen des Schmelzbereichs vorgewärmt werden.

Das gesinterte Material kann auch in Form von Stäben zugeführt werden, die im Maße des Aufschmelzens ihres unteren Endes während des Eindringens in den Schmelzbereich nachgeführt werden. Die dabei am unteren Ende des Stabs gebildete Schmelze kann vorteilhaft ohne Diskontinuität auf die Spitze des in Bildung befindlichen Einkristalls auffließen.

Es wird unter geregeltem Druck und in einer geregelten Inertgasatmosphäre gearbeitet, beispielsweise in einer Argon-Atmosphäre bei Drücken, die unterhalb oder oberhalb des atmosphärischen Drucks liegen. Der sich bildende Einkristall kann ebenso wie der zu schmelzende Materialstab in Rotation versetzt werden, wobei die Rotationsgeschwindigkeiten von Einkristall und Stab gleich oder verschieden sein können. Vorzugsweise wird bei dem beanspruchten Verfahren ein aus Tonerde und Chromoxyd bestehendes Sinterprodukt zugegeben.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Ofen mit einer Schmelzkammer und einer Abkühlkammer, die über einen mit einer öffnung versehenen Wärmeschild in Verbindung stehen und einer oberhalb der Schmelzkammer angeordneten Zuführungseinrichtung für das zu schmelzende Material. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung so ausgebildet ist, daß die Zuführung des Materials als aufeinanderfolgende Kügelchen über eine zwischen Zuführeinrichtung und Schmelzkammer angeordnete Vorwärmeeinrichtung für diese Kügelchen ermöglicht ist. Die Vorrichtung enthält darüber hinaus in an sich bekannter Weise Mittel zur Aufrechterhaltung der gewünschten Atmosphäre, zum Tragen des in seiner Bildung befindlichen Einkristalls, zW Sicherstellung seiner Längsverschiebung und/oder seiner Drehbewegung einen konzentrisch um die Spitze des in Bildung befindlichen Einkristalls angeordneten Heizwiderstand, sowie Mittel, die in Längsrichtung den oberen Teil der Schmelzkammer begrenzen und verhindern, daß Wärme nach außen dringt.

Wird das zu schmelzende Material in Form von Stäben zugeführt, so werden diese zweckmäßig durch Mittel gehalten, die ihren progressiven Vorschub nach unten und/oder ihre Rotation ermöglichen.

Um Wärmeverluste der Schmelzkammer zu vermeiden, ist es zweckmäßig, diese mit einer Reihe von sich in Längsrichtung erstreckenden, kreisförmigen Abschirmungen zu versehen und nach oben durch eine Reihe von horizontalen, durch axiale öffnungen durchbrochene Abschirmungen zu begrenzen.

Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigt

F i g. 1 und 2 im Querschnitt und in Draufsicht Teilansichten des Ofens zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

F i g. 3 einen Querschnitt einer Vorrichtung zum Verteilen von Kügelchen aus dem zuzuführenden Material;

F i g. 4 und 5 schematisch und im Schnitt Vorrichtungen zum Vorwärmen der Kügelchen und

F i g. 6 schematisch im Schnitt eine Vorrichtung zum Vorwärmen von stabförmig zugeführtem Material.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den oberen Teil eines Ofens mit Heizwiderständen. Dieser Ofen ist in einen zylindrischen Vakuumbehälter 1 mit vertikaler Achse eingeschlossen, der an seinen Enden über Platten verschlossen ist, von denen lediglich die obere Platte dargestellt ist und der über eine öffnung 3 großen Durchmessers mit einer nicht dargestellten Pumpeinrichtung verbunden ist, mit der ein Vakuum von

i O HeH: Z, / O

ΙΟ"⁶ mm Hg erreicht werden kann. Der Behälter 1 und seine Endplatten sind doppelwandig (1 und 10, 2 und 2Oj für Kühlwasserumlauf gestaltet.

In der Achse des Vakuumbehälters 1 ist in einer konischen Lagerung 51 ein Einkristall 4 zentriert. Das Lager 51 bildet das obere Ende einer vertikalen Molybdänstange 5, deren Durchmesser so klein wie möglich ist, um Wärmeverluste zu verhindern. Das untere Ende der Stange steht mit einer nicht dargestellten Einrichtung für Rotations- und Translations- ίο bewegungen des Kristalls in Verbindung.

Durch das in F i g. 2 dargestellte Seitenfenster 6 des Behälters 1, das mit einer Quarzplatte verschlossen ist, kann das Ende des Kristalls, seine Speisung und sein Wachsen beobachtet werden.

In dem mittleren Teil des Behälters 1 und koaxial zu ihm sind Heizwiderstände 7 und 8 angeordnet, die voneinander über eine Abschirmung 9 getrennt sind und die auf jeweils einer Seite dieser Abschirmung die Schmelzkammer und die Abkühlkammer begrenzen. Der Heizwiderstand 7 aus Wolfram oder Tantal wird über die Anschlüsse 71 und 72 gespeist, die über die Hohlleiter 73 und 74 mit der unteren Platte des Behälters 1 verbunden sind. Der Heizwiderstand 8 ist ein zylindrisches Tantalband, zackenartig über Sägezahnschnitt 80 aufgeschnitten und koaxial zum Heizwiderstand 7 unterhalb der Abschirmung 9 angeordnet; er ist über Radialanschlüsse 81, 82 und vertikale Hohlleiter 83, 84 mit innerem Kühlwasserumlauf gespeist, die an der unteren Platte des Behälters 1 befestigt sind.

Um einen Wärmeverlust durch Strahlung zu vermeiden, umgeben zylindrische Schirme 11 die Schmelz- und Abkühlkammern; diese Schirme, die konzentrisch zu den äußeren Schirmen angeordnet sind, können beispielsweise aus einer Nickellegierung aus 80% Nickel, 14% Chrom und 6% Eisen bestehen, während die mittleren Abschirmungen aus Molybdän und die den Kammern am meisten benachbarten Abschirmungen aus Tantal bestehen. Jeder Schirm 11 ist durch horizontal an seinem Ende angeordnete Schirme vervollständigt. Die am oberen Ende der Schirme 11 angeordneten Schirme 12 sind an der oberen Platte 2 über Distanzstücke 13 befestigt und in ihrer Mitte mit einem kreisförmigen Loch versehen.

F i g. 3 zeigt im Schnitt den Verteiler 30 für die Kügelchen mit dem Körper 31 aus poliertem, nicht oxydierendem Stahl, dessen oberer Teil zylindrisch ausgebildet ist und dessen Basis 32 eine Platte bildet, die an ihren Rändern in ein Lager mit einem Sockel 33 eingreift, der auf der oberen Platte 2 des Behälters befestigt ist. Die metallische Glocke 34 ist auf dem Sockel 33 über die Dichtung 35 befestigt.

Der Körper 31 weist in seinem mittleren Teil ein zylindrisches Lager mit chromierten und polierten Wänden auf, in dem ein zylindrischer Rotor 36 gelagert ist, der in gleicher Weise chromiert und poliert sein kann und dessen Durchmesser etwa 1 mm kleiner ist als der Durchmesser des Lagers. Der Rotor 36 ist mit der Welle eines nicht dargestellten Elektromotors verbunden. In regelmäßigem Abstand sind in die Umfangszone des Rotors 36 zylindrische Taschen 361 eingeschnitten, deren Öffnung und Tiefe etwas größer ist als der Durchmesser der Kügelchen.

In den oberen Teil des Lagers des Rotors 36 mündet ein Trichter 37, der in den Körper 31 des Verteilers 30 eingeschnitten ist und die Rubinkügelchen 38 enthält. Sobald sich eine Tasche 361 des Rotors 36 vor der Öffnung des Trichters 37 befindet, wird ein Kügelchen 38 dort aufgenommen und mit dem Rotor 36 weiter transportiert, bis die Tasche 361 am Kanal 39, der am Fuß des Körpers 31 angeordnet ist und die Verbindung zum Behälter 1 des Ofens herstellt, angekommen ist. Die Achse des Kanals 39, die mit der Achse des Körpers 31 zusammenfällt, ist in der Verlängerung der Achse der Vorwärmeeinrichtung 40 angeordnet.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorwärmeeinrichtung 40 besteht aus einem zylindrischen Körper aus Tantal und ist über den Kragen 41 an der obersten Abschirmung 12 befestigt. Zylindrische Kanäle 42 und 43, die in regelmäßigem Abstand voneinander und gegenüber der Horizontalen wechselweise um 30° in dem einen und in dem spiegelbildlich entgegengesetzten Sinn geneigt sind und von denen jeweils der eine in den anderen mündet, sind in den Zylinder 40 eingeschnitten. Die trichterförmige Axialöffnung 44 mündet in den ersten Kanal 42, der letzte, schräge Kanal in den axialen Ausgangskanal 45.

Verläßt ein Kügelchen den Verteilen durch den Kanal 39, so fällt es direkt in die trichterförmige Axialöffnung 44 der Vorwärmeeinrichtung 40, folgt dann einer unterbrochenen Linie, die von Teilen der jeweiligen Geraden gebildet ist, die untereinander Winkel von 60° bilden und die sich in mehr und mehr erhitzten Zonen befinden, bis es schließlich soweit erwärmt durch den Kanal 45 auf das geschmolzene Ende des Kristalls 4 fällt, daß dessen Oberflächenbelag nicht unter seinen Schmelzpunkt abgekühlt wird.

Die verschiedenen Phasen der Züchtung eines synthetischen Einkristalls mit der bisher beschriebenen Vorrichtung werden nachfolgend beschrieben.

1. Erstes Entgasen des Behälters 1.
Nachdem der Verteiler mit Kristallkügelchen gefüllt ist, wird der Behälter bis auf 5,10~⁶ mm Hg evakuiert, gleichzeitig werden die beiden Heizelemente 7 und 8 2h auf 2000° C erhitzt. Der Ofen wird dann unter Aufrechterhaltung des Vakuums langsam abgekühlt.

2. Einführung des Kristallkeims 4.

Nach Einbringen des Kristallkeims 4 in die Lagerung 51 wird er durch Drehen der Molybdänstange 5 genau zentriert. Die Stange 5 folgt dann einer vertikalen Translationsbewegung, bis das obere Ende des Kristallkeims bis auf 1 mm über die Ebenen des Wärmeschilds 9, das die Schmelzkammer von der Abkühlkammer trennt, hinausragt.

3. Zweites Entgasen des Behälters 1.

Hierbei wird der Behälter bis auf 10~⁶mmHg evakuiert und die beiden Heizelemente 7 und 8 werden auf 1000° C erhitzt. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird der elektrische Strom unterbrochen, so daß der Ofen abkühlt.

4. Einführung von Argon.

Das aus einer Flasche entnommene Argon wird zunächst unter Beseitigung von Feuchtigkeitsspuren gereinigt. Das den Behälter 1 ausfüllende inerte Gas muß weniger als 5 ppm Wasserstoff und Wasser enthalten, da nicht

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nur die Verunreinigung des Kristalls, sondern ^verkleidung 53, die über einen Stift 56 auf dem auch eine Beschädigung aller heißen Ofen- Zylinder 50 befestigt ist, umgibt den Zylinder 50 auf teile vermieden werden muß. Das Argon wird der gesamten Länge der Nut 511. Eine axial angesolange in den Behälter 1 eingeführt, bis ein ordnete, bauchige Öffnung 54, die in den Zylinder 50 Druck von 850 mm Hg erreicht ist, worauf 5 eingeschnitten ist, befindet sich oben an der schrauman mit etwa 2 l/min spült. benlinienförmigen Nut 511, die am unteren Ende des 5. Herstellung des Kristalls 4. Zylinders 50 in einem axial angeordneten Ausgangs-Nachdem der Motor für die Umdrehung des ^kaiial 55 endet. Die Abmessungen des Zylinders 50 Kristalls eingeschaltet ist, werden die beiden ^und die Ganghöhe der Schraubenlinie sind in AbHeizelemente 7 und 8 auf hohe Temperatur ¹⁰ hängigkeit von den abgestuften Temperaturen zwigebracht, bis das Innere der Abkühlkammer sehen seinen beiden Enden so berechnet, daß die eine Temperatur von etwa 1950° C hat. Die Kügelchen die Schmelzkammer bei optimaler Tem-Temperatur der Schmelzkammer wird dann peratur erreichen. Die zentrale öffnung des Wärmeebenfalls erhöht, bis bei etwa 2050° C am Schilds 9, in der der Kristall 4 im Verlauf seines äußersten Ende des Kristalls 4 ein Schmelzen *5 Wachsens erscheint, ist durch einen Ring 60 aus Rheder Oberfläche eintritt. Dieser Vorgang wird nium, der mit einem auf dem Rand aufliegenden Kradurch das Vergrößerungsglas beobachtet. Ei- gen 61 versehen ist, kalibriert.

nige Grad Celsius vor diesem Schmelzen wird F i g. 6 zeigt eine Vorrichtung für den Fall, daß

der Teil des Kristalls 4, der sich in der der Kristall mittels eines zylindrischen Stabs 92 aus

Schmelzkammer befindet, sehr glänzend und ²° einem durch Sintern gebildeten Gemisch aus Tonerde

seine nach außen vorspringenden Kanten sin- ^und Chromoxyd gebildet wird,

ken ein. Beim weiteren Schmelzen wird der Der Stab 92 wird von einer Stange 94 aus Molyb-

Kristall 4 von Hand bewegt, bis sich sein obe- dän gehalten, deren unteres Ende ein zylindrisches

res Ende etwa 2 mm oberhalb des Wärme- Lager 91 trägt, in dem er mittels einer Schraube 93

Schilds 9 befindet. Nach und nach nimmt der *5 aus Molybdän befestigt ist.

obere Teil des Kristalls 4 das Aussehen einer Der außerhalb des Ofens befindliche Teil" der Stan-

Kugelkalotte an. Wenn diese sauber abge- ge 94 steht mit einer Vorrichtung für die vertikalen

grenzt ist, ohne daß ein Fließen festgestellt Translations- und Rotationsbewegungen in Verbin-

wird, wird der Motor für die Translations- dung, der andere Teil ist über eine wasserdichte Dich-

bewegung der Stange 5 und gleichzeitig der 3o tung 90 in den Ofen und dort in ein Rohr 96 einge-

Verteiler für die Kügelchen eingeschaltet und führt, das ebenfalls aus Molybdän besteht. Die Stan-

die Temperatur in der Schmelzkammer auf ge wird von einem Kragen 95 in einem Teil 32 ge-

etwa 2100° C erhöht, um die beim Schmel- halten, das fest mit der oberen Platte 2 des Ofens

zen auftretende, durch die Zuführung der Kü- durch den Sockel 33 und die metallische Glocke 34

gelchen hervorgerufene Abkühlung des Kri- 35 verbunden ist.

stalls zu kompensieren. Eine solche Abküh- Das untere Ende des Rohrs 96 hat eine innere

lung könnte, wie schon ausgeführt wurde, ein Verengung 97, die eine genaue Führung des Stabs 92

teilweises Verfestigen des Kristallendes und ⁱⁿ der Achse des Kristalls 4 sicherstellt und mit der

damit Störungen der kristallinen Struktur her- Schmelzkammer des Ofens in Verbindung steht,

vorrufen. Nach Bildung des Einkristalls wird 4<> Der Kristall 4 rotiert beispielsweise mit 10 UpM

die Stromzufuhr zu den Heizelementen 7 ^und wird im Verhältnis zur Wachstumsgeschwindig-

und 8 langsam bis zur Abkühlung des Kri- ^keit mit etwa 12 mm/h bei einem Kaliber von 6 mm

stalls auf die Umgebungstemperatur reduziert. ^nacn unten bewegt. Auch der Stab 92, dessen Kaliber

in der Größenordnung von 3 mm liegen kann, wird

F i g. 5 zeigt eine andere Vorrichtung zum Vor- ₄₅ um sich selbst gedreht, um Temperaturungenauigkei-

wärmen der Kügelchen. Der Zylinder 50 aus Molyb- ten im Inneren der Schmelzkammer auszugleichen,

dän ruht mittels eines Kragens 52 auf der obersten Die relativen Geschwindigkeiten der Antriebsmo-

Abschirmung 12. Unterhalb des Kragens 52 ist der tore für die Rotation und die Längsbewegung von

Umfang des Zylinders 50 nach Art einer schrauben- Kristall und Stab können in Abhängigkeit von der

linienförmigen Nut 511 mit quadratischem Quer- ₅₀ beobachteten Einschnürung der schmelzenden Kri-

schnitt ausgebildet, deren Seitenlänge etwas größer stallmasse zwischen den Enden des Stabs und des

ist als der Durchmesser eines Kügelchens. Eine Tan- Kristalls eingestellt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

i O / O Patentansprüche:

1. Verfahren zum Züchten von Einkristallen nach der flammenlosen Verneuil-Methode, wobei in eine, eine kontrollierte Atmosphäre enthaltende Kammer, die in einen oberen Schmelzbereich und einen darunterliegenden Abkühlbereich unterteilt ist, ein einkristalliner Trägerkristall so eingesetzt wird, daß er an seiner Oberfläche durch Einwirkung der durch einen konzentrisch angeordneten elektrischen Widerstand erzeugten Wärme aufschmilzt, wobei das zu schmelzende Material der aufgeschmolzenen Oberfläche des Trägerkristalls zugeführt und gleichzeitig der Trägerkristall mit dem im Abkühlbereich einkristallin darauf aufgewachsenen Material nach unten gezogen wird, wobei die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls und die Zuführung des zu schmelzenden Materials entsprechend der Bildungsgeschwindigkeit des Einkristalls gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu schmelzende Material in Form vorher gebildeter Sinterprodukte und/oder in Form von Kügelchen, die einen Durchmesser in der Größenordnung von Millimetern haben, zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Tonerde und Chromoxyd bestehendes Sinterprodukt zugegeben wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem eine Schmelzkammer und eine damit über einen Wärmeschild in Verbindung stehende, darunter angeordnete Abkühlkammer aufweisenden Ofen und einer oberhalb der Schmelzkammer angeordneten Zuführungseinrichtung für das zu schmelzende Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung (30) so ausgebildet ist, daß die Zuführung des Materials als aufeinanderfolgende Kügelchen über eine zwischen Zuführungseinrichtung und Schmelzkammer angeordnete Vorwärmeeinrichtung (40) ermöglicht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung (30) einen im Körper (31) horizontal gelagerten zylindrischen Rotor (36) mit in seine Umfangszorie eingeschnittenen Taschen (361) und einen über dem Rotor angeordneten Trichter (37) aufweist, die über den Kanal (39) mit der Vorwärmeinrichtung in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeeinrichtung aus einem zylindrischen Köper (41) mit um 30 und um 150° gegenüber der Horizontalen geneigte, wechselweise ineinander übergehende Kanäle (42, 43), besteht, deren Ausgang (45) unmittelbar über der Spitze des Einkristalls in der Schmelzkammer mündet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeeinrichtung aus einem von einem Hohlzylinder (S3) umgebenen Massivzylinder (50) besteht, an dessen Peripherie eine schraubenlinienförmige Nut (511), die den Eingang (54) mit dem unmittelbar über der Spitze des Einkristalls in der Schmelzkammer mündenden Ausgang (55) verbindet, angeordnet ist.

Das klassische Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Einkristalls, bekannt unter der Bezeichnung »Verfahren von V e r η e u i 1«, besteht darin, einen an der Oberfläche mittels einer Flamme aus einem Knallgasbrenner geschmolzenen Kristallkeim dadurch zu vergrößern, daß man in die Flamme ein pulverisiertes Gemisch aus Tonerde und Chromoxyd einführt. Es ist auf diese Weise aber nicht möglich, mit ausreichender Wiederholbarkeit Einkristalle

ίο für Laser zu züchten, da die durch dieses Verfahren erhaltenen Kristalle eine große Anzahl von Fehlern hinsichtlich der Struktur, der Reinheit und der Homogenität aufweisen.

Es wurde schon versucht, Einkristalle hoher Qualität dadurch herzustellen, daß unter geregelter Atmosphäre die bei Verneuil übliche Brennerflamme durch das Bild eines elektrischen Lichtbogens im Inneren eines abgedichteten Ofens ersetzt wurde (siehe F. A. Halden und R. Sedlacek »Ver-

ao neuil Crystal Growth in the Arc-Image Furnace« veröffentlicht in »The Review of Scientific Instruments«, Bd. 34, Nr. 6, Juni 1963, S. 622 bis 626). Bei der dort beschriebenen Einrichtung ist die von dem Lichtbogen herrührende Wärme über eine Spiegelanordnung auf die Oberfläche des Kristallkeims konzentriert, während die den Einkristall bildenden Materialien in Pulverform mit einer Korngröße von 10 bis 75 μ zugeführt werden. Der Kristall wird während des Wachsens über zusätzliche Mittel, die dann auch ein langsames und gleichmäßiges Abkühlen ermöglichen, auf einer Temperatur nahe seinem Schmelzpunkt gehalten. Durch den notwendigen Austausch der Kohleelektroden des elektrischen Lichtbogens, die bei diesem Verfahren verwendet werden, treten aber schwierige Probleme auf, und außerdem sind die Spiegel zum Konzentrieren der Wärme oft durch Ablagerungen von verdampftem oder feinverteiltem Zufuhrmaterial, die die Temperatur in der Brennzone herabsetzen, verschmutzt, so daß eine kontinuierliche Produktion und damit ein Wachsen der Kristalle bis zu einer für Laser notwendigen Größe ohne Fehler nicht möglich ist.

Ein anderes Verfahren für die Herstellung von Einkristallen aus Metalloxyden nach dem Verfahren von Verneuil ist aus der deutschen Patentschrift 8 33 920 bekannt. Hierbei wird, um die für das Schmelzen der Metalloxyde notwendige Wärme zu erzeugen, mindestens ein elektrischer Widerstandsofen in Form einer Röhre, die aus Kohle besteht, eingesetzt, während das zum Kristallwachstum erforderliche Metalloxyd wiederum in Form eines Pulvers verwendet wird. Dieses Pulver wird mit einem indifferenten Gas als Leitgas zugeführt, und gleichzeitig wird durch den Mantel des "Brenners Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd als reduzierendes Gas in die Röhre des Ofens geleitet.

Die Herstellung von Halbleitern nach der Methode von Verneuil ist auch aus der deutschen Patentschrift 9 68 581 bekannt. Hierbei wird das Halblei- termaterial in Form eines Pulvers auf die Oberfläche eines reinen Blocks des Halbleiterstoffs aufgebracht, wo sie in dünner Schicht schmilzt. Gegebenenfalls kann dann in besonderer Weise gekühlt werden, bis ein Kristall gewünschter Größe erreicht ist.

All diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß ein einkristalliner Trägerkristall so in eine, eine kontrollierte Atmosphäre enthaltende und in einen Schmelzbereich und einen Abkühlbereich unterteilte