DE1794206A1 - Verfahren zur thermischen Behandlung von Kristallen und Schmelzen - Google Patents

Description

• Verfahren zur thermischeft Behandlung von Kristallen und Schmelzen Gegenstand des Haupt-pateü-L-es ist ein Verfahren zur therinischen Behandlung von Kristallen und Schmelzen, nach dem die vOn einer Heitquelle erzeugte EnerGie auf einen aus gut Wärmeleitenuem Material bestehenäeü Ausgleichskörpet einwirkt, der rotiert und i n dessen Rotationsachse sich die thermisch zu behandelnden Objekte befinden. Eine derartige Behandlung ist f Ür. die qualitative Verbesserung bestimmter Materialien von großer Bedeutung. Insbesondere haben sich rotationssymmetrisehe Ausgleichskörperg ZOB* in Form eines Rotationszylinderst für die Züchtung stabförmiger Einkristalle aus der Schmelze bewährte Den Vorzügen der qualite#tiven Verbesserung des Kristallmaterials durch die thermische Behandlung innerhalb des rotiej.. ,renden Ausgleichskörpers steht ein höherer Leistungebedarf gegenüberg der die Behandlung dicker Stäbe-mindestens erschwart, zumal sich an dicken Stäben die Energie nic]#t in dem gleichen Maße bündeln läßt wie bei dünnen. Hinzu kommt,- daß der Ausgleichskörper unabhangig von der'Dicke der Stäbe die Beobachtung der-Schmelze# die bei dicken'Stäben bezonders.wichtig istj- behinderte Der vo:d1iogeiLden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; das Verfahren nach dem flauptpatent so aUszugestalten, daß% ohne Beschränku-,1, der Vcrteilei die sich aus der Wirkung das' sym-:Ketrierten Tomperaturfeldes insbesondare bei der Behandlung dicker Einktietalletäbe ergeben# die ÜbertrageneLeistung besser ausgenutzt wird und gleichzeitig die Beobachtung der-Schmelze nicht behtiadert ist. Diese Autgabewird Orfindünge gemäß dadurch geldet#i* daß die Wirkung der vo'n den rotierenden Ausgleichakörpör Übirträgenen fteahlungseneriib auf die Be.-#*,

  .töicho des lü#iotaileä hinter der

  b,oüöhr,änkb ist, Das bedeutet# daß dot

  ö#Wa in der qöhä der endet-,

  Uhdi im Pallö döä tiOSOlfteien die seh"12-.

  zone selbät äöWie d10 noch niöht StäbtelLie

  ditekt von der lndülttionsäpule bohälizt werden. aUA ergibt

  sich eine tjcäio'Sieht auf die Schmelze ünd'ein geringerer

  Leistungsäufwand für das AUfschineizeildb Außeedem steht auch

  te die Züchtung dicker Einkristallstäbe die erforderliche

  Lei,Stung voll Zur Verfügung»

  Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß die thermische-

  teeinflussung der jenseits der ErstaPrungsphasengrenze

  plastischen Bereiche des.Einkristallstabes einen entschei-

  deinden Einfluß auf die Anzahl und die Verteilung der struk'

  turellen Defekte und auf die mikroskopische Verteilung der

  Fremdstoffe im Einkristall hat und daß dieser Einfluß durch

  die von dem rotierenden Ausgleichskörper bewirkte Symmetrie-

  rung des Tomperaturfeldes in erhöhtem Maße wirksam wird.

  wegen dieser günstigen Einwirkung-der Wärmestrahlung des

  rotierenden AusgleichakÖri.)(,.r-s'uuf die noch glühenden Ein'

  kristallbereiche läßt sich das Verfah#--en wei-b#-r ausgestalten

  zur Einstellung eines axialen IllemperatiirproGram-as für diese'

  Bereiche durch eine entsprechende zus#Itzliche Beheiziiie des

  Ausgleichskörperse

  Bei nach dem Verfahren ge,züchteten Einkristallen erstreckt

  sich die gleichförmige Ve.L'teilung der Kris-ballverget-"ungen".".,

  über deeanzen St-abquerschnitt» #--Vird das tiegelfreie Zonen-..

  schmelzen in bekannter Weise mit direktL#r induktiver Behei-

  zung durchgeführt, dann liegt die Versetzunj##sdichte in derb

  Randzone des Stab(luerschnittes bis zu einer Tiefe von 2.mal.,1

  um das Drei- bis Zehnf ache höher als im Innern des'.Stebes,..,

  Die Mateeialverluste, welche durch die erforderliche Ent-

  fernung der gestörten Randzone bis zu 30#j des v":#rbvollen

  Einka-istallmaterials betragen '"u'nneng v#.-rden bei d----i.- An-

  v..endung des Verfahwens vermtden. Der Ganze Sü..-ü(iuersclinitt

  steht für die Weiterverarbeitunj## zu 13auelemenjv-en zur Ver-

  fügung, was von besonderer Bedeutung ist für #,ie Lerstel-

  Jung von Siliziumgleichrichtern,'

  Das Verfahren v#ird nachstehend an einem AusfWirungsbeispiel

  an Hand der Zeichnung näher ei-klärt.

  Innerhalb einer Apparatur zum tie,-ullosen Zonenschmelzen be-

  U

  findet sich ein iialbleiturstab, bestehend aus dem wachsenden

  Einkristall 19 dem AusG. r4,sotab 4 und dc-r Schmelzzone 5 9 die

  durch eine bekanntu Slulunanordniine; 3 mi',itels induktiv,r lir-

  wärmung erzeugt #ii12ä. Der AusGanGsstab 4 und der Eink-#-istall 1

  rotieren Lleichsinnig um die eingezeichnete 1"o-'U-ationsach3e.

  Um den #iinki-istn-11 1 und um die gemeinstime ro-

  tiert der Aus--leichskörper 2, dei. u.us llociljereiiliü#tera Gra-hit

  besieht. Der einbezeielineüe Pfeil L--,ibt die Pe-,.egurigsricht-,ung

  der SpulenanordniinG 3 und des AusGleichsköi-pers 2 in bezug,

  . 6 1, ist

  auf den iialbleit-rs-t!j-#zb jui. Der AusGleichskörper 2 zur ge-

  s#amten Spu#lenanordnun,# 3 definiert angeordnet, und zwE;X so

  dicht; un't,-c;rhal-L> uer Siule 3 iLit bekannten technischen Mitteln

  drelibax -ehaltert, daß er du-L-ch das elek-t:1-roma#;notische Feld

  0

  der Spule 31, an seiner oberen Kante hinreichend stark aufge-

  heizt v.ird. Der Ausgleichskörper 2 ist von einer von der

  Spule .3 unabhärk;igen Induktionssl-ul%e 6 umgeben, de.-#en Lei--e

  und de-L.-en Hochfrecluenzstrom so gewählt werden k.'#jiuien, daß

  der aziale Temperaturverlauf in den Glühenden Bereichen des

  Einkristalles 1 einem vorbes-'L-fi:I=ten Programm foken kann,

  Bei dem Zonenselimelzl.rozeß erfulGt durch diesen rotierenden,

  erhitzten Ausgleichskörper 2 eine äußerst symmetrische Strah-

  lungsaufheizun#, ae.- Einkristalles 1 in seinen Glühenden Be-

  rei-c heng die den angegebenen homogenisierenden Einfluß auf

  die Verse'tzunGsvert;eilung über den X-,istallquers-chnitt hat.

  Das Verfahren kann auch mit anderen bekannten KristallzÜchtu.ng-t3i-'--

  verfahren kombiniert werden. Die günstige thermische Beein-

  flussung der 4ualität des Einkristalles wird in gleicher Weise'

  wirksam bei der-Züchtung nach dem sogenannten.Pedestal-Ver-

  fahreng dem Ozochralski-Verfahi,--en und seinen Varian-t-Jeng bei den

  verschiedenen Varianten des Zonens#Iimelzens-,- auch bei Anordnung

  des Einkristalles oberhalb der Schmelzzone (4"Jonendiu-c,hlauf

  von oben nach Unken) - und beim soGenannten Stauchver:#ahren,

  d.h. bei dem Verfahren zur Ge#,jirniurk; a-ickerer Einkristall-

  stäbe durch Ge,-c-neinanderbev.--o-#-en dünnerer Stäbe beim üiee;el-

  losen ZonenLehmelzen.

Claims (1)

1. #Verfahren Zur thermischen BehandlunL, von Kristallen, insbesondere Halbleit..,rmaterialt ln'Ve---«bindure mit dem Züchten von EinkrIstallstäben nach Patent 35 876t da# durch e k e n n z e i c h n e -t d#,#ß die l-"'lrkung der von einem rotierenden, deii Stab 1..zonzerrbrisch uniGe# benden Ausgleichskörper üb#-rb:c-aGenen StrahlunGsenergie auf die glühenden Bereiche hinter d.-r L#rs-barrunvjs-,haseng4,enz- fläche beschränkt wird. 2. Verf aliven uzÄch i#.nsp-Luexi e k e ii n z u i c h u e b durch eine zusätzliche Delielzuri#" dv-,-