DE1934932A1 - Verfahren zur Herstellung von Gegenstaenden aus Siliziumdioxyd und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Unser Zeichen: T 760

TIiXAS INSTSUMEIiTS INCÖRPORfiTilL·. . \ - ■ 135OO North. Central Expressway, Dallas, Texas/V.St,

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Siliziumdioxyd und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Gegenstandes aus einem pulverisierten Metalloxyd durch die Zersetzung von flüchtigen Metallchloriden und insbesondere die Abscheidung von Metalloxyd auf einer nicht oxydierenden, nicht haftenden und nicht reaktionsfähigen fläche durch eine in der Gasphase durchgeführte Hydrolyse von flüchtigen, wasserfreien.Chloriden von metallischen Elementen der Gruppen III und' IV des. Periodensystems, beispielsweise Siliziutntetrachlorid, I'itantetrachlcrid und Aluminiuatrichlorid. ι

Bei der Herstellung gewisser Halbleiterbauelemente ist es notwendig, einkristallines Silizium aus einer tchraelze aus reinem Silizium zu ziehen. Zur Verringerung des in die Siliziumschmelze eindringenden Verunreinigungsanteils hat sich die Herstellung des Schselztiegels aus ; sehr reinem, geschmolzenem Siliziumdioxyd als vorteilhaft erwiesen. Solche geschmolzene Siliziumdioxydschmelztiegel müssen sehr symmetrische formen und gleichmässige Seitenwähde besitzen, damit der Zug aus der in ihm enthaltenen .

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Siliziumschmelze .gleichmässig ist. , _. . - _-■■ -.·_;

Zur Herstellung von Gegenständen aus, Siliziuudioxyd sind verschiedene Verfahren entwickelt worden. So ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 272 342 ein Verfahren beschrieben, nachdem ein durchsichtiger Gegenstand aus Siliziumdioxyd durch Zersetzung von verdampftem Siliziumtetrachlorid in einer Ilacme und durch Abscheidung des sich daraus ergebenden Silizium- _:- dioxyds auf einem feuerfesten' Kern aus Porzellan hergestellt wird. Aus-serden ist in der USA-Patentschrift 3 117 338 ein Verfahren beschrieben, nachdem ein Siliziumschmelztiegel durch Oxydation einer Gasaischung aus SiIaa und einem reaktionsfähigen Gas in einem gezündeten Brenner und durch Lenken des sich ergebenden geschmolzenen Siliziumdioxyds auf eine erwärmte -Kohlen— stofffora hergestellt wird. Bei anderen Verfahren zur Herstellung von Siliziumdioxydgegenständen sind I-qrmen. oder Kerne au's Graphit verwendet worden.

Bei der Herstellung von Siliziumaioxydgege ns tänder, unter Verwendung herkömmlicher Pormen haber, sich bisher Schwierigkeiten ergeben, da der Siliziumdioxydgegenstand iEanchraal nur schwer von der Fora, auf der er abgeschieden worden ist, abgenommen werden kann, ohne dass seine Fläche rissig wird. Da rübe rhi na us. wiesen auf herkömmlichen' Pc-rar*-; flächen hergestellte Sili'ziuraaioxydgegenstände unerwünschte Oberflächenfehler und Luftblasen auf. Die bei der Verwendung von Graphitformen auftretende starke Oxydation.der Formen machte diese für weitere Abscheidevorgänge oft■ ■ -^^Γ-unbrauchbar. Ausserdem zeigte das Siliziumdioxyd die lie igung, sich in Öberflächenporen des Graphits abzusetzen, ■■' so dass ei'gewissermas-sen "mit der..Oberfläche des Graphits -■ verklebt war. Die Verwendung von bisher entwickelten Pormen

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führte manchmal auch dazu, d,ass in dem Siliziumdioxyageger.stand Verunreinigungen eindrangen.

Nach der Erfindung wird eine Form geschaffen, die zur Aufnahme der Abscheidung eines Oxyds eines flüchtigen iietallchlorids bestimmt ist. Die Form besteht aus einem Körper mit einer ausgewählten Aussenform und einer glatten Beschichtung aus einem ia allgemeinen nicht porösen Material. Dieses Material reagiert nicht mit dem abzuscheidenden Oxyd, und es oxydiert bei dem während des Abscheidevorgangs auftretenden 'Temperaturen nicht. Das Material hat einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Oxyd, so dass sich der Gegenstand automatisch von der Form löst, wenn die Perm und der Gegenstand gekühlt

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werden. . - . ·

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der K-örper aus Graphit hergestellt _} und er ^t mit einem gleichmässigen Überzug aus Siliziumearbid beschichtet. Der Körper hat die lorm eines Dorns, der sich relativ zu einer Brennerflamme dreht, in der Siliziumtetrachlorid zersetzt wird. Auf diese Welse wird auf dem Überzug aus Siliziumearbid gleichmässig Siliziutndioxyd abgeschieden, so dass ein hohler Gegenstand gebildet /jird, der eine einreichende Rohfestigkeit besitzt, damit er für eine weitere Behandlung vom Dorn abgenommen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.Darin zeigen:

I?ig.1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Aufbringung einer CiliziucDdioxydschicht auf dem Dorn,

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Ji^vig.2 eine Schnitta-nsicht des in S¹Ig. 1- dargestellten Dorn?, nachdem eine S^liziumdioxydschicht auf ihm aufgebracht worden ist, .

Fig.3 eine Schnittansicht des in Pig.2 dargestellten Dorns, •wobei der Siliziuaidioxydgegenstand nach der Abkühlung ■ von ihm gelöst ist,

JFig.4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Brenners zur Aufbringung einer SiUziumdioxydschicht auf den Dorn und ..'.."■-."

Fig.5 eine Stifnansicht des in Fig.4 dargestellten Brenners.

hier beschriebene'Ausführungsbeispiel ,betrifft insbesondere die Abscheidung von Siliziurndioxyd durch Zersetzung von Siliziumtetrachlorid, doch können natürlich auch andere flüchtige, wasserfreie Chloride von metallischen .Siebenten der Gruppen III und IV des Periodensystems und ihren Mischungen mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens vorteilhaft zersetzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch Siliziumtetrachlorid durch eine in d.er Gasphase durchgeführte Hydrolyse zersetzt, iiamit Siliziuadioxyd nach der folgenden Gleichung ^entsteht : ...-.».'

SiCl^ + 2H₂O —± SiO₂ + 4HOl .

In S¹Ig₄T ist eine Anordnung zur Herst el Img eines Siliziumdioxydschmelztiegels nach der Erfindung dargestellt.üin Dorn 10 ist allgemein kreiszylindrisch geformt und mit ' eines abgerundeten geschlossenen Endabschnitt und einem diesem Abschnitt gegenüberliegenden offenen Ende versehen. jjer Dorn 10 sitzt auf einer Welle 12, die einen GewihcTe-: abschnitt 14'besitzt. Der Gewindeäbschnitt 14 ist in ein-

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Glied 16 geschraubt,, das starr mit einer Stützvorrichtung verbunden ist. Das Ende der welle 12 ist über ein (nicht dargestelltes) Verlängerungsglied mit der' Ausgangsv.elle eines M_otors 18.verbunden. Das Verlängerungsglied kann eine Keiliiutbüchse besitzen, die beim Sinschalten des Motors 1.8 eine !Drehung der V/elle 12 bewirbt, aber gleichseitig zwischen der Motorwelle und der Weile 12 in deren Längsrichtung eine Relativbewegung zulässt.

Beim Einschalten des Motors 18 dreht sich die welle 12 in der von Pfeil 20 angegebenen Richtung. Ausserdeca bewirkt die Drehung der V/elle 12 infolge der V/irkung des Gewindeabschnitts 14· im ortsfesten Glied 16 eine seitliche Verschiebung der V/elle 12 in der vora Pfeil 22 angegebenen Richtung, "wie bereits erwähnt wurde, ermöglicht das (nicht dargestellte) Verlängerungsglied zwischen dea Ende der Kelle 12 und" der A us gangs welle des Motors 18 eine solche seitliche Verschiebung während der Drehung der Welle.

Dicht beim Dorn 10 ist ein Brenner 24 angebracht, der eine auf den Dorn 10 gerichtete -?laaae 26 erzeugt. Wie noch genauer beschrieben wird, entsteht die Flatsce durch dieVerbrennung brennbarer Gase. Das flüchtige Metallctiorid wird durch die Flamme in einer in der Gasphase durchgeführten Hydrolyse z-ersetzt, was zur Abscheidung einer Schicht 28 aus äusserst renera Siliziucdioxyd auf der Aussenflache des sich drehenden Dorns 10 ' führt. Über dem Dorn 10 ist gegenüber.dem Brenner 24 eine Abzugshaube 50 befestigt, die den Rauch und unerwünschte Bestandteile abführ-t, die sich aus der Piammenreaktion ergeben. Wenn es erwünscht ist, kann der hier beschriebene Abscheidevorgang in einer gesteuerten Atmosphäre ausgeführt werden.

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In Fig...2 ana J?ig.3 ist--der ^orn. 10 Git der .auf-.· ihm-- · ■-.-.'■„· Γ geformten Schicht 23 aus Siliziumdioxyd genau dargestellt^; Torzugs weise-ist der Dorn 10 au3 G-raöiit. hergestellt und .. ■_;; . mit einem.dünnen, glelchmässigen Überzug 52 aus Silizium-;, carbid überzogen. In der bevorzugten Ausführu.ngs.f ora. Ist.·:. · der Jörn 1.0 hohl-, damit, er eine- gleichroäs.sige Gesamt- . wäraeverteilung.ergibt. Der Dorn 10 kann zur Herstellung, verschiedener erwünschter Formen von Sillzlumdioxya-.. - _f,.' gegenständen eine Anzahl ^verschiedener rrormen besitzen, /\. doch besitzt- die bevorzugte Ausführungsf ora^: des Lorns _:1ü.. ,. ein geschlossenes, gekrümmtes ErAe 34 und ei η offenes, -. ringförmiges Ende 36. Der Dorn 10 besitzt gleichmässige Seitenwände, .die -, eine Dicke -besitzen, die von j?aktoren wie den relativen Abmessungen des herzustellenden Silizlumdioxydschmel.ztiegel3 abhängen, .ü-ine Dicke, von 1,25 ca -. ; (0,5 inch) hat sich für die rtc.nde.des· Doms IC. als ■ ..-zweckraässig erwiesen. . -

In Pig.2 ist der Dorn 10 kurz nach der Aufbringung - . .„.. der Siliziumdioxydschicht 23 dargestellt. Sowohl der Dorn als-auch die Schicht. 2.8 besitzen daher eine erhöhte Temperatur.Genau gesagt ist¹ der-.Dorn. 10 während ..^: der Abscheidung der Silizluadioxydschlcht·-. 23. einer- ... , , r_; 'üempess-ur .im Sereich von 1OCO⁰C ausgesetzt. Der G-rsphit-·)^ teil des Dorns. 10 und der- Sill.ziumca-rb.idüberz.ug 32 "-. ■ · ._..:;.-. besitzen relativ höba?ere !Eemperaturausdehnungskoeffizienten als die Siliziumdioxydteilchen., so dass der Dorn IC die iieigung' zeigt, sich b.eim. Kühlen durch Schrumpfen von der Siliziumdioxydschicht 28 zu lösen. VJie in E-ig.3 dargestellt ist., führt dies zu einem automatischen Loslösen der Siliziumdioxydschicht 28 vom Dorn.10.

Sin wichtiges Merkmal der Erfindung ist es, dass der. Dorn 10 so geformt ist, dass die SiLiaiumdioxydschicat 28

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nicht daran'ge. hin der υ ist, sich derart automatisch zu. lösen. Es ist daher allgemein erwünscht, dass die Poren des Doms 10 glatte Aussenflächen aufweist, die zueinander symmetrisch und entweder allgemein parallel zueinander oder schräg gegeneinander verlaufen. Sie Dicke der Silizlumdioxydschicht 28 hängt von der Rotations- und Translationsg3rhvanäigät des Doms 10 ab, mit der er sich am Brenner 24 vorbeibewegt. Die Dicke der Silizium- ^N dioxydschieht 28 kann je nach dem gewünschten Anwendungssweck des Gegenstandes in einem Bereich zwischen mehreren Hundertsteln eines Millimeters und mehreren Zentimetern liegen. Nach der Abnahme der Siliziumdioxydschicht 28 vom Dorn 10 wird die Schicht einer weiteren Behandlung unterzogen, damit ein geschmolzener Siliziumdioxydschmelztiegel entsteht. Während der Abscheidung der Siliziumdioxydschicht 28 werden die Siliziumdioxydteilchen leicht gesintert, so dass der Schicht 28 die ausreichende Rohfestigkeit verliehen wird, die eine leichte Handhabung während der weiteren Behandlung erlaubt.

Der Sillziumcarbidüberzug 32 ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, da er unter dem Einfluss . \ der hohen lempeisburen, denen er ausgesetzt ist,-nicht oxydiert. Ausserdem haftet der Siliziumcarbid-, überzug 32 nicht an der Siliziucadioxydschicht, so dass es nicht erschwert wird, diese vos Dorn 10 abzunehmen. Ausserdea reagiert der Siliziumcarbidüberzug 32 nicht mit dea Siliziumdioxyd, wodurch die Herstellung eines äusserst reinen Gegenstandes ermöglicht und ein Verkleben des Gegenstandes mit dem Dorn verhindert wird. Xcrneaissionstests und massenspektrographische Untersuchungen der nach der Erfindung hergestellten Siliziumdioxydgegenstände haben bestätigt, dass unter Verwendung

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des hier beschriebenen Horns Siliziumdioxydgegenstande rait höchster Reinheit hergestellt worden sind.

Die Dicke des Siliziumcarbidüberzugs 32 kann zwar fürV .verschiedene Anwendungsfälle verändert werden, doch hat sich gezeigt., dass eine Schicht mit einer Dicke von 0,25 bis 0,75 ära(iO bis 30 mils) ,Vorzugsweise0,50 am (20 mils) -ausgezeichnete Resultate ergibt. Die Aussenfläche des Siliziuscarbidüberzugs ist poliert, damit sich der Siliziuradioxydgegenstarid leicht lösen kann und damit zurückbleibende Siliziumdioxydpulverteilchen nicht in den Poren des Siliziumcarbidüberzugs steckenbleiben. ' :..--"■'■

Der Siliziumcarbidüberzug 32 kann durch irgendein geeignetes Vorfahren auf den Graphitdorn aufgetragen werden. Sin.solches Verfahren ist u.a. in der USA-Patentschrift 3.250 322 beschrieben.;

Bei solchen Erfahren wird ein Gasstrom aus Wasserstoff und einer Silizium und iCohlenstoff in einem geeigneten Verhältnis enthaltenden gasförmigen Verbindung in eine Reaktionsζone gebracht, in der sieh das erwärmte Graphit— substrat befindet. D^s Trägergas des bei diesec Verfahren verwendeten Gasstroms ist Wasserstoff, und die Strömun^sbedingungen und die. Geometrie der Realcti ons zone sind ■ im Hinblick auf das erwUrmte Graphitsubstrat so gewählt, dass der Gasstrom us das erhitzte Substrat strömt, damit eine ruhige Zone nit minimaler Dicke erzeugt wird, durch die eine relativ starke -Diffusion zur' Erzielung einer schnellen gemeinsamen Abscheidung von Silizium- und Kohlenstoffatomen auf der Oberfläche •des geheisten Substrats erfolgt. Die Anteile der SiIi- ; zaum- und Kohlensto'ffatome, die nach dem Verfahren

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abgeschieden werden, können so gesteuert werden, dass~ sich einMaterial ergibt, das imwesentlichen stöchiometrisches Siliziumcarbid oder ein Siliziumcarbid ist, das entweder Kohlenstoff- oder Siliziumatome als zweite Phase enthält . Als Quelle für die Siliziua- und Kohlenstoffatome in dem V/asserstoffträgergas kann insbesondere Methyltrichlorsilan.. zur Erzeugung des in dem Verfahren verwendeten G-asstroms verwendet werden, wie in der oben erwähnten Patentschrift näher ausgeführt ist. " ..-"""■

Zur Herstellung des erfindungsgeaiässen Dorns können auch andere Verfahren zur Abscheidung eines gleichmässigen Überzugs aus Siliziumcarbid auf einem CfraphitkÖrper vorteilhaft angewendet werden. Der erfindungsgemasse Siliziumcarbidüberzug weist allgemein eine ß-Kristallstruktur auf. Er ist sehr dicht und iß wesentlichen ströraungsmittelundurchlässig. Die Silisiuacarbidübe.rzüge können aus stöchiometrisch reinea Siliziumcarbid aber auch aus einem Silizlumcafblä bestehen, das als zweite Phase 0,895« freien Kohlenstoff oder 36,5?ί freies Silizium enthält. -

Eine für den hier beabsichtigten Zweck geeignete Kompressionsfe-stigkeit eines Siliziumcarbiäüberzugs liegt im Bereich von etwa 2,2.10^ bis-3,9.10³kg/cm² (31.10⁵ bis 55_v10³psi). Ein geeigneter Elastizitäts- . modul des SiliziuQcarbidüberzugs liegt im Bereich von etwa 3,2.10⁶ bis 3,5.10⁶ kg/cm² (45,10⁶ bis 5Ό.10⁶ psi). Bei einer Prüfung im Bereich von 30⁰C bis 810⁰G liegen die gemessenen Wärmeausdehnungskreffizienteη des Siliziiimcarbidüberzugs ϊη einem Bereich von etwa

4,0 .1CT⁶ bis 5,4.10 ⁶ pro & -ad- Celsius (4,O.1P~⁶ bis

5,4.10~^oin/in7°C.Die rait Hilfe einer: B 8 las ta ng von '..',--1000 g bestlaate Knoop-sehe Härte eines- Silizium-· .

carbidüberzugs liegt im Bereich von etwa 2200 bis bis 2900. Die durch Wasserverdrängung bestimmte Dichte des Slliziuaca-rbidüberzugs .-liegt im Bereich von etwa

2,59 bis 3,28 g/cm⁵. ·..",.:....-

Besonders wichtig ist es, dass der Ausdehnungskoeffizient"■:.:.-.. des Graphitkörpers stark an den des Siliziuacarbid- _: Überzugs angenähert ist, damit ein Dorn entsteht, . ' ; der in stark veränderlichen Seraperaturbereichen eine . lange Lebensdauer besitzt. Es sind zwar bestimmte Sereiche der physikalischen Eigenschaften der Siliziiicccarbiäüberzüge angegeben worden, doch 1st ,dies keine 3in- " ~ schränkung auf die" Verwendung eines Siliziumcarbid- ' · Überzugs cit einer besonderen Kombination der eben . ..'.-... beschriebenen physikalischen üigenschaften. ~£v kann vielmehr bestimmte physikalische Ligenschaften besitzen, · die ausserhalb der angegebenen Bereiche liegen.

In !ig.4 und ?ig.5 ist eine Ausführungsform eines Brenners dargestellt, die zur Abscheidung von äusserst reinem Siliziumdioxyd auf dem hier beschriebenen Dorn verwendet werden kann. Zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens können aber auch andere Arten von Brennern zur Zersetzung eines flüchtigen ". . . Ketallchlorids verwendet werden.

Uaeh Flg.4 und Fig.5 erstreckt sich durch den Brenner in Lansichtung ein Rohr 3S aus Edelstahl, das einen _; Durchlass für ein in einem 3Jrägergas altgeführtes verdampftes Siliziumtetrachloriä bildet. Sin T-Anschluss 39 ist um das Hohr 33 gelegt und mit Hilfe des Ver.bindungs-

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gliedes 40 abgedichtet. Über einen Rohr 42 aas Edelstahl sitzt ein Befestigungsglied 41", das eine Dichtung zwischen den Ende des Rohrs 42 und dem Rohr 38 bildet. Auf diese Weise wird zwischen dem Rohr 38 und dem Rohr eine ringförmige Kantel kammer 43 gebildet. Ein Einlass des T-Anschlusses 39 ist mit einer Quelle eines Hüllgases, das in diesem Έall ein sauersteffhaltiges Gas ist, verbunden, das in die Mantel lammer 43 eingeführt wird. Bei eines tatsächlich ausgeführten Brenner besass das Rohr 38 eitienüurchmesser von-0,6 cn (i/4 inch), während das Rohr 42 einen Durchmesser von 1ce (3/8 inch) besass.

Ein ringförtniges Gehäuse 45 bildet um das Rohr 42 eine ringförmige -Misch.kammer 50. Ein Einlass 52 ist mit einer Wasserstoffquelle verbunden, während ein Einlass 54 ciit einerSauerstofzquelle verbunden, ist. Ein ringförmiger Gehäuseabschnitt 56 bildet um das Gehäuse 45 ein ringförmige Kühlkamtaer « Ein Einlass 58 ist an eine Quelle eines Kühlmittels , beispielsweise £ühlwasse~r,angeschlossen, das über einen Aaslass 60 wieder ausströmen kann. ·

Auf dem Ende des Brenners sitzt eine Düaaplatte 62. Die !•üsenplatte 62 besteht aus einem kreisförmigen Teil mit umgebogenen, ringförmigen, flanschen 64 ,die eine Strömungsmitteldichte Verbindung mit dem Brenner bilden. Das Ende des Rohrs 38 besitzt eine in der Mitte, liegende DüsenöffGUttg 66. Die Düsenplatte 62 nimmt das Ende des Rohrs 38 derart auf, dass eine ringförmige Eantel öffnung gebildet wird, die konzentrisch um die püsenöffnung 66 verläuft. Die Mantelöffnung 68 steht mit der $tentelkammer in Verbindung. Der Querschnitt der Düsenöffnung 66 ist beträchtlich kleiner als der.Innenquerschnitt des Rohrs 38,

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se dass aus der ^>äsenöffiiung 66 ein Gasstrahl mit einer relativ hohen -.Gesch. wind igkeit st.ro at. Das aus der Άά nt el Öffnung 65 strömende Gas hüllt den aus der Düsenöffnung 66 strömenden Gasstrahl im wesentlichen ein, da^it dessen sofortige Reaktion verhindert wird, damit das Auftreten einer Abscheidung auf der Pläche der-Düsen/platte 62 und so ihr Verstopfen verhindert :, wird« . ■"·■■;. - . =" "

Uc die Düsenöffnung 66 sind in einer zylindrischen Anordnung mehrere Öffnungen 70 symmetrisch angebracht, die mit der Mischkammer 50 in Verbindung stehen. Das in der Mischkammer 50 enthaltene brennbare Gas strömt aus den Öffnungen 70 und reagiert mit dem aus der Düsenöffnung 66 strömenden Gas. In der bevorzugten ErennerausführungsforcD ■ waren acht Öffnungen 70 vorgesehen, die jeweils den- gleichen Querschnitt wie die Diisenöffnung 66 besassen. Bei diesem tatsächlich ausgeführten Brenner erwiesen sich für die Düsenöffnung 66 und die Öffnungen 70 Durchmesser von 0,16 cm (0,063 inch) als vorteilrairt. Für verschiedene Betriebsbedingungen können auch mehrere oder grossere Öffnungen 70 verwendet werden. ^c , .

Den Eingängen von drei Strömungsmesserη 74» 76 und 73 wird über eine Leitung 72 Sauerstoff zugeführt.Über eine Leitung 60 wird ein Strösungsnesser 82 mit Wasserstoff beschickt. An den Ausgängen der Strömungsmesser sind Absperrorgane angebracht, mit denen die Strömungsmenge bzw. .die- Strömungsgesch'windigkeit des Wasserstoffs und des Sauerstoffs zur;Anordnung geregelt werden "kann. Vom Strömungsmesser 76 aus wird einer Glocke 86 (bubbler) über eine Leitung 84 Sauerstoff zugeführt. Die Glocke 86 ist mit einem mit flüssigem Siliziumtetrachlorid gefüllten Behälter versehen. .Ein . ·" . "

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Diffusi:O.nselement 88 gibt Sauerstoff_; in; Bläschen nach oben durchs das Siliziuortetrachlorid ab^· wodurch Dämpfe des Siliziu.mtetraehLorids im. Sauersto.fi-mit geführt und nach oben durch die'Leitung -90 befördert werden*

Die Leitung 90 ist an das Rohr 33 angeschlossen, so Jas.s eine bemessene Strömung des im Sauerstoff träger tnitgeführten verdampften Siliziumtetrachlorids entsteht. Über den Strömungsmesser 74 ura eine Leitung 92 wird dem linlass 4-4 des T-Anschlusse3 39 Sauerstoff zugeführt. Auf diese Weise strömt Sauerstoff in die Ma-nt el kammer 43 und in der oben beschriebenen Weise aus der ringförmigen Kante1-öffnung 68. Ausserdem wird dem I inlass 54 über eine Leitung 94 Sauerstoff zugeführt, damit er in die Mischkammer 50 strömt. Über den Strömungsmesser 82 und eine Leitung 96 wird dem Einlass 52 Wasserstoff augeführt, der sich in der Mischkammer 50 mit dem Sauerstoff mischt. Von den Öffnungen 70 wird dann eine Mischung aus brennbarem Gas in der oben beschriebenen Weise nach aussen abgegeben. Da der Wasserstoff und der Sauerstoff in der kleinen Mischkammer 50 innerhalb des "Brenners gemischt werden, ist ein Zurücksehlageη der Flamme bei dem hier be— " schriebenen Branner auf das Innere des Brenners selbst beschränkt, .

Im Betriebszustand desBrenners vonSig.4 und Fig.5 werden die aus den Öffnungen 66 , 68 und 70 austretenden G-asströme gezündet, so dass sie eine heisse Flamme bilden, die Temperaturen im Bereich von 15X⁰C aufweisen. Der aus der ringförraigen Mantel Öffnung 68 strömende Sauerstoff ist■bezüglich des aus der Jüsenöffnung 66 austretenden gasförmigen SiliziumtetrachloTiüs verhältas— massig inert, wodurch sich das Siliziuatetraehlorid nicht unmittelbar vor der Stirnfläche der Düsenplatte 62

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zersetzt. Mas verhindert dieAnsaaalang von a^;bge- ■' ^; Gchleden.en Verstopfungsteilchen in den öffnungen des*" Brenners'.. Sas gasförmige SiliziuEtetraehlorid vermische sieh mit der aus den Öffnungen 73 tretenden I-iischuhg von Sauerstoff und. Wasserstoff erst in, einem grosseren Abstand von der-Düsenplatte. In diesem Bereich finder dann die ■ Hydrolyse statt:. Auf diese v/ei se wird das Silizium- . ^; tetrachlorid zersetzt, damit sich auf dem hler beschriebenen Dorn reines Siliziuadioxyd abscheidet.

In den nun folgenden Beispielen wird die Anwendung des hier beschriebenen Doms näher'erläutert. '

■ . ■ Beispiel 1 . -

Sin Graphitzylinder mit einer Länge von 5 cm (2 inches) und einem Durchmesser von 2,5 cm (I inch) war mit einer 0,5mm (20 mils )diclcen gleichmässigen Siliziuscarbidschicht überzogen. Der Zyliuder vjurde sit einer Drehzahl vov, etwa 24- Umdrehungen pro Minute gedreht und alt einer Cresehvandiglreit von etwa 2,5- cm (-1 inch)pro Minute an einem allgemein nach ^xig.4 und i'ig.-S aufgebauten ortsfesten Brenner vorbeibewegt. Als. Mant.elga3 wurde der: Brenner Sauer3tOff zugeführt, der aus der ringförmigen Mantel öffnung austrat. Durch eine auf etwa 25⁰O gehaltene G-loeke wurde Sauerstoff geschickt, damit der Brenner mit. gasförmigöm Siliziumtetrachlorid versorgt wurde. Der Mischkammer des Brenners wurden zur Erzeugung der erwünschten Mischung aus brennbaren Gasen Wasserstoff ucd Sauerstoff zugeführt. Der Dora wurde in einer Entfernung von etwa 0,3 cm ( 1/8 inch) von der Düse des Brenners gehalten. Der Brenner wurde gezündet, und eine Schient aus Siliziuadioxyd wurde eine Stunde lang längs einer Schraubenlinie auf dem sich drehenden Dorn

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abgeschieden. Αώ j^nde der Stunde war der Dorn mit einer gleichmässigen Schicht aus Siliziumdioxyd -mit einer Dicke von etwa .0,6 ca ( 1/4 inch) überzogen. Diese Silizium-" dioxyd schicht konnte leicht von dem mit Siliziumearbid ■■'-■" überzogenen-Dorn abgenommen werden, und es stellte sich heraus, dass sie im wesentlichen frei von Rissen oder Fehlern war. Es wurde keine Oxydation oder Ablösung des Siliziutncarbidüberzugs des Dorns beobachtet.

Beispiel 2

Es wurde ein hohler Graphitdorn mit der gleichen allgemeinen Fora des inPig.1 .dargestellten. Dorns aus Graphit hergestellt, und er besass eine Gesamtlänge von etwa 15 ca (6 inches) und einen Durchmesser von 12,5 ca "

(5 inches). Der Graphitdorn war mit einem etwa 0,5 mm (20 mils) dicken gleichaässigen Überzug aus Siihiziumcarbid beschichtet. Der Dorn wurde alt einer Drehzahl von etwa 24 Umdrehungen pro Minute gedreht und mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 cm (1 inch) pro Minute an einem ähnlich wie in Fig_e4 und Fig.5- aufgebauten ortsfesten Brenner vorbeibewegt. Der Dorn war in einem Abstand von etwa 10 cm (4 inches) von der Düse des Brenners angebracht. Die aus dem Brenner aus-tretende ' flamme traf etwa 20 Minuten lang auf den mit dem Siliziuacarbidüberzug versehenen Graphitdorn. Der Brenner wurde mit in Sauerstoff raitgeführtem Silizium—. tetrachlorid beschickt. Auch der Mantel kammer des ν Brenners wurde zur Erzeugung einer ftantelgasausgagsstromung mit Sauerstoff zugeführt*Die Misch kammer des Brenners wurde mit Sauerstoff und Wasserstoff beschickt, damit'die Flamme mit. der brennbaren Mischung gespeist wurde. Nach einer 20 Minuten dauernden Abscheidung auf dem sich drehenden und seitlich bewegenden Dorn

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wog das auf den Lorn tatsächlich, abgeschiedene Siliziumdioxyd etwa 55,4 g. Der Dorn ur.ä der sich ergebende Siliziuadioxydgegenstand wurden von der sich .drehenden Vi'elle abgeriomaen, so dass sie abkühlen konnten. Beim Abkühlen löste sich der Siliziucdiox-yäkörper infolge der Schrumpfung des Irorns in seine Criginalgros.se automatisch vom Dorn ab. Der sich ergebende Siliziumdioxydige genstand, besass' eins ausreichende Rohhärte, daait er abgenommen" und einer weiteren Behandlung unterzogen werden konnte.

Durch die Erfindung wird also ein Substrat geschaffen, auf den das Oxyd eines flüchtigenMetallchlorids vorteilhaftabgeschieden werden kann. Die hier beschriebene Silizi.ua-.-carbidoberflsche besitzt bei den im Bereich von.1COO⁰C liegenden Abscheidetösperaturen und in Gegenwart von. heissen. Gasen einen grossen'V<ifierstanc gegen eine Oxydation. Darüberhinaus ist der Siliziuaicarbidüberzug bei den ira Abscheidevorgang angewendeten Temperaturen bezüglich des ^iliziumdioxyds eheaisch relativ inert. Das Substrat besitzt eine glatte Oberfläche, so dass , der Matalloxydkörper leicht abgenoamenuerden kann. Die Sili.zluiBcarbidiläche ist verhältnismässig rein, und es gibt keine 7erunrei nigungeh an. die auf ihc erzeugten, äusserst kleinen Me.tallabscheidußgen ab. Das Dubstrat 'kann, verhältnismässig einfach in . -.. -

koEpliz-iertes und einfachen I'oraen hergestellt werden.· . . _: - ' - - ■ - " . -

Patentansprüche

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Claims (1)

1. P a t e η t a η s ? r ü ehe

   Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus dea Oxyd eines flüchtigen Metallchlorids der Gruppe HI und 17, : dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abseheidevorgang unter Anwendung von Y.-ärme direkt auf einer Aus-senf lache, aus Siliziumcarbid eine gleichmässige Schicht aus dem Oxyd hergestellt wird, und dass sich die gleich-massige. Schicht beim Abkühlen infolge der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Oxyds des flüchtigen Metallchlorids und des Siliziumcarbids automatisch von der Siliziumcarbidflache löst.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallchlorid Siliziumtetrachlorid ist, und dass das Oxyd Silisiumdioxyd ist. ,

   Verfahren nach'einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abscheidungsvorgang.ein Düsenstrahl aus dem Dampf des Siliziuatetrachlorids und eine Strömung eines brennbaren Gases um den Düsenstrahl erzeugt werden, dass der düsenstrahl und die Strömung ausschliessl ich jn einem vorbestimmten Bereich durch Zündung zur Reaktion gebracht werden, und dass ■ die entstehende flamme, die eine in der Dampfphase erfolgeiide Hydrolyse des Siliziumtetrachlorids auslöst, auf die Siliziuracarbidfläche (32) gelenkt wird.

   Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen-1-3j dadurch gekennzeichnet, dass ein Brenner (24) den Düsenstrahl und die Strömung aus dem brennbaren Gas gegen einen Körper (1O) lenkt, auf dea die als Siliziumcarbidüberzug (32) ausgebildete Aussenfläche angebracht Ist.

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   5. Anordnung nach Anspruch 4," dadurch gekennzeichnet, . dass.. im Gehäuse des Brenners (24) eine Durchführung.(38) angebracht ist, deren Ende zur Abgabe eines"Düsenstrahls aus dem in einec Trägergas mitgeführten Silisiuste^rachlor: mit. einer Düsenöffnung (66) versehen i'st, dass in des .-Brennergehäuae zur Aufnahme eines brennbaren Gases dich^ bei der Durchführung (38) angrenzend eine erste Xa::.^:^er (5ü) angebracht ;ist, die mit symmetrisch zu der Düöec- Öffnung (66) angebrachten Öffnungen (70).zur Abgabe einer ■ Ströaung aus "den brennbaren Gas us dan Düsenstrahl v.sr- ^: sehen ist, und dass zwischen, der Durchführung (38) ur.~ der ersten Kapj.aer (50) eine zweite' Hasaer (43) z-r Aufs^:: eines relativ "zu aea Siliziuatetrachlorid inerten Gr.öas liegt, die ait einer Hantel öffnung (68). zur- Abgabe einer- '-Ma nt el strömung aus decn inerter, (as zwischen des Düasnstrahl und der Strömung aus decs brennbaren Ga3 versehen ist.

   6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge^-zizi-Lc^c dass der körper aus eineca aus Graphit hergestellta.c". Dorn (10) besteht, der die vorgewählte j?orci de? herzusüellenden Gegenstandes (28) besitzt, dass der Dei·;; hohl ist und eine allgemein zylindrische Aussicior^ Ei" eir.ea abgerundeten, geschlossenen unds besixzt and das das Dornüaterial einen wesentlich grösseren rfiraieaus-dehnungsicoeffizientsn als das Silisiumdioxyd besitsi:.

   7. Anordnung nach eines der Ansprüche 4 bis6, äadureh gekennzeichnet, dass der Siliziucacarbictübersug (32)

   in Viosentlichen nicht porös ist. . ■ _

   8. Anordnung nach eines der Ansprüche 4 bis 7, dadurch

   ekennzeichnet, dass der Dorn (10) hohl ausgsbilder

   iSt.

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   9. Anordnung nach eineci der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Siliz iumcarbidüberaug (32) eine Dicke im Bereich von 0,25 bis 0,75 -ma. (10 bis 30 oils)- besitzt.· - '- .

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   ORiaiNÄL