DE2022025C3 - Device for producing a hollow body from semiconductor material - Google Patents
Device for producing a hollow body from semiconductor materialInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Halbleitermaterial durch thermische Abscheidung an der Mantelfläche eines mindestens an der Mantelfläche aus vom Halbleiter verschiedenen, thermisch beständigen Material bestehenden Trägerkörpers, wobei der Trägerkörper als Hohlfinger in den Reaktionsraum hineinragt, an seinem offenen Ende an der Wandung des Reaktionsraumes befestigt und innerhalb des Hohlfingers ein stromführender Leiter vorgesehen ist, nach Patent 18 05 970.The present invention relates to a device for producing a hollow body from semiconductor material by thermal deposition on the jacket surface of at least one on the jacket surface from the Semiconductor different, thermally resistant material existing carrier body, the carrier body protrudes as a hollow finger into the reaction chamber, attached at its open end to the wall of the reaction chamber and inside the hollow finger live conductor is provided, according to patent 18 05 970.
Durch die Erfindung wird das Verfahren gemäß dem Hauptpatent so weitergebildet, daß sich auch andere Hohlkörper außer Rohren aus Halbleitermaterial herstellen lassen.Through the invention, the method according to the main patent is developed so that others Have hollow bodies except tubes made of semiconductor material.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper eine sich von seinem größten Umfang nur in einer Richtung verjüngende Mantelfläche aufweist.The invention is characterized in that the carrier body is only one of its largest circumference having tapered surface area in one direction.
Dazu können pyramidenförmige, kegelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidenstumpfförmige Trägerkörper verwendet werden. Es ist weiterhin auch möglich, kugelkalottenförmige und halbkugelförmige Trägerkörper zu verwenden. Außerdem lassen sich ellipsoidische, hyperboloidische und spitzbogenförmige Trägerkörper verwenden.For this purpose pyramidal, conical, frustoconical, Truncated pyramidal support bodies are used. It continues to be too possible to use spherical and hemispherical carriers. In addition, you can Use ellipsoidal, hyperboloidal and ogival support bodies.
Als Material für den Trägerkörper verwendet man vorzugsweise einen der Stoff Graphit, verdichteten Graphit, Glanzkohlenstoff, Glaskohle, Pyrographit oder Spektralkohle. Das Entfernen des Trägerkörpers wird besonders leicht möglich, wenn in den Trägerkörper ein Kühlmittel gegeben wird.The material used for the support body is preferably one of graphite, compressed Graphite, lustrous carbon, vitreous carbon, pyrographite or spectral carbon. Removal of the carrier body will particularly easily possible if a coolant is added to the carrier body.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to FIGS. It shows
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern gemäß der Erfindung mit direkter Heizung;F i g. 1 shows a longitudinal section through a device for producing hollow bodies according to the invention with direct heating;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Trägerkörper zum Erzeugen eines kegelförmigen Hohlkörpers aus Halbleitermaterial mit indirekter Heizung;2 shows a longitudinal section through a carrier body for producing a conical hollow body made of semiconductor material with indirect heating;
F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Trägerkörper zum Herstellen eines spitzbogenförmigen Hohlkörpers aus Halbleitermaterial undF i g. 3 shows a longitudinal section through a carrier body for producing an ogival hollow body made of semiconductor material and
F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Trägerkörper zum Herstellen eines kugelkalottenförmigen Hohlkörpers aus Halbleitermaterial.F i g. 4 shows a longitudinal section through a carrier body for producing a spherical cap-shaped hollow body made of semiconductor material.
In F i g. 1 ist im Schnitt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines im Längsschnkt dreieckigen Hohlkörpers aus Halbleitermaterial gezeigt Diese Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Reaktionsgefäß 1, das auf der Unterseite zwei Auslaßrohre 2 aufweist An der Oberseite ist das Reaktionsgefäß 1 mit einem EinlaßIn Fig. 1 is a section of a device for producing a hollow body which is triangular in its longitudinal section made of semiconductor material shown This arrangement consists essentially of a reaction vessel 1, which has two outlet tubes 2 on the underside. At the top is the reaction vessel 1 with an inlet
3 versehen. Auf die Unterseite des Reaktionsgefäßes ist ι u eine mit 5 bezeichnete Bodenplatte eines Trägerkörpers3 provided. On the underside of the reaction vessel there is a base plate, denoted by 5, of a carrier body
4 aufgesetzt Die Bodenplatte 5 wird durch einen von außen auf den Boden des Reaktionsgefäßes gesetzten Dichtring 6 mit Schrauben 7 gasdicht gegen den Boden des Reaktionsgefäßes angepreßt, so daß der Trägerkörper wie ein Finger in das Innere des Reaktionsgefäßes hineinragt und das Innere des Trägerkörpers 4 nach außen gegen die Atmosphäre abgedichtet ist In das Innere des Trägerkörpers 4, der aus leitendem Material, wie Graphit, verdichtetem Graphit, Glanzkohle, Spektralkohle bestehen kann, ist ein Stab 8 eingeschraubt Dieser Stab steht über eine Leitung 11, die mittels zweier Muttern 9 am unteren Ende des Stabes angeklemmt sind, mit einer Klemme einer nicht gezeigten Spannungsquelle in Verbindung. An der anderen Klemme der Spannungsquelle liegt eine Zuleitung 10, die mittels einer der Schrauben 7 an den Ring 6 angeklemmt ist. Der Ring 6 steht mit dem Boden des Trägerkörpers 4 über die Schrauben 7 elektrisch in Verbindung.4 put in place The base plate 5 is placed on the bottom of the reaction vessel from the outside Sealing ring 6 with screws 7 pressed gas-tight against the bottom of the reaction vessel, so that the carrier body like a finger protrudes into the interior of the reaction vessel and the interior of the support body 4 after is sealed from the outside against the atmosphere In the interior of the support body 4, which is made of conductive material, such as graphite, compressed graphite, luster carbon, spectral carbon can exist, a rod 8 is screwed in. This rod is on a line 11, which means two nuts 9 are clamped at the lower end of the rod, with a clamp one is not voltage source shown in connection. There is a on the other terminal of the voltage source Supply line 10, which is clamped to the ring 6 by means of one of the screws 7. The ring 6 is with the ground of the support body 4 via the screws 7 in electrical connection.
i« Der Trägerkörper 4 wird durch den durch ihn fließenden Strom aufgeheizt. Hat er eine Temperatur von etwa 12000C erreicht, so wird durch das Einlaßrohri «The carrier body 4 is heated by the current flowing through it. When it reaches a temperature of about 1200 0 C, then through the inlet pipe
3 eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials und ein Reaktionsgas in das Innere des Reaktionsgefäßes geschickt. Als gasförmige Verbindung zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Silizium eignet sich z. B. Silicochloroform SiHCh und als Reaktionsgas molekularer Wasserstoff H2. Aus dieser gasförmigen Verbindung scheidet sich eine Siliziumschicht 13 auf der erhitzten Oberfläche des Trägerkörpers 4 ab, während das Restgas durch den Auslaß 2 entweicht. Der Trägerkörper 4 kann im Querschnitt rund oder oval sein oder auch einen Polygon als Grundfläche aufweisen. Je nach Form des verwendeten Trägerkörpers scheidet sich dann ein Kegel oder ein pyramidenförmiger Hohlkörper aus Silizium auf dem Trägerkörper ab.3 a gaseous compound of the semiconductor material and a reaction gas into the interior of the reaction vessel sent. As a gaseous compound for the production of a hollow body made of silicon, z. B. Silicochloroform SiHCh and, as reaction gas, molecular hydrogen H2. From this gaseous compound a silicon layer 13 is deposited on the heated surface of the carrier body 4 while the residual gas escapes through outlet 2. The carrier body 4 can be round or oval in cross section or also have a polygon as a base area. Depending on the shape of the carrier body used, it differs Then a cone or a pyramid-shaped hollow body made of silicon is deposited on the carrier body.
Ist eine genügend dicke Schicht des Halbleitermaterials abgeschieden so wird der Stromfluß und die Gaszufuhr unterbrochen und der Trägerkörper nachIf a sufficiently thick layer of the semiconductor material is deposited, the current flow and the Gas supply interrupted and the carrier body after
r'ii Lösen der Schrauben 7 und Entfernen des Dichtringes 6 dem Reaktionsgefäß von unten entnommen. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägerkörpers größer als der des Siliziums ist, schrumpft dieser rascher als die Halbleiterschicht und löst sich daher beim Abkühlen von dieser. Dieser Vorgang kann noch dadurch beschleunigt werden, daß in das Innere des Trägerkörpers ein Kühlmittel, z. B. flüssiger Stickstoff, gegeben wird. r 'ii Loosening the screws 7 and removing the sealing ring 6 taken from the reaction vessel from below. Since the coefficient of thermal expansion of the carrier body is greater than that of the silicon, it shrinks faster than the semiconductor layer and is therefore detached from it when it cools. This process can be accelerated by the fact that a coolant, for. B. liquid nitrogen is given.
Der Trägerkörper 4 muß nicht ungedingt direktThe carrier body 4 does not necessarily have to be direct
bo beheizt werden, sondern kann auch durch eine, z. B. außerhalb des Reaktionsgefäßes 1 angeordnete Induktionsspule 12 beheizt werden. Wenn der Trägerkörper 4 jedoch direkt beheizt wird, so empfiehlt es sich, ihn so auszubilden, daß der Querschnitt des Strompfades überbo, but can also be heated by a, z. B. Outside the reaction vessel 1 arranged induction coil 12 are heated. When the carrier body 4 however, if it is heated directly, it is advisable to design it so that the cross section of the current path extends over
>>r> die gesamte Höhe der Mantelfläche des Trägerkörpers >> r > the total height of the lateral surface of the carrier body
4 wenigstens konstant ist, wie dies durch die Spitze angedeutet ist. Damit wird die Oberfläche des Trägerkörpers wenigstens angenähert auf die gleiche4 is at least constant, as indicated by the tip. This will make the surface of the Carrier body at least approximately the same
Temperatur aufgeheiztTemperature heated
In F i g. 2 ist ein gegenüber dem Trägerkörper nach F i g. 1 etwas abgewandelter Trägerkörper gezeigt Dieser Trägerkörper, der mit 15 bezeichnet ist, weist am unteren Ende ein Gewinde 16 auf, das in eine mit einem Gewinde 18 versehene Bodenplatte 17 eingeschraubt ist Mit einem solchen Trägerkörper lassen sich kegelförmige Hohlkörper aus Halbleitermaterial mit kreisrunder Grundfläche herstellen. Der Trägerkörper 15 kann auf gleiche Weise wie der Trägerkörper 4 in dem Reaktionsgefäß 1 nach F i g. 1 verwendet werden. Der Trägerkörper braucht nicht durch einen Strom direkt erwärmt zu werden, sondern kann auch indirekt geheizt werden. Diese Möglichkeit ist in Fig.2 schematisch durch eine im Inneren des Trägerkörpers 15 angeordnete Heizschlange 19 dargestellt Die auf dem Trägerkörper 15 abgeschiedene Halbleiterschicht ist hier mit 20 bezeichnetIn Fig. 2 is an opposite of the carrier body according to FIG. 1 a slightly modified carrier body is shown This support body, which is denoted by 15, has at the lower end a thread 16 which is in a with a Thread 18 provided base plate 17 is screwed. With such a carrier body Manufacture conical hollow bodies from semiconductor material with a circular base. The carrier body 15 can in the same way as the carrier body 4 in the reaction vessel 1 according to FIG. 1 can be used. The carrier body does not need to be heated directly by a current, but can also be heated indirectly be heated. This possibility is shown schematically in FIG. 2 by an inside the support body 15 arranged heating coil 19 is shown the deposited on the carrier body 15 semiconductor layer is denoted by 20 here
Zwischen den Maßnahmen der indirekten Heizung und dem eingeschraubten Trägerkörper 15 besteht kein notwendiger Zusammenhang, vielmehr kann auch ein in eine Bodenplatte eingeschraubter Trägerkörper direkt und ein mit einer Bodenplatte fest verbundener Trägerkörper (F i g. 1) indirekt beheizt werden.There is no between the measures of indirect heating and the screwed-in support body 15 necessary connection, rather a support body screwed into a base plate can also be used directly and a carrier body (FIG. 1) firmly connected to a base plate are indirectly heated.
In Fig.3 ist im Längsschnitt ein Trägerkörper gezeigt, mit dessen Hilfe sich spitzbogenförmige Hohlkörper aus Halbleitermaterial herstellen lassen. Der Trägerkörper ist mit 23 bezeichnet und an seinem unteren Ende in eine konische Ausnehmung 24 einer Grundplatte 22 eingepreßt Zu diesem Zweck weist der Trägerkörper 23 an seinem unteren Ende ein sich verjüngendes Teil 25 auf, dessen Außenfläche der konischen Ausnehmung 24 der Grundplatte 22 angepaßt ist. In das Innere des Trägerkörpers 23 ist ein Stab 8 eingeschraubt, der der Stromzuführung dient Damit der Strompfad über die ganze Höhe des Trägerkörpers etwa gleichen Querschnitt aufweist, ist der Trägerkörper 23 an der Spitze mit einer Verdickung 26 versehen. Scheidet man auf einem solchen Trägerkörper Halbleitermaterial ab, so erhält man einen im Längsschnitt spitzenbogenförmigen Hohlkörper, der mit 27 bezeichnet ist. Der Trägerkörper 23 könnte natürlich auch statt in die Grundplatte 23 eingepreßt mit dieser verschraubt werden oder mit ihr ein gemeinsames Bauteil bilden, wie in den F i g. 2 bzw. I gezeigt.In Figure 3, a support body is in longitudinal section shown, with the help of which ogival hollow bodies can be produced from semiconductor material. The carrier body is denoted by 23 and at its lower end into a conical recess 24 of a Base plate 22 pressed in For this purpose, the support body 23 has a self at its lower end tapering part 25, the outer surface of which is adapted to the conical recess 24 of the base plate 22 is. A rod 8 is screwed into the interior of the carrier body 23, which serves to supply power the current path has approximately the same cross section over the entire height of the carrier body, is the carrier body 23 provided with a thickening 26 at the top. If one separates semiconductor material on such a carrier body a hollow body, which is pointed arch-shaped in longitudinal section and denoted by 27, is obtained is. The carrier body 23 could of course also be screwed to the base plate 23 instead of being pressed into it or form a common component with it, as shown in FIGS. 2 and I, respectively.
In Fig.4 ist ein Trägerkörper gezeig;, mit dessen Hilfe sich kugeikalottenförmige Hohlkörper aus Halbleitermaterial herstellen lassen. Der Trägerkörper, der mit 31 bezeichnet ist, weist an seinem unteren Ende ein Gewinde auf, mit dem er in eine ein Gewinde 30 aufweisende Bodenplatte 29 eingeschraubt ist. Auch dieser Trägerkörper wird direkt geheizt, indem ihm im Inneren durch einen Stab 8 Strom zugeführt wird. Der Trägerkörper 31 ist an seinem oberen Ende 33 verdickt, so daß der Strompfad an jeder Stelle des Trägerkörpers etwa den gleichen Querschnitt aufweist. Die abgeschiedene Halbleiterschicht ist in F i g. 4 mit 34 bezeichnetIn Figure 4, a support body is shown; with its Help can be made from semiconducting material in the shape of a spherical cap. The carrier body that is designated by 31, has at its lower end a thread with which it is in a thread 30 having base plate 29 is screwed. This carrier body is also heated directly by giving it a Inside by a rod 8 electricity is supplied. The support body 31 is thickened at its upper end 33, so that the current path has approximately the same cross section at every point on the carrier body. The secluded Semiconductor layer is shown in FIG. 4 denoted by 34
ίο Die Hohlkörper aus Halbleitermaterial lassen sich auch in den Fällen nach den F i g. 2 bis 4 besonders leicht von den Trägerkörpern trennen, wenn diese aus Graphit, verdichtetem Graphit, Glanzkohle, Spektralkohle oder Pyrographit bestehen. Da diese Stoffe einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial aufweisen, schrumpfen diese bei Abkühlung stärker als das Halbleitermaterial und lösen sich von selbst von diesem. Man kann diesen Vorgang, wie schon in Verbindung mit F i g. 1 erwähnt, noch dadurch beschleunigen, daß man in das Innere des Trägerkörpers ein Kühlmittel, z. B. flüssigen Stickstoff, gibt. Mit den erläuterten Vorrichtungen lassen sich auch noch andere Halbleiterkörper als die gezeigten herstellen. So ist es auch möglich, pyramidenstumpfförmige, kegelstumpfförmige, halbkugelförmige oder auch hyperboloidische Hohlkörper herzustellen.ίο The hollow body made of semiconductor material can also in the cases according to FIGS. 2 to 4 particularly easy to separate from the support bodies when they are off Graphite, compressed graphite, luster carbon, spectral carbon or pyrographite. Because these substances have a greater coefficient of thermal expansion than have the semiconductor material, they shrink more strongly than the semiconductor material when they cool down and dissolve by itself from this. This process, as already in connection with FIG. 1 mentioned yet accelerate by the fact that a coolant, for. B. liquid nitrogen, gives. With the devices explained, other semiconductor bodies than those shown can also be used produce. So it is also possible to create truncated pyramidal, to produce frustoconical, hemispherical or hyperboloid hollow bodies.
Voraursetzung ist jedoch, daß sich die Mantelflächen der Hohlkörper von ihrem größten Umfang nur in einer Richtung verjüngen. Auf dem vom größten Umfang desA prerequisite, however, is that the outer surfaces the hollow body taper from its greatest circumference in one direction only. On the largest extent of the
ίο Hohlkörpers begrenzten Bereich wird kein Halbleitermaterial abgeschieden, da durch diesen der Trägerkörper entfernt wird. Die Abscheidung von Trägermaterial wird dadurch verhindert, daß der erwähnte Bereich nicht mit dem Inneren des Reaktionsgefäßes in Verbindung stehtίο hollow body limited area is not a semiconductor material deposited, since this removes the carrier body. The deposition of carrier material is thereby prevented that the mentioned area does not interfere with the interior of the reaction vessel Connection
Die beschriebenen Hohlkörper lassen sich für viele Zwecke anwenden. Sie sind z. B. geeignet als Behälter für Meßgeräte zur Untersuchung von Strahlungen bestimmter Wellenlänge. Da die Behälter gasdicht und 4(i temperaturempfindlich sind, können sie z. B. auch in sehr großen Höhen verwendet werden. Hohlkörper, insbesondere aus Silizium, können als Reaktionsgefäß Anwendung finden. Sie werden gegen chemische Reaktionen besonders unempfindlich, wenn sie mit einer Schicht aus Siliziumoxyd überzogen sind. Dann läßt sich in einem solchen Gefäß z. B. für Halbleiterzwecke zu verwendendes Germanium schmelzen.The hollow bodies described can be used for many purposes. You are e.g. B. suitable as a container for measuring devices for the investigation of radiation of a certain wavelength. Since the containers are gas-tight and 4 (i are sensitive to temperature, they can also be used, for example, in used at very high altitudes. Hollow bodies, in particular made of silicon, can be used as reaction vessels Find application. They become particularly insensitive to chemical reactions when they are with a Layer of silicon oxide are coated. Then in such a vessel z. B. for semiconductor purposes Melt the germanium that is used.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |