DE2122386A1

DE2122386A1 - Verfahren zur Herstellung von Whiskers

Info

Publication number: DE2122386A1
Application number: DE19712122386
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl.-Ing. Dr. Zug; Staub Hans-Rudolf Eggenwil Aargau; Thalmann (Schweiz)
Original assignee: Lonza AG
Current assignee: Lonza AG
Priority date: 1970-05-14
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1971-11-25
Also published as: AT307369B; GB1292422A; ES388121A1; US3778296A; FR2091412A5; BE767030A; NL7106611A; SE368556B; SU396862A3; CH525711A; NO128900B

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KOIN-LINDENTHAL PETBR-KIHTQEN-STRASSE S

Köln, den 19. Januar 1971 Eg/Cl/262 ■

LON Z A Ά.G.j'GampeJ/WaJlls (Gesohäftsleitung; Basel) Verfahren zur Herstellung von Whiskers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung- von Whiskers durch Aufwachsen der Whiskers auf einem Substrat aus einer die Whiskerskomponenten enthaltenen Gasphase bei erhöhter Temperatur.'

Es 1st bekannt, daß nadeiförmige Siliciumcarbideinkrlstalle, sogenannte Whiskers, durch thermische Zersetzung von Alkylchlorsilanen aus Quarzsand und Kohle oder aus Silicium und Kohle hergestellt werden können. In "Physical Review" l4j, 526 (1966) wurde die Reduktion eines Methylchlorsilans mit Wasserstoff bei 1350⁰ bis 14^0° C beschrieben, wobei Kristalle aus hexagonalem Siliciumcarbid auf einem Grajahitsubstrat abgelagert wurden. Durch stellenweises Aufbeingen von kristallisationsfordernden Stoffen, wie Metallen, z.B. Cr, Al, Fe, Co, Cu, Si, auf das Substrat konnte die Ausbeute erhöht werden. Es soll sich hierbei jedoch nicht um ein Kristallwachstum von Siliciumcarbid durch den sog. Vapor-Llquid-Solid-(VLS)-Mechanismus handeln.

Andere Autoren hingegen ("Trans.Met,Soc.A.I.M.E·¹¹ 233j 1055 (1955) vertreten die Meinung, daß das Whlsker-Wachstum

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durch einen VLS-Mechanismus erfolgen kann. Als Lösungsmittel für den zu kristallisierenden Stoff d£ent dabei ein geschmolzener Tropfen eines Metalles, der den Stoff aus der Gasphase aufnimmt und nach Sättigung diesen Stoff auf das unter ihm liegende Substratkristall ablagert. Als Metall wurde Silicium und gemäss holländischen OffenlegungsSchriften 66,17544 und 67,03609 Eisen angewendet, das durch Bestreichen oder Bestreuen auf das Substrat aufgebracht wurde. Diese Arbeitsweise hat jedoch den Nachteil, dass das aufzubringende Metall eine gewisse PartikelgrÖsse nicht überschreiten darf. Dabei entstehen Whiskers mit sehr kleinem Durchmesser. Für die meisten Anwendungsgebiete jedoch müssen die Whiskers einen grösseren Durchmesser · aufweisen. Zudem ist es ausserordentlich schwierig, die Konzentration des aufzubringenden metallischen Eisens auf der Substratoberfläche sowohl lokal als auch von Charge zu Charge konstant zu halten.

Es ist ferner aus der französischen Patentschrift Nr.1.563.415 bekannt, Substrate zu verwenden, die Eisen in elementarer Form oder Eisen als Eisenoxyd enthalten. Solch ein Substrat ist beispielsweise Mullit (ein Aluminiumsilikat), das Eisenoxyd als Verunreinigung enthält. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, dass die Substrate nach rela- i tiv kurzer Zeit für das Whiskerwachstura inaktiv werden infolge Verarmung an Eisen. ■

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Enthält die Gasphase noch Chlor, wie es gentäss französischer Patentschrift zweckmässig vorgesehen ist, so reagiert dieses mit dem Eisen unter Bildung von Eisenchlorid und die Substrate werden noch schneller inaktiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch'erreicht,, dass man ein Substrat anwendet, auf das eine Schicht, bestehend aus mindestens einem, das kristallwachsturnsfördernden Stoff, Kohlenstoff und Lack, aufgebracht ist.

Als kristallwachsturnsfördernde Stoffe können Metalle und/oder Metallverbindungen, auch in Kombination angewendet, in Betracht. Solche Stoffe sind beispielsweise Eisen, Nickel, * Mangan, Chrom, Eisenchlorid, Eisensulfat, Eisencarbonat, Eisenoxid, Nickeloxid, Manganoxid. Vorzugsweise werden Eisen oder Eisenverbindungen angewendet.

Als Kohlenstoff wird zweckmässig Aktivkohle verwendet.

Die beiden Komponenten können in jedem beliebigen Verhältnis angewendet werden. Vorteilhaft werden sie jedoch im Gewichtsverhältnis 1 zu 0,5 bis 1 zu 2 angewendet. *■-

Als Lack kann jeder synthetische oder Naturlack zur Anwendung kommen. Beispielsweise ist Alkydharzlack, Poly- .,

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vinylacetatlack, Nitrocelluloselack, Polyesterlack, Oellack, Zaponlack, Teer verwendbar.

Die anzuwendende Menge Lack ist nicht kritisch und richtet sich danach, in welcher Konsistenz die Schicht aufgebracht werden soll. Sweckmässig wird soviel Lack zugesetzt, dass eine gut streichbare Masse entsteht.

Die Substrate werden mit der Masse bestrichen. Beim Erhitzen'verkohlt der Lack und die anorganischen Partikel sind in einer dünnen Kohleschicht eingelagert. Das bewirkt, dass

wirkung die das Kristallwachstum fördernden Stoffe durch Einmisehtfng des Halogens nur langsam in die Gasphase abgegeben werden. Dadurch wird erreicht, dass während der ganzen Reaktion immer genügend Kristallwachstum fördernde Stoffe im iteakt ions raum vorhanden sind.

Die auf das Substrat aufzubringende Menge an kri-

stallwachsturasfördernden Stoff, d.h. an anorganischem Stoff;

beträgt vorteilhaft 0,1 bis 10 mg/cm , vorzugsweise 0,5 bis

5 mg/cm Substrat.

Als Substrat kommt Kohlenstoff, Korund, Mullit, Keramik usw. in Betracht, vorzugsweise werden Graphitplatten verwendet.

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Beispiele

1. 5g Eisenoxid wurden mit 5 g pulverförmiger Aktivkohle vermischt und anschliessend in 50 g Zaponlack (Naturharzlack) gegeben. Dabei erhielt man eine gut streichbare Masse, die mit einem Pinsel auf die Substratplatten aus Graphit aufgetragen wurde. Nach Verdampfung des Lösungsmittels erhielt man einen dünnen Film.

2. 2,5 g Eisenoxid und 2,5 g Manganoxid werden mit 5 g Aktivkohle vermischt und anschliessend in einem PoIyesterlack dispergiert. Die gutstreichbare Masse wurde auf Substratplatten aus Graphit aufgetragen.

Die gemäss Beispiel 1 und 2 hergestellten Substrate wurden in einem Reaktionsofen eingesetzt, wobei der vertikale Abstand etwa 5 cm betrug. Auf das Substrat wurde Siliciumpulver (Reinheit grosser als 99,8%) und Aktivkohle aufgebracht.Der Reaktor wurde evakuiert und Reaktionsgas, das aus 72% HL, 20% N_ und 8% CH₁, bestand, durch den Reaktor geführt. Die Ausgangsstoffe wurden auf 1400°- 145O°C erhitzt. Nach etwa 8 Stunden wurde gekühlt und der Reaktor geöffnet. Es wurden SiC-Whiskers mit einem mittleren Durchmesser von 2jj> und einer Länge von mehreren Millimetern erhalten.

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Claims

- 6 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Whiskers durch Aufwachsen der Whiskers auf einem Substrat aus einer, die Whiskerkomponenten enthaltenden Gasphase bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man

. ein Substrat anwendet, auf das eine Schicht, bestehend aus mindestens·einem das Kristallwachstum fördernden Stoff, Kohlenstoff und Lack aufgebracht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallwachstumfordernde Stoffe Metalle und/oder Metallverbindungen verwendet.

J. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenstoff Aktivkohle verwendet.

²J-. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Kristallwachstum fördernden Stoff und Kohlenstoff im Gewichtsverhältnis von 1 zu 0,5 bis 1 zu 2 anwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,1 bis 10 mg/ Kristallwachstum fördernden Stoff pro Quadratzentimeter Substrat aufbringt.

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