DE2300989A1 - PROCESS FOR GROWING CRYSTALS OF HIGH PERFECTION FROM CONVECTION-FREE MELT SUBSTANCE - Google Patents

PROCESS FOR GROWING CRYSTALS OF HIGH PERFECTION FROM CONVECTION-FREE MELT SUBSTANCE

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Description

BRN»T KuEITZ QiHIBHBRN »T KuEITZ QiHIBH A 19O4 633 Wetzlar,dm. *». Jan. 1973A 19O4 633 Wetzlar, dm. * ». Jan. 1973

Pat Bl/PePat Bl / Pe

Verfahren zum Züchten von Kristallen hoher Perfektion aus konvektionsfreier schmelzflüssiger SubstanzmasseProcess for growing crystals of high perfection from convection-free molten liquid Substance mass

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Züchten von Kristallen aus dem Schmelzfluß, wobei die entsprechende Substanzmasse konvektionsfrei ist.The invention relates to a method for growing crystals from the melt flow, the corresponding Substance mass is free of convection.

Die Konvektion in einer Schmelze, aus der heraus Kristalle nach an sich bekannten Techniken - wie z.B. nach den Ziehmethoden von Czochralski und Nacken-Kyropoulos, den Absenkverfahren nach Bridgman und Stockbarger bzw. der Züchtung aus der Flußschmelze (Flux) mit Kühlstellen oder Keimkristallen - gezüchtet werden, ist als Ursache für viele Kristallbaufehler bekannt.Convection in a melt from which crystals emerge according to known techniques - such as the pulling methods of Czochralski and Nacken-Kyropoulos, the Lowering method according to Bridgman and Stockbarger or the cultivation from the river melt (flux) with cooling points or seed crystals - are grown is known to be the cause of many crystal defects.

Neben induktiv verursachten Konvektionsströmungen in der schmelzflüssigen Substanzmasse sind es vor allem die thermisch bedingten Konvektionsströme, die durch die unterschiedliche Dichte einzelner Schmelzbereiche innerhalb der zusammenhängenden Substanzmasse entstehen. Diese partiellen Dichteunterschiede innerhalb einer Substanzmasse führen jedoch nur dann zu Konvektionsströmungen der vorbezeichneten Art, wenn sich die Substanzmasse in einem Schwerefeld befindet.In addition to inductively caused convection currents in the molten substance mass, it is above all the thermally induced convection currents that are caused by the different Density of individual melting areas arise within the coherent substance mass. However, these partial differences in density within a substance mass only lead to convection currents of the aforementioned type when the substance mass is in a gravitational field.

Die Schwerelosigkeit läßt sich nun dadurch simulieren, daß man einen Körper bzw. ein definiertes Schmelzvolumen innerhalb eines Mediums zum Schweben bringt.Weightlessness can now be simulated by placing a body or a defined volume of enamel floating within a medium.

- Z- - Z-

409828/0627409828/0627

?' ? ' A 1 904A 1 904

4.1.19734.1.1973

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es datier, die • für eine- perfekte Ausbildung der zu züchtenden Kristalle nachteiligen Konvektionsströmungen innerhalb einer schmelzflüssigen Substanzmasse zu unterbinden.The object of the present invention is to date the • for a perfect formation of the crystals to be grown, disadvantageous convection currents within a to prevent molten substance mass.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wie es in den Ansprüchen beschrieben ist. Es werden Kristalle mittels an sich bekannter Schmelzfluß-Techniken aus einer zusammenhängenden Substanzmasse gezüchtet, die in einem flüssigen Medium enthalten ist-.According to the invention, this object is achieved by a method as described in the claims. It will Crystals by means of melt flow techniques known per se grown from a coherent mass of substance contained in a liquid medium.

Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Substanzmasse in dem flüssigen Medium frei schwebt. Es ist aber auch möglich, die oben genannten Techniken zum Züchten von perfekten Einkristallen aus einer schmelzflüssigen Substanzmasse dann anzuwenden, wenn letztere aufgrund von lediglich geringen Dichteunterschieden bezüglich des sie umgebenden Mediums entweder aufsteigt und somit schwimmend im Medium verbleibt, oder aber absinkt und somit auf dem Boden des das Medium enthaltenden Gefäßes ruht.It can be advantageous here if the substance mass floats freely in the liquid medium. It is also possible the above techniques for growing perfect single crystals from a molten mass of substance to be used if the latter due to only small differences in density with respect to the the surrounding medium either rises and thus remains floating in the medium, or else sinks and thus on the bottom of the vessel containing the medium rests.

Normalerweise ist das Medium so gewählt, daß es mit der sich im flüssigen und/oder im festen Zustand befindlichen Substanzmasse nicht reagiert.'Für gewisse andere Fälle - zum Beispiel bei definierten Dotier- oder Dekorier-Prozeesen - kann es aber auch zweckmäßig sein, daß das Medium so gewählt ist, daß es in definierter Weise mit der Substanzmasse reagiert. Dabei kann das Medium ausschließlich mit der flüssigen oder aber mit der festen Substanzmasse ■ reagieren. Es kann vorteilhaft sein, daß das flüssige Medium mindestens einen für die Substanzmasse bestimmten Dotier- oder Dekorierstoff enthält. Dieser kann in ionogener, molekularer oder partikularer Form in dem Medium vorhanden sein.Normally the medium is chosen so that it is in the liquid and / or in the solid state with the Substance mass does not react. For certain other cases - for example with defined doping or decorating processes - But it can also be useful that the medium is chosen so that it is in a defined way with the substance mass reacts. The medium can be used exclusively with the liquid or with the solid Substance mass ■ react. It can be advantageous that the liquid medium has at least one for the substance mass contains certain doping or decorating substance. This can be ionic, molecular or particulate Form in the medium.

409828/0627 - 3 -409828/0627 - 3 -

~ 3 ~ 3 A 1904A 1904

ΤΓΤ7ΤΨΓ3ΤΓΤ7ΤΨΓ3

Schließlich kann das Medium - entsprechend den jeweils anzuwendenden Schmelzbedingungen, wie beispielsweise Schmelzdauer, Schmelztemperatur, Schmelzmaterial - eine anorganische oder organische Flüssigkeit, Lösung oder Schmelze sein. Schmelzsysteme ohne Mischbarkeit bzw. mit Mischungslücken sind für das erfindungsgemäße Züchtungsverfahren besonders geeignet.Finally, the medium can - according to the melting conditions to be used in each case, such as, for example Melting time, melting temperature, melting material - an inorganic or organic liquid, solution or Be melt. Melt systems without miscibility or with miscibility gaps are suitable for the cultivation process according to the invention particularly suitable.

Als Beispiel für einen nach dem Züchtungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung herstellbaren Kristall sei die Substanz Salicylsäurephenylesther (HO·C^H^·CO2*C^H-) (Salol) genannt. The substance salicylic acid phenyl ester (HO · C ^ H ^ · CO 2 * C ^ H-) (Salol) may be mentioned as an example of a crystal which can be produced by the growth process according to the present invention.

Der Schmelzpunkt dieser organischen Substanz liegt bei 43 C. Als Medium kommt Wasser in Betracht. Da die Dichte des geschmolzenen Salols bei 50 C einen Wert von 1,1553 g/cm aufweist, sinkt diese schmelzflüssige Salol-Substanzmasse in reinem H„0 auf den Boden des Gefäßes. Durch geeignete Zusätze zum Wasser-Medium könnte aber auch eine solche Dichte eingestellt werden, daß die Salol-Substanzmasse zusammenhängend schwebend im Medium verbleibt.The melting point of this organic substance is 43 C. A suitable medium is water. Because the density of the molten salol at 50 ° C. has a value of 1.1553 g / cm has, this molten Salol substance mass sinks in pure H "0 on the bottom of the vessel. By means of suitable additives to the water medium, however, such a Density can be set so that the Salol substance mass remains coherently floating in the medium.

Die schmelzflüssige Substanzmasse nimmt im Schwebezustand eine rotationssymmetrische Tröpfchenform an.The molten substance mass adopts a rotationally symmetrical droplet shape when in suspension.

Das die Substanzmasse umhüllende flüssige Medium dient gleichzeitig einer vorzugsweise allseitigen Wärmezuführung und damit der Aufrechterhaltung der einmal eingestellten Temperaturbedingungen. Die üblicherweise verwendeten Mittel für die Erzeugung und Regelung der jeweiligen optimalen Temperaturbedingungen sind hier der Einfachheit halber weggelassen worden.The liquid medium enveloping the substance mass serves at the same time to supply heat, preferably on all sides and thus the maintenance of the temperature conditions once set. The commonly used Means for generating and regulating the respective optimal temperature conditions are here for the sake of simplicity have been omitted for the sake of

Die konvektionsfreie, zusammenhängende Substanzmasse bildet somit das Reservoir für das aus ihr erfolgende Ziehen des. Kristalls.The convection-free, coherent substance mass forms thus the reservoir for pulling the crystal from it.

40 9828/06 2 7 k 40 9828/06 2 7 k

4.1.19734.1.1973

Dabei kann in bekannter Weise ein an einer drehbaren und verschiebbaren Kristallhalterung montierter Keimkristall in die zusammenhängende Substanzmasse eingeführt werden
und danach durch kontrollierte Ortsveränderung des Kristallkeims relativ zur Substanzmasse der Züchtungsvorgang ablaufen.
A seed crystal mounted on a rotatable and displaceable crystal holder can be introduced into the coherent substance mass in a known manner
and then the growth process takes place through controlled relocation of the crystal nucleus relative to the substance mass.

409828/0627409828/0627

Claims (1)

aj_9_o4_aj_9_o4_ 4.1.19734.1.1973 AnsprücheExpectations 1. Verfahren zum Züchten von Kristallen hoher Perfektion aus konvektionsfreier schmelzflüssiger Substanzmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle mittels an sich bekannter Schmelzfluß-Techniken aus einer zusammenhängenden Substanzmasse gezüchtet werden, die in einem flüssigen Medium enthalten ist.1. Method of growing crystals of high perfection from convection-free molten substance mass, characterized in that the crystals by means of known melt flow techniques are grown from a coherent mass of substance, which in a liquid medium is included. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichteverhältnis zwischen schmelzflüssiger Substanzmasse und Medium so gewählt wird, daß die Substanzmasse in dem flüssigen Medium schwebt.2. The method according to claim 1, characterized in that the density ratio between molten substance mass and medium is chosen so that the substance mass floats in the liquid medium. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichteverhältnis zwischen schmelzflüssiger Substanzmasse und Medium so gewählt wird, daß die Substanzmasse in dem flüssigen Medium schwimmt.3. The method according to claim 1, characterized in that the density ratio between molten substance mass and medium is chosen so that the substance mass floats in the liquid medium. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichteverhältnis zwischen schmelzflüssiger Substanzmasse und Medium so gewählt wird, daß die Substanzmasse in dem flüssigen Medium absinkt.4. The method according to claim 1, characterized in that the density ratio between molten substance mass and medium is chosen so that the mass of substance in the liquid medium drops. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, ot±K daß die Substanzmasse im flüssigen und/oder festen Zustand nicht mit dem flüssigen Medium reagiert.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that ot ± K that the substance mass in the liquid and / or solid state does not react with the liquid medium. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium in definierter Weise mit der Substanzmasse reagiert.6. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the medium in a defined manner with the Substance mass reacts. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ausschließlich mit der flüssigen Substanzmasse reagiert.7. The method according to claim 6, characterized in that the medium exclusively with the liquid substance mass reacted. 409828/0627 - 6 -409828/0627 - 6 - A 1904 4.1.1973 A 1904 4.1.1973 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ausschließlich mit der festen Substanzmasse reagiert.8. The method according to claim 6, characterized in that the medium exclusively with the solid substance mass reacted. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium so gewählt wird, daß es mindestens einen Dotierstoff für die Substanzmasse enthält.9. The method according to claims 6 to 8, characterized in that that the medium is chosen so that it contains at least one dopant for the substance mass. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff in ionogener Form in dem Medium enthalten ist.10. The method according to claim 9, characterized in that the dopant is contained in ionogenic form in the medium is. 11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß. der Dotierstoff in molekularer Form in dem Medium enthalten ist.11. The method according to claim 9 »characterized in that. the dopant is contained in the medium in molecular form. 12. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff in Form einzelner Partikel vorhanden ist.12. The method according to claim 9 »characterized in that the dopant is present in the form of individual particles. 13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium eine anorganische Flüssigkeit gewählt wird.13. Method according to one of Claims 1 to 11, characterized in that that an inorganic liquid is chosen as the medium. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium eine organische Flüssigkeit gewählt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that that an organic liquid is chosen as the medium. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine Lösung oder eine Schmelze ist.15. The method according to any one of claims 13 or 14, characterized in that that the liquid is a solution or a melt. 409828/0627409828/0627
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