DE2615554C2 - Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der Basis Seltenerdmetall/Gallium-Granat - Google Patents
Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der Basis Seltenerdmetall/Gallium-GranatInfo
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der Basis Seltenerdmetall/
Gallium-Granat ..ach der Czochraiski-Technik aus einem
Iridiumtiegel unter einer Stick'.toff-haltigen Atmosphäre.
Derartige Einkristalle werden üb!:- "herweise als stabförmige
Einkristalle aus einer Schmelze gezogen (z. B. nach einem in »J. of Cryst Growth« 12 (1972), S. 195 ff.
beschriebenen Verfahren), wobei anschließend von diesen Einkristallstäben Einkristallscheiben gewünschter
Dicke abgeschnitten werden, die z. B. als Substratkristalle
in der sogenannten Magnetblasentechnik (Informationsspeichertechnik unter Verwendung mobiler magnetischer
Zylinderdomänen) benutzt werden können (vgl. IEEE Transactions Mag.-7,1971, S. 404).
Zu diesem Zweck werden auf den Substratkristallen in einem Gasphasen- oder Flüssigphasen-Epitaxieprozeß
dünne magnetische Granatschichten von wenigen μίτι Dicke, z. B.5 μιη Dicke, aufgewachsen; diese Schichten
dienen als Speichermaterial Solche Granatschichten können nur dann mit der erforderlichen Kristallperfektion
störungsfrei aufwachsen, wenn das Substrat ein Einkristall höchster Perfektion ist
Um diese erforderliche Kristallperfektion der Substratkristalle erreichen zu können, sind viele Anstrengungen
unternommen worden. Die Kristalle müssen nicht nur frei von Kristallbaufehlern und frei von Einschlüssen
fremder Materialien sein, sondern aus Gründen einer optimalen Gitteranpassung von Substrat und
der anschließend auf dem Substrat aufzuwachsenden epitaxialen Schicht ist es darüber hinaus erforderlich,
daß das stöchiometrische Verhältnis der Schmelze, aus
der der Substratkristall gezogen wird, während des Kristallzüchtungsprozesses
möglichst nicht gestört wird.
Es ist bekannt, Granateinkristalle, insbesondere Gadolinium/Gallium-Granat-Einkristalle
aus der Schmelze unter Verwendung eines Tiegels aus Iridiummetall nach
dem Czochralski-Verfahren in einer abgeschlossenen Kristallziehapparatur herzustellen (z. B. aus »J. of Cryst
Growth« 12 (1972), S. 195-200). Hierbei zeigen nun die Gallium-Granate in neutraler Atmosphäre eine deutliche
Verdampfung von Galliumoxid, wobei sich wahrscheinlich Galliumsuboxid Ga2O entsprechend der Reaktionsgleichung
Ga2O3 j=± Ga2O + O2
bildet Diese Verdampfung führt zur Verringerung der
ίο Galliumkonzentration in der Schmelze und damit zur
Änderung der Kristallzusammensetzung.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt der Atmosphäre Sauerstoff zuzusetzen — z. B. wird einer
fc2-Atmosphäre 1 —10% Sauerstoff zugesetzt Damit ist
is es möglich, die Bildung von Galliumsuboxid Ga2O zu
unterdrücken und das Abdampfen von Ga2Oa zu verringern,
so daß die Stöchiometrie in der Schmelze gewahrt bleibt
Bei der Entwicklung optimaler Techniken für die Herstellung einwandfreier magnetischer dünner Schichten ist das Hauptaugenmerk auf die Qualität des zu ziehenden Einkristalls gerichtet worden. Für eine Großserienfertigung jedoch sind darüber hinaus auch wirtschaftliche Parameter von Bedeutung, um einer neuen
Bei der Entwicklung optimaler Techniken für die Herstellung einwandfreier magnetischer dünner Schichten ist das Hauptaugenmerk auf die Qualität des zu ziehenden Einkristalls gerichtet worden. Für eine Großserienfertigung jedoch sind darüber hinaus auch wirtschaftliche Parameter von Bedeutung, um einer neuen
Die bisher genannten Verfahren haben den Nachteil,
daß sie den Verschleiß der erforderlichen teuren Apparaturen völlig außer acht lassen. Die üblicherweise verwendeten
Iridium-Tiegel zeigen bei den bisher bekannten Verfahren infolge von Iridium-Verlusten eine sehr
geringe Lebensdauer. Beispielsweise liegen die Iridium-Verluste bei der Herstellung eines Gadolinium-Gallium-Granats
in einer üblicherweise angewendeten Atmosphäre, mit 98% N2 und 2% Sauerstoff zwischen 9 und
15 g, bezogen auf eine Züchtungsdauer von 15 Stunden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verluste
von Tiegelmaterial (Iridium) bei der Züchtung von Granateinkristallen nach der Czoct/alski-Technik zu
verringern bei gleichzeitiger Erhaltung der bisher erreichten Kristallqualität
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Atmosphäre aus 75 bis 90% Stickstoff und 25 bis
10% Kohlendioxid besteht ■
Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So hat sich, gemäß Anspruch 2, die Anwendung einer Gasatmosphäre, die aus 20% CO2 und 80% N2 besteht
als besonders vorteilhaft für eine Verringerung der Verluste an Iridium erwiesen.
so Bei Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 wi.-d erreicht daß eine optimale Kristallqualität bei
gleichzeitig geringstem Verlust an Tiegelmaterial erzielt wird. Wenn beispielsweise das Ausgangsmaterial vor
Herstellung des Einkristalls ca. 7 Tage bei einer Temperatur von 1500° C oder 24 Stunden bei einer Temperatur
von 17500C gesintert wird, sind die Verluste an Tiegelmaterial
um den Faktor 10 kleiner bei Anwendung einer Atmosphäre aus 10% Kohlendioxid CO2 und 90%
Stickstoff N2 im Vergleich zu einer Atmosphäre aus 98% Stickstoff N2 und 2% Sauerstoff O2 (vgL letzte
Spalte der nachfolgenden Tabelle).
Die mit der Erfingung erzielten Vorteile liegen darin,
daß ohne Störung des stöchiometrischen Verhältnisses der Schmelze, aus der der Einkristall gezogen wird, Einkristalle
hoher Kristallperfektion gezogen werden können bei gleichzeitiger erheblicher Senkung der Verluste
an Tiegelmaterial. Dies wird aus der nachfolgenden Tabelle deutlich:
Iridium-Verluste in Abhängigkeit von der Gasart
und der Gaszusammensetzung bei ca. 1750° C
und der Gaszusammensetzung bei ca. 1750° C
CO2 O2
Verluste an Iridium in g/h
(Tiegel-0 = 60 mm,
Tiegelhöhe - 60 min)
leer mit Schmelze
(Tiegel-0 = 60 mm,
Tiegelhöhe - 60 min)
leer mit Schmelze
100% | — | — | 0,0 g | — |
98% | — | 2% | 0,39 g | 0,6-1,Og |
— | 100% | — | 03 g | — |
75% | 25% | — | 0,03 g | — |
90% | 10% | — | 0,024 g | 0,06 g |
pers) bis 7um Schmelzpunkt zu erhitzen; dabei entsteht eine Schmelze 4, deren chemische Zusammensetzung
derjenigen des Gadolinium/Gallium-Granats entspricht,
d. h. Gd3GasOi2. Ein Kristallkeim 5 aus Gadolinium/Gallium-Granat
wird mit der Schmelze 4 in Berührung gebracht und mit Hilfe einer Zieh-Drehvorrichtung
9 über eine Ziehwelle 10 nach oben gezogen, wobei sich ein länglicher Einkristall aus Gadolinium/Gallium-Granat
bildet Die erwähnte Anordnung ist in einem
to geschlossenen Stahlkessel 6 untergebracht Die Gasatmosphäre,
die 10—25% Kohlendioxid CO2 und
90—75% Stickstoff N2, vorzugsweise 20% Kohlendioxid
und 80% Stickstoff enthält wird durch einen Einlaß 7 eingeleitet und entweicht durch einen Auslaß 8, wobei
der Gesamtdruck innerhalb des Stahlkessels 6 im wesentlichen dem Atmosphärendruck (« 1 bar) entspricht
An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert
Es zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung der Verluste an
Tiegelmaterial in Abhängigkeit von Art und Zusammensetzung der Gasatmosphäre während des Kristallzüchtungsprozesses,
F i g. 2 eine Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen
nach dem Czochralski-Verfahren im Schnitt
Die Werte für die Kurve gemäß F i g. 1 wurden auf folgende Weise ermittelt: Zur Bestimmung der Iridium-Verluste
in einer Stickstoff-Kohlendioxid-Atmosphäre wurde ein leerer Iridiumtiegel mit einem Durchmesser
von 60 mm und einer Höhe von 60 mm bei ca. 1750° C in
verschiedenen Gaszusammensetzungen 10—12 Stunden erhitzt und anschließend gewogen. Die Wägeergebnisse
sind in F i g. 1 dargestellt
In reiner Kohlendioxid-Atmosphäre betragen die Verluste ca. 0,24 g/h; sie vermindern sich mit steigendem
Stickstoffgehalt Bei einer Gaszusammensetzung von 90% Nj und 10% CO2 wurde ein Verlust von ca.
0,024 g/h gemessen. Unter vergleichbaren Bedingungen
betragen die Iridiumverluste in einer Atmosphäre aus 98% N2 und 2% Oj ca. 039 g/h.
Als Ausführungsbeispiel wird die Herstellung eines Gadolinium/Gallium-Granat-Einkristalls beschrieben:
Das Ausgangsmaterial mit einem Gesamtgewicht von ca. 800 g, bestehend aus Gadoliniumoxid und Galliumoxid,
wird gemischt, in Zylinderform gepreßt und bei einer Temperatur von 15000C 7 Tage gesinteit Anschließend
wird der Sinterkörper in einem induktiv beheizten Iridiumtiegel bei ca. 1800° C in einer abgeschlossenen
Kristallziehapparatur nach dem bekannten Czochralski-Verfahren aufgeschmolzen. Durch die Apparatur
wird ein Gasgemisch, bestehend aus 80% Stickstoff N2 und 20% Kohlendioxid CO2 geleitet, wobei die
Strömungsgeschwindigkeit 500 l/h beträgt Die Schmelze
wird mit einem zylinderförmigen Impfkristall aus Gadolinium/Gallium-Granat
angeimpft und der Ziehprozeß in bekannter Weise durchgeführt Die Ziehgeschwindigkeit
beträgt 8 mm/h, die Rotationsgeschwindigkeit 60 U/min. Es wurden Kristalle einer Länge von
100 mm und eines Durchmessers von 37 mm gezogen.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in F i g. 2 dargestellt
Bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Tiegel 1 aus Iridium auf einem
Träger 2 aus einem keramischen Material, z. B. aus Aluminiumoxid.
Eine Indukiionsheizspule 3 liefert die Energie, um die im Tiegel 1 befindlichen Materialien des
Ansatzes (d. h. Gd2O3 + Ga2O3 in Form eines Sinterkör-
Claims (4)
1. Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der
Basis Seltenerdmctall/Gallium-Granat nach der
Czochraiski-Technik aus einem Iridiumtiegel unter einer Stickstoff-haltigen Atmosphäre, dadurch
gekennzeichnet, daß die Atmosphäre aus 75 bis 90% Stickstoff und 25 bis 10% Kohlendioxid
besteht
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre aus 80% Stickstoff
und 20% Kohlendioxid besteht
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Gadolinium/Gallium-Granat-Einkristalle gezogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssubstanzen für den Gadolinium/G^ßium-Granat
im Temperaturbereich von 1500 bis 1750° C 7 Tage bis 24 Stunden gesintert
werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2615554A DE2615554C2 (de) | 1976-04-09 | 1976-04-09 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der Basis Seltenerdmetall/Gallium-Granat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2615554A DE2615554C2 (de) | 1976-04-09 | 1976-04-09 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der Basis Seltenerdmetall/Gallium-Granat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2615554A1 DE2615554A1 (de) | 1977-10-20 |
DE2615554C2 true DE2615554C2 (de) | 1985-01-17 |
Family
ID=5974974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2615554A Expired DE2615554C2 (de) | 1976-04-09 | 1976-04-09 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen auf der Basis Seltenerdmetall/Gallium-Granat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2615554C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69301371T2 (de) * | 1992-03-31 | 1996-09-05 | Shinetsu Handotai Kk | Vorrichtung zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls |
-
1976
- 1976-04-09 DE DE2615554A patent/DE2615554C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2615554A1 (de) | 1977-10-20 |
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