DE3247869A1 - SUBSTANCES CONTAINING PHOSPHORUS CHAINS - Google Patents

SUBSTANCES CONTAINING PHOSPHORUS CHAINS

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DE3247869A1
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Mark Allen Kuck
Christian Gabriel Michel
Paul Mordecai Raccah
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Description

Die Erfindung betrifft Substanzen und Werkstoffe mit verketteten Phosphoratomen, deren Herstellung und deren Verwendung. Die Erfindung betrifft weiterhin Halbleiter und andere Vorrichtungen, bei denen diese Werkstoffe benutzt sind. Substanzen und Werkstoffe mit verketteten Phosphoratomen im Sinne der vorliegenden Beschreibung umfassen Polyphosphide mit hohem Phosphorgehalt (also PhosphideP die ihrer Art nach Polymere bleiben), Alkalimetallpolyphosphide, monoklinen Phosphor sowie neue Phosphormodifikationen. Die Phosphorsubstanzen und Polyphosphidsubstanzen werden durch Dampftransportreaktionen in kristalliner, polykristalliner und amorpher Form in Substanz, in Form dicker oder in Form dünner Schichten und Filme hergestellt. Zur Herstellung dünner Schichten werden Lichtbogenverdampfungsverfahren und chemische Niederschlagsreaktionen aus der Dampfphase eingesetzt. Festkörperreaktionen werden zurThe invention relates to substances and materials with linked phosphorus atoms, their production and their use. The invention also relates to semiconductors and other devices using these materials. Substances and materials with chained phosphorus atoms in the context of the present description include polyphosphides with a high phosphorus content (that is, phosphides P which by their nature remain polymers), alkali metal polyphosphides, monoclinic phosphorus and new phosphorus modifications. The phosphorus substances and polyphosphide substances are produced by vapor transport reactions in crystalline, polycrystalline and amorphous form in substance, in the form of thick or in the form of thin layers and films. Arc evaporation processes and chemical precipitation reactions from the vapor phase are used to produce thin layers. Solid-state reactions are used to

BERGSTRASSE «8'h · D-8O38 MÜNCHEN-GAUTING TELEPHON: (OSO) SSO2O3O . TELEX: öai777lsard BERGSTRASSE «8'h · D-8O38 MUNICH-GAUTING TELEPHON: (OSO) SSO2O3O. TELEX: öai777lsard

Als kristalline, kein Silicium enthaltende Halbleiter sind dabei vor allem Einkristalle von GaAs und GaP und InP alsThe main crystalline semiconductors that do not contain silicon are single crystals of GaAs and GaP and InP

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

- -er -- -er -

- ife-- ife-

Herstellung einkristalliner und polykristalliner Polyphosphide eingesetzt. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Werkstoffe können die Verfahren der Diffusionsdotierung verwendet werden. Gleichrichterübergänge werden durch entsprechende Metallkontakte auf den Werkstoffen hergestellt. Dünne Schichten der in Rede stehenden Phosphorwerkstoffe können als optische Beschichtungen und Vergütungen dienen. Kristallpulver und amorphe Modifikationen der Werkstoffe dienen als flanunhemmende Füllstoffe. Die kristallinen Formen der Werkstoffe, insbesondere in fasriger Form, können zur Verstärkung, insbesondere zur Verbesserung der Zugfestigkeit, in Kunststoffen eingesetzt werden.Production of monocrystalline and polycrystalline polyphosphides used. To increase the electrical conductivity The diffusion doping method can be used for the materials. Rectifier junctions are produced by appropriate metal contacts on the materials. Thin layers of the phosphorus materials in question can serve as optical coatings and remuneration. Crystal powder and amorphous modifications of the materials serve as flan-resistant fillers. The crystalline forms of the materials, especially in fibrous form, can be used for reinforcement, especially for Improving tensile strength, used in plastics.

Während der letzten Jahrzehnte ist die Verwendung von Halbleitern immer verbreiteter und wichtiger geworden. Halbleiter auf Siliciumbasis sind beispielsweise die Grundlage für eine Vielfalt unterschiedlicher Vorrichtungen, beispielsweise für Sperrschicht-pn-übergänge mit Gleichrichterwirkung (Dioden), Transistoren, steuerbare Silicium-Gleichrichter (SCR), photoelektrische Zellen oder lichtempfindliche Dioden. Die hohen Kosten für die Herstellung des benötigten kristallinen Siliciums und die zunehmende Nachfrage nach Halbleitern für ein immer breiter werdendes Anwendungsgebiet haben den Bedarf nach einer Verbreiterung der Angebotspalette an nützlichen Halbleiterwerkstoffen hervorgerufen. During the last few decades the use of semiconductors has become more widespread and important. For example, silicon-based semiconductors are the basis for a variety of different devices, for example for junction pn junctions with rectifying effect (diodes), transistors, controllable silicon rectifiers (SCR), photoelectric cells or photosensitive Diodes. The high cost of producing the required crystalline silicon and the increasing demand for semiconductors for an ever-expanding field of application have created the need to broaden the range of useful semiconductor materials.

Die technisch nutzbaren Halbleiter der Erfindung haben einen Bandabstand im Bereich von ca. 1 bis 3 eV (genauer gesagt 1,4 bis 2,2 eV); ein Photoleitfähigkeitsverhältnis von größer als 5 (genauer gesagt zwischen 100 und 10000); eine spezifische elektrische Leitfähigkeit im Bereich von ca. 10~ bisThe technically useful semiconductors of the invention have one Band gap in the range of approx. 1 to 3 eV (more precisely 1.4 to 2.2 eV); a photoconductivity ratio of greater than 5 (more precisely between 100 and 10,000); a specific electrical conductivity in the range of approx. 10 ~ to

— 1 2 — 1- 1 2 - 1

10 (Ohm · cm) (genauer gesagt, eine spezifische elektri-10 (ohm cm) (more precisely, a specific electrical

—8 —9 —1—8 —9 —1

sehe Leitfähigkeit im Bereich von 10 bis 10 (Ohm . cm) );see conductivity in the range of 10 to 10 (ohm. cm));

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und eine chemische und physikalische Beständigkeit unter Betriebsbedingungen bei normalen Umgebungsbedingungen. Selbst wenn zahlreiche Werkstoffe, die weder als reine Metalle noch als reine Isolatoren eingestuft werden können, als Halbleiter gelten, können nur solche halbleitenden Werkstoffe auch als technisch nutzbare Halbleiter im Sinne der Erfindung angesehen werden, die die vorstehend genannten Kriterien erfüllen.and a chemical and physical resistance below Operating conditions under normal ambient conditions. Even if numerous materials that are neither considered pure Metals can still be classified as pure insulators, as semiconductors, only such semiconducting materials can also be used as technically usable semiconductors be regarded in the sense of the invention, which meet the criteria mentioned above.

Angesichts der Forderung nach Erschließung und Entwicklung alternativer, vom Erdöl unabhängiger Energiequellen, nimmt die potentielle kommerzielle Bedeutung eines Halbleiters stark zu, wenn der Halbleiterwerkstoff gleichzeitig nutzbare photoelektrische Kenndaten aufweist, d.h. zu wirtschaftlichen Bedingungen in der Lage ist, Sonnenenergie mit einem vertretbaren Wirkungsgrad in elektrische Potentiale umzuwandeln. In view of the demand for the opening up and development of alternative energy sources that are independent of petroleum, The potential commercial importance of a semiconductor increases sharply if the semiconductor material can be used at the same time Has photoelectric characteristics, i.e. is able to use solar energy with a convert reasonable efficiency into electrical potentials.

Aus wirtschaftlicher Sicht sind amorphe Halbleiter, insbesondere in Form dünner Schichten, den Halbleitern in Form von Einkristallen wegen der geringeren Herstellungskosten für die amorphen Schichten vorzuziehen. Auch weisen amorphe Halbleitern gegenüber den polykristallinen Halbleitern aus gleichem Material beim Einsatz in den verschiedensten Halbleiterbauelementen günstigere elektrische Kenndaten auf.From an economic point of view, amorphous semiconductors, especially in the form of thin layers, are in the form of semiconductors of single crystals because of the lower manufacturing costs for the amorphous layers. Also show amorphous Semiconductors as opposed to polycrystalline semiconductors made of the same material when used in a wide variety of Semiconductor components have more favorable electrical characteristics.

Aus den genannten Gründen hat sich die Halbleiterindustrie einer intensiven Suche nach neuen halbleitenden Werkstoffen über den Bereich des kristallinen Siliciums hinaus verschrieben. For the reasons mentioned, the semiconductor industry has been an intensive search for new semiconducting materials prescribed beyond the area of crystalline silicon.

Als kristalline, kein Silicium enthaltende Halbleiter sind dabei vor allem Einkristalle von GaAs und GaP und InP alsAs are crystalline non-silicon semiconductors especially single crystals of GaAs and GaP and InP as

halbleitende Substanzen in der kommerziellen Praxis eingeführt. semiconducting substances introduced into commercial practice.

Viele andere Halbleiterwerkstoffe sind darüber hinaus für spezielle Anwendungszwecke eingesetzt worden. So werden beispielsweise CdS und Selen als Photoleiter in vielen Kopiergeräten verwendet.Many other semiconductor materials are also used for special applications have been used. Be like that for example, CdS and selenium are used as photoconductors in many copiers.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Halbleiterelement" ein Produkt, und zwar einschließlich des bloßen Halbleiterwerkstoffs, unabhängig davon, ob dieses Produkt elektrische Kontakte aufweist oder benötigt, beispielsweise also ein elektronisches Bauelement ist, oder einem nichtelektronischen Bereich zuzuordnen ist, beispielsweise ein in der Kopiertechnik verwendeter Photoleiter, ein Leuchtphosphor oder ein Phosphor auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre ist.In the context of the present specification, the term "semiconductor element" means a product, and indeed inclusive of the bare semiconductor material, independently whether this product has or needs electrical contacts, for example an electronic one Component, or is to be assigned to a non-electronic area, for example one in copying technology The photoconductor used is a fluorescent phosphor or a phosphor on the screen of a cathode ray tube.

Obwohl an sich bekannt ist, daß einige Phosphormodifikationen halbleitend sind, haben die meisten Phosphorsubstanzen wegen ihrer chemischen Unbeständigkeit, leichten Oxidierbarkeit und hohen Reaktionsfähigkeit keine praktische Anwendung als Halbleiter gefunden. Keine bekannte Modifikation des Phosphors ist bislang erfolgreich -als kommerziell tauglicher Halbleiter eingesetzt worden.Although it is known per se that some phosphorus modifications are semiconducting, most phosphorus substances are easy to oxidize because of their chemical instability and high responsiveness has not found any practical application as a semiconductor. No known modification of phosphorus has so far been successful - than it is commercially viable Semiconductors have been used.

Von den Substanzen, die nachstehend offenbart sind, sind die III-V-Halbleiter wie beispielsweise Galliumphosphid und Indiumphosphid mit ihrer tetraedischen Konfiguration deutlich zu unterscheiden. Insbesondere ist die Halbleitung dieser III-V-Halbleiter nicht durch Phosphor-Phosphor-Bindungen bestimmt, d.h. die elektrische Leitung in diesen Werkstoffen erfolgt nicht oder zumindest nicht primär entlang Phosphor-Phosphor-Bindungen.Of the substances disclosed below are the III-V semiconductors such as gallium phosphide and Indium phosphide with its tetrahedral configuration can be clearly distinguished. In particular, the semiconductor These III-V semiconductors are not determined by phosphorus-phosphorus bonds, i.e. the electrical conduction in them Materials does not take place or at least not primarily along phosphorus-phosphorus bonds.

Weiterhin ist von hydriertem Phosphor bekannt , daß er eine dem schwarzen Phosphor ähnliche Struktur aufweist und halbleitend ist.Furthermore, hydrogenated phosphorus is known to have a structure similar to that of black phosphorus and is semiconducting.

Eine unter der Leitung von H.G. von Schnering stehende Arbeitsgruppe hat eine beachtliche Arbeit auf dem Gebiet der hohe Phosphorkonzentrationen aufweisenden Poly.phosphide geleistet. Die aus dieser Arbeitsgruppe stammenden Berichte zeigen, daß das höchste Glied der phosphorpolyxneren Polyphosphide, das diese Arbeitsgruppe darstellen konnte? ein kristallines MP15 ist, wobei M für ein Erdalkalimetall steht. Diese Polyphosphide werden durch Erhitzen des Metalls mit Phosphor in einer abgeschmolzenen Ampulle hergestellt. In den Veröffentlichungen von Schnering sind die Polyphosphide aufgrund ihrer Kristallstruktur als Substanzen mit Atombindungen im klassischen Sinne aufzufassen. Die Veröffentlichungen besagen, daß die Substanzen also mit anderen Worten Isolatoren oder Halbleiter sind oder sein sollten, nicht aber metallisches Leitungsverhalten zeigen.A working group headed by HG von Schnering has done considerable work in the field of polyphosphides with high phosphorus concentrations. The reports from this working group show that the highest member of the phosphorpolyxneren polyphosphides that this working group could represent? is a crystalline MP 15 , where M is an alkaline earth metal. These polyphosphides are made by heating the metal with phosphorus in a sealed ampoule. In Schnering's publications, the polyphosphides are to be understood as substances with atomic bonds in the classical sense due to their crystal structure. The publications state that, in other words, the substances are or should be insulators or semiconductors, but do not show metallic conduction behavior.

Der auch Hittorf' scher Phosphor genannte monokline Phosphor wird nach dem Stand der Technik aus weißem Phosphor und Blei wie folgt hergestellt: 1 g weißer Phosphor und 30 g Blei werden langsam in einem verschlossenen Rohr durch Erhitzen bis auf 6300C zur Schmelze gebracht und anschließend kurze Zeit bei dieser Temperatur gehalten. Die Lösung wird dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1Q°/d im Verlauf von 11 Tagen bis auf 5200C abgekühlt und anschließend rasch auf Raumtemperatur abgeschreckt. Das erhaltene Produkt wird dann in einer Lösung von 2 kg Bleiacetat in 8 1 6-prozentiger Essigsäure elektrolysiert, wobei der Phosphor in einem Uhrglas aufgefangen und gesammelt wird, das unter der Anode steht. Auf diese Weise werden fast quadratische plättchenförmige Kristalle erhalten.The monoclinic phosphorus, also known as Hittorf's phosphorus, is produced according to the prior art from white phosphorus and lead as follows: 1 g of white phosphorus and 30 g of lead are slowly melted in a closed tube by heating to 630 ° C. and then held at this temperature for a short time. The solution is then cooled at a cooling rate d of 1Q ° / in the course of 11 days up to 520 0 C and then quenched rapidly to room temperature. The product obtained is then electrolyzed in a solution of 2 kg of lead acetate in 8 l of 6 percent acetic acid, the phosphorus being caught and collected in a watch glass placed under the anode. In this way, almost square plate-shaped crystals are obtained.

- Io -- Io -

deren Abmessungen im Bereich von ungefähr 0,2 mm χ 0,2 mmx 0,05 ram liegen.their dimensions in the range of approximately 0.2 mm × 0.2 mmx 0.05 ram.

Die Kristallstruktur dieser bekannten monoklinen Phosphormodifikation ist von Thurn und Krebs bestimmt worden. Die Einheitszelle besteht aus zwei Schichten pentagonaler Phosphorsäulen, die sämtlich parallel zueinander ausgerichtet sind und auf diesen beiden Schichten einem zweiten Schichtenpaar untereinander insgesamt paralleler pentagonaler Phosphorsäulen, wobei die Säulen im zweiten Schichtenpaar senkrecht zu den Phosphorsäulen im ersten Schichtenpaar angeordnet sind. In der Analyse der Kristallstruktur werden auch die Raumgruppe, die Bindungswinkel und die Bindungsabstände bestimmt. Die Zusammenfassung dieses Standes der Technik ist im Abschnitt "Phosphor" in dem 1974 veröffentlichten Buch "The Structure of the Elements" von Jerry Donahue zu finden.The crystal structure of this well-known monoclinic phosphorus modification was determined by Thurn and Krebs. The unit cell consists of two layers of pentagonal phosphor columns, which are all aligned parallel to one another and a second pair of layers on these two layers pentagonal phosphor columns that are generally parallel to one another, the columns in the second pair of layers being perpendicular are arranged to the phosphor columns in the first pair of layers. In the analysis of the crystal structure, the Space group, which determines the bond angles and the bond distances. The summary of this prior art is found in the "Phosphorus" section of the 1974 book "The Structure of the Elements" by Jerry Donahue.

über die elektrischen Eigenschaften der Kristalle des Hittorf'sehen Phosphors sind keine Veröffentlichungen erschienen. Dies dürfte daran liegen, daß die nur klein dimensioniert erhältlichen Kristalle kaum elektrisch vermessen werden können.on the electrical properties of the crystals of the Hittorf's See Phosphors, no publications appeared. This is probably due to the fact that the dimensions are only small available crystals can hardly be measured electrically.

Die Herstellung von hochreinem Phosphor mit einem elektronischen Anforderungen entsprechenden Gütegrad ist nach dem Stand der Technik ein ungewöhnlich kompliziertes und zeitraubendes Verfahren, so daß Phosphor mit elektronischer Gütequalität außerordentlich teuer ist.The production of high-purity phosphorus with a quality grade corresponding to electronic requirements is according to the Prior art an unusually complicated and time consuming process, so that phosphor with electronic Quality is extremely expensive.

Im Stand der Technik zeigt sich andererseits aber auch ein Bedarf an stabilen Phosphorverbindungen, die insbesondere als Flammverzögerer und Flammhemmer eingesetzt werden. Die kristallinen Formen können außerdem zur Verstärkung von Kunststoffen, Gläsern und anderen Werkstoffen herangezogen werden.In the prior art, however, there is also a need for stable phosphorus compounds, in particular can be used as flame retardants and flame retardants. the Crystalline forms can also be used to reinforce plastics, glasses and other materials will.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Halbleiterwerkstoffe auf Phosphorbasis zu schaffen.The invention is based on the object of new semiconductor materials to create phosphorus-based.

Diese Aufgabe wird durch eine Klasse neuer Alkalimetall— polyphosphide gelöst, die ausnutzbare Halbleitereigenschaften,, optische Eigenschaften und mechanische Eigenschaften aufweisen.This task is accomplished by a class of new alkali metals— polyphosphide dissolved, the exploitable semiconductor properties ,, have optical properties and mechanical properties.

Unter einem "Polyphosphid" wird im Rahme der Erfindung ein Werkstoff verstanden, dessen Kenndaten durch multiple Phosphor-Phosphor-Bindungen bestimmt sind. Unter einem "nutsbaren Halbleiter" wird im vorstehend bereits dargelegten Sinne nicht nur ein Werkstoff verstanden, dessen spezifische elektrische Leitfähigkeit im Zwischenbereich zwischen einem Isolator und einem Metall liegt, sondern ein Werkstoff, der überdies eine Vielfalt weiterer verwertbarer Kenndaten und Eigenschaften aufweist:A “polyphosphide” is within the scope of the invention understood a material whose characteristics are determined by multiple phosphorus-phosphorus bonds. Under a In the sense already set out above, “nutable semiconductor” is understood to mean not just a material whose specific electrical conductivity lies in the intermediate area between an insulator and a metal, but rather a material that also has a variety of other usable characteristics and properties:

- Stabilität- stability

Elastische WerkstoffstrukturElastic material structure

Bandabstand im nutzbaren Bereich (typischerweise 1 bis 2,5 eV)Band gap in the usable range (typically 1 to 2.5 eV)

hoher spezifischer elektrischer Widerstand, aber dotierbarhigh specific electrical resistance, but dopable

- gute Photoleitfähigkeit
Lumineszenz mit gutem Wirkungsgrad Möglichkeit zur Ausbildung von Sperrschientübergängen, insbesondere zu Gleichrichtzwecken herstellbar bei relativ niedrigen Temperaturen (für Halbleiter) durch ein Verfahren, das im vergrößerten Maßstab zur industriellen Fertigung durchführbar ist
- good photoconductivity
Luminescence with good efficiency Possibility of forming blocking bar transitions, in particular for rectification purposes, producible at relatively low temperatures (for semiconductors) by a process that can be carried out on an enlarged scale for industrial production

Fähigkeit zur Bildung gröBflächiger dünner amorpher SchichtenAbility to form larger, thin, amorphous layers

- Möglichkeit zur Bildung geschmeidiger Polymerfasern,- Possibility of forming flexible polymer fibers,

Die Polyphosphide, die Gegenstand dieses Patentbegehrens sind, sind nun überraschenderweise Werkstoffe, die alle die vorstehend genannten Merkmale aufweisen.The polyphosphides that are the subject of this patent application are now surprisingly materials, all of them have the features mentioned above.

Gleichermaßen bedeutend ist, daß die nutzbaren Eigenschaften des Werkstoffs über einen breiten Bereich der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Modifikation (kristallin und amorph) erhalten bleiben.Equally important is that the useful properties of the material over a wide range of chemical Composition and physical modification (crystalline and amorphous) are retained.

Soweit der Anmederin bekannt ist, sind die Polyphosphide die einzigen praktisch nutzbaren Halbleiter, bei denen die im Einkristall gemessenen Kenndaten auch im amorphen Zustand des werkstoffs erhalten bleiben. Dies ist deshalb von größter technischer Bedeutung, weil die amorphen Modifikationen in der Regel leichter zugänglich sind. Von Bedeutung ist dieses Merkmal auch für Anwendungen mit größer dimensionierten Vorrichtungen, beispielsweise photoelektrischen Zellen, großflächigen Anzeigeschirmen und elektrostatischen Kopiergeräten.As far as the applicant is aware, the polyphosphides are the only practically usable semiconductors in which The characteristics measured in the single crystal are retained even in the amorphous state of the material. This is why of great technical importance because the amorphous modifications are usually more easily accessible. This feature is also important for applications with larger-sized devices, for example photoelectric cells, large display screens, and electrostatic copiers.

Das Hauptproblem, das sich im Stand der Technik bislang dem umfangreichen Einsatz amorpher Halbleiter entgegenstellt, ist, daß mit den bekannten Werkstoffen nicht, bzw. nicht ohne weiteres ein stabiles einphasiges Material herstellbar ist. Selbst wenn das amorphe Material jedoch einphasig hergestellt werden kann, muß bei solchen amorphen Werkstoffen in der Regel der Verlust wichtiger Kenndaten in Kauf genommen werden, die die einkristalline Phase zeigen.The main problem that has arisen in the prior art so far Opposing the extensive use of amorphous semiconductors is that with the known materials not or not a stable single-phase material can easily be produced. However, even if the amorphous material is single phase can be produced, the loss of important characteristics must usually be accepted in such amorphous materials showing the single crystal phase.

Der wichtigste bekannte Halbleiter, das Silicium, weist eine Kristallstruktur mit tetraedischer Koordination auf. Jeder Versuch, amorphes Silicium herzustellen, hat bislang noch immer zum Aufbrechen der tetraedisch koordinierten Bindungsstruktur geführt, in deren Gefolge unabgesättigte Valenzen auftreten, die die Halbleitereigenschaften des SiliciumsThe most important known semiconductor, silicon, has a crystal structure with tetrahedral coordination. Everyone Attempts to produce amorphous silicon have so far always led to the breaking of the tetrahedral-coordinated bond structure, resulting in unsaturated valences occur that affect the semiconductor properties of silicon

entscheidend ungünstig beeinflussen. Reines amorphes Silicium ist technisch wertlos. Es ist instabil und krümelig. Versuche, die ungesättigten Valenzen von amorphen Silicium mit Wasserstoff oder Fluor abzusättigen, sind bislang nurdecisively unfavorable influence. Pure amorphous silicon is technically worthless. It's unstable and crumbly. Attempts to saturate the unsaturated valences of amorphous silicon with hydrogen or fluorine are so far only

teilweise erfolgreich gewesen.been partially successful.

Es muß angenommen werden, daß die Bewahrung der technisch interessanten und nutzbaren Eigenschaften der Polyphosphide unmittelbar auf die Struktur dieser Werkstoffe zurückzuführen ist, die wiederum auf die ganz spezifischen Eigenschaften und das ganz spezifische Verhalten von Phosphor zu""ückzufuhren ist, insbesondere nämlich dessen Fähigkeit zur Bildung von Polymeren, die in der ganz überwiegenden Mehrzahl aller Phosphorplätze im Gitter durch drei kovalente Phosphor-Phosphor-Bindungen gekennzeichnet sind.It must be assumed that the integrity of technically interesting and useful properties the polyphosphides is directly attributable to the structure of these materials, which in turn is ückzufuhren to the very specific properties and the very specific behavior of phosphorus to "", in particular namely its ability to Formation of polymers which in the vast majority of all phosphorus sites in the lattice are characterized by three covalent phosphorus-phosphorus bonds.

In kristalliner Form weisen die Polyphosphide vom Typ
MP15 (mit M = Li, Na, K, Rb, Cs) eine Struktur auf, die von einem Phosphorgerüst aus zueinander parallelen Phosphorsäulen mit pentagonalem Querschnitt besteht» Diese
Phosphorsäulen mit freiem Innenkanal sind in der in den
Figuren 4, 5 und 6 gezeigten Art über P-M-P-Brücken miteinander verknüpft. Die Baugruppe für dieses atomare MP., ..-Gerüst kann als eine Po-Struktur (aus zwei starren P4-Baugruppen zusammengesetzt) und eine MP?-Baugruppe
(gebildet aus einer starren MP3~Baugruppe und einer P,-Baugruppe) zusammengesetzt angesehen werden.
In crystalline form, the polyphosphides have the type
MP 15 (with M = Li, Na, K, Rb, Cs) has a structure that consists of a phosphor framework of parallel phosphor columns with a pentagonal cross-section »This
Phosphor columns with a free inner channel are in the
FIGS. 4, 5 and 6 linked to one another via PMP bridges. The assembly for this atomic MP., ..- framework can be a P o structure (composed of two rigid P 4 assemblies) and an MP ? -Module
(formed from a rigid MP 3 assembly and a P 1 assembly).

Unter Zugrundelegung der oben beschriebenen Baugruppen oder Cluster hat Kosyakov (Russian Chemical Review, 48_ (2), 1979) theoretisch gezeigt, daß die Polyphosphide als Polymere aufgefaßt werden können, bei denen die Grundbaugruppen als Monomere aufgefaßt werden können. Es sollte daher zumindest prinzipiell möglich sein, eine VielzahlOn the basis of the assemblies or clusters described above, Kosyakov (Russian Chemical Review, 48_ (2), 1979) has theoretically shown that the polyphosphides can be regarded as polymers in which the basic assemblies can be regarded as monomers. It should therefore be possible, at least in principle, to have a large number

atomarer Strukturen mit gleichem Phosphorskelett aufzubauen.to build atomic structures with the same phosphorus skeleton.

Die Anmelderin hat während der Arbeiten zur vorliegenden Erfindung nach den verschiedensten weiter unten näher beschriebenen Verfahren MP15-Kristalle sowie Substanzen des Typs (MP.,) - (PQ), synthetisch hergestellt, wobei derThe applicant has during the work on the present invention by a variety of methods described in more detail below MP 15 crystals as well as substances of the type (MP.) -, synthetically prepared (P Q), wherein the

/a OD/ a OD

Parameter b wesentlich größer als der Parameter a ist. Diese neuen Substanzen mit hohem Phosphorgehalt sind ursprünglich in Form von "Fasern", "Whiskern" oder "Bändern" erhalten worden und sind im Rahmen der vorliegenden Beschrei bung kurz als MP bezeichnet, wobei der Parameter χ einenParameter b is much larger than parameter a. These new substances high in phosphorus are original in the form of "fibers", "whiskers" or "ribbons" and are within the scope of the present specification Exercise referred to as MP, where the parameter χ a

JiJi

Wert von wesentlich größer als 15 hat. Diese Werkstoffe mit geringer Metallkonzentration werden durch Transportreaktion über die Dampfphase in Form dicker Schichten (größer als 10 μπ aus polykristallinen Fasern) und großen Kugeln (mit einem Volumen von größer als 1 cm ) mit amorphem Charakter hergestellt. Die polykristallinen Fasern zeigen das gleiche morphologische Verhalten wie die KP1g-Whisker.Has a value significantly greater than 15. These materials with a low metal concentration are produced by transport reactions via the vapor phase in the form of thick layers (larger than 10 μπ made of polycrystalline fibers) and large spheres (with a volume of larger than 1 cm) with an amorphous character. The polycrystalline fibers show the same morphological behavior as the KP 1g whiskers.

Die Struktur des ersten kristallinen MP -Materials (x sehr viel größer als 15), das die Anmelderin herstellen konnte, ist von einem Phosphorgerüst bestimmt, das dem Phosphorgerüst der MP15"Substanzen ähnelt.The structure of the first crystalline MP material (x very much larger than 15) that the applicant was able to produce is determined by a phosphor structure which is similar to the phosphor structure of the MP 15 "substances.

Messungen haben gezeigt, daß die nutzbaren elektrischen und optischen Daten der kristallinen Werkstoffe MP15 und MP (mit χ sehr viel größer als 15) einander ähnlich undMeasurements have shown that the usable electrical and optical data of the crystalline materials MP 15 and MP (with χ much greater than 15) are similar and

vergleichbar sind. Die Eigenschaften dieser Werkstoffe werden daher durch die zahlreichen kovalenten P-P-Bindungen des Phosphorgerüstes bestimmt, wobei dieses Phosphorgerüst eine Koordinationszahl von etwas kleiner als 3 aufweist. Überraschenderweise hat die Anmelderin jedoch festgestellt, daß die ausnutzbaren elektrischen und optischen Eigenschaften dieser Werkstoffe , nämlich für MP11. und MP (mit χ sehr viel größer als 15), die im kristallinenare comparable. The properties of these materials are therefore determined by the numerous covalent PP bonds of the phosphorus structure, this phosphorus structure having a coordination number of slightly less than 3. Surprisingly, however, the applicant has found that the utilizable electrical and optical properties of these materials, namely for MP 11 . and MP (with χ much larger than 15), which are in the crystalline

■ - ar -■ - ar -

Material vorliegen, auch im entsprechenden amorphen Material erhalten bleiben.Material are present, are also retained in the corresponding amorphous material.

Im Gegensatz zu anderen bisläng bekannten Werkstoffen liegt in diesem Fall nämlich eine starre eindimensionale Struktur vor, die lediglich im nachstehend erläuterten Sinne als elastisch bezeichnet werden kann. Die Kristallsymmetrie der Polyphosphide ist recht gering (triklin). Offensichtlich ist dieses gering symmetrische Material beim übergang von der kristallinen zur amorphen Struktur in der Lage, die zunehmende strukturelle Unordnung, die den amorphen Zustand kennzeichnet, anpassend aufzunehmen. Bei diesem übergang tritt kein Auftrennen oder Aufreißen starker tetraedischer Bindungen (Koordinationszahl 4) wie im Silicium auf, da der Phosphor mit seiner wesentlich geringeren Koordinationszahl im Vergleich su Silicium größere strukturelle Unordnung aufnehmen kann, ohne dabei nichtabgssättigte Valenzen zu bilden. Die Polyphosphide sind ihrer Natur nach polymer. Es wird also in der Umwandlung eine amorphe polymere Struktur erhalten, die im Röntgenbeugungsspektrum keine nachweisbaren Maxima aufweist» Dennoch reichen die lokalen Ordnungsstrukturen vreiter als dies in herkömmlichen amorphen Halbleitern der Fall ist. Alle Beobachtungen deuten darauf hin, daß beim übergang von der kristallinen in die amorphe Phase bei den Polyphosphiden im strukturellen Sinne ein allmähliches Einsetzen des amorphen Zustandes eintritt, wobei, dieses allmähliche Einsetzen und Eintreten in den amorphen Zustand der Grund für die Bewahrung der am kristallinen Material zu beobachtenden Eigenschaften und Kenndaten auch im amorphen Zustand der Polyphosphide ist.In contrast to other well-known materials in this case there is namely a rigid one-dimensional structure, which is only explained in the following Meaning can be described as elastic. The crystal symmetry of the polyphosphides is quite low (triclinic). Obviously, this slightly symmetrical material is at the transition from the crystalline to the amorphous structure able to cope with the increasing structural disorder that characterizes the amorphous state to accommodate adaptively. In this transition there is no ripping or tearing strong tetrahedral bonds (coordination number 4) as in silicon, since the phosphorus with its essential lower coordination number compared to silicon can absorb greater structural disorder without doing so to form unsaturated valences. The polyphosphides are polymer by nature. An amorphous polymeric structure is thus obtained in the conversion, which no detectable maxima in the X-ray diffraction spectrum shows »Nevertheless, the local organizational structures are sufficient wider than is the case in conventional amorphous semiconductors. All observations suggest that in the transition from the crystalline to the amorphous phase in the polyphosphides, a gradual one in the structural sense The onset of the amorphous state occurs, this gradual onset and entry into the The amorphous state is the reason for the retention of the properties and characteristics observed in the crystalline material is also in the amorphous state of the polyphosphides.

Die chemische Zusammensetzung und die Struktur der Familie der Polyphosphide unterscheidet diese Substanzen deutlich von sämtlichen bislang bekannten nutzbaren Halbleitern;The chemical composition and structure of the polyphosphide family clearly distinguishes these substances of all known usable semiconductors;

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Gruppe 4a (kristallines Si, amorphes Si:H, usw.)Group 4a (crystalline Si, amorphous Si: H, etc.)

3a-5a (HI-V) (GaAs, GaP, InP, usw.)3a-5a (HI-V) (GaAs, GaP, InP, etc.)

2b-6a (II-VI) (CdS, CdTe, HgCdTe, usw.) Chalkogenide2b-6a (II-VI) (CdS, CdTe, HgCdTe, etc.) Chalcogenides

1b-3a-6a (CuInSe2)1b-3a-6a (CuInSe 2 )

Die Alkalipolyphosphide (MP , M = Li, Na, K, Rb, Cs; mitThe alkali polyphosphides (MP, M = Li, Na, K, Rb, Cs; with

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χ = 15 und χ sehr viel größer als 15) zeichnen sich durch einen besonders hohen Phosphorgehalt aus. Substanzen mit besonders großen Werten für χ sind nahezu reiner Phosphor. Nichtsdestoweniger sind auch diese Substanzen aufgrund ihrer Kristallstruktur (zueinander parallele pentagonale Säulen oder rohrförmige Säulen) und ihrer Eigenschaften (chemische und physikalische Stabilität , Bandabstand, spezifische elektrische Leitfähigkeit, Photoleitfähigkeit) deutlich von allen bekannten Phosphormodifikationen (schwarz, weiß/gelb, rot und violett/Hittorf) unterschie*- den. Die strukturellen Zusammenhänge unter diesen verschiedenen Modifikationen sind nachstehend im einzelnen erörtert.χ = 15 and χ much larger than 15) are characterized by a particularly high phosphorus content. Substances with particularly large values for χ are almost pure phosphorus. Nevertheless, due to their crystal structure, these substances are also pentagonals that are parallel to one another Columns or tubular columns) and their properties (chemical and physical stability, band gap, specific electrical conductivity, photoconductivity) clearly different from all known phosphorus modifications (black, white / yellow, red and violet / Hittorf) * - the. The structural relationships among these various modifications are detailed below discussed.

Durch die Arbeit der Anmelderin an den Polyphosphiden ist auch viel Licht in die Verhältnisse beim Phosphor selbst gekommen. Daih~der Praxis häufig Mißverständnisse durch uneinheitliche Nomenklaturen entstehen, ist die hier benutzte Nomenklatur im folgenden wiedergegeben:Through the applicant's work on the polyphosphides Much light has also come into the relationships with phosphorus itself. Daih ~ misunderstandings often occur in practice arise due to inconsistent nomenclatures, the nomenclature used here is reproduced below:

1. Amorpher Phosphor oder roter Phosphor 1. Amorphous phosphorus or red phosphorus

Amorpher roter Phosphor ist eine Gattungsbezeichnung für alle nichtkristallinen Modifikationen des roten Phosphors, der gebräuchlicherweise durch Wärmebehandlung von weißem Phosphor hergestellt wird.Amorphous red phosphorus is a generic name for all non-crystalline modifications of red phosphorus, which are commonly used made by heat treatment of white phosphorus will.

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2. Violetter Phosphor 2. Purple phosphorus

Diese mikrokristalline Form des roten Phosphors wird aus reinen Phosphorchargen, entweder weißem oder amorphem roten Phosphor, durch ausgedehnte Wärmebehandlung hergestellt, . -. ■·This microcrystalline form of red phosphorus is made from pure batches of phosphorus, either white or amorphous red phosphorus, produced by extensive heat treatment,. -. ■ ·

ο Hittorf'scher Phosphor ■ - . -. ' "ο Hittorf'sc her phosphorus ■ -. -. '"

Kristalline Form des roten Phosphors und strukturell identisch mit dem violetten Phosphor. Hittorf"scher Phosphor wird in Gegenwart eines großen Bleiüber— Schusses hergestellt. Trotz dieser Unterschiede werden die Begriffe "Hittorf'scher Phosphor" und "violetter Phosphor" oft synonym verwendet» Die Kristallstruktur besteht aus Doppelschichten zueinan der paralleler pentagonaler hohler Säulen mit angren zenden Doppelschichten, in denen die Phosphorsäulen senkrecht zu den Phosphorsäulen der vorhergehenden Schicht angeordnet sind, wobei die Einheitszelle monoklin ist» Die Hittorf'sehen Phosphorkristalle sind etwas größer (ungefähr 100 um) als die Mikrokristalle des violetten Phosphors.Crystalline form of red phosphorus and structurally identical to purple phosphorus. Hittorf's phosphorus is produced in the presence of a large surplus of lead. Despite these differences, the terms "Hittorf's phosphorus" and "violet phosphorus" are often used interchangeably. The crystal structure consists of double layers of parallel pentagonal hollow columns with adjoining double layers , in which the phosphor columns are arranged perpendicular to the phosphor columns of the previous layer, the unit cell being monoclinic. The Hittorf's see phosphor crystals are somewhat larger (about 100 µm) than the microcrystals of violet phosphor.

4. Große monokline Phosphorkristalle 4. Large monoclinic phosphor crystals

Selbst die großen Phosphorkristalle mit Achsen im Bereich von einigen Millimetern weisen im wesentlichen die gleiche Struktur wie die beiden vorstehend beschriebenen kristallinen Formen des Phosphors auf. Diese unten näher beschriebenen Phosphorkristalle sind ihrer Art nach neue Kristalle und werden durch Transport über die Dampfphase ("VT") aus Alkalimetallphosphorchargen hergestellt. Der Einschluß von Alkali ist offensichtlich für die Bildung derEven the large phosphor crystals with axes in the range of a few millimeters essentially point have the same structure as the two crystalline forms of phosphorus described above. These phosphor crystals, described in more detail below, are new crystals in nature and are made by Transport via the vapor phase ("VT") made from batches of alkali metal phosphorus. The inclusion of Alkali is evident for the formation of the

- 4-4- -- 4-4- -

großen Kristalle wesentlich. Die chemische Analyse bestätigt das Vorliegen von Alkalimetallen iii Solchen großen Phosphorkristallen in Konzentrationen von 500 bis 2000 ppm.large crystals essential. Chemical analysis confirms the presence of alkali metals iii such large phosphor crystals in concentrations of 500 to 2000 ppm.

5. Verdrillte Phosphorfasern 5. Twisted phosphor fibers

Eine kristalline Form des Phosphors, die in den vorliegenden Unterlagen beschrieben ist und aus einer amorphen Phosphorbeschickung durch Dampftransportreaktion ("VT-Behandlung") erhältlich ist. Diese Form des Phosphors weist praktisch die gleiche Struktur wie die polykristallinen MP v "Rippen" auf.A crystalline form of phosphorus described in this document and obtainable from an amorphous phosphorus charge by a vapor transport reaction ("VT treatment"). This form of phosphor has practically the same structure as the polycrystalline MP v "ribs".

Die vielen allotropen Formen des elementaren Phosphors sind Beweis für die Verschiedenheit und Komplexität der Bindungsverhältnisse und Strukturen, die Phosphor annehmen kann bzw. die mit Phosphor zugänglich sind, über die genaue Wirkungsweise des Alkalimetalls bei der Entwicklung der einzelnen Phosphorstrukturen ist derzeit noch nichts bekannt, jedoch lassen die bis jetzt vorliegenden Daten erkennen, daß das Alkalimetall den Phosphor in der Weise stabilisiert, daß jeweils eine einzige bestimmte Struktur aus der Vielfalt der potentiell möglichen und verfügbaren Strukturen eingestellt und stabilisiert wird.The many allotropic forms of elemental phosphorus are proof of the diversity and complexity of the bonding relationships and structures that make up phosphorus can assume or which are accessible with phosphorus, about the exact mode of action of the alkali metal in the Nothing is known about the development of the individual phosphor structures at the moment, but the ones that are available up to now are not Data indicate that the alkali metal stabilizes phosphorus in such a way that a single one at a time Structure selected and stabilized from the variety of potentially possible and available structures will.

Ohne die Gegenwart von zumindest etwas Alkalimetall werden die folgenden unerwünschten Erscheinungen beobachtet:Without the presence of at least some alkali metal, the following undesirable phenomena are observed:

A) Der Phosphor ist instabil (beispielsweise weißer Phosphor).A) The phosphorus is unstable (e.g. white phosphorus).

B) In dem Ausmaß, in dem Phosphor überhaupt als einseine Faser vorliegen kann, kann er dies nur bei hohen Temperaturen und mit einer aus dem Bereich der Mikrokristalle begrenzten Korngröße (beispielsweise violetter Phosphor), oderB) To the extent that phosphorus is at all as one If fiber can be present, it can only do so at high temperatures and with one from the range of microcrystals limited grain size (e.g. purple phosphorus), or

CJ bei hohem Druck (beispielsweise schwarzer Phosphor).CJ at high pressure (e.g. black phosphorus).

D) Ohne die Gegenwart von Alkalimetall in einem bestimmten Ansatz wird die MP -Struktur nicht durch Dampfphasen-D) Without the presence of alkali metal in a particular batch, the MP structure is not evolved by vapor phase

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transportreaktion gebildet. Stattdessen wird der Phosphor in Form der verdrillten Faser erhalten t die im Rahmen der Arbeiten zur vorliegenden Anmeldung gefunden wurde. Diese kristalline Phase ist jedoch metastabil und die Struktur ist nicht besonders gut ausgebildet, wie dies die Röntgenbeugungsspektren, das Ramanspektrum und die Photolumineszenzdaten zeigen.transport reaction formed. Instead, the phosphor is obtained in the form of twisted fiber t which has been found through the work of the present application. However, this crystalline phase is metastable and the structure is not particularly well developed, as shown by the X-ray diffraction spectra, the Raman spectrum and the photoluminescence data.

Durch die Gegenwart von Alkalimetall während der Dampfphasentransportreaktion wird die Bildung streng paralleler unverdrehter Phasen gefördert. Unter diesen Bedingungen wird auch die Bildung großer monokliner Phosphorkristalle bei unterschiedlichen Temperaturen begünstigt.Due to the presence of alkali metal during the vapor phase transport reaction the formation of strictly parallel, untwisted phases is encouraged. Under these conditions, the Formation of large monoclinic phosphor crystals favored at different temperatures.

Die vorherrschende Rolle der Struktur und nicht der Zusammensetzung als die entscheidende Bestimmungsgröße für die Eigenschaften der Substanz läßt sich daraus ablesen, daß KP (x sehr viel'größer als 15 )Eigenschaften besitzt (Bandabstand, Photolumineszenz, Ramanspektren), die im wesentlichen den Daten von KP1- entsprechen, jedoch Unterschiede zu den entsprechenden Daten des monoklinen Phosphors aufweisen.The predominant role of the structure and not the composition as the decisive determinant of the properties of the substance can be seen from the fact that KP (x much greater than 15) has properties (band gap, photoluminescence, Raman spectra) which essentially correspond to the data of KP 1 - correspond, however, to the corresponding data for monoclinic phosphorus.

Betont sei, daß selbst kleinste Mengen Alkalimetall der Auswahl der Bildung stabiler Phosphorphasen dienen können. Offen bleibt jedoch die Frage, ob dies auch andere Elemente vermögen,It should be emphasized that even the smallest amounts of alkali metal of choice can serve to form stable phosphor phases. However, the question remains whether other elements can also do this,

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die keine Alkalimetalle sind. Krebs berichtet über alkalimetallfreie Polyphosphide mit Hohlsäulenstrukturen der Formel 2b-4a-P14 (2b = Zn, Cd, Hg und 4a = Sn, Pb). Wie kommt es zur Bildung dieser Strukturen?that are not alkali metals. Krebs reports on alkali metal-free polyphosphides with hollow column structures of the formula 2b-4a-P 14 (2b = Zn, Cd, Hg and 4a = Sn, Pb). How do these structures come about?

Es wäre denkbar, daß mit diesen Substanzen die Hohlsäulenstruktur deshalb gebildet wird, weil das Element der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente amphoter ist und Phosphoratome auf Phosphorplätzen ersetzen kann.It would be conceivable that with these substances the hollow column structure is formed because the element of the fourth main group of the periodic table of the elements is amphoteric and can replace phosphorus atoms on phosphorus sites.

Auf der Grundlage der Ionisationsenergien der Alkalimetalle, die alle gleich oder kleiner als 5,1 eV sind, läßt sich die scheinbare Elektronenaffinität im P1 ,.-Gitter, besser P.c-Teil-On the basis of the ionization energies of the alkali metals, which are all equal to or less than 5.1 eV, the apparent electron affinity in the P 1 , .- lattice, or better P. c -part-

Ib IdIb Id

gitter, berechnen. Mit diesen Ergebnissen lassen sich dann auch die scheinbaren Ionisationspotentiale für die anderen möglichen Zusammensetzungen berechnen, beispielsweise also auch für die 2b-4a-P.. .-Substanzen. Alle Substanzen dieser Gruppe der von Krebs untersuchten Werkstoffe weisen scheinbare Ionisationspotentiale von kleiner als oder höchstens gleich 4,8 eV auf.grid, calculate. With these results you can then also calculate the apparent ionization potentials for the other possible compositions, for example so also for the 2b-4a-P ... substances. All substances of this Group of materials examined by Krebs show apparent ionization potentials of less than or at most equal to 4.8 eV.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der anfänglichen Erkenntnis, daß KP15-Whiskereinkristalle stabile Halbleiter sind mit einem im roten Bereich liegenden Bandabstand von 1,8 eV und sowohl eine Photoleitfähigkeit als auch eine Photolumineszenz mit ausreichendem Wirkungsgrad aufweist. Diese Daten sind kennzeichnend für Halbleiter, die sich potentiell für einen praktischen Einsatz im Bereich der Elektronik und der Optik eignen. Auch die Whisker der anderen Alkalimetall enthaltenden MP.. ,--Substanzen weisen diese Kenndaten auf (M Li, Na, Rb, Cs).The present invention is based on the initial finding that KP 15 whisker single crystals are stable semiconductors with a band gap of 1.8 eV in the red range and have both photoconductivity and photoluminescence with sufficient efficiency. These data are characteristic of semiconductors that are potentially suitable for practical use in the field of electronics and optics. The whiskers of the other MP .., substances containing alkali metals also have these characteristics (M Li, Na, Rb, Cs).

Voraussetzung für das Erkennen der potentiell nutzbaren Merkmale war die Möglichkeit der Herstellung dieser Werkstoffe in geometrischen Abmessungen und Formen, die dieThe prerequisite for recognizing the potentially usable features was the ability to manufacture these materials in geometric dimensions and shapes that the

Herstellung entsprechender Elemente und Prüflinge ermöglichten. Bei Versuchen in dieser Richtung geigte sich rasch, daß sich der Habitus der Kristalle nicht sonderlich gut zum Ziehen großer Einkristalle eignet, insbesondere nicht zum Züchten von Einkristallen, die frei von Zwillingsbildun»" gen sind« Solche großen zwillingsfreien Einkristalle sind jedoch die Grundlage und die Voraussetzung für praktisch alle heute in der Technologie verwendbaren und eingesetzten Halb" leiterbauelemente. Polykristalline Werkstoffe sind weniger geeignet, da sie selbst bei relativ großer Korngröße der einzelnen Kristallite Korngrößeneinflüsse aufweisen, deren physikalische und chemische Diskontinuitäten die nutzbaren Kenndaten und Eigenschaften des kristallinen Materials ungünstig beeinflussen. Die Anmelderin hat ihre Aufmerksamkeit aus diesem Grund verstärkt den amorphen Phasen dieser Werk™ stoffe zugewendet.Production of corresponding elements and test items made possible. In attempts in this direction it quickly became apparent that the habit of the crystals was not particularly good suitable for pulling large single crystals, especially not for growing single crystals that are free from twin formation »" genes are “Such large, twin-free single crystals are, however, the basis and prerequisite for practically everyone Semiconductor components that can be used and used in technology today. Polycrystalline materials are less common suitable because they are even with a relatively large grain size individual crystallites have grain size influences, the physical and chemical discontinuities of which are usable Adversely affect the characteristics and properties of the crystalline material. The applicant has her attention For this reason, the amorphous phases of these materials are increasingly turned to.

Praktisch nutzbare amorphe Halbleiter, die als Sperrelemente beispielsweise in Form von photoelektrischen Zellen oder als Beschichtungsmaterial in elektrostatischen Kopiergeräten eingesetzt werden, sind bislang meist in Form dünner Beschichtungen hergestellt worden, und zwar aufgrund materialfremder Einflüsse (Kosten, Bequemlichkeit der Herstellung oder Erfordernis der Anwendungsgeometrie) als auch aus werkstoffbedingten Gründen (Werkstoffprobleme allgemeiner Art in größeren massiven Körpern eines Werkstoffs im amorphen Zustand).Practically usable amorphous semiconductors that act as blocking elements for example in the form of photoelectric cells or as a coating material in electrostatic copiers are used, have so far mostly been produced in the form of thin coatings, due to the fact that they are foreign to the material Influences (cost, convenience of manufacture or requirement of the application geometry) as well material-related reasons (material problems more general Type in larger solid bodies of a material in the amorphous state).

Die Forschungen in dieser Richtung haben zunächst gezeigt, daß KP15 durch Dampfphasentransportreaktion als dünne stabile amorphe Schicht hergestellt werden kann. Dies ist beispielsweise für Silicium nicht der Fall, da amorphes Silicium im Gegensatz sum Siliciumeinkristall nicht stabil ist.Research in this direction initially showed that KP 15 can be produced as a thin, stable amorphous layer by vapor phase transport reaction. This is not the case for silicon, for example, since amorphous silicon, in contrast to silicon single crystal, is not stable.

-hl --hl -

In Dampfphasentransportreaktion ist KP (χ sehr viel größer als 15) auch in Form stabiler amorpher größerer Stücke und stabiler amorpher dünner Schichten erhältlich.In the vapor phase transport reaction, KP (χ much larger than 15) is also larger in the form of stable amorphous Pieces and sturdy amorphous thin films available.

Diese Polyphosphide zeigen auch in anderer Hinsicht ein ungewöhnliches Verhalten. Die nutzbaren Eigenschaften der Werkstoffe MP 1f- und MP (x sehr viel größer als 15), die im kristallinen Zustand der Werkstoffe angetroffen werden, finden sich fast unverändert in den entsprechenden amorphen Formen wieder (vgl. Tabellen XVI und XVII weiter unten).These polyphosphides also show unusual behavior in other respects. The usable properties of the materials MP 1f - and MP (x much greater than 15), which are found in the crystalline state of the materials, can be found almost unchanged in the corresponding amorphous forms (see Tables XVI and XVII below).

Anwendungen für die dünnen amorphen KP,. 5-Schichten, die keine Sperrschichtübergänge benötigen, liegen auf der Hand (beispielsweise elektrostatisches Kopieren). Die Anwendung in solchen Systemen, die keinen Sperrschichtübergang erfordern, wird dadurch um so interessanter, daß KP1 ς einen spezifischen elektrischen Widerstand von rundApplications for the thin amorphous KP ,. 5 layers that do not require barrier transitions are obvious (e.g., electrostatic copying). The application in systems that do not require a barrier layer transition is all the more interesting because KP 1 ς has a specific electrical resistance of around

8 9 10 bis 10 Ohm · cm aufweist.8 9 10 to 10 ohm cm.

Elektronische und optoelektronische Bauelemente erfordern in der Regel die Ausbildung von Sperrschichtübergängen entweder in dem jeweiligen Werkstoff oder mit dem Werkstoff, um eine scharfe begrenzte Diskontinuität im Verlauf der potentiellen Energie zu schaffen, die von den im Werkstoff wandernden Ladungsträgern abgetastet wird. Dies erfordert eine Erniedrigung des spezifischen elektrischen Widerstandes des Werkstoffs durch Dotieren.Electronic and optoelectronic components generally require the formation of barrier layer junctions either in the particular material or with the material to have a sharp limited discontinuity in the course of the potential To create energy that is scanned by the charge carriers migrating in the material. This requires a decrease in the specific electrical resistance of the material due to doping.

Durch Eindiffundieren von Nickel in KP15 kann der spezifische elektrische Widerstand des Werkstoffs um mehrere Größenordnun gen erniedrigt werden. Oberflächenanalysen haben gezeigt, daß die Nickeldiffusion aus dem festen Zustand ( Niederschlagen einer KP.-j.-Schicht auf einer Nickelschicht) während des Wachstums der Niederschlagsschicht dem normalen Diffusionsmuster folgt. By diffusing nickel into KP 15 , the specific electrical resistance of the material can be reduced by several orders of magnitude. Surface analyzes have shown that nickel diffusion from the solid state (deposition of a KP.-j. Layer on a nickel layer) follows the normal diffusion pattern during the growth of the precipitation layer.

Baueleraentkonfigurationen mit Nickel als Trägerkontakt und Dotierungsquelle und andere Metalle wie beispielsweise
Cu, Al, Mg, Ni/ Au, Ag und Ti als Kontaktmetalle auf der
Component configurations with nickel as carrier contact and doping source and other metals such as
Cu, Al, Mg, Ni / Au, Ag and Ti as contact metals on the

gegenüberliegenden (oberen) Oberfläche führen zur Sperrschichtbildung. Die Strom-Spannung-Kennlinien über die Sperrschicht solcher Bauelemente sind für die vorstehend genannten Metalle als Äbnahmekontakte auf der Oberseite · des auf der Mickelschicht getragenen Bauelementes gemessen worden. Die Kapasität-Spannung-Kennlinien solcher übergänge sind mit Al und Au als obere Kontaktmetalle gemessen worden. Die Daten lassen die Bildung von Doppelsperrschichten mit einer hochohmigen Widerstandsschicht im Bereich des oberen Kontaktes erkennen.opposite (upper) surface lead to the formation of a barrier layer. The current-voltage characteristics across the junction of such devices are for the above metals mentioned as acceptance contacts on the top of the component carried on the Mickelschicht measured been. The capacity-voltage characteristics of such transitions have been measured with Al and Au as the upper contact metals. The data allow the formation of double barriers detect a high-resistance layer in the area of the upper contact.

Diese hochohmig© Oberflächenschicht ist eine undotierte
Zone der KP1. ,.-Schicht/ deren Bildung -ledigliche eine Folge des bislang angewendeten Dotierungsverfahrens ist.
This high-resistance © surface layer is undoped
Zone of KP 1 . , .- Layer / its formation -single is a consequence of the doping process used up to now.

Außerdem wird ein nicht sehr bedeutender photoelektrischer Effekt mit Strömen im Mikroamperebereich unter Kurzschlußbedingungen beobachtet.In addition, there is a not very significant photoelectric effect with currents in the microampere range under short-circuit conditions observed.

Im folgenden sind Verfahren sur Herstellung der Polyphosphide mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und. morphologischenThe following are methods of making the polyphosphides with different compositions and. morphological

Kenndaten beschrieben.Characteristics described.

A. Synthese in kondensierter Phase (CP) A. Condensed Phase Synthesis (CP)

Hiermit ist ein Verfahren gemeint, bei dem eine Ausgangs baschickung zunächst isotherm aufgeheizt, dann bei konstanter Temperatur getempert und anschließend wieder abgekühlt wird^ wobei diese Wärmebehandlung in einem Behälter mit kleinstmöglichem Volumen durchgeführt wird. Unter diesen Bedingungen findet praktisch kein Transport über die Dampfphase statt. Nach diesem Verfahren ("CP") wird kristallines und polykristallines MP15 in Substanz hergestellt.This means a process in which an initial charge is first heated isothermally, then tempered at a constant temperature and then cooled again, this heat treatment being carried out in a container with the smallest possible volume. Under these conditions there is practically no transport via the vapor phase. According to this process ("CP") crystalline and polycrystalline MP 15 is produced in bulk.

I /I /

B. Synthese durch Transport über die Dampfphase unter Verwendung einer einzelnen Quelle (1S-VT) B. Synthesis by Vapor Transport Using a Single Source (1S-VT)

Das Ausgangsreaktionsgemisch ist in einer Zone eines evakuierten Rohres angeordnet , die auf eine Tempera*- tur Tc erwärmt wird, die größer als eine Temperatur Td ist, wobei Td die Temperatur oder Temperaturen einer oder mehrerer anderer Zonen des evakuierten Rohres ist, wo sich das Zielprodukt aus der Dampfphase niederschlägt. Nach diesem Verfahren lassen sich herstellen: Kristallines MP15; kristallines, polykristallines (in Substanz und in Form dünner Schichten) und in Substanz amorphes MP mit großen Werten für X; monokliner Phosphor; sternförmiges Fasermaterial; und verdrillte Phosphorfasern.The starting reaction mixture is arranged in a zone of an evacuated tube which is heated to a temperature Tc that is greater than a temperature Td, where Td is the temperature or temperatures of one or more other zones of the evacuated tube where the target product is precipitates from the vapor phase. This process can be used to produce: Crystalline MP 15 ; crystalline, polycrystalline (in substance and in the form of thin layers) and in substance amorphous MP with large values for X; monoclinic phosphorus; star-shaped fiber material; and twisted phosphor fibers.

C. . Synthese durch Transport über die Dampfphase unter C. Synthesis by transport via the vapor phase below

Verwendung von zwei verschiedenen Quellen (2S-VT)Use of two different sources (2S-VT)

Die Ausgangssubstanzen, mit denen eine evakuierte Reaktionskammer beschickt wird, sind physikalisch voneinander getrennt, wobei die Niederschlagszone für das Produkt zwischen den beiden Quellzonen angeordnet ist. Die beiden Quellen werden auf Temperaturen erwärmt, die größer als die Temperaturen der Niederschlagszone sind, um zumindest amorphes Material zu erhalten; (vgl. unten). Dabei braucht die Niederschlagszone nicht die kälteste Zone im System zu sein, jedoch sollte die kälteste Zone im Reaktor lediglich eine einzige Komponente der Dampfphase kondensieren können. 2S-VT war das erste Verfahren, das zur Herstellung dünner amorpher Schichten von KP15 diente. Polykristalline und amorphe dünne Schichten von MP1^ und dünne polykristalline Schichten und amorphe Substanz von MP mit hohen x-Werten können auf diese Weise hergestellt werden.The starting substances with which an evacuated reaction chamber is charged are physically separated from one another, the precipitation zone for the product being arranged between the two swelling zones. The two sources are heated to temperatures which are greater than the temperatures of the precipitation zone in order to obtain at least amorphous material; (see below). The precipitation zone need not be the coldest zone in the system, but the coldest zone in the reactor should only be able to condense a single component of the vapor phase. 2S-VT was the first process used to manufacture thin amorphous layers of KP 15 . Polycrystalline and amorphous thin films of MP 1 ^ and thin polycrystalline films and amorphous substance of MP with high x values can be produced in this way.

B 4B 4

- US- - US

D. Abschrecken aus der Schmelze D. Quenching from the melt

Eine Äusgangsbeschickung wird in einem verschlossenenAn exit batch is sealed in a

und evakuierten Rohr erwärmt (möglichst isotherm)-, und zwar auf eine Temperatur, die größer ist als der endotherm durch die Differentialthermoanalyse bestimmteand heated evacuated tube (isothermally possible) -, and to a temperature which is higher than the endothermic one determined by differential thermal analysis

Schmelzpunkt- Die Beschickung wird einige Zeit auf dieser Temperatur gehalten- Anschließend wird das Rohr aus dem Ofen genommen und rasch abgekühlt. Auf ■diese Weise ist ein CsP--Glas hergestellt worden»Melting point - the feed is held at this temperature for some time - then the The tube is removed from the oven and rapidly cooled. In this way a CsP glass has been produced »

E. Schnellverdampfung E. Flash Evaporation

Das pulvrige Beschickungsmaterial wird unter langsam
strömendem Argon in ein Aufnahmegefäß gegeben, das
mit Hochfrequenz im Bereich der Radiofrequenzen beheizt wird» Die Temperatur des Auffanggefäßes wird
auf Temperaturen größer als ungefähr 8000C gehalten.
Innerhalb des Gefäßes wird das aufgegebene Material
durch ein Labyrinth geführt, in dem es zumindest theoretisch mit den heißen Oberflächen in Berührung gelangt« Dabei soll die Beschickung rasch und vollstänig in der Weise verdampft werden, daß der entstehende Dampfstrom die gleiche Zusammensetzung wie das aufgegebene Pulver hatο Der Dampfstrom wird dann in eine evakuierte Kammer geleitet, in der es auf kältere Oberflächen trifft, an denen sich das Produkt kondensiert. Auf diese Weise
sind amorphe Schichten erhältlich.
The powdery feed material is taking slowly
pouring argon into a receiving vessel that
is heated with high frequency in the range of radio frequencies »The temperature of the collecting vessel is
greater kept at temperatures than about 800 0 C.
The deposited material is inside the vessel
guided through a labyrinth, in which at least theoretically it comes into contact with the hot surfaces. The charge should be evaporated quickly and completely in such a way that the resulting steam flow has the same composition as the powder applied o The steam flow is then evacuated Chamber in which it meets colder surfaces on which the product condenses. In this way
amorphous layers are available.

F° Chemische Miederschlagsreaktion aus der Dampfphase (CVD) F ° Chemical corsetry reaction from the vapor phase (CVD)

Diese Bezeichnung wird allgemein für ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen verwendet, bei dem mindestens zwei Ausgangskomponenten im dampfförmigen Zustand, in dem sie chemisch miteinander zu den Zielprodukten reagieren sollen, vermischt werden. So haben die Anmelder K und ΡΛ This term is generally used for a process for the production of materials in which at least two starting components are mixed in the vaporous state in which they are to chemically react with one another to form the target products. So applicants have K and Ρ Λ

- 2ΤΓ - - 2ΤΓ -

-Uf,--Uf, -

unabhängig voneinander und dosiert in öfen gegeben, wo sie rasch verdampften und von einem Argonstrom in kühlere Zonen des Reaktors mitgenommen wurden. Dort schlug sich die Substanz der miteinander vermischten Dampfströme als chemisches Reaktionsprodukt und Ziel-* produkt in kondensierter Phase nieder.given independently of each other and dosed in ovens, where they evaporated quickly and surrounded by a stream of argon cooler zones of the reactor were taken along. There the substance beat the mixed together Steam flows as chemical reaction product and target * product in the condensed phase.

Die Bedeutung des Niederschiagens aus der Dampfphase nach chemischer Reaktion in der Dampfphase (CVD) liegt darin, daß sich dieses Verfahren bestens für den technischen Maßstab und für eine Dotierung in situ eignet, also für eine Dotierung des Zielprodukts gleichzeitig mit dessen Herstellung. Nach diesem Verfahren wurden im Rahmen der vorliegend ausgeführten Versuche dünne KP1^-Schichten hergestellt.The importance of the precipitation from the vapor phase after chemical reaction in the vapor phase (CVD) is that this process is ideally suited for the industrial scale and for doping in situ, i.e. for doping the target product at the same time as its production. According to this method, thin KP 1 ^ layers were produced within the scope of the experiments carried out here.

G. Niederschlagen aus einem Molekülstrom (MFD) G. Precipitation from a Molecular Stream (MFD)

Dieses Dampfphasen-Transportverfahren ist ein Verfahren, bei dem die Ausgangssubstanz aus mehreren Quellen verdampft wird und das im wesentlichen einer Kombination des Verfahrenstyps 2S-VT und einem epitaktischen Aufwachsen aus einem Molekülstrahl ("MBE") entspricht. Unabhängig erhitzte Verdampfungsquellen werden zur Verdampfung der Ausgangssubstanz eingesetzt, wobei der Strom der verdampften molekularen Teilchen oder Bruchstücke mit einer im Verfahren vom Typ 2S-VT nicht erreichbaren Weise so gesteuert wird, daß der molekulare Strom das ebenfalls unabhängig geheizte Substrat in exakt vorbestimmten Raten erreicht. Das Niederschlagen erfolgt in einer evakuierten Kammer, wobei das Fortschreiten der aktuellen Kondensation aus der Dampfphase in einer im Verfahren vom Typ 2S-VT ebenfalls nicht erreichten Weise überwacht wird. Die Reaktionskammer kann dabei entweder hermetisch verschlossen oder zur überwachung des Dampfdruckes kontinuierlich evakuiert sein.This vapor phase transport process is a process in which the starting substance is vaporized from several sources and essentially a combination of the process type 2S-VT and an epitaxial growth from a molecular beam ("MBE") corresponds. Independent Heated evaporation sources are used to evaporate the starting substance, the Flow of vaporized molecular particles or fragments with a flow not achievable in the 2S-VT process Way is controlled so that the molecular current also independently heated substrate in exactly predetermined Rates achieved. Precipitation takes place in an evacuated chamber, with the progression the current condensation from the vapor phase in a process of the type 2S-VT is also not achieved Way is monitored. The reaction chamber can either be hermetically sealed or used for monitoring the vapor pressure must be continuously evacuated.

Eine große Vielfalt von Polyphosphiden unterschiedlichster physikalischer Formen und chemischer Zusammensetzungen wurden zu Beginn der Untersuchungen der Anmelderin hergestellt.A great variety of polyphosphides of various physical forms and chemical compositions were produced at the beginning of the applicant's investigations.

Im Verlaufe der Arbeiten hat sich das Interesse aus Gründen der praktischen Anwendung von der Einkristallzüchtung auf die Herstellung amorpher Werkstoffe sowohl in Substanz als auch in Form grofiflächiger dünner Schichten verlegtοIn the course of the work, the interest grew Reasons of practical application from single crystal growth to the production of amorphous materials both laid in substance as well as in the form of large-area thin layers ο

Unter allen MP1 ,--Werkstoffen ist KP15 ein kristalliner Werkstoff mit hohem Phosphorgehalt, der im K-P-System der MP -Systeme mit x-Werten von gleich oder größer als 7 durch seine Kenndaten als ungewöhnlich auffällt« (Im Gegensatz dazu bilden die anderen Alkalimetalle mit Phosphor lediglich Substanzen, in denen χ den Wert 7 oder 11 hat, beispielsweise CsP7, NaP-, RbP...., u.a.). KP1. und KP_ sind als Substanzen festester Chiometrie nicht isolierbar. Aus diesem Grund kann das K-P-System einfacher überwacht und gesteuert werden als andere Alkalimetall-Phosphor-Systeme, in denen sich mehrere verschiedene , stychometrlsch zusammengesetzte Substanzen bilden können.Among all MP 1 materials, KP 15 is a crystalline material with a high phosphorus content , which in the KP system of the MP systems with x values equal to or greater than 7 is noticeable as unusual due to its characteristics «(In contrast, the other alkali metals with phosphorus only substances in which χ has the value 7 or 11, for example CsP 7 , NaP-, RbP ...., etc.). KP 1 . and KP_ cannot be isolated as substances of the most solid chiometry. For this reason, the KP system can be monitored and controlled more easily than other alkali metal-phosphorus systems, in which several different, stychometrically composed substances can form.

Darüberhinaus zeigen die experimentellen Arbeiten der Anmelderin, daß in allen Fällen, in denen Kalium und Phosphor verdampft werden, und zwar unabhängig davon, mit welchen Mitteln oder nach welchen Verfahren diese Verdampfung vorgenommen wird, und in einem entsprechenden atomaren Verdampfungsverhältnis ([P]/[K] gleich oder größer als 15) in eine Zone transportiert werden, deren Temperatur im richtigen und nutsbaren Temperaturfenster liegt, amorphes KP., ς gebildet wird. Dabei ist das "Temperaturfenster" eine Temperatur, die niedrigIn addition, the experimental work of Applicant that in all cases in which potassium and phosphorus are evaporated, regardless of by what means or by what process this evaporation is carried out, and in a corresponding atomic evaporation ratio ([P] / [K] equal to or greater than 15) are transported into a zone, whose temperature is in the correct and nutsable temperature window, amorphous KP., ς is formed. It is the "temperature window" a temperature that is low

genug ist, um eine Kristallisation von KP15 zu verhindern und gleichzeitig groß genug ist, um ein Niederschlagen von KP mit χ sehr viel größer als 15 auszuschließen. is enough to prevent a crystallization of KP 15 and at the same time is large enough to rule out a precipitation of KP with χ much greater than 15.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen und dieser Lehre zeigt sich, daß alle unterschiedlichen Syntheseverfahren im Fall der Herstellung von KP15 nach dem gleichen Grundprinzip betrieben werden können. Jedes einzelne dieser Verfahren benutzt dabei lediglich unterschiedliche Mittel zur Regelung und Steuerung der Verdampfung squelIe und der Regelung bzw. Steuerung des Niederschiagens des Zielprodukts. Die Verdampfungsverfahren, die mit zwei Quellen arbeiten (2S-VT, CVD und MFD) sind dabei besonders günstig einzusetzen, da die entscheidenden Verfahrensparameter unabhängig voneinander gesteuert und geregelt werden können.Based on these findings and this teaching, it is shown that all the different synthesis processes in the case of the production of KP 15 can be operated according to the same basic principle. Each of these methods uses only different means for regulating and controlling the evaporation squelIe and the regulation or control of the precipitation of the target product. The evaporation processes that work with two sources (2S-VT, CVD and MFD) can be used particularly favorably because the decisive process parameters can be controlled and regulated independently of one another.

Aufgrund der vorstehend wiedergegebenen Überlegungen ist amorphes KP1C in Form dünner Schichten für die Entwicklung neuer nutzbarer Halbleiterwerkstoffe im Bereich der Polyphosphide von der Anmelderin als Modellsubstanz ausgewählt worden.Due to the considerations presented above, amorphous KP 1 C in the form of thin layers has been selected by the applicant as a model substance for the development of new usable semiconductor materials in the field of polyphosphides.

Nach dem Verfahren der Verdampfung unter Verwendung einer einzigen Verdampfungsquelle wurden zur näheren Erforschung der Eigenschaften der Polyphosphide Kaliumpolyphosphidwhisker mit einer Länge von ungefähr 1 cm hergestellt. Durch Röntgenbeugungsuntersuchungen wird sichergestellt, daß die erhaltenen und vermessenen Einkristalle tatsächlich KP.^-Kristalle sind. Auch wird das halbleitende Verhalten dieser Whisker geprüft. Wenn die so hergestellten Whisker bei 4 κ mit einem Argonlaser belichtet werden, tritt eine Photolumineszenz auf, die beim Vermessen einer emittierten Energie von 1,8 eV entspricht. Dieser Wert deutetThe method of evaporation using a single evaporation source was investigated further the properties of the polyphosphides Potassium polyphosphide whiskers made with a length of about 1 cm. X-ray diffraction tests ensure that that the obtained and measured single crystals actually KP. ^ - crystals are. The semiconducting behavior of these whiskers is also tested. If the so produced Whiskers are exposed at 4 κ with an argon laser, a photoluminescence occurs, which when measuring a emitted energy of 1.8 eV. This value suggests

darauf hin, daß für den untersuchten Werkstoff ein Bandabstand in eben diesem Energiebereich zu erwarten ist.points out that a band gap in precisely this energy range is to be expected for the material under investigation.

Zur Messung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit dieser Whisker werden elektrische Anschlußdrähte mit Silber-Kontaktpasten befestigt» Die sichere Kontaktgabe von den Zuleitungen über die Silberpaste zum Kristall wird während der Leitfähigkeitsmessung mikroskopisch überwacht» Dabei zeigt sich in überraschender Weise, daß beim Verschieben der überwacnten Kristalle im Mikroskop und damit bei einer Veränderung der Belichtung der Kristalle unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten gemessen werden. Genaue Messungen haben ein Photoleitfähigkeitsverhältnis von 100 ergeben, während die spezifische elektrischeTo measure the specific electrical conductivity of these whiskers, electrical connecting wires are attached with silver contact pastes »The secure contact between the supply lines via the silver paste to the crystal is microscopically monitored during the conductivity measurement» This surprisingly shows that when the monitored crystals are moved in the microscope and thus different electrical conductivities can be measured when the exposure of the crystals changes. Accurate measurements have shown a photoconductivity ratio of 100, while the specific electrical

—8 Leitfähigkeit der unbeleuchteten Whisker ungefähr 10—8 Conductivity of the unilluminated whiskers about 10

(Ohm · cm) beträgt. Zur Bestimmung des Bandabstandes des Whiskermaterials xtfurden dann die spezifische elektrische Photoleitfähigkeit als Funktion der Wellenlänge, die optische Absorption als Funktion der Wellenlänge und die Temperaturabhängigkeit der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Whisker gemessen. All diese Messungen bestätigten die Photolumineszenzmessungen bei 4 K dahingehend, daß das Whiskermaterial einen Bandabstand von ungefähr 1,8 eV besitzt. Auf diese Weise konnte gesichert werden, daß die KP1 ,-""Whiskerkristaile in den Kreis der potentiell nutzbaren Halbleiterwerkstoffe einzuordnen waren. Auf der Innenwand eines Quarzrohrs t^ird während der Herstellung der KP15-Whisker durch Dampfphasentransport eine amorphe Beschichtung gebildet. Auch für diese amorphe Schicht werden ein Bandabstand in der Größenordnung von 1,8 eV und ein Photoleitfähigkeitsverhältnis in der Größenordnung von ungefähr 100 gemessen. Ebenso wie die kristallinen Whisker weist die amorphe Schicht eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 10 (Ohm · cm) auf. Auf diese Weise konnte experimentell gesichert werden, daß auch das amorphe(Ohm cm). To determine the band gap of the whisker material, the specific electrical photoconductivity as a function of the wavelength, the optical absorption as a function of the wavelength and the temperature dependence of the specific electrical conductivity of the whiskers are then measured. All of these measurements confirmed the photoluminescence measurements at 4 K that the whisker material had a band gap of approximately 1.8 eV. In this way it could be ensured that the KP 1 , - "" whisker crystals belonged to the group of potentially usable semiconductor materials. During the manufacture of the KP 15 whiskers, an amorphous coating is formed on the inner wall of a quartz tube by vapor phase transport. A band gap on the order of 1.8 eV and a photoconductivity ratio on the order of about 100 are also measured for this amorphous layer. Like the crystalline whiskers, the amorphous layer has a specific electrical conductivity of approximately 10 (ohm · cm). In this way it could be verified experimentally that the amorphous

-ευ --ευ -

Material ein zumindest potentiell ausnutzbares Halbleitermaterial ist.Material is an at least potentially exploitable semiconductor material.

Der Anmelderin stellte sich sodann die Frage, ob KP15 auch in Form größerer Einkristalle wie beispielsweise Silicium gezüchtet werden konnte und in dieser Form der Herstellung von Halbleitermaterial zugänglich wäre. Untersucht wurde weiterhin, ob polykristalline oder amorphe Schichten von KP15 reproduzierbar herstellbar und zur Produktion von Halbleitern geeignet und nutzbar wären. Sodann mußte das während der Dampfphasentransportversuche hergestellte Material exakt analysiert und identifiziert werden und mußte die Frage geklärt werden, ob auch analoge Werkstoffe die gleichen praktisch nutzbaren Kenndaten aufweisen würden.The applicant then asked himself whether KP 15 could also be grown in the form of larger single crystals such as silicon and whether it would be amenable to the production of semiconductor material in this form. It was also investigated whether polycrystalline or amorphous layers of KP 15 could be reproducibly produced and whether they would be suitable and usable for the production of semiconductors. Then the material produced during the vapor phase transport tests had to be precisely analyzed and identified and the question had to be clarified whether analogous materials would also have the same practically usable characteristics.

Nach zahlreichen Dampfphasen-Transportversuchen mußte die Anmelderin dann mit Erstaunen feststellen, daß die bei Verwendung nur einer einzigen, Kalium und Phosphor im Gemisch miteinander enthaltenden Verdampfungsquelle erhaltenen Substanzen, die durch Erhitzen der Quelle und Kondensieren des Reaktionsproduktes aus der Dampfphase am anderen EndeAfter numerous attempts at vapor phase transport, the applicant then found with astonishment that the substances obtained from only one single evaporation source containing potassium and phosphorus in a mixture with one another, that by heating the source and condensing the reaction product from the vapor phase at the other end

* eines geschlossenen Reaktionsrohres nicht der Zusammensetzung KP15 entsprachen, sondern aufgrund der durchgeführten chemischen Naßanalyse der Zusammensetzung KP entsprachen, wobei* of a closed reaction tube did not correspond to the composition KP 15 , but corresponded to the composition KP on the basis of the chemical wet analysis carried out, whereby

χ nach den naßanalytischen Ergebnissen im Bereich von ungefähr 200 bis zu ungefähr 10.000 lag.χ according to the wet analysis results in the range of approx 200 up to about 10,000.

Die daran anschließenden intensiven systematischen Untersuchungen der Anmelderin haben zu dem überraschenden Ergebnis geführt, daß die Affinität des Phosphors zum Kalium oder einem beliebigen anderen Alkalimetall bei Dampfphasentransportreaktionen unter Verwendung einer einzigen Verdampfungsquelle zum anfänglichen Niederschlagen von MP1C als dem stabilsten Polyphosphid führt. In Gegenwart von überschüssigem Phosphor jedoch bildet sich dann als Kondensat eineThe subsequent intensive systematic investigations by the applicant have led to the surprising result that the affinity of phosphorus for potassium or any other alkali metal in vapor phase transport reactions using a single evaporation source leads to the initial precipitation of MP 1 C as the most stable polyphosphide. In the presence of excess phosphorus, however, a condensate forms

* erhalten wurden* were obtained

neue Form des Phosphor«=., die der chemischen Zusammensetzung MP mit x-Werten von sehr viel größer als 15 entsprechen. Diese neuen Formen des Phosphors weisen überraschenderweise die gleichen elektronischen Kenndaten und Qualitäten wie KP15 auf und sind insgesamt als wertvolle Halbleiterstoffe einzuordnen.new form of phosphorus "=., corresponding to the chemical composition MP with x values of much greater than 15. Surprisingly, these new forms of phosphorus have the same electronic characteristics and qualities as KP 15 and, overall, can be classified as valuable semiconductor materials.

Die intensiv durchgeführten Versuche zur Herstellung dünner Schichten von polykristallinem und amorphem KP..,- und der analogen Substanzen mit anderen Alkalimetallen haben ergeben , daß sich solche Schichten nicht herstellen ließen, wenn die Äusgangssubstanzen im Gemisch miteinander für die Durchführung der Dampfphasentransportreaktion aus einer einzigen Verdampfungsquelle verdampft wurden. Aus diesem Grunde hat die Anmelderin ein Verfahren zur Synthese der Substanzen durch Dampfphasentransportreaktion entwickelt, bei der die Ausgangssubstanzen aus zwei voneinander getrennten Verdampfungsquellen verdampft werden. Nach diesen Verfahren werden also das Alkalimetall und der Phosphor getrennt voneinander und unabhängig voneinander erwärmt und aus unabhängig voneinander angeordneten Quellen verdampft. Bei gleichzeitiger Steuerung und Regelung der Temperatur einer thermisch getrennten dazwischenliegenden Niederschlagszone können dünne MP15-Schichten in polykristalliner und amorpher Form erhalten werden, wobei in der vorstehenden Formel M ein beliebiges Alkalimetall sein kann. Mit diesem Zweiquellenverfahren konnten auch dünne Schichten von polykristallinem und dicke Schichten von amorphem Phosphorwerkstoff der neuen Form hergestellt werden sowie andere offensichtlich polymere Werkstoffe der Formel MP , in der M ein Alkalimetall ist und χ einen Wert hat, der sehr viel größer als 15 ist.The intensively carried out attempts to produce thin layers of polycrystalline and amorphous KP .., - and the analogous substances with other alkali metals have shown that such layers could not be produced if the starting substances mixed with one another to carry out the vapor phase transport reaction from a single evaporation source evaporated. For this reason, the applicant has developed a method for synthesizing the substances by means of a vapor phase transport reaction, in which the starting substances are evaporated from two separate evaporation sources. According to this process, the alkali metal and the phosphorus are heated separately from one another and independently of one another and evaporated from sources arranged independently of one another. With simultaneous control and regulation of the temperature of a thermally separated intermediate precipitation zone, thin MP 15 layers in polycrystalline and amorphous form can be obtained, wherein M in the above formula can be any alkali metal. This two-source process also made it possible to produce thin layers of polycrystalline and thick layers of amorphous phosphorus material of the new form, as well as other obviously polymeric materials of the formula MP, in which M is an alkali metal and χ has a value that is much greater than 15.

Auch wurden die Verfahren der extrem raschen Verdampfung, des Niederschlagens nach chemischer Reaktion aus der Dampfphase und des Niederschiagens unter Verwendung einesThe processes of extremely rapid evaporation, precipitation after chemical reaction from the vapor phase were also used and precipitation using a

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

-JAr--JAr-

Molekülstroms zur Herstellung der Werstoffe eingesetzt.Molecular flow used to produce the materials.

Zur Kennzeichnung aller Polyphosphide gemäß der Erfindung wird die einheitliche allgemeine chemische Formel MP ver wendet. Praktisch verwertbare Halbleiter werden für WerteTo characterize all polyphosphides according to the invention, the uniform general chemical formula MP ver turns. Practically usable semiconductors are used for values

* des Parameters χ im Bereich von 7 bis unendlich. Bekannt sind dabei diejenigen Alkalimetallpolyphosphide, denen die chemischen Formeln MP7, MP11 und MP15 entsprechen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erstmals beschrieben und neu sind Substanzen der allgemeinen chemischen Formel MP , in denen der Parameter χ Werte von sehr viel größer als 15 aufweist.* of the parameter χ in the range from 7 to infinity. Those alkali metal polyphosphides to which the chemical formulas MP 7 , MP 11 and MP 15 correspond are known. In the context of the present invention, substances of the general chemical formula MP in which the parameter χ has values of very much greater than 15 are described for the first time and are new.

Auch zur Herstellung dieser Substanzen werden Dampfphasen-' transportreaktionen eingesetzt/ bei denen eine einzige Verdampfungsquelle zur Verdampfung der Ausgangssubstanzen dient. Durch Regeln der Niederschlagstemperatur und insbesondere durch Konstanthalten der Niederschlagstemperatur über größere Niederschlagsflächen werden diese prinzipiell bekannten Verfahren jedoch entscheidend verbessert. Dadurch können auch großflächige dicke Schichten und kugelförmige Substanzen in polykristalliner und amorpher Form mit der chemischen Zusammensetzung MP erhalten werden, in'denen χ Werte von sehr viel größer als 15 hat.Vapor phase ' transport reactions used / in which a single evaporation source is used to evaporate the starting substances serves. By regulating the precipitation temperature and, in particular, by keeping the precipitation temperature constant However, these processes, which are known in principle, are decisively improved over larger areas of precipitation. Through this can also use large-area thick layers and spherical substances in polycrystalline and amorphous form with the chemical Composition MP are obtained in'den χ values of much greater than 15.

Große Mengen von kristallinem und polykristallinem Material der chemischen Zusammensetzung MP1c, wobei M ein Alkalimetall ist, sind in der Weise hergestellt worden,daß stöchiometrische Anteile an Alkalimetall und Phosphor miteinander vermischt und isotherm erhitzt wurden. Dieses Verfahren zur Herstellung von kondensierten Phasen führt zu hervorragendem Material der Zusammensetzung MP mit Werten des Parameters χ im Bereich von 7 bis 15. Dieses Verfahren läßt sich gut in Dampfphasentransportreaktoren mit einer Verdampfungsquelle durchführen. Dieses Verfahren kann dadurch wirksamer gestaltetLarge amounts of crystalline and polycrystalline material of chemical composition MP 1 c, where M is an alkali metal, have been produced in such a way that stoichiometric proportions of alkali metal and phosphorus were mixed with one another and heated isothermally. This process for the production of condensed phases leads to excellent material of the composition MP with values of the parameter χ in the range from 7 to 15. This process can be carried out well in vapor phase transport reactors with an evaporation source. This can make this process more effective

erhaltenobtain

. sz -. sz -

werden, daß vor der Beschickung der Verdampfungsquelle das Alkalimetall und der Phosphor in einer Kugelmühle homogen miteinander vermischt und vermählen werden. Dabei wird die Kugelmühle zum Mischen vorzugsweise aufeine . Temperatur im Bereich um 1000C erwärmt. Dabei werden,überraschenderweise relativ stabile Pulvergemische erhalten.that the alkali metal and the phosphorus are homogeneously mixed with one another and ground in a ball mill before the evaporation source is charged. The ball mill is preferably turned on for mixing. Temperature in the range around 100 0 C heated. In this way, surprisingly, relatively stable powder mixtures are obtained.

Die Produktuntersuchungen haben gezeigt, daß alle Polyphosphide mit Strukturen, die durch parallele Hohlsäulen gekennzeichnet sind, Bandabstände im Bereich von 1,8 eV, Photoleitfähigkeitsverhältnisse von sehr viel größer als 5 mit gemessenen Verhältnissen im Bereich von 100 bis 10.000 und eine geringe Leitfähigkeit im Bereich von 10 bis 10~9 (Ohm · cm) aufweisen.The product investigations have shown that all polyphosphides with structures that are characterized by parallel hollow columns, band gaps in the range of 1.8 eV, photoconductivity ratios of much greater than 5 with measured ratios in the range of 100 to 10,000 and a low conductivity in the range of 10 to 10 ~ 9 (ohm · cm).

Dabei zeigt sich, daß die amorphen Formen all dieser Werkstoffe, d.h. der alkalimetallphosphide MP mit x-Werten von größer als 6, die in Gegenwart eines Alkalimetalls gebildet werden, zumindest im wesentlichen gleiche Halbleitereigenschaften auf v/ei s en, so daß der Schluß naheliegt, daß die Nahbereichsordnung der amorphen Werkstoffe der Nahbereichsordnung der kristallinen Werkstoffe ähnelt und durch insgesamt parallele pentagonale röhrenförmige Säulen über im wesentlichen den Gesamtbereich der amorphen Phase gekennzeichnet sind.It turns out that the amorphous forms of all these materials, i.e. the alkali metal phosphide MP with x-values of greater than 6 formed in the presence of an alkali metal, at least substantially equal semiconductor properties on v / ei s en, so that the conclusion is obvious that the short-range order of the amorphous materials of the short-range order which resembles crystalline materials and is essentially characterized by parallel pentagonal tubular columns the total area of the amorphous phase are marked.

In allen Polyphosphiden beherrschen und bestimmen die drei kovalenten homoatomaren Phosphor-Phosphor-Bindungen auf der überwiegenden Mehrzahl aller Phosphorplätze die elektrischen Leitungspfade durch die Struktur und sind wesentlich wichtiger als alle anderen Bindungen, wobei die Phosphor-Phosphor-Bindungen insgesamt Halbleitereigenschaften begründen.In all polyphosphides dominate and determine the three covalent homoatomic phosphorus-phosphorus bonds on the the vast majority of all phosphorus sites the electrical conduction paths through the structure and are much more important than all other bonds, the phosphorus-phosphorus bonds establishing overall semiconductor properties.

Alle miteinander vernetzten und durch kovalente Bindungen miteinander verbundenen Phosphoratome des Werkstoffs bildenAll phosphorus atoms of the material that are cross-linked and linked to one another by covalent bonds form

gemeinsam den vorherrschenden elektrischen Leitungspfad durch den Werkstoff , wobei die durch Parallelität der Ausrichtung gekennzeichneten kristallinen Nahordnungsbereiche zu den guten Halbleitereigenschaften Anlaß geben. Die Phosphoratome sind in diesen Strukturen dreiwertig, wobei die Verkettung der Atome zur Bildung von Spiralen oder Säulen mit einem innenliegenden Hohlkanal führt. Die Alkalimetallatome, wenn diese in der Struktur vorliegen, verbinden die einzelnen Kettenabschnitte der Struktur miteinander. Auch andere Atome als Phosphor, insbesondere wenn diese dreiwertig sind und zur Ausbildung von drei kovalenten homoatomaren Verbindungen in der Lage sind, sollten ebenfalls Halbleiter dieser Art bilden können.together the predominant electrical conduction path through the material, whereby the parallelism of the Alignment marked crystalline short-range regions give rise to the good semiconductor properties give. The phosphorus atoms are trivalent in these structures, whereby the concatenation of the atoms leads to the formation of Spirals or columns with an internal hollow channel leads. The alkali metal atoms if these are in the structure exist, connect the individual chain sections of the structure with one another. Atoms other than phosphorus, especially if these are trivalent and capable of forming three covalent homoatomic compounds should also be able to form semiconductors of this type.

Die Erfindung betrifft also neue Formen von Phosphor und Verfahren zu deren Herstellung, feste Schichten aus amorphem oder polykristallinem MP und Verfahren sowie eine Vorrichtung zu deren Herstellung, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallphosphiden durch Dampfphasentransportverfahren mit mehreren geregelten Temperaturen bei Verwendung einer einzigen Verdampfungsquelle, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Polyphosphiden mit hohem Phosphorgehalt durch Dampfphasentransportverfahren unter Verwendung mehrerer voneinander getrennter Verdampfungs*- quellen, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von MP1C in polykristalliner Form durch Festkörperreaktionen, Halbleiterbauelemente, die Polyphosphidgruppen mit mindestens sie"ben kovalent untereinander verbundenen und in pentagonalen Hohlsäulen angeordneten Phosphoratomen enthalten und einen Bandabstand von größer als 1 eV und ein Photoleitfähigkeitsverhältnis im Bereich von 100 bis 10.000 aufweisen, Halbleiterbauelemente, die eine Substanz der Zusammensetzung MP enthalten, in der M ein Alkalimetall ist und χ größer als 6 ist, und Werkstoffe mit Bandabständen von größer als 1 eV und Photoleitfähigkeitsverhältnissen von 100 bis 10.000, Halbleiterbauelemente, hergestellt aus einemThe invention thus relates to new forms of phosphorus and processes for their production, solid layers of amorphous or polycrystalline MP and processes as well as a device for their production, process and device for the production of metal phosphides by vapor phase transport processes with several controlled temperatures using a single evaporation source, process and device for the production of polyphosphides with a high phosphorus content by vapor phase transport using several separate evaporation sources, method and device for the production of MP 1 C in polycrystalline form by solid-state reactions, semiconductor components, the polyphosphide groups with at least them "ben covalently linked to each other and in Contain phosphorus atoms arranged in pentagonal hollow columns and have a band gap of greater than 1 eV and a photoconductivity ratio in the range from 100 to 10,000, semiconductor components Ments containing a substance of the composition MP in which M is an alkali metal and χ is greater than 6, and materials with band gaps greater than 1 eV and photoconductivity ratios of 100 to 10,000, semiconductor components made from a

Werkstoff, der sehr grc?c Anteile eines kettig vernetzte kovalent gebundene dreiwertige Atome, vorzugweise Phosphoratome enthaltenden Material besteht, bei dem die kettig verbundenen Atome durch mehrere kovalente Bindungen miteinander verknüpft sind und eine Nahordnung aufweisen,, die Schichten von verketteten Atomen enthält, die in jeder der Schichten parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Schichten untereinander ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind,- und die Verkettungen vorzugsweise pentagonale HohlsSulen bilden, Kalbleiterbauelemente, die ein Alkalimetall und die vorstehend genannten verketteten Strukturen enthaltene bei denen die Zahl der aufeinanderfolgenden kovalenten verketteten Bindungen so ausreichend größer als die Anzahl der nicht in der Kette liegenden Bindungen ist, daß das Material halbleitend ist, Halbleiterbauelemente, hergestellt aus Verbindungen, die zumindest zwei verkettete Baugruppen enthalten, von denen jede ein Gerüst aus zumindest 7 kovalent miteinander verketteten Atomen, vorzugsweise Phosphoratomen, und Alkalimetallatomen besteht, die elektrisch leitend das Gerüst einer Baueinheit mit dem Gerüst einer anderen Baueinheit verbindet, Sperrschichtbauelemente, Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterbauelemente, Verfahren zur Dotierung solcher Halbleiterbauelemente, Verfahren zur Leitung·eines elektrischen Stroms und schließlich Verfahren zur Erzeugung elektrischer Potentialdifferenzen unter Verwendung solcher Vorrichtungen .Material that has very large proportions of a chain cross-linked covalently bonded trivalent atoms, preferably phosphorus atoms Containing material consists, in which the chain-linked atoms by several covalent bonds with each other are linked and have a short-range order, which contains layers of chained atoms in each of the layers are arranged parallel to one another and wherein the layers are also mutually parallel to one another are arranged, - and the concatenations are preferably pentagonal Form hollow columns, Kalbleiterbauelemente that a Alkali metal and the aforementioned chained structures contained in which the number of consecutive covalent chained bonds so sufficiently larger than the number of those not in the chain Bonds is that the material is semiconducting, semiconductor components, made up of compounds that contain at least two chained assemblies, each of which is a Framework of at least 7 covalently linked atoms, preferably phosphorus atoms, and alkali metal atoms exists that electrically conductively connects the framework of a structural unit with the framework of another structural unit, barrier layer components, Process for producing such semiconductor components, processes for doping such Semiconductor components, processes for conducting an electrical current and finally processes for generating electrical currents Potential differences using such devices.

Der erfindungswesentliche Grundgedanke liegt daher darin, eine neue Substanzklasse wertvoller Halbleiterwerkstoffe zu schaffen bzw. zur Verfügung zu stellen, innerhalb derer ein Teil der einzelnen Verbindungen neu ist und hier erstmals beschrieben wird, während ein anderer Teil der in der Klasse umfaßten Substanzen zwar an sich bereits bekannt ist, nicht aber als mit technisch anwendbaren und ausnutzbarenThe fundamental idea that is essential to the invention is therefore to create a new substance class of valuable semiconductor materials to create or make available, within which a part of the individual connections is new and here for the first time is described, while another part of the substances included in the class is already known per se, but not as technically applicable and exploitable

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Halbleitereigenschaften ausgestattete Substanz erkannt worden ist.Semiconductor properties endowed substance has been recognized.

All diese Werkstoffe haben einen Bandabstand im Bereich von 1 bis 3 eV, und zwar vorzugsweise insbesondere im Bereich von 1,4 bis 2,2 eV, speziell vorzugsweise um 1,8 eV. Die Photoleitfähigkeitsverhältnisse liegen bei Werten von größer als 5, und zwar tatsächlich im Bereich zwischen 100 und 10.000. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit dieser Werkstoffe liegt im Bereich von ungefähr 10 bisAll of these materials have a band gap in the range from 1 to 3 eV, preferably in particular in the range from 1.4 to 2.2 eV, especially preferably around 1.8 eV. The photoconductivity ratios are values of greater than 5, actually in the range between 100 and 10,000. The specific electrical conductivity these materials range from about 10 to

— 12 —1- 12-1

10 (Ohm * cm) , hat also eine Größenordnung im Bereich10 (ohm * cm), so it has an order of magnitude in the range

_Q ..I_Q ..I

von 10 (Ohm · cm)of 10 (ohm cm)

Anhand der vorliegenden Beschreibung erkennt der Fachmann ohne weiteres, daß die Alkalimetallkomponente M der Poly~ phosphide oder anderer entsprechender dreiwertiger "ide", die homoatomare kovalente Bindungen auszubilden in der Lage sind und der allgemeinen chemischen Formel MY entsprechen, eine Reihe von Akalimetalle enthalten können, auch Kombinationen dieser Metalle enthalten können, die ein Bindungsverhalten entsprechend dem Bindungsverhalten der Alkalimetalle "vortäuschen" können, und die diese Metalle in beliebigen Anteilen enthalten, ohne die grundlegende pentagonale HohlSäulenstruktur zu verändern und ohne dadurch die elektronischen Halbleiterkenndaten des Werkstoffs signifikant zu beeinflussen.On the basis of the present description, the person skilled in the art will readily recognize that the alkali metal component M of the poly ~ phosphides or other corresponding trivalent "ide" capable of forming homoatomic covalent bonds and correspond to the general chemical formula MY, may contain a number of alkali metals, including combinations these may contain metals that have a binding behavior corresponding to the binding behavior of the alkali metals can "pretend" and contain these metals in any proportions, without the basic to change the pentagonal hollow column structure and without doing so to significantly influence the electronic semiconductor characteristics of the material.

Die'Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Dotieren der Werkstoffe gemäß der Erfindung mit Eisen, Chrom und Nickel zur Verbesserung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Substanzen. Kontaktsperrschichten wurden unter Verwendung von Al, Au, Cu, Mg, Ni, Ag und Ti unter Verwendung von Silberkontaktpaste und Punktsonden hergestellt und vermessen. The invention also provides a method for doping the Materials according to the invention with iron, chromium and nickel to improve the specific electrical conductivity of the substances. Contact barriers were made using Al, Au, Cu, Mg, Ni, Ag, and Ti made and measured by silver contact paste and point probes.

Der Einbau von Arsen in die Polyphosphide mit zueinander parallelen Hohlsäulen fünrt ebenfalls zu einer Erhöhung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit.The incorporation of arsenic in the polyphosphides with each other parallel hollow columns also leads to an increase in the specific electrical conductivity.

Auch diese Verfahren zur Dotierung des Halbleitermaterials sind Bestandteil der vorliegenden Erfindung.Also these methods for doping the semiconductor material are part of the present invention.

Die Halble±t©rwerksto££e und die Vorrichtungen und Bauelemente der Erfindung sind vielfältig einsetzbar. An Einsatzgebieten für die Werkstoffe der Erfindung seien die folgenden genannt? Photoleiter, insbesondere in Photokopiergeräten? Lichtemittierende Dioden? Transistoren, Dioden und integrierte Schaltkreis© °t photoelektrische Anwendungsbereiche? Motalloxid-Balfoleiterbauelemente? optische Sensoren und Äbtaster? Leuchtstoffe für die Anregung durch Photonen oder Elektronen sowie zahlreiche weitere Halbleiteranwendungsbereiche= The semiconductors and the devices and components of the invention can be used in a variety of ways. The following are areas of application for the materials of the invention? Photoconductors, especially in photocopiers? Light emitting diodes? Transistors, Diodes and Integrated Circuits © ° t Photoelectric Applications? Motalloxid-Balfo circuit elements? optical sensors and scanners? Phosphors for excitation by photons or electrons as well as numerous other semiconductor applications =

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat die Anmelderin erstmals auch große monokline Phosphoreinkristalle hergestellt. Diese Kristalle werden durch die Dampfphasentransporttechnik erhalten, und swa? ausgehend von MP1„-Beschickungen oder Beschickungen in Form von Mischungen aus M und P mit vielfältigen Variationen des Konzentrationsverhältnisses (M-P). überraschenderweise enthalten diese großen monoklinen Phosphoreinkristalle beachtliche Anteile an Alkalimetallen (500 bis 2000 ppm wurden beobachtet). Dabei können unter glei'chen Bedingungen diese Kristalle nicht gezüchtet werden, kein Alkalimetall in »Her Beschickung vorliegt.In the context of the present invention, the applicant has also produced large monoclinic phosphor single crystals for the first time. These crystals are obtained by the vapor phase transport technique, and swa? starting from MP 1 "feeds or feeds in the form of mixtures of M and P with many variations in the concentration ratio (MP). Surprisingly, these large monoclinic phosphorus single crystals contain considerable proportions of alkali metals (500 to 2000 ppm were observed). Under the same conditions, these crystals cannot be grown because there is no alkali metal in the charge.

Für diese großen Phosphorkristalle werden zwei verschiedeneFor these large crystals of phosphorus there are two different ones

Kristalihabitus beobachtet=Crystal habit observed =

Die Kristalle des einen Habitus weisen die in Fig. 39 gezeigte pyramidenstumpfförmige Kristallform auf. Diese Kristalle sind besonders schwer zu spalten» Der andere HabitusThe crystals of one habit have the truncated pyramidal crystal shape shown in FIG. 39. These crystals are particularly difficult to split »The other habitus

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• * «Ρ 1.• * «Ρ 1.

- 58 *- 58 *

entspricht der in Fig. 40 gezeigten plättchenförmigen Kristallausbildung, die leicht spaltbar ist.corresponds to the platelet-shaped crystal formation shown in FIG. 40, which is easily cleavable.

Die größten Kristalle wurden in dem in Fig. 39 gezeigten Habitus gezüchtet und wiesen Abmessungen der Größenordnung 4 mm · 3 mm · 2 mm (Höhe) auf. Die größten Kristalle, die in dem in Fig. 40 gezeigten Habitus erhalten werden konnten, sind ungefähr quadratisch, haben eine Kantenlänge von ungefähr 4 mm und eine Stärke von 2 mm.The largest crystals were grown in the habit shown in Fig. 39 and had dimensions of the order 4mm x 3mm x 2mm (height). The largest crystals that could be obtained in the habit shown in Fig. 40 are roughly square, have an edge length of about 4 mm and a thickness of 2 mm.

Die Kristalle haben in der Reflexion metallisches Aussehen und sind in der Transmission dunkelrot. Die chemische Analyse zeigt, daß die Kristalle im Bereich von 500 bis 2000 ppm Alkalimetall enthalten. Die von polykristallinen Pulverproben erhaltenen Röntgenbeugungsdiagramme, die Raman-Spektren und die Differentialthermoanalyse weisen alle zumindest im wesentlichen übereinstimmende Strukturen und Daten wie der bekannte Hittorf'sehe Phosphor auf.The crystals have a metallic appearance in the reflection and are dark red in the transmission. The chemical analysis shows that the crystals contain in the range of 500 to 2000 ppm alkali metal. That of polycrystalline powder samples obtained X-ray diffraction diagrams, the Raman spectra and the differential thermal analysis all show at least substantially Corresponding structures and data such as the well-known Hittorf's see phosphorus.

Das Photolumineszenzspektrum der in Gegenwart von Cäsium gezüchteten Kristalle (Fig. 41) und der in Gegenwart von Rubidium gezüchteten Kristalle (Fig. 42) zeigen Lumineszenz-The photoluminescence spectrum of those grown in the presence of cesium Crystals (Fig. 41) and the crystals grown in the presence of rubidium (Fig. 42) show luminescence

-1 -1 ·-1 -1 ·

maxima bei 4019 cm bzw. bei 3981 cm . Daraus berechnet sich ein Bandabstand von ca. 2,1 eV bei Raumtemperatur für diese monokline Form des Phosphors.maxima at 4019 cm or at 3981 cm. Calculated from this a band gap of approx. 2.1 eV at room temperature for this monoclinic form of phosphorus.

Die so erhaltenen Kristalle können beispielsweise für die folgenden Anwendungen eingesetzt werden: als Phosphorquelle; als optische Rotatoren im roten und infraroten Bereich des Spektrums, wobei zu berücksichtigen ist, daß diese Kristalle doppelbrechend sind; als Substrate für die Züchtung von III-V Halbleiterwerkstoffen wie beispielsweise Indiumphosphid und Galliumphosphid. Der Werkstoff dieser Art kann in Lumineszenzbildschirmen oder in Lasern eingesetzt werden.The crystals obtained in this way can be used, for example, for the following applications: as a source of phosphorus; as optical rotators in the red and infrared regions of the spectrum, taking into account that these crystals are birefringent; as substrates for growing III-V semiconductor materials such as indium phosphide and gallium phosphide. The material of this type can be used in luminescence screens or in lasers.

Aus derselben Beschickungscharge werden bei etwas geringerer Temperatur sternförmige fasrige Kristalle der in den Figuren 44 und 45 gezeigten Art niedergeschlagen»The same loading batch results in a slightly smaller amount Temperature star-shaped fibrous crystals of the type shown in Figures 44 and 45 are deposited »

Schließlich wurde neben zahlreichen anderen Versuchen durch Dampfphasentransportreaktion ein Kristall eines allotroben Phosphors gezüchtete der die in Pig. 46 gezeigten verdrillten oder verdrehten Phosphorfasern aufweist.Finally it was carried out in addition to numerous other attempts Vapor phase transport reaction grew a crystal of an allotropic phosphorus like the one in Pig. 46 shown twisted or twisted phosphor fibers.

Die Polyphosphide gemäß der Erfindung können als Flammhemmer und verstärkende Füllstoffe in Kunststoffen verwendet werden, als Gläser und in Form anderer Werkstoffe. Die verdrehten säulenförmigen Kristalle und die sternförmigen fasrigen Kristalle sollten sich insbesondere zur Verstärkung von Verbundmaterial eignen,, da sie bestens prädestiniert sind, eine bündige Verbindung mit einem umgebenden Material einzugehen. Dagegen sollten die Kristallplättchen dort mit besonderem Vorteil einsetzbar sein, wo zur Zeit Glasfaserscheibchen verwendet werden.The polyphosphides according to the invention can be used as flame retardants and reinforcing fillers are used in plastics, as glasses and in the form of other materials. The twisted ones columnar crystals and the star-shaped fibrous crystals should particularly be used for reinforcement of composite material because they are ideally suited to create a flush connection with a surrounding material. In contrast, the crystal flakes should be able to be used with particular advantage where there are currently glass fiber disks be used.

Die schichtförmigen Werkstoffe gemäß der Erfindung werden als überzüge und Beschichtungen wegen ihrer chemischen Stabilität, als Flammhemmer und als Mittel zur optischen Vergütung eingesetzt.The sheet-like materials according to the invention are than coatings and coatings because of their chemical properties Stability, as a flame retardant and as a means of optical Remuneration used.

giel der Erfindung ist es daher, eine neue Klasse technisch nutzbarer Halbleiterwerkstoffe zu schaffen.The aim of the invention is therefore to introduce a new class of technology to create usable semiconductor materials.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung neuer Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Polyphosphiden.Another object of the invention is to provide new methods and devices for the production of polyphosphides.

Ziel der Erfindung ist es weiterhin, neue Formen stabiler Substanzen und Werkstoffe mit hohem Phosphorgehalt sowie Verfahren und Vorrichtungen zu deren Herstellung zu schaffen.The aim of the invention is also to make new shapes more stable To create substances and materials with a high phosphorus content as well as processes and devices for their production.

Die Erfindung zielt weiterhin darauf ab, für soche neuen Werstoffe Dotierungsmittel und Verfahren zum Dotieren der Werkstoffe zu schaffen.The invention further aims to provide dopants and methods for doping the for such new materials To create materials.

Die Erfindung befasst sich weiterhin mit Halbleiterbauele1-menten, in denen die neuen Werkstoffe verwendet werden.The invention further relates to semiconductor components 1 -menten in which the new materials are used.

Eine weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung großer Kristalle von monoklinem Phosphor.Another object of the invention is to provide large crystals of monoclinic phosphorus.

Ein weiterer Problemkreis, mit dem sich die Erfindung befaßt, ist die Herstellung von hochreinem Phosphor.Another problem with which the invention is concerned is the production of high purity phosphorus.

Ein weiteres Ziel ist schließlich die Schaffung spezieller neuer Halbleitersubstanzen.Finally, another goal is the creation of special new semiconductor substances.

Die Erfindung hat außerdem das Ziel, einen doppelbrechenden Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der im roten und infraroten Bereich des Spektrums einsetzbar ist.The invention also has the aim to provide a birefringent material available in the red and infrared Range of the spectrum can be used.

Ziel der Erfindung ist weiterhin, Verfahren zu schaffen, nach denen Werkstoffe mit den vorstehend genannten Merkmalen hergestellt werden können.The aim of the invention is also to create methods according to which materials with the features mentioned above can be produced.

Die Erfindung hat weiterhin zum Ziel, solche Verfahren dahingehend zu verbessern, daß sie bequemer handhabbar und preiswerter durchführbar als die entsprechenden Verfahren nach dem Stand der Technik sind.The invention further aims to provide such methods to that effect to improve that they are more convenient to use and cheaper to carry out than the corresponding processes are state of the art.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Schaffung von Beschichtungswerkstoff en, Füllstoffen, Verstärkungsmaterial und Flammhemmern.Another aim of the invention is to create a coating material en, fillers, reinforcing material and flame retardants.

Weitere Zielrichtungen des Erfindungskomplexes gehen ohne weiteres aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.Further aims of the complex of invention go without further ado from the description below.

3247*693247 * 69

Die Erfindung umfaßt dementsprechend einen oder mehrere Erfindungsschritte und die Beziehung jedes dieser Schritte zu jedem der anderen Schritte ist nachstehend anhand der Methoden und Verfahren beispielhaft beschrieben, Substanzzusammensetzungen «> die bestimmte Kenndaten besitzen, Eigenschaften und die Besiehung von Bestandteilen und Komponenten , die in den nachfolgend beschriebenen Zusammensetzungen beispielhaft erläutert sind, Gegenstände der Fertigung mit bestimmten Merkmalen, Eigenschaften und die Beziehung der Elemente, die anhand der nachstehend beschriebenen Gegenstände beispielhaft erläutert sind und Vorrichtungen, in denen die Merkmale der Konstruktion und der Anordnung der Teile beispielhaft belegt sind, sind im folgenden anhand der nachstehend beschriebenen Apparate näher erläutert.The invention accordingly comprises one or more inventive steps, and the relationship of each of these steps to each of the other steps is described below by way of the methods and processes, by way of example, substance compositions which have certain characteristics, properties and the definition of ingredients and components which are described in the following Compositions described are exemplified, articles of manufacture with certain features , properties and the relationship of the elements , which are exemplified with reference to the objects described below and devices in which the features of the construction and the arrangement of the parts are exemplified are shown below explained in more detail using the apparatus described below.

Zusammengefaßt liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, der Halbleitertechnik einen neuen Werkstoff zur Verfügung zu stellen, dessen Merkmalsprofil und Kenndatenprofil eine breite technische Anwendung ermöglicht, und zwar einschließlich auf photoelektrischem und optoelektronischem Gebiet, sowie Verfahren und Vorrichtungen zur preiswerten Herstellung des Halbleitermaterials sowie die Verwendung solchen Materials anzugeben«.In summary, the invention is based on the object of providing semiconductor technology with a new material to provide, whose feature profile and characteristic data profile a enables broad technical application, including in photoelectric and optoelectronic fields, as well as methods and devices for inexpensive production of the semiconductor material and the use of such material to indicate «.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein phosphorreiches Material, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist.To solve this problem, the invention creates a phosphorus-rich one Material as it is the subject of claim 1.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung und teilweise im Schnitt eine Vorrichtung zur Durchführung der Dampfphasentransportreaktion mit einer einzigen Verdampfungsquelle; Fig. 1 in a schematic representation and partially in section a device for Performing the vapor phase transport reaction with a single evaporation source;

3247&693247 & 69

Fig. 2 eine schematische Darstellung einesFig. 2 is a schematic representation of a

Teils des Dampfphasentransportreaktors nach Fig. 1;Part of the vapor phase transport reactor according to FIG. 1;

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine weitere3 shows a further schematic representation

einfache Vorrichtung zur Durchführung der Dampfphasentransportreaktion;simple device for carrying out the vapor phase transport reaction;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Phosphorteilgitters von MP15 (M = Alkalimetall) basierend auf der Computerauswertung von Röntgenbeugungsdiagrammen;4 shows a schematic representation of the partial phosphor grid of MP 15 (M = alkali metal) based on the computer evaluation of X-ray diffraction diagrams;

Fig. 5 das Phosphorteilgitter von KP15, ebenfalls5 shows the partial phosphor grid of KP 15 , likewise

auf der Grundlage von computerausgewerteten Röntgenbeugungsdiagrammen, aus dem erkennbar ist, wie die kovalenten Phosphorbindungen in der Anordnung der Fig.4 pentagonale Säulenstrukturen mit innenliegendem Hohlkanal bilden, wobei in der Fig. 5 ein Querschnitt senkrecht zur Achse der pentagonalen Säulen dargestellt ist;on the basis of computer-evaluated X-ray diffraction diagrams from which it can be seen how the covalent phosphorus bonds in the arrangement of FIG Form pentagonal column structures with an internal hollow channel, wherein in FIG. 5 a cross section perpendicular to Axis of pentagonal columns is shown;

Fig. 6 eine Darstellung der in Fig. 5 gezeigtenFIG. 6 is an illustration of that shown in FIG

Art, wobei die pentagonalen Phosphorsäulen jedoch im Axialschnitt dargestellt sindArt, although the pentagonal phosphor columns are shown in axial section

Figuren 7 undFigures 7 and

in vergrößerter Darstellung Mikrophotograin an enlarged representation microphotograph

phien von KP.. ,--Kristallwhiskers;phien from KP .., - crystal whiskers;

Fig. 9 das schematische Röntgenbeugungsdiagramm9 shows the schematic X-ray diffraction diagram

von polykristallinem KP15;of polycrystalline KP 15 ;

Fig» 10 das schematische Röntgenbeugungsdia-10 shows the schematic X-ray diffraction diagram

gramm von polykristallinem KE , wöbe χ sehr viel größer als 15 ist;grams of polycrystalline KE, wöbe χ is much greater than 15;

Fig» 11 in schematischer Darstellung ein experimentellen Zwecken dienendes Reaktorrohr für die Dampfphasentransportreaktion mit gwei Verdampfungsquellen;11 a schematic representation of a reactor tube for experimental purposes for the vapor phase transport reaction with two evaporation sources;

ο 12 den Temperaturverlauf im Reaktor gemäßο 12 the temperature profile in the reactor according to

Fig. 11;Fig. 11;

Fig., 13 den Verlauf des Konzentrationsverhältnisses von Phosphor zu Kalium in dem in Fig. 11 gezeigten Versuchsreaktor;13 shows the profile of the concentration ratio of phosphorus to potassium in the in Fig. 11 shown experimental reactor;

Fig. 14 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung der Dampfphasentransportreaktion unter Verwendung von jswei Verdampf ungsquellen;14 shows a schematic representation of an apparatus for carrying out the vapor phase transport reaction using jswei evaporation sources;

Fig= 15 in schematischer Darstellung eines derFig = 15 in a schematic representation of one of the

Elemente der in Fig. 14 gezeigten Vorrichtung; Elements of the device shown in Figure 14;

Fig„ 16 eine schematische Darstellung eines weiteren Reaktionsrohres für die Durchführung der Dampfphasentransportreaktion unter Verwendung von zwei Verdampfungsquellen;16 shows a schematic representation of a further Reaction tube for carrying out the vapor phase transport reaction under Use of two evaporation sources;

Fig» 17 in schematischer Darstellung eine Kugelmühle, wie sie zur Realisierung der Erfindung vorteilhaft einsetzbar ist;17 shows a schematic representation of a ball mill, how it can be used advantageously to implement the invention;

Figuren 18, 19Figures 18, 19

und 20 rasterelektronenmikroskopische Aufnahmenand 20 scanning electron micrographs

einer dünnen Schicht einer neuen Form von Phosphor MP mit χ sehr viel größer als 15;a thin layer of a new form of phosphorus MP with χ much larger than 15;

Fig. 21 die Mikrophotographie einer geätztenFigure 21 is a photomicrograph of an etched

amorphen Oberfläche eines solchen MP Materials mit großen x-Werten, wobei das Material durch Dampfphasentransportreaktior unter Verwendung einer einzigen Quelle hergestellt worden ist;amorphous surface of such an MP material with large x-values, where the Material by vapor phase transport reactor using a single source has been made;

Fig. 22 eine Mikrophotographie einer geätztenFigure 22 is a photomicrograph of an etched

amorphen Oberfläche eines MP -Werkstoffs mit großen Werten für x, hergestellt durch Dampfphasentransportreaktion unter Verwendung von zwei Verdampfungsquellen;amorphous surface of an MP material with large values for x, produced by vapor phase transport reaction using from two evaporation sources;

Fig. 23 eine Mikrophotographie der in Fig. 22FIG. 23 is a photomicrograph of that shown in FIG. 22

abgebildeten Oberfläche;pictured surface;

Fig. 24 eine Mikrophotographie einer geätzten Oberfläche senkrecht zu der in den Figuren und 23 gezeigten Oberfläche;Figure 24 is a photomicrograph of an etched surface perpendicular to that in the figures and 23 surface shown;

Fig. 25 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der oberen Oberfläche einer dünnen amorphen KP1--Schicht, die durch Dampfphasentransportreaktion mit zwei Verdampfungsquellen hergestellt worden ist.25 is a scanning electron micrograph of the upper surface of a thin amorphous KP 1 layer produced by vapor phase transport reaction with two evaporation sources.

Fig. 26 im Querschnitt und in schematischer Darstellung die Herstellung eines Sperrschicht Übergangs;26 in cross section and in a schematic representation the creation of a barrier junction;

Fig. 27Fig. 27

■44 -■ 44 -

eine schematische Wiedergabe der auf dem Schirm eines Oszilloskops für den in Fig. 26 gezeigten Versuch auftretenden Funktionskurve; a schematic representation of the on the screen of an oscilloscope for the in Fig. 26 the experiment shown occurring function curve;

Fig. 28Fig. 28

im Schnitt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausbildung eines Sperrschichtüberganges an einem Bauelement gemäß der Erfindung;a schematic representation in section a further formation of a barrier layer transition on a component according to the invention;

o 29 o 29

eine Wiedergabe der Oszillospopanzeige bei dem in Fig. 28 dargestellten Versuch;a representation of the oscilloscope display in the experiment shown in FIG. 28;

Fig. 30Fig. 30

in schematischer Darstellung einen photowiderstand mit einem Element gemäß der Erfindung;a schematic representation of a photoresistor with an element according to the invention;

Figuren 31, 32 und 33Figures 31, 32 and 33

in schematischer Darstellung oszillographische Wiedergaben von Sperrschichtkennlinien in Bauelementen gemäß der Erfindung;in a schematic representation oscillographic representations of junction characteristics in components according to the invention;

Figuren 34, 35 und 36Figures 34, 35 and 36

Kapazität-Spannung-Kennlinien von Sperrschichtbauelementen gemäß der Erfindung;Capacitance-voltage characteristics of junction components according to the invention;

Fig. 37Fig. 37

in graphischer Darstellung die Kapazität und den Widerstand eines Bauelementes als Funktion der angelegten bzw, aufgeprägten Potentialfrequenz;in graphical representation the capacitance and resistance of a component as Function of the applied or impressed potential frequency;

Fig. 38Fig. 38

eine schematische Darstellung einer verschließbaren Ampulle zur Herstellung von monoklinem Phosphor;a schematic representation of a sealable ampoule for production of monoclinic phosphorus;

• ·»■ ν ι• · »■ ν ι

Fig. 39 eine Mikrophotographie eines Kristalls39 is a photomicrograph of a crystal

von monoklinem Phosphor;of monoclinic phosphorus;

Fig. 4 0 ebenfalls eine Mikrophotographie eines4 0 is also a photomicrograph of a

monoklinen Phosphorkristalls;monoclinic phosphor crystal;

Fig. 41 das Photolumineszenzspektrum eines monoklinen Phosphorkristalls;41 shows the photoluminescence spectrum of a monoclinic phosphor crystal;

Fig. 42 ein Diagramm der in Fig. 41 gezeigten ArtFIG. 42 is a diagram of the type shown in FIG. 41

zur Darstellung des Photolumineszenzverhaltens eines monoklinen Phosphorkristalls;to show the photoluminescence behavior of a monoclinic phosphor crystal;

Fig. 43 das Raman-Spektrum eines monoklinen Phosphors; 43 shows the Raman spectrum of a monoclinic phosphor;

Figuren 44Figures 44

und 54 sind rasterelektronenmikroskopische Mikroand 54 are scanning electron microscope micro

aufnahmen einer weiteren neuen Form des Phosphors;recordings of another new form of phosphorus;

Fig. 4 6 die rasterelektronenmikroskopische Mikrophotographie einer dritten neuen Phosphorform ;Fig. 4-6 is a scanning electron microscope photomicrograph of a third new form of phosphor ;

Fig. 47 in Seitensicht und schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur sofortigen Substanζverdampfung;Fig. 47 in a side view and a schematic representation of a device for immediate Substance evaporation;

Fig. 48 einen Schnitt nach 48-48 in Fig. 47;48 shows a section along 48-48 in FIG. 47;

Fig. 49 einen Querschnitt nach 49-49 in Fig. 48;Fig. 49 shows a cross section according to 49-49 in Fig. 48;

undand

- ei - - egg -

Fig» 50 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung von Synthesen durch Niederschlagen des Produktes nach chemischer Reaktion aus der Dampfphase,50 shows a device in a schematic representation to carry out syntheses by precipitating the product after a chemical reaction from the vapor phase,

Bei den Figuren sind soweit möglich für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet=In the figures, the same reference numerals are used as far as possible for the same parts =

Die Werkstoffe mit hohen Phosphorkonzentrationen gemäß der Erfindung 0 die beispielhaft anhand der hochphosphorhaltigen Polyphosphide MP15, wobei M ein Alkalimetall ist, und neuer Formen des Phosphors erläutert werden, weisen offensichtlich alle ähnliche Nahordnungsstrukturen auf, und zwar gleichgültig, ob die Substanzen einkristallin, polykristallin oder amorph vorliegen. Offensichtlich liegen sowohl in den kristallinen als auch in den amorphen MP1 ,--Formen als Nahordnungsbereich längliche Phosphorsäulen mit im wesentlichen hohler Seele vor, die in der in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigten Weise pentagonale Querschnitte aufweisen. Alle diese pentagonalen Säulen sind im Nahbereich zumindest im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, wobei MP-c-Doppelschichten der pentagonalen Phosphorsäulen entstehen, in denen die" pentagonalen Phosphorsäulen untereinander durch Alkalimetallatome zusammengehalten werden, die auf Zwischengitterplätzen sitzen. Bei den neuen Phosphorformen, die ähnliche Strukturen aufweisen, fehlen viele, wenn nicht die meisten Alkalimetallatome. Es zeigt sich jedoch, daß eine neue Phosphorform, die in Gegenwart geringer Mengen Alkalimetallatome aus der Dampfphase gebildet wird, die gleiche Struktur wie MP1 j- bildet. Ein weiter unten näher diskutiertes Experiment zeigt, daß zumindest eine Form dieses neuen Phosphors durch Aufwachsen auf einer MP.c-Schicht erhalten werden kann. Dabei kann die MP15-SUbStanz als Träger dienen, der das Weiterwachsen der neuen Phosphorform strukturell leitet. Alle bislang unteisuchtenThe materials with high phosphorus concentrations according to the invention 0 by way of example with reference to the high phosphorus polyphosphides MP 15, wherein M is an alkali metal, and new forms of phosphorus are described, obviously all have similar Nahordnungsstrukturen, namely irrespective of whether the substances in monocrystalline, polycrystalline or amorphous. Obviously, in the crystalline as well as in the amorphous MP 1 , - forms, elongated phosphorus columns with an essentially hollow core are present as short-range regions, which have pentagonal cross-sections in the manner shown in FIGS. 4, 5 and 6. All these pentagonal pillars are arranged at least essentially parallel to one another in the near area, whereby MP-c double layers of the pentagonal phosphorus pillars arise in which the "pentagonal phosphorus pillars are held together by alkali metal atoms that sit on interstitial spaces. In the new phosphorus forms, the similar structures Many, if not most, alkali metal atoms are absent, but a new form of phosphorus, which is formed from the vapor phase in the presence of small amounts of alkali metal atoms, forms the same structure as MP 1 j-. An experiment discussed in more detail below shows that at least one form of this new phosphor can be obtained by growing on an MP.c layer, whereby the MP 15 sub-punch can serve as a carrier that structurally guides the further growth of the new phosphor form

Werkstoffe, die diese insgesamt zueinander parallelen pentagonalen Phosphorsäulen als Strukturmerkmale aufweisen, besitzen einheitlich einen Bandabstand im Bereich von 1,4 bis 2,2 eV, wobei die Bandabstände der überwiegenden Mehrzahl der untersuchten Strukturen bei 1,8 eV liegt. Die Photoleitfähigkeitsverhältnisse liegen im Bereich von 100 bis 10.000. Es zeichnet sich daher ab, daß alle Alkalimetallpolyphosphide mit hohen Phosphorkonzentratio*- nen, nämlich die Polyphosphide von MP7 bis zu MP15 und komplexeren Formen darüberhinaus sowie gemischte Polymere von MP1J. sowie die neuen, hier erstmals beschriebenen Phosphorformen (MP mit χ sehr viel größer als 15), die alle die gleiche Struktur zueinander paralleler pentagonaler Phosphorsäulen besitzen, dann, wenn solche Substanzen stabil sind, technisch nutzbare Halbleiterwerkstoffe zu . liefern in der Lage sind, wobei diese Substanzen dann den Einschluß von Störelementen ausschließen würden, die als Ladungsträgerfallen wirken würden, zur Bildung von Korngrenzen Anlaß gäben oder in anderer Weise den Halbleiter-* werkstoff ungünstig verändern würden.Materials that have these pentagonal phosphor columns, which are generally parallel to one another, as structural features, have a uniform band gap in the range from 1.4 to 2.2 eV, the band gaps of the overwhelming majority of the structures examined being 1.8 eV. The photoconductivity ratios range from 100 to 10,000. It is therefore becoming apparent that all alkali metal polyphosphides with high phosphorus concentrations, namely the polyphosphides from MP 7 to MP 15 and more complex forms as well as mixed polymers from MP 1 J. and the new phosphorus forms described here for the first time (MP with χ much larger than 15), which all have the same structure of mutually parallel pentagonal phosphor columns, then, if such substances are stable, technically usable semiconductor materials become. are capable of delivering, whereby these substances would then exclude the inclusion of interfering elements, which would act as charge carrier traps, would give rise to the formation of grain boundaries or would otherwise disadvantageously change the semiconductor material.

Die Untersuchungen der Anmelderin zeigen, daß in all diesen Werkstoffen mit insgesamt parallelen pentagonalen Struktursäulen die kontinuierlich aufeinanderfolgenden vielen kovalenten Phosphor-Phosphor-Bindungen der Phosphorsäulen in größerer Anzahl vorliegen als andere Bindungen und daher den primären elektrischen Leitungspfad sowohl für die Elektronen als auch für die Löcher bildet, so daß von allen Substanzen mit dieser Struktur grundsätzlich gute Halbleitereigenschaften erwartet werden können. Die Untersuchungen haben ferner zu der Erkenntnis geführt, daß die Gegenwart von Alkalimetallen in der Einwaage des Ausgangsproduktes, und zwar selbst, wenn diese Alkalimetalle in den neuen, hier beschriebenen Phosphorformen nur in Spuren vorliegen, das Wachstum der Substanzen in Formen fordern, die die gleichen strukturellen und elektronischen Eigenschaften wie KP15 oder monokliner PhosphorThe applicant's investigations show that in all these materials with a total of parallel pentagonal structure columns the continuously successive many covalent phosphorus-phosphorus bonds of the phosphorus columns are present in greater numbers than other bonds and therefore the primary electrical conduction path for both the electrons and the holes forms, so that basically good semiconductor properties can be expected from all substances with this structure. The investigations have also led to the finding that the presence of alkali metals in the initial weight of the starting product, even if these alkali metals are only present in traces in the new phosphorus forms described here, promote the growth of the substances in forms that are the same structural and electronic properties such as KP 15 or monoclinic phosphorus

- is- - - is- -

aufweisen und beibehalten, und zwar je nach Abhängigkeit der Bedingungen, unter denen die Substanzen niedergeschlagen werden.have and maintained, depending on the conditions under which the substances are deposited will.

Die Gruppe der Halbleiter, auf die die Erfindung gerichtet ist, umschließt Polyphosphide mit hohem Phosphorgehalt, die der Formel MP entsprechen, in der M ein Alkalimetall der ersten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente ist und χ das Ätomverhältnis von Phosphor zu Metallatomen bedeutet, wobei χ mindestens gleich 7 ist. Die metallischen Elemente der ersten Hauptgruppe des Periodensystems sind für diese Zwecke besonders geeignet, und zwar die folgenden: Li, Na, K, Rb und Cs. Selbst wenn sich Fr vermutlich ebenfalls eignen würde, ist es aufgrund seiner Seltenheit und aufgrund seiner Radioaktivität nicht für die Herstellung von MP verwendet worden. Hochphosphorhaltige Polyphosphide, in denen M Lidium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium ist, sind von der Anmelderin hergestellt und geprüft worden.The group of semiconductors to which the invention is directed includes polyphosphides with a high phosphorus content, which correspond to the formula MP, in which M is an alkali metal of the first main group of the periodic table of the elements and χ denotes the atomic ratio of phosphorus to metal atoms, with χ at least equals 7. The metallic elements of the first main group of the periodic table are particularly suitable for these purposes, namely the following: Li, Na, K, Rb and Cs. Even if Fr would presumably also be suitable, it was not used in the manufacture of MP because of its rarity and because of its radioactivity. Polyphosphides with high phosphorus content, in which M is lidium, sodium, potassium, rubidium or cesium, have been manufactured and tested by the applicant.

Die Polyphosphide der Erfindung,wie sie im Rahmen der Erfindung beschrieben sind, müssen ein Alkalimetall enthalten. Einige der neuen Phosphorforroen müssen in der Gegenwart kleinerer Mengen, wenn nicht gar unmessbar kleiner Mengen eines Alkalimetalls hergestellt werden. Dies schließt jedoch nicht aus, daß auch andere Metalle in kleineren Anteilen vorliegen können, beispielsweise gezielt und kontrolliert zugesetzte Dotierung^mittel oder Verunreinigungen.The polyphosphides of the invention as they are within the scope of the invention must contain an alkali metal. Some of the new phosphorus forroes need smaller ones in the presence Quantities, if not immeasurably small, of an alkali metal are produced. However, this does not rule out that other metals can also be present in smaller proportions, for example those that are added in a targeted and controlled manner Doping agents or impurities.

KP15 und eine der neuen Phosphorsäulen wurden zunächst in derKP 15 and one of the new phosphor columns were initially in the

nachstehend beschriebenen Weise hergestellt.prepared in the manner described below.

In der in Fig. 1 gezeigten Weise wird ein mit zwei Temperatursonen betreibbarer Ofen 10 benutzt, dessen äußerer Eisenmantel 12 mit einer Wärmeisolation 14, beispielsweise Asbest umwickelt ist.In the manner shown in Fig. 1, one with two temperature probes Operable furnace 10 used, the outer iron jacket 12 is wrapped with thermal insulation 14, for example asbestos.

Als Ausgangssubstanz 36 wird ein Gemisch aus Phosphor und Kalium im Molverhältnis von 12 zu 1 eingesetzt. So werden beispielsweise 5,5 g roter Phosphor und 0,6 g Kalium unter Stickstoff in ein Glasrohr 32 eingebracht. Zuvor wird der Phosphor wiederholt mit Aceton gewaschen und dann an der Luft getrocknet. Der Waschvorgang ist jedoch nicht obligatorisch, sondern kann wahlweise, gegebenenfalls auch mit einem anderen Lösungsmittel, durchgeführt werden.A mixture of phosphorus and potassium in a molar ratio of 12 to 1 is used as the starting substance 36. Be like that for example 5.5 g of red phosphorus and 0.6 g of potassium are introduced into a glass tube 32 under nitrogen. Before that, the Phosphorus washed repeatedly with acetone and then air dried. However, the washing process is not mandatory, but can optionally, optionally also with a different solvent, can be carried out.

Nach der Beschickung mit dem Ausgangsgemisch 36 wird dasAfter charging with the starting mixture 36, the

"4"4

Reaktorrohr 32 evakuiert, in diesem Fall auf 10 mbar, abgeschmolzen und anschließend in den Ofen 10 eingebracht. Dabei wird das Rohr 32 in der Weise leicht geneigt im Ofen angeordnet , daß die Beschickung mit den zu verdampfenden Ausgangssubstanzen 36 tiefer als der in der Fig. 1 linksliegend gezeigte Kopf des Rohres liegen, über Zuleitungen 24 und 26 werden die Zonen des Ofens mit elektrischer Energie beaufschlagt, und zwar in der Weise, daß der Temperaturgradient von der Heizzone 28 zur Heizzone 30 von beispielsweise 6500C bis auf 3000C abfällt. Dabei befindet sich der Teil des Reaktorrohres im Bereich der höheren Temperaturzone 28, in dem die Ausgangssubstanzen 36 angeordnet sind.Reactor tube 32 evacuated, in this case to 10 mbar, melted and then introduced into furnace 10. The tube 32 is arranged slightly inclined in the furnace in such a way that the charge with the starting substances 36 to be evaporated are lower than the head of the tube shown on the left in FIG Energy is applied in such a way that the temperature gradient from the heating zone 28 to the heating zone 30 drops from 650 ° C. to 300 ° C., for example. The part of the reactor tube in which the starting substances 36 are arranged is located in the area of the higher temperature zone 28.

Wenn der Ofen 10 unter den genannten Bedingungen eine ausreichend lange Zeit, beispielsweise ungefähr 42 Stunden,betrieben worden ist, wird die Zufuhr der elektrischen Energie über die Zuleitungen 24 und 26 unterbunden und kühlt das Rohr 32 allmählich ab. Nach dem Erreichen der Umgebungstemperatur wird das Rohr 32 unter Stickstoffatmosphäre geöffnet und wird der Inhalt des Reaktorrohres 32 entnommen. Das Reaktionsprodukt wird mit CS- gewaschen, um pyrophore Anteile zu extrahieren. Dabei bleiben ungefähr 2,0 g stabiles Endprodukt zurück. Dies entspricht einer Ausbeute von ungefähr 33 %.If the furnace 10 under the mentioned conditions a sufficient has been operated for a long time, for example, about 42 hours, the supply of electric power via the supply lines 24 and 26 and the pipe 32 gradually cools down. After reaching the ambient temperature the tube 32 is opened under a nitrogen atmosphere and the contents of the reactor tube 32 are withdrawn. The reaction product is washed with CS- to pyrophoric Extract proportions. This leaves about 2.0 g of stable end product. This corresponds to a yield of approximately 33%.

Bei Verwendung dieser Art der Synthese werden verschiedene Produktphasen gebildet, die an genau definierten Stellen
innerhalb des Reaktionsrohres 32 auftreten (Fig. 2). Ein
dunkler grauschwarzer Niederschlag 40 in Verbindung mit
einem gelb-braunen Film 42 tritt typischerweise am äußersten Ende der heißen Zone 28 auf, wo das Ausgangsgemisch 36 zunächst angeordnet ist. Beim Fortschreiten in Richtung niedrigerer Temperaturen innerhalb des Rohres 32 wird anschließend an diese Bereiche 40 und 42 ein schwarzer bis purpurfarbener dünner Niederschlag 42 beobachtet, der sich als polykristallines Material darstellt= Im Anschluß an diese Niederschlagsschicht 42 tritt ein scharf begrenzter dunkler Ring massierter Kristallite 44 auf= Unmittelbar angrenzend an die Kristallite 44 folgt eine helle Zone, in der Whisker 4 6 gewachsen sind» Anschließend folgt eine stark reflektierende Niederschlagsschicht 48, die am unteren Teil des Reaktionsrohres 32 zu Beginn der kälteren Zone 30 ausgebildet ist, über der Niederschlagsschicht 48 tritt gelegentlich ein tiefroter
Miederschlagsbelag 50 auf, wobei das Auftreten dieses Beschlags von der Temperatur abhängt, die in der kühleren
gone aufrechterhalten wird» Die Niederschläge 48 und 50
können polykristallin, amorph oder gemischt polykristallin und- amorph ausgebildet sein, und zwar je nach 'Art der eingesetzten Substanzen und der im Einzelfall eingestellten Temperaturen» Am äußeren Ende der kühleren Temperaturzone 30
findet sich als Substanz oder Beschlag ein rein amorphes Material 42 niedergeschlagen.
When using this type of synthesis, different product phases are formed at precisely defined points
occur within the reaction tube 32 (Fig. 2). A
dark gray-black precipitate 40 in connection with
a yellow-brown film 42 typically occurs at the extreme end of the hot zone 28 where the starting mixture 36 is initially located. As the temperature progresses in the direction of lower temperatures inside the pipe 32, a black to purple-colored thin precipitate 42 is then observed at these areas 40 and 42, which is a polycrystalline material = a sharply delimited dark ring of massed crystallites 44 occurs after this precipitate layer 42 = Immediately adjacent to the crystallites 44 is a bright zone in which whiskers 4 6 have grown »This is followed by a highly reflective precipitation layer 48 , which is formed on the lower part of the reaction tube 32 at the beginning of the colder zone 30, over the precipitation layer 48 occasionally occurs a deep red
Rainfall covering 50, the occurrence of this fogging depending on the temperature, which is in the cooler
gone is maintained »The rainfall 48 and 50
can be polycrystalline, amorphous or mixed polycrystalline and amorphous, depending on the type of substances used and the temperatures set in the individual case at the outer end of the cooler temperature zone 30
a purely amorphous material 42 is found deposited as a substance or fog.

Da bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anordnung von der heißen zur kalten Zone im Reaktionsrohr ein kontinuierlicher Temperaturgradient auftritt, unterliegt die Art des niedergeschlagenen Materials ebenfalls einer kontinuierlichen Änderung vom qualitativ hochwertigen einkristallinen Whisker bis zu polykristallinem und amorphem Material. Zur besseren Steuerung der Reaktion und zur gezielten SchaffungSince in the arrangement shown in Figures 1 and 2 from the hot to the cold zone in the reaction tube a continuous Temperature gradient occurs, the type of deposited material is also subject to a continuous one Change from high quality single crystal whisker to polycrystalline and amorphous material. To the better control the response and target creation

- Air -- Air -

bestimmter Niederschlagsbereiche mit größeren und einheitlichen Flächen wird vorzugsweise statt des Zweizonenofens ein Dreizonenofen der in der Fig. 3 gezeigten Art benutzt. Die<ser Dreizonenofen 54 gleicht im wesentlichen dem in. der Fig. 1 gezeigten.Ofen 10 und besteht aus einem äußeren Eisenmantel 56, einem feuerfesten Innenrohr 60 und dem Reaktionsrohr bzw. der Ampulle 58. Dabei sind in der Fig. 3 der besseren Übersichtlichkeit halber die Asbestisolation des äußeren Mantels 56 und die Isolation des Rohres 58 in der Fig. 3 nicht dargestellt. Der Ofen 54 unterscheidet sich vom Ofen 10 dadurch, daß das Rohr 58 im Vergleich zum Reaktionsrohr 32 wesentlich länger ist, in diesem Fall 48 cm lang. Zusätzlich weist der Ofen 54 drei voneinander getrennte Heizzonen 62, 64 und 66 auf, die einzeln steuerbar sind, so daß ein besser definierter Temperaturgradient über die Länge des Ofeninnenrohres 60 eingestellt werden kann. Das Ofeninnenrohr 60 kann auf Asbestblöcken 68 und 70 gelagert sein und zwar in der Weise, daß dem Ofeninnenrohr 60 und dem in ihm liegenden Reaktionsrohr 58 eine zur heißen Zone 62 hin abfallende Neigung erteilt wird, um eine ausreichend gute Lagerung der Beschickung 36 zu gewährleisten.Certain precipitation areas with larger and more uniform areas are preferred instead of the two-zone oven Three-zone furnace of the type shown in FIG. 3 is used. These <ser Three-zone furnace 54 is essentially the same as that shown in FIG. 1 and consists of an outer iron jacket 56, a refractory inner tube 60 and the reaction tube or the ampoule 58. In FIG. 3, the For the sake of clarity, the asbestos insulation of the outer jacket 56 and the insulation of the tube 58 in the 3 not shown. The furnace 54 differs from the furnace 10 in that the tube 58 is compared to the reaction tube 32 is much longer, in this case 48 cm long. In addition, the furnace 54 has three separate ones Heating zones 62, 64 and 66, which are individually controllable, so that a better defined temperature gradient over the length of the furnace inner tube 60 can be adjusted. The furnace inner tube 60 can be supported on asbestos blocks 68 and 70 and in such a way that the furnace inner tube 60 and the reaction tube 58 lying in it have a sloping towards the hot zone 62 Inclination is given in order to ensure a sufficiently good storage of the charge 36.

Mit dieser Vorrichtung werden KP1 ,--Whisker bester Qualität erhalten, wenn in den drei aufeinanderfolgenden Heizzonen 62, 64 und 66 Temperaturen von 5500C, 475°C und 4000C eingestellt werden. Versuche haben zunächst gezeigt, daß voluminöse Niederschläge, die im Ofen 10 (Fig. 1) erhalten worden sind', als schichtförmige Niederschläge oder Filme 48 bis 52 der in der Fig. 2 beschriebenen Art erhalten werden können, wenn das zunächst im Ofen 10 behandelte Reaktionsrohr in das Ofeninnenrohr 60 des Ofens 54 gebracht und erneut, jedoch mit dem vorstehend angegebenen Temperaturgradienten, erhitzt werden. Die überführung des voluminösen Materials in Niederschlagsschichten erfolgt dabei durch Sublimation. Diese Überführung wird jedoch nur beobachtet, wenn in der heißenWith this apparatus, KP 1, - whiskers obtain the best quality when set in the three consecutive heating zones 62, 64 and 66, temperatures of 550 0 C, 475 ° C and 400 0 C. Experiments have initially shown that voluminous precipitates obtained in furnace 10 (FIG. 1) can be obtained as layered precipitates or films 48 to 52 of the type described in FIG Reaction tube brought into the furnace inner tube 60 of the furnace 54 and heated again, but with the temperature gradient given above. The transfer of the voluminous material into precipitation layers takes place by sublimation. However, this transfer is only observed when in the hot

der drei Temperaturzonen eine Temperatur von mindestens 400 bis 475°C eingestellt ist.of the three temperature zones a temperature of at least 400 to 475 ° C is set.

Die auf diese Weise hergestellten KP1 ,--Einkristalle werden mit einem automatischen Röntgendiffraktometer untersucht. Zu diesem Zweck wird ein fasriger, ungefähr 100 μπι im Durchmesser messender Einkristall ausgewählt und auf einer Glasfaser gehaltert. Aus 2 ο 544 einzelnen Reflexen wird mit ComputerunterStützung die Struktur bestimmt. Alle Atome des einkristallinen KP,ς werden aufgrund der Verteilung der Elektronendichten und einer Differential-Fourier-Synthese in ihrer genauen Lage bestimmt. The KP 1 single crystals produced in this way are examined with an automatic X-ray diffractometer. For this purpose, a fibrous single crystal measuring approximately 100 μm in diameter is selected and held on a glass fiber. The structure is determined with computer support from 2 ο 544 individual reflexes. All atoms of the single crystal KP, ς are determined in their exact position based on the distribution of the electron densities and a differential Fourier synthesis.

Die erhaltenen nadeiförmigen Einkristalle werden weiterhin unter großer Vergrößerung im Rasterelektronen-Mikroskop untersucht» Die erhaltenen rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen des Querschnittes der Einkristallnadeln zeigen, daß diese Nadeln scheinbar aus dichtgepackten Fibrillen und nicht aus Hohlsäulen zusammengesetzt sind. Auch sind auf den in den Figuren 7 und 8 wiedergegebenen mikrophotographischen Aufnahmen der KP.^-Einkristallwhisker ausgeprägte Zwillingsfoildungen zu erkennen. Der Durchmesser der Primärfibrillen dieser Whiskerkristalle beträgt ungefähr 0,1 bis 0,2 μϊη. Größere Fibrillen lassen eine Feinstruktur vermuten, die aus zueinander parallelen Lamellen mit einer Dicke von jeweils ungefähr 50 nm bestehen. Bereits aus der ersten Untersuchung und Analyse der Kristallstrukturdaten ergibt sich für die untersuchten Kaliumphosphidsubstanzen die stöchiometrische Zusammensetzung KP1 ^. The needle-shaped single crystals obtained are further examined under high magnification in the scanning electron microscope. The scanning electron micrographs obtained of the cross-section of the single crystal needles show that these needles are apparently composed of tightly packed fibrils and not of hollow columns. Pronounced twin formations can also be seen in the photomicrographs of the KP. ^ Single crystal whiskers shown in FIGS. 7 and 8. The diameter of the primary fibrils of these whisker crystals is approximately 0.1 to 0.2 μm. Larger fibrils suggest a fine structure consisting of parallel lamellae with a thickness of approximately 50 nm each. From the first examination and analysis of the crystal structure data, the stoichiometric composition KP 1 ^ results for the examined potassium phosphide substances.

Das Phosphorteilgitter dieser Substanz besteht aus identischen Einheitssäulen, besser Hohlsäulen, mit pentagonalem Querschnitt. Die Säulen erstrecken sich unidimensional entlang der Richtung der Nadelachse des Kristalls. Die Phosphorsäulen sind parallel zueinander angeordnet. ImThe partial phosphor grid of this substance consists of identical Standard columns, better hollow columns, with a pentagonal cross-section. The pillars extend unidimensionally along the direction of the needle axis of the crystal. The phosphor columns are arranged parallel to each other. in the

Sinne einer einfachen Beschreibung der Struktur, kann von Doppelschichten voneinander getrennter Phosphorsäulen gö"-sprochen werden, die untereinander durch eine Zwischenschicht von Kaliumatomen miteinander verbunden sind. Aufgrund der gemessenen Atomabstände sind die Kaliumatome zumindest teilweise ionisch an Phosphoratome gebunden. Der Querschnitt eines Whiskers ist in der Fig. 5 gezeigt.For the purposes of a simple description of the structure, double layers of separated phosphor columns can be used which are connected to one another by an intermediate layer of potassium atoms. Due to the Measured atomic distances, the potassium atoms are at least partially ionically bound to phosphorus atoms. The cross section of a whisker is shown in FIG.

In der Struktur ist jedem Kaliumplatz eine starre Baugruppe von 15 aufeinanderfolgenden Phosphoratomen zugeordnet, die die in Fig. 4 gezeigte Konfiguration haben. Innerhalb dieser starren Baugruppe sind alle bis auf ein einziges Phosphoratom untereinander an jeweils drei andere Phosphoratome gebunden. Diese Phosphoratome sind kettenartig miteinander verknüpft, wobei die nichtabgesättigten Bindungen in der aus Fig. 5 erkenntlichen Weise mit einem Kaliumatom verhunden sind. Das Kaliumatom scheint also die Phosphorsäulen über eine fehlende Phosphor-Phosphor-Brücke zu verknüpfen. In der analysierten Struktur betragen die Bindungslängen vom Kalium zu den drei nächsten Phosphoratomen 0,36, 0,299 und 0,276 nm. Die Phosphor-Phosphor-Bindungslängen liegen im Bereich von 0,213 bis 0,258 nm. Die Bindungswinkel in den Phosphorketten liegen im Bereich von 87° bis 113°, im Mittel bei 102°.In the structure, each potassium site is assigned a rigid assembly of 15 consecutive phosphorus atoms, the have the configuration shown in FIG. Within this rigid assembly are all but a single phosphorus atom bound to each other to three other phosphorus atoms. These phosphorus atoms are chain-like with each other linked, the unsaturated bonds being related to a potassium atom in the manner shown in FIG are. The potassium atom seems to link the phosphorus columns via a missing phosphorus-phosphorus bridge. In the analyzed structure, the bond lengths from potassium to the three nearest phosphorus atoms are 0.36, 0.299 and 0.276 nm. The phosphorus-phosphorus bond lengths range from 0.213 to 0.258 nm. The bond angles in the phosphorus chains are in the range from 87 ° to 113 °, with an average of 102 °.

Arsen bildet eine Schichtstruktur mit einem mittleren Bindungswinkel von 98°, kann aber nicht als technisch verwertbarer Halbleiter bezeichnet werden. Auch schwarzer Phosphor weist eine ähnliche Kristallstruktur mit mittleren Bindungswinkeln von 96° auf. Allgemein können jedoch alle dreiwertigen Atome mit Bindungswinkeln im Bereich von 87° bis 113° und mit einem mittleren Bindungswinkel von 98° die gleichen Kettenstrukturen wie die MP -Phasen bilden. Wenn die Bindungen im Werkstoff kovalent sind, können außerdem zumindest ähnliche elektronische Eigenschaften wie für MP erwartet werden.Arsenic forms a layered structure with a medium bond angle of 98 °, but cannot be described as a technically usable semiconductor. Also black phosphorus has a similar crystal structure with mean bond angles of 96 °. In general, however, all can be trivalent Atoms with bond angles in the range of 87 ° to 113 ° and with an average bond angle of 98 ° the same Form chain structures like the MP phases. If the bonds in the material are covalent, at least electronic properties similar to those expected for MP.

In der Tabelle I sind die Kristallgitterparameter und Atomlagen für kristallines KP15 wiedergegeben, die die Anmelderin bestimmt hat.Table I shows the crystal lattice parameters and atomic positions for crystalline KP 15 which the applicant has determined.

TABELLE ITABLE I.

Kristallgitterparameter fürCrystal lattice parameters for

Triklines SystemTriklines system

Parameter der EinheitszelleUnit cell parameters

a = 0,9087 nm (_+ 0,015) nma = 0.9087 nm (_ + 0.015) nm

b = 1,1912 nm (_+ 0,010) nmb = 1.1912 nm (_ + 0.010) nm

c = 0,7172 nm (^ 0,015) nmc = 0.7172 nm (^ 0.015) nm

= 101 ,4 (+_ 0,1) °= 101.4 (+ _ 0.1) °

= 107,9 (+_ 0,2) °= 107.9 (+ _ 0.2) °

= 89,3 (+ 0,1)°= 89.3 (+ 0.1) °

Die Einheitszelle ist primitiv mit einem Molekül je Einheitszelle und einem Volumen von 0,7233 nm . Die Raumgruppe ist The unit cell is primitive with one molecule per unit cell and a volume of 0.7233 nm. The space group is

Die höchste erhältliche Symmetrie in der oben beschriebenen Strukturkonfiguration ist eine Zentrosymmetrie der Raumgruppe P-, und zwar unter Berücksichtigung der vorgegebenen Stöchiometrie von KP,,..The highest available symmetry in the structural configuration described above is a centrosymmetry of the space group P-, taking into account the given stoichiometry by KP ,, ..

In der Fig. 9 ist das an Kristallpulvern aufgenommene Röntgenbeugungsdiagramm für polykristallines KP1C wiedergegeben. Das Beugungsdiagramm wurde mit einer Kupferröhre aufgenommen. In dem schematischen Diagramm sind auf der Ordinate die relativen9 shows the X-ray diffraction diagram for polycrystalline KP 1 C recorded on crystal powders. The diffraction pattern was recorded with a copper tube. In the schematic diagram are on the ordinate the relative

Reflexintensitäten und auf der Abszisse der Beugungswinkel aufgetragen.Reflection intensities and the diffraction angle plotted on the abscissa.

Ähnliche Pulverbeugungsdiagramme wurden für Whisker und polykristalline Proben von MP15 mit M = Li, Na, K, Rb und Cs aufgenommen.Similar powder diffraction diagrams were recorded for whiskers and polycrystalline samples of MP 15 with M = Li, Na, K, Rb and Cs.

Alle diese Substanzen weisen den gleichen Strukturtyp auf. In allen Fällen kann das strukturelle Gerüst als aus zueinander parallelen pentagonalen Phosphorhohlsäulen bestehend angesehen werden. Diese Säulen sind durch Phosphor-Metall-Phosphor-Brücken miteinander verknüpft.All of these substances have the same structure type. In all cases, the structural framework can be considered made from one another parallel pentagonal hollow phosphor columns. These pillars are made up of phosphorus-metal-phosphorus bridges linked together.

Die starren Baugruppen für diesen Strukturtyp sind P4 und MP3. Genauer gesagt, kann der strukturelle Baublock für das Gitter als (P4 - P3) bzw. (MP7) angesehen werden.The rigid assemblies for this structure type are P 4 and MP 3 . More specifically, the structural building block for the grid can be viewed as (P 4 - P 3 ) and (MP 7 ), respectively.

Mit anderen Worten, die Grundstruktur der Substanzen vom Typ MP15 kann wie folgt beschrieben werden:In other words, the basic structure of the substances of type MP 15 can be described as follows:

Selbstverständlich kann in solchen Substanzen eine der Baugruppen oder Baublöcke in größerer Anzahl als der andere vorliegen. So können beispielsweise in Verbindungen vom Typ ΜΡχ Baugruppen des Typs (MP7) und (Pg) vorliegen, die untereinander im Verhältnis a zu b in der Struktur vertreten sind. Für dieses Beispiel läßt sich also eine Substanz MP beispielsweise in der strukturellen Form (MPn) (P0). ausdrücken,Of course, one of the subassemblies or building blocks can be present in such substances in greater numbers than the other. For example, in compounds of the type χ there can be assemblies of the type (MP 7 ) and (P g ), which are represented in the structure in the ratio a to b. For this example, a substance MP can, for example, have the structural form (MP n ) (P 0 ). to express,

/ a. O O/ a. O O

wobei rein mathematisch χ = (7a + 8b)/(a) ist.where purely mathematically χ = (7a + 8b) / (a).

Auch existieren Substanzen, in denen ohne weiteres der Parameter b sehr viel größer als a sein kann, wobei auch eine solche Substanz noch immer die gleiche Grundstruktur wie die vorstehend beschriebenen Substanzen vom Typ MP15 aufweisen.There are also substances in which the parameter b can easily be very much greater than a, such a substance still still having the same basic structure as the substances of the MP 15 type described above.

Whisker und polykristallin "Fasern" des Typs MP mit χ größer als 1000 (M = Li, Na, K, Rb, Cs) kristallisieren bei relativ tiefen Temperaturen um ungefähr 4000C im Dampfphasentransportverfahren. Die für diese Substanzen an Pulvern erhaltenen Röntgenbeugungsdiagramme entsprechen im wesentlichen den auch für MP15 erhaltenen Daten. Die für KP„ mit χ sehr viel größer als 15 bei Verwendung einer Kupferröhre erhaltenen röntgenographischen Beugungsdaten sind schematisch in der Fig. 10 gezeigt. Whiskers and polycrystalline "fibers" of the MP type with χ greater than 1000 (M = Li, Na, K, Rb, Cs) crystallize at relatively low temperatures of around 400 ° C. in the vapor phase transport process. The X-ray diffraction diagrams obtained for these substances on powders essentially correspond to the data also obtained for MP 15. The radiographic diffraction data obtained for KP “with χ very much greater than 15 when using a copper tube are shown schematically in FIG. 10.

Vergleicht man die oben beschriebene Struktur auf der Grundlage im Querschnitt pentagonaler Phosphorsäulen, so läßt sich ohne weiteres die Strukturanalogie erkennen. So sind LiP15, WaP15, RbP15 und CsP15 vom gleichen Strukturtyp wie KP15. Dabei übernehmen die Alkalimetalle dieser Verbindungen die gleiche Funktion wie das Kalium in KP15.If one compares the structure described above on the basis of the cross-section of pentagonal phosphor columns, the structural analogy can easily be recognized. LiP 15 , WaP 15 , RbP 15 and CsP 15 are of the same structure type as KP 15 . The alkali metals of these compounds assume the same function as the potassium in KP 15 .

Aus den zusammengetragenen Strukturdaten zeigt sich deutlich, daß zahllose weitere Verbindungen bestehen, die als elementaren Strukturbaublock im Querschnitt pentagonale Hohlsäulen aufi-/eisen„ So haben Versuche insbesondere gezeigt, daß zumindest in den hergestellten Phosphorsubstanzen und zumindest teilweise die Phosphoratome ohne weiteres gegen andere Pentele, insbesondere gegen Arsen, Bismut oder Antimon, ausgetauscht iferden können. Dabei sind Substitutionen von bis zu 50 Atom-% möglich, ohne dadurch die Grundstruktur der phosphorreichen Polyphosphide zu beeinträchtigen. The compiled structural data clearly shows that there are countless other compounds that are known as elementary structural block in cross-section pentagonal hollow columns on iron / iron "Experiments have shown, in particular, that at least in the produced phosphorus substances and at least partially the phosphorus atoms readily against other penteles, especially arsenic, bismuth or antimony, can be exchanged. There are substitutions of up to 50 atom% possible without affecting the basic structure of the phosphorus-rich polyphosphides.

In der Tabelle II sind verschiedene MP -Verbindungen wiedergegeben, die synthetisiert wurden und für die die gleiche Struktur wie für kristallines KP15 erhalten wurden. Die Daten stützen sich auf Röntgenbeugungsaufnahmen an pulvrigen Proben.Table II shows various MP compounds which were synthesized and for which the same structure as for crystalline KP 15 was obtained. The data are based on X-ray diffraction images of powdery samples.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

TABELLE IITABLE II

Starre Gruppen MP^ und P4 und Rigid groups MP ^ and P 4 and

Baublocks lP4-MP3)oder IMP7J und [p ]Building blocks lP 4 -MP 3 ) or IMP 7 J and [p]

Grundstruktur IP4-MP7-P4 J oder IMP,,.) Basic structure IP 4 -MP 7 -P 4 J or IMP ,,.)

M: Li, Na, K, Rb, CsM: Li, Na, K, Rb, Cs

Isostrukturelle Substanzen mit KP-1-Isostructural substances with KP -1 -

Vl-X P"y P15-yVI-X P "y P 15-y

mit: 0 £ x^with: 0 £ x ^

y < 7,5 y <7.5

M und M1 aus Gruppe 1aM and M 1 from group 1a

P' aus Gruppe 5a (As, Bi, Sb)P 'from group 5a (As, Bi, Sb)

Während die Erfinder zunächst der Annahme waren, daß die in den Vorrichtungen gemäß der Figuren 1, 2 und 3 gebildeten kristallinen Whisker die gleiche Zusammensetzung hätten wie die anderen Niederschläge, nämlich MP1J- seien, so zeigte sich im Verlauf der Analyse der polykristallinen und der amorphen Substanzen, daß diese Substanzen, obwohl sie die gleichen Halbleitereigenschaf ten wie die MP1 ,--Whisker zeigten, stöchiometrische Zusammensetzungen aufwiesen, die in breiten Bereichen variierten, nämlich im Bereich von MP?nf) bis MP1n nnn-Überraschenderweise konnte mit keiner Variation der dreiWhile the inventors were initially of the assumption that the crystalline whiskers formed in the devices according to FIGS. 1, 2 and 3 had the same composition as the other precipitates, namely MP 1 J- of the amorphous substances that these substances, although they showed the same semiconductor properties as the MP 1 , - whiskers, had stoichiometric compositions which varied in broad ranges, namely in the range from MP ? nf) to MP 1n nnn - surprisingly could with no variation of the three

-•55-- • 55-

Temperaturzonen in dem in Fig. 3 gezeigten Ofen ein amorphes MP15 hergestellt werden« Es zeigte sich daher, daß eine wesentliche Verfeinerung der Herstellungsverfahren solcher Werkstoffe erforderlich war. Es mußten daher neue Vorrichtungen zur Durchführung des Dampfphasentransportverfahrens geschaffen werden, um den Versuch einer erfolgreichen Herstellung von polykristallinem und amorphem MP15 zu ermöglichen. Die phosphorreichen Substanzen mit hohen Werten für den Parameter ic werden aus heutiger Sicht vorzugsweise als neue Formen des Phosphors beseichnet. Sie sind ebenfalls nach diesem Verfahren nach einem anfänglichen Niederschlagen von MP.c und anschließendem Absperren der Alkalimetallquelle hergestellt worden, so daß nach diesem Abstellen nur der Phsosphordampf zum Wiederschlagen in der Dampfphase vorhanden ist« Außerdem wurden die verschiedensten Festkörperreaktionen ausführlich untersucht, in denen molar eingewogene Ansätze von MP -Substanzen untersucht werden, in denen χ Werte von 7 bis 15 einschließlich hat. Nach diesem Verfahren werden die stöchiometrischen Gemische isotherm bis zum Eintritt der Reaktion erwärmt und anschließend wieder abgekühlt. Nach diesem Verfahren der Festkörperreaktion sind die verschiedensten MP -Substanzen hergestellt worden, die alle χTemperature zones in the furnace shown in FIG. 3 an amorphous MP 15 can be produced. It was therefore found that a substantial refinement of the production process of such materials was necessary. It was therefore necessary to create new devices for carrying out the vapor phase transport process in order to enable the attempt to successfully manufacture polycrystalline and amorphous MP 15 . The phosphorus-rich substances with high values for the parameter ic are, from today's perspective, preferably designated as new forms of phosphorus. They have also been manufactured according to this process after an initial precipitation of MP.c and subsequent shut-off of the alkali metal source, so that after this shutdown only the phosphorus vapor is available to re-strike in the vapor phase Approaches of MP substances are investigated in which χ has values from 7 to 15 inclusive. According to this process, the stoichiometric mixtures are heated isothermally until the reaction occurs and then cooled again. A wide variety of MP substances have been produced using this process of solid-state reaction, all of them χ

entv/eder in kristalliner Form oder als polykristalline Pulver erhalten wurden.either in crystalline form or as polycrystalline powder were obtained.

Die zur Synthese besonders phorphorreicher Substanzen eingesetzten Verfahren und die Prüfmethoden, insbesondere die Aufnahme der elektrooptischen Kenndaten sind im folgenden näher erläutert;The substances used for the synthesis of substances that are particularly rich in phosphorus Procedures and test methods, in particular the Recording of the electro-optical characteristics are explained in more detail below;

Das Beaufschlagen eines Systems mit so viel Energie, daß Teilchen erzeugt werden, die in die Dampfphase übergehen und bei der Kondensation oder dem Niederschlagen bei einer bestimmten Temperatur Produktsubstanzen liefern, wird "Dampf-Phasentransport" genannt. Wenn das Quellenmaterial in engerApplying so much energy to a system that Particles are generated, which go into the vapor phase and with the condensation or the precipitation at a certain Temperature delivering product substances is called "vapor phase transport" called. If the source material in close

Berührung miteinander vorgelegt und zusammen erhitzt wirdTouching each other is presented and heated together

auf ungefähr die gleiche Temperatur, wird im folgendenat about the same temperature, will hereinafter

vom Verfahren mit einer Quelle oder kurz "Einquellenverfahren"from the procedure with one source or "single source procedure" for short

gesprochen.spoken.

Das ursprünglich von von Schnering beschriebene Verfahren ist im wesentlichen ein Einquellenverfahren der Dampf phasen*- transporttechnik, selbst wenn die Beschickung mitunter in getrennten Ampullen aufgegeben wurde, also in eimer mit Metall gefüllten Ampulle und einer mit dem Phosphor gefüllten Ampulle. Beide Beschickungsampullen wurden dann jedoch zumindest im wesentlichen gleiche Temperatur erwärmt. Der Strom der Dampfteilchen von der Quelle zur Niederschlagszone war jedoch effektiv der gleiche wie im echten Einquellenverfahren, bei dem ein Gemisch aus Metall und Phosphor erhitzt wird. Das prinzipielle Merkmal des Einquellendampfphasentransportverfahrens beruht darauf, daß die Dampfteilchen zunächst bei hohen Temperaturen zusammengebracht und erst anschließend bei einer niedrigeren Temperatur niedergeschlagen werden.The process originally described by von Schnering is essentially a single-source process of the vapor phases * - transport technology, even if the load was occasionally placed in separate ampoules, i.e. in buckets with metal filled ampoule and one ampoule filled with phosphorus. However, both loading vials were then at least heated to substantially the same temperature. The flow of vapor particles from the source to the precipitation zone however, it was effectively the same as the true single source process in which a mixture of metal and phosphorus is heated will. The principal feature of the single source vapor phase transport process is based on the fact that the vapor particles are first brought together at high temperatures and only afterwards be precipitated at a lower temperature.

Das im folgenden beschriebene Verfahren, das ebenfalls von dem von Schnering'sehen Verfahren ausgeht, wird zur Herstellung der Alkalimetallpolyphosphide gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, liefert jedoch gegenüber dem ursprünglichen Verfahren verbesserte Ergebnisse, insbesondere die Möglichkeit einer selektiveren Herstellung der folgenden Werkstoffe: kristalline Metallpolyphosphide vom Typ KP15; polykristalline Polyphosphide mit geringer Alkalimetallkonzentration vom Typ KP mit χ sehr viel größer als 15; und neue Formen von amorphem Phosphor, bei dem die Alkalimetallkonzentration auch kleiner als 50 ppm sein kann.The method described below, which is also based on the Schnering's method, is used for the production of the alkali metal polyphosphides according to the present invention, but provides improved results compared to the original method, in particular the possibility of a more selective production of the following materials: crystalline metal polyphosphides from Type KP 15 ; polycrystalline polyphosphides with low alkali metal concentration of type KP with χ much greater than 15; and new forms of amorphous phosphorus in which the alkali metal concentration can also be less than 50 ppm.

Das von den Erfindern überarbeitete Dampfphasentransportverfahren weist eine Reihe von Merkmalen auf, die als erfinderisch angesehen werden: den Typ der Beschickung, das Beschickungsverhältnis, die Länge des Reaktionsrohres, dessen Geometrie The vapor phase transport method, revised by the inventors, has a number of features that are considered to be inventive be considered: the type of feed, the feed ratio, the length of the reaction tube, its geometry

Kt φKt φ

sowie das Profil des Temperaturgradienten. Im folgenden sind Beispiele für die Beziehung zwischen der Temperatifrverteilung und dem Niederschlag des Produktes beschrieben sowie die verbesserten Verfahren zur Temperaturregelung, di§ ein selektives Herstellen von vorgegebenen Zielprodukten Ermöglicht.as well as the profile of the temperature gradient. The following are Examples of the relationship between the temperature distribution and the precipitation of the product are described as well as the improved process for temperature control, di§ a selective Creation of specified target products Enables.

t ■E t ■ E

Zur Durchführung des von der Anrnelderin entwickelten VerfahrensTo carry out the procedure developed by the applicant

PrPr

werden ein Alkalimetall und roter Phosphor in Quaizrohrenbecome an alkali metal and red phosphorus in quaiz tubes

Ii -4 unter vermindertem Druck, vorzugsweise bei ungefähr 10 mbar, eingeschmolzen. Das Atomverhältnis der beiden Elemente zueinander liegt im Bereich von P/M = 5 zu 1 bis 30 zu 1* vorzugsweise insbesondere bei 15 zu 1 . die Ausgangselemeiate werden im allgemeinen in der Kugelmühle miteinander vermischt, bevor sie in die Quarzrohre gegeben werden. Das Mahlen 4rfolgt in Edelstahlkugelmühlen mit einer Mahlverweil zeit von mindestens 40 Stunden» Dabei werden die Kugelmühlen in der Rfgel für die Mahldauer auf 1000C erwärmt, um die Verteilung des Alkalimetalls in dem roten Phosphorpulver zu fördern.Ii -4 melted under reduced pressure, preferably at about 10 mbar. The atomic ratio of the two elements to one another is in the range from P / M = 5: 1 to 30: 1 *, preferably in particular 15: 1. the starting elements are generally mixed together in the ball mill before they are placed in the quartz tubes. The grinding 4rfolgt in stainless steel ball mill with a Mahlverweil time of at least 40 hours' The ball mills are heated in the Rfgel for grinding to 100 0 C, in order to promote the distribution of the alkali metal in the red phosphorus powder.

Durch das Vermählen wird eine innige Berührung der beiden Elemente angestrebt, wobei das Gemisch so homogen-wie möglich sein soll. Als Mahlprodukt werden staubfeine Pulver erhalten, die in einer Trockenbox problemlos gehandhabt .und\-gelagert werden können, ohne merkliche Veränderungen zu zeigen. Im Vergleich zu ihren Bestandteilen, insbesondere im Vergleich zum Alkalimetall, zeigen diese gemahlenen Pulver eine erstaunliche Stabilität, wenn sie sowohl der atmosphärischen Luft'als auch Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Wird beispielsweise Wasser direkt zu Proben der Pulver gegeben,*so tritt lediglich am Aufgabeort und vereinzelt ein Verbrennen des Materials ein. ;The aim of the grinding is to achieve intimate contact between the two elements, whereby the mixture should be as homogeneous as possible. When milled dust-fine powders are obtained which .and handled easily in a dry box can be -gelagert \ to show no noticeable change. Compared to their constituents, especially compared to the alkali metal, these ground powders show an astonishing stability when they are exposed to both atmospheric air and moisture. If, for example, water is added directly to samples of the powder, * the material will only burn at the point of application and in isolated cases. ;

Herstellung von einkristallinem, polykristallinen!iund amorphemProduction of single crystal, polycrystalline and amorphous MP15 I MP 15 I.

Ein Gemisch der Elemente (Alkalimetall und roter !phosphor) wirdA mixture of the elements (alkali metal and red! Phosphorus) becomes

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

unter vermindertem Druck, nämlich bei einem Druck vonunder reduced pressure, namely at a pressure of

-4-4

kleiner als 10 mbar,in einem Quarzrohr 58 (Fig. 3) eingeschmolzen, das ungefähr 10 cm lang ist und einen Durchmesser von ungefähr 2,5 cm hat. Das Reaktorrohr 58 wird in einem Dreizonenofen (Lindberg, Modell 24357) nach einer von zwei Methoden gelagert. Nach einer dieser Methoden wird ein zweites Quarzrohr 60 als Unterstützung benutzt, das seinerseits in der Heizkammer mit Abstand von den Heizelementen unter Verwendung von Asbestblöcken 68 und 70 so gelagert ist, daß die ineinanderliegenden Quarzrohre geneigt liegen, um dadurch zu gewährleisten, daß die Reaktanten in der heißesten Zone des Ofens verbleiben. Nach der anderen der beiden Methoden (Fig. 14) dient als Träger für das Reaktorrohr ein Gewebeband 138, das um das Reaktorrohr 136 herum spiralig aufgewickelt ist, eine Breite von ungefähr 2,5 cm hat, und die zylindrische Beschickungsöffnung der Heizkammer des Ofens füllt. Dieses Gewebeband kann aus den verschiedensten feuerfesten Werkstoffen bestehen, beispielsweise aus Asbest, einem im Handel unter der Bezeichnung Fiberfrax bekannten Gewebe oder aus einem Glasgewebe. Dabei wird vorzugsweise ein Glasgewebe verwendet, das eine erhöhte Sicherheit und eine zuverlässige Leistung zeigt. Die Bedeutung der Verwendung dieser beiden verschiedenen Verfahren ist im nachstehenden erläutert.less than 10 mbar, fused in a quartz tube 58 (Fig. 3), which is approximately 10 cm long and a diameter of about 2.5 cm. The reactor tube 58 is in a three-zone furnace (Lindberg, model 24357) after a stored by two methods. According to one of these methods, a second quartz tube 60 is used as a support, this in turn in the heating chamber at a distance from the heating elements using asbestos blocks 68 and 70 is mounted so that the nested quartz tubes are inclined to ensure that the reactants remain in the hottest area of the oven. According to the other of the two methods (Fig. 14) serves as a carrier for the reactor tube is a fabric tape 138 that is spirally wound around the reactor tube 136, approximately a width 2.5 cm and fills the cylindrical feed opening of the heating chamber of the furnace. This fabric tape can be made from consist of a wide variety of refractory materials, such as asbestos, one in the trade under the name Fiberfrax known fabric or made of a glass fabric. In this case, a glass fabric is preferably used that has an increased Shows security and reliable performance. The importance of using these two different methods is in the explained below.

Die Ausgangssubstanzen werden durch Beaufschlagung des Systems mit Energie Über die HeizwiderStandselemente des Ofens in die Produkte überführt. Wenn die Reaktanten mit einer ausreichend hohen Temperatur beaufschlagt werden, während andere Zonen des Reaktionsrohres auf einer geeignet niedrigeren Temperatur gehalten werden, werden sich die Produkte aus den Dampfteilchen niederschlagen oder kondensieren. Das Temperaturdifferential, das den Dampfphasentransport und die Synthese über die Dampfphase treibt, wird in einem Dreizonenofen durch eine entsprechende Wahl der unterschiedlichen Regeltemperaturen in den einzelnen Heizzonen aufgebracht. JedesThe starting substances are applied to the system with energy Via the heating element of the stove in the products transferred. If the reactants are exposed to a sufficiently high temperature, while others Zones of the reaction tube at a suitably lower temperature are held, the products from the vapor particles will precipitate or condense. The temperature differential that governs vapor phase transport and synthesis Drives via the vapor phase, is made in a three-zone furnace by a corresponding selection of the different control temperatures applied in the individual heating zones. Each

Heizelement der einzelnen Heizzonen ist unabhängig von den anderen Elementen regelbar.The heating element of the individual heating zones can be regulated independently of the other elements.

Verfahren 1 (vgl. Fig. 3);Method 1 (see FIG. 3);

Das 50 cm lange Reaktorrohr, das die Reaktanten enthält, ist innerhalb eines zweiten Quarzrohres in der 61 cm langen Heizkairaner des Ofens gelagert. Durch entsprechendes Einstellen der Regelpunkte der drei Heizzonen des Ofens kann ein zumindest im wesentlichen linear fallender Temperaturgradient erzeugt werden. Es kann also ein Temperaturgradient Δ T/d erzeugt werden, wobei T die Temperatur und d der jeweilige axiale Abstand im Ofen ist, ist zumindest angenähert konstant zwischen den Zentren der beiden außenliegenden Heizelemente. Dieser lineare Temperaturgradient, der über die längere Dimension des Reaktionsrohres verteilt aufgebracht ist, dient dem Zweck, die verschiedensten während der Reaktion gebildeten Produktmaterialien voneinander zu trennen. Dabei treten die Produkte in einem ganz bestimmten Muster und in ganz bestimmter Folge mit abnehmender Äbscheidungstemperatur auf: Zunächst dunkelpurpurrote bis schwarze polykristalline Filme, dann ein Ring massierter Kristallite; Einkristalle oder Whisker, rote Schichten mit kleiner Korngröße und polykristalliner Morphologie; und, im kältesten Temperaturbereich des ReaktorrOhres, ein dunkelgraues amorphes Material.The 50 cm long reactor tube containing the reactants is inside a second quartz tube in the 61 cm long one Heizkairaner of the stove stored. By setting accordingly of the control points of the three heating zones of the furnace can have an at least substantially linearly falling temperature gradient be generated. A temperature gradient Δ T / d can therefore be generated, where T is the temperature and d is the respective one axial distance in the furnace is at least approximately constant between the centers of the two outer heating elements. This linear temperature gradient, which is applied over the longer dimension of the reaction tube, is used the purpose of separating the most diverse product materials formed during the reaction from one another. The Products in a very specific pattern and in a very specific sequence with decreasing deposition temperature: First dark purple to black polycrystalline films, then a ring of massed crystallites; Single crystals or whiskers, red layers with small grain size and polycrystalline morphology; and, in the coldest temperature range of the reactor tube, a dark gray amorphous material.

Eine Versuchsserie hat gezeigt, daß dieses amorphe Material in den verschlossenen Reaktionsrohren nicht entsteht, wenn die kälteste Temperatur des Rohres größer als ca. 3750C ist. In ähnlicher Weise kann das Auftreten des roten polykristallinen Materials deutlich unterdrückt werden, indem die niederigste Temperatur am Reaktorrohr bei oder über 450°C gehalten wird. Weiterhin hat die Änmelderin festgestellt, daß polykristallines MP15 nicht in Vorrichtungen hergestellt werden kann, die mit einer einzigen Verdampfungsquelle betrieben werden, Die hierbei gebildeten polykristallinen und amorphen SubstanzenA series of experiments has shown that this amorphous material does not arise in the sealed reaction tubes when the coldest temperature of the tube is greater than about 375 0 C. Similarly, the occurrence of the red polycrystalline material can be significantly suppressed by keeping the lowest temperature on the reactor tube at or above 450 ° C. Furthermore, the applicant has established that polycrystalline MP 15 cannot be produced in devices which are operated with a single evaporation source. The polycrystalline and amorphous substances formed in this way

-6A--6A-

sind insgesamt Substanzen mit hohen Werten von x, bei denen χ sehr viel größer als 15 ist.are all substances with high values of x, for which χ is much larger than 15.

Verfahren 2:Procedure 2:

Die aus dem gewebten Band gewickelten Halterungen dienen nicht nur der Ausrichtung des Reaktionsrohres, sondern zusätzlich als wirksame Schranken gegen den Wärmeübergang zwischen den drei Heizzonen. Diese Schranken bewirken einen steileren Temperaturabfall zwischen den Zonen, gleichzeitig jedoch einen flacher verlaufenden Gradienten innerhalb der mittleren Zone. Im Ergebnis wird dadurch ein gestuftes Temperaturprofil erhalten, das in der Weise eingestellt und manipuliert werden kann, daß selektiv bestimmte Zielprodukte durch Einstellen der entsprechenden Niederschlagstemperaturen erhalten werden können.The brackets, wound from the woven tape, serve not only to align the reaction tube, but also to align it as effective barriers against heat transfer between the three heating zones. These barriers make you steeper temperature drop between the zones, at the same time however, a flatter gradient within the central zone. The result is a graded Get a temperature profile that can be set and manipulated in such a way that certain target products selectively can be obtained by adjusting the appropriate precipitation temperatures.

A) In von Schnering's Ankündigung der Herstellung von Einkristallen (Whiskern) von KP _ beschrieb er die Herstellung aus den Elementen dahingehend, daß die Erhitzung der Elemente, nämlich Kalium und roten Phosphor, in einem "Temperaturgradienten" von "600/2000C" in einem ungefähr 20 cm langen Quarzrohr erfolge. Er führt ferner aus, daß sich die Kristalle im Temperaturbereich von "300 bis 32O0C" bildeten. Die benutzten öfen waren offensichtlich öfen mit einem einzigen Heizelement, bei denen der Temperaturgradient durch den Wärmeverlust hervorgerufen wird, der an einem Ende des Rohres auftritt, das aus dem Ofen herausragt.A) In von Schnering's announcement of the production of single crystals (whiskers) from KP _ he described the production from the elements in such a way that the heating of the elements, namely potassium and red phosphorus, in a "temperature gradient" of "600/200 0 C" in an approximately 20 cm long quartz tube. He also states that the crystals were formed in the temperature range of "300 to 32O 0 C". The ovens used were apparently single heating element ovens in which the temperature gradient is caused by the loss of heat that occurs at one end of the tube protruding from the oven.

Als erster Schritt zur Verbesserung dieses Verfahrens wird zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Dreizonenofen der in Fig. 3 gezeigten Art verwendet, bei dem unabhängig voneinander die Erwärmung der Ausgangselemente überwacht und gesteuert werden kann, Darüberhinaus hat dieAs a first step in improving this method, a Three-zone furnace of the type shown in Fig. 3 used in which the heating of the output elements can be monitored and controlled independently of each other

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Heizkammer des benutzten πτ-sizonenofens (Lindberg Modell 54357) eine Länge von 61 cm, wodurch der aufgebrachte Temperaturgradient leichter zu überwachen und zu regeln war. Durch das Lagern des Reaktionsrohres, das jetzt eine Länge von ungefähr 52 cm aufwies, in einem zweiten beidseitig offenen Quarsrohr,, das, gestützt auf Asbestblöcke, gelagert ist. In dieser Vorrichtung wird ein allgemein linearer Verlauf des TemperaturgradientenΔ T/d eingestellt, der zumindest angenähert konstant ist zwischen den beiden Zentren der beiden Außenseiten der Heizelemente des Ofens. Die elektrische Leistungsbeaufschlagung des Ofens wird mit einem Lindberg-Regler {Modell 59744/A) überwacht. Bei diesem Gerät werden drei voneinander unabhängige steuerbare Regler verwendet, die voneinander unabhängige steuerbare Siliciumgleichrichter und Bandregler enthält, die die Steuerung der Ofentemperatur nach Maßgabe der manuellen Vorwahl bewirken.The heating chamber of the πτ-sizonenofen used (Lindberg model 54357) had a length of 61 cm, which made it easier to monitor and regulate the temperature gradient applied. By storing the reaction tube, which now had a length of approximately 52 cm, in a second quars tube, open on both sides, which is supported on asbestos blocks. In this device, a generally linear course of the temperature gradient Δ T / d is set, which is at least approximately constant between the two centers of the two outer sides of the heating elements of the furnace. The electrical power loading of the furnace is monitored with a Lindberg controller (model 59744 / A). With this device three independent controllable regulators are used, which contain independent controllable silicon rectifiers and band regulators, which effect the control of the furnace temperature according to the manual preselection.

Der linear abfallende Gradient, der über die langen Abmessungen des Reaktionsrohres eingehalten und aufgeprägt wird, dient der sauberen Abtrennung der verschiedenen Produkte voneinander, die im Verlauf der Reaktion gebildet werden. Diese Produkte treten in einer charakteristischen Folge von Wiederschlägen mit abnehmender Temperatur aufs dunkelpurpurrote bis schwarze polykristalline Filme, ein Ring massierter Kristallite, Einkristalle oder "Whisker"; feinkörnige rote Filme mit polykristalliner Morphologie und, im kältesten Bereich des Reaktionsrohres, dunkelgraue amorphe Substanz.The linearly falling gradient, which is maintained and impressed over the long dimensions of the reaction tube, serves to cleanly separate the various products from each other, which are formed in the course of the reaction. These products occur in a characteristic sequence from recurrences with decreasing temperature to dark purple to black polycrystalline films, a ring massed crystallites, single crystals or "whiskers"; fine-grained red films with polycrystalline morphology and, im coldest area of the reaction tube, dark gray amorphous substance.

Beispiel I:Example I:

Ein Dreizonenofen (Lindberg, Modell 54357) wie er in der Fig. gezeigt ist, mit Heizelementen, die in einem feuerfesten Material versenkt sind, und zwar in getrennten zylindrischenA three-zone furnace (Lindberg, model 54357) as shown in the figure, with heating elements in a refractory material are sunk, in separate cylindrical

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Abschnitten mit Längen von 15,3 cm, 30,6 cm und wiederum 15,3 cm (entsprechend 61 cm insgesamt) wird für die Durchführung dieses Beispiels eingesetzt. Der Durchmesser der Heizkammer beträgt 8 cm. Die Temperatur wird an in der Fig. nicht gezeigten Thermoelementen abgenommen, die» gemessen über die Länge von 61 cm des inneren Ofenrohres, angeordnet sind.Sections with lengths of 15.3 cm, 30.6 cm and in turn 15.3 cm (corresponding to 61 cm in total) is required for the implementation used in this example. The diameter of the heating chamber is 8 cm. The temperature is shown in Fig. Thermocouples (not shown) removed, the »measured over the length of 61 cm of the inner furnace tube, arranged are.

Die Seiten der Heizkammer sind mit Glaswolle verstopft, um den Wärmeverlust des Ofens auf ein Minimum herabzudrücken. Ein Quarzrohr mit einer Länge von 60 cm und einem Durchmesser von 4,5 cm wird mit einem geringen Winkel geneigt und auf Asbestblöcken gelagert in der Heizkammer angeordnet.The sides of the heating chamber are plugged with glass wool to minimize heat loss from the oven. A quartz tube with a length of 60 cm and a diameter of 4.5 cm is inclined at a small angle and open Asbestos blocks stored arranged in the heating chamber.

Das Reaktionsrohr aus Quarz weist einen im Axialschnitt runden Boden auf, ist 49 cm lang und hat einen Durchmesser von 2,5 cm. Das Reaktionsrohr weist anschließend einen Abschnitt mit verengtem Querschnitt auf, der 10 cm lang ist und einen Durchmesser von 1,0 cm hat. Unter einer trockenen Stickstoffatmosphäre werden 6,51 g roter Phosphor und 0,62 g Kalium in das Rohr gebracht. Das atomare Verhältnis des Phosphors zum Metall beträgt 13,3 zu 1. Der Phosphor weist analytischeThe quartz reaction tube has a round bottom in axial section, is 49 cm long and has a diameter of 2.5 cm. The reaction tube then has a section with a narrowed cross section, which is 10 cm long and a Has a diameter of 1.0 cm. Under a dry nitrogen atmosphere 6.51 g of red phosphorus and 0.62 g of potassium are placed in the tube. The atomic ratio of phosphorus to metal is 13.3 to 1. The phosphorus has analytical

-4 Reinheit auf. Das Rohr wird auf einen Druck von 10 mbar evakuiert und durch Abschmelzen des Ansatzrohres fest verschlossen. Einige Zentimeter des Ansatzrohres bleiben dabei bestehen. Die Gesamtlänge des Rohres einschließlich Ansatz beträgt nach dem Abschmelzen 51,5 cm. Das so verschlossene Reak'tionsrohr wird in den oben beschriebenen Dreizonenofen eingelegt. Die Temperatur in den drei Heizzonen wird auf 65O0C, 45O0C und 3000C eingestellt, mit dieser Temperaturverteilung wird 5 Stunden geheizt. Anschließend wird die Temperatur für weitere 164 ge*fiafßen. Dann wird die Stromzufuhr abgeschaltet, so daß der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen kann. Dies erfolgt mit der der Anordnung eigenen Abkühlgeschwindigkeit. Das Reaktorrohr wird dann aufgeschnitten, -4 purity on. The tube is evacuated to a pressure of 10 mbar and tightly closed by melting the attachment tube. A few centimeters of the extension pipe remain. The total length of the pipe including the attachment is 51.5 cm after melting. The reaction tube closed in this way is placed in the three-zone furnace described above. The temperature in the three heating zones is set to 65O 0 C, 45O 0 C and 300 0 C, with this temperature distribution for 5 hours heated. The temperature is then reduced for a further 164 hours. The power is then turned off so that the oven can cool to room temperature. This takes place at the cooling rate inherent in the arrangement. The reactor tube is then cut open,

α α β α α β

- 63" - ■-■_>■ ■ ■ - 63 "- ■ - ■ _> ■ ■ ■

und zwar unter einer trof^^nen Stickstoffatmosphäre in einer Handschuhbox. Als Produkte werden kondensierte Phasen sowohl mit kristalliner als auch mit polykristalliner als auch mit amorpher Morphologie erhalten.namely under a dripping nitrogen atmosphere in a Glove box. The products are condensed phases with both crystalline and polycrystalline as well as with amorphous morphology.

In der Tabelle III sind die verschiedenen ProzeBparameter, die für die verschiedenen Läufe eingehalten wurden, aufgeführt „ und zwar zusammen mit dem Produkttyp, der in jedem der Läufe erhalten wurde«. Vor dem Aufschneiden werden die Reaktionsrohre der ersten drei Läufe hinsichtlich der Lage der Abscheidung der einzelnen Produkte untersucht. Beobachtet werden ein dunkler Ring aus massierten Kristalliten, und der Beginn eines roten polykristallinen Films. Whisker werden stets beobachtet, und zwar zwischen diesen beiden Punkten. Diese Positionen werden später bestimmten Temperaturen entlang des Gradienten zugeordnet, der durch die Vorwahl der Temperatur in den drei Heizsonen vorgegeben und eingestellt werden kann«, Diese Daten sind im einzelnen in der Tabelle IV zusammengestellt.Table III shows the various process parameters which were complied with for the various runs are listed “together with the type of product used in each the runs have been received «. Before slicing, the Reaction tubes of the first three runs examined with regard to the location of the separation of the individual products. Observed become a dark ring of massed crystallites, and the beginning of a red polycrystalline film. Become whiskers always observed, between these two points. These positions will later be determined along with certain temperatures assigned to the gradient, which is specified and set by preselecting the temperature in the three heating sons These data are summarized in detail in Table IV.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

TABELLE IIITABLE III

Vers.
. Nr.
Verse.
. No.

Ρ/Μ
a)
Ρ / Μ
a)

" M"M

(g)(G)

ρ
(g)
ρ
(G)

Druck Otter) b)Pressure otter) b)

T1 T~ T^ (0O) (0C) (0C)T 1 T ~ T ^ ( 0 O) ( 0 C) ( 0 C)

Zeit
(h)
Time
(H)

Rohrlänge
(cm)
Pipe length
(cm)

ProdukteProducts

d)d)

AnmerkungenRemarks

• ·• · «« 44th << II. 22 I «I « ** <
C
<
C.
** < C<C
t
C
t
C.
* *
t
* *
t
OO
J I J I ff << 33 I t I t «« II. « C
< C
«C
<C
« C
C
4
«C
C.
4th
(( CC. B «B « 44th < C<C 55 f
f
** # * 4# * 4 : *: * C CC C

13.313.3

12.512.5

15.115.1

0.21(K) 6.51 1 χ 10"4 650 450 300 164/172 51.5 S.C.,P.C,a Beispiel I0.21 (K) 6.51 1 χ 10 " 4 650 450 300 164/172 51.5 SC, PC, a Example I

0.67(K) 6.56 1 χ 1O-"5 600 465 350 138/147 52.0 0.67(K) 8.02 7 χ 10"4 550 475 400 236/245 ca.52.00.67 (K) 6.56 1 χ 1O - " 5 600 465 350 138/147 52.0 0.67 (K) 8.02 7 χ 10" 4 550 475 400 236/245 about 52.0

15.0 0.29(Na) 5.86 9 χ ΙΟ*5 600 450 37515.0 0.29 (Na) 5.86 9 χ ΙΟ * 5 600 450 375

*5 * 5

30.0 0.15(Na) 6.00 1 χ 10 0.55(Rb)30.0 0.15 (Na) 6.00 1 χ 10 0.55 (Rb)

-5-5

600 460 350600 460 350

72
100.5
72
100.5

S · C. fP.C· PchrfehlerS · C. fP.C · Pchr Fehler

a) Molverhältnis (Atom zu Atom)a) molar ratio (atom to atom)

b) Druck beim Abschmelzen in mbarb) Pressure during melting in mbar

c) Wenn nur eine.Zeit angegeben·ist, so ist dies die Verweilzeit bei dem angegebenen Gradienten. Wo zwei Zeiten angegeben sind, ist die zweite Zeit die Gesamtverweilzeit im Ofen.c) If only one time is given, this is the dwell time at the given gradient. Where two times are given, the second time is the total residence time in the oven.

d) S.C. = Einkristall (oder Whisker, wie oft angeführt)d) S.C. = Single crystal (or whisker, as often mentioned)

P.C. = polykristallines Material, normalerweise dickere Schichten (stärker als 10 μΐη) a = amorphes MaterialP.C. = polycrystalline material, usually thicker layers (thicker than 10 μΐη) a = amorphous material

* die gleichen Versüchsnummern werden als Referenzbezeichnungen durch alle Tabellen hin benutzt OO* The same trial numbers are used as reference designations throughout all tables OO

TABELLE IVTABLE IV

Lage der phosphorreichen Produkte mit großen Werten für χ als Funktion der Solltempetemperaturen in den drei Heizzonen des OfensPosition of the phosphorus-rich products with large values for χ as a function of the target temperature in the three heating zones of the oven

Vers. Profil
Nr.
Vers. Profile
No.

T.T.

Zeit
(d)
Time
(d)

Ring
(cm)
ring
(cm)

Temp. (0C)Temp. ( 0 C)

Filme Temp. Niederschlags- Zonentemp-(cm) (0C) breite^»*) bereich (0QFilms Temp. Precipitation Zone Temp- (cm) ( 0 C) width ^ »*) range ( 0 Q

1) 6501) 650

2) 6002) 600

3) S503) S50

4) βΙΟ4) βΙΟ

5) SlS5) SlS

465
475
485
465
475
485

300 1 300 1

350 5350 5

400 10400 10

40ö 340ö 3

400 3400 3

26f026 f 0

26,526.5

26r026 r 0

28?528 ? 5

30.030.0

33.0
36.5
33.0
36.5

34.5
42.0
34.5
42.0

435
4S0
460
455
450
435
4S0
460
455
450

6.56.5

13.013.0

13.513.5

13.513.5

40 35 45 5540 35 45 55

4545

Die Profile 1,2 und 3 wurden alle unabhängig voneinander an separaten Proben zur Produkther stel lung aufgenommen.Profiles 1, 2 and 3 were all independently produced on separate samples position added.

Die Profile 4 und 5 sind Wiedererhitzungsprofile, aufgenommen für die Reaktion des Versuchs Nr. 3, der ursprünglich mit dem Profil 3 durchgeführt wurde.Profiles 4 and 5 are reheat profiles recorded for the reaction of the experiment No. 3, which was originally performed with profile 3.

In allen Proben wird ein Whiskerwachstum in dem Zwischenraum zwischen dem Ring und den Beschlagen festgestellt.In all samples there is whisker growth in the space between the ring and the Fogging found.

Die auf der Anzeige eingestellten Temperaturen, die in der Tabelle IV wiedergegeben sind, haben eine geschätzte Genauigkeit von ^ 5°CThe temperatures set on the display, which are shown in Table IV, have an estimated accuracy of ^ 5 ° C

Die Angabe der Positionierung ist mit einem geschätzten Fehler von ungefähr +^ 0,5 cm behaftet.The indication of the positioning is with an estimated error of approximately + ^ 0.5 cm afflicted.

oo cn oo cn

CDCD

Die Daten-der vorstehend wiedergegebenen beiden Tabellen dienten der Festlegung einer Beziehung zwischen der tfefttpe·* ratur und dem erhaltenen Produkttyp. Danach hat es den Anschein, daß die Einkristalle von KP15 im Temperaturbereich von ca. 470 j+ 100C gebildet werden, wobei das Zentrum das sich von Lauf zu Lauf etwas verschiebt, innerhalb dieser Schwankungen aber rund im Bereich von 465 bis 4 750C liegt. In ähnlicher Weise tritt das Einsetzen der Ablagerungen des roten polykristallinen Materials bei ungefähr 450 +_ 100C ein. Schließlich schlägt sich das amorphe Material selbst dann noch nieder, wenn die niedrigste Temperatur nur um 3500C ■liegt. Wird diese Temperatur auf 4000C angehoben, so wird kein amorphes Material mehr niedergeschlagen (selbst wenn dieser Lauf, bei dem diese Temperatur benutzt wurde, durch einen Zusammenbruch des Reaktionsrohres abgebrochen werden mußte, bevor die Produkte tatsächlich gewonnen werden konnten, so wurde diese Beziehung zwischen der Niederschlagstemperatur und dem Produkt für das amorphe Material in späteren Läufen mit verbesserten Methoden bestätigt). Der Mittelwert zwischen diesen beiden ermittelten Werten liefert jedoch einen brauchbaren Grenzwert für die obere Grenze des Niederschlags von amorphem Material bei ungefähr 3750C. Der Druck in den erhitzten Reaktionsrohren wurde nicht gemessen.The data in the two tables reproduced above were used to establish a relationship between the temperature and the type of product obtained. It then appears that the single crystals of KP 15 are formed in the temperature range of approx. 470 j + 10 0 C, with the center shifting slightly from run to run, but within these fluctuations around 465 to 4 75 0 C lies. Similarly, the onset of deposits of red polycrystalline material occurs at approximately 450 ± 10 ° C. Finally, the amorphous material then precipitates even when the lowest temperature is only about 350 0 C ■. If this temperature is raised to 400 ° C., no more amorphous material is precipitated (even if this run in which this temperature was used had to be terminated by a collapse of the reaction tube before the products could actually be obtained, this relationship was established between the precipitation temperature and the product for the amorphous material confirmed in later runs with improved methods). The mean value between these two values determined, however, provides a useful limit value for the upper limit of the precipitation of amorphous material at approximately 375 ° C. The pressure in the heated reaction tubes was not measured.

B) Temperaturgradienten, die das Wachstum von Einkristallen (Whiskern) begünstigen: B) Temperature gradients that favor the growth of single crystals (whiskers):

Unter Heranziehung der Erkenntnisse aus den Zusammenhängen der Niederschlagstemperatur des Produktes und der Produktmorphologie aus den Werten der Tabellen III und IV, wurden Wege zur Verbesserung der Synthesetechnik gesucht, die eine größere Selektivität des Produktes ermöglichen. Es wurde nach Verfahren gesucht, die ein besseres Einstellen und Handhaben der Temperaturprofile im Ofen in der Weise ermöglichen, daß größere Flächen der Oberfläche des Reaktorrohrs im entsprechendUsing the knowledge from the relationships between the precipitation temperature of the product and the product morphology from the values in Tables III and IV, ways of improving the synthesis technique were sought which had a greater Enable selectivity of the product. Methods have been sought for better setting and handling the temperature profiles in the furnace in such a way that larger areas of the surface of the reactor tube in the corresponding

benötigten Temperaturbereich für den Niederschlag eines vorgegebenen Produktes liegen. Eine Reihe geeigneter Werkstoffe mit niedrigen Wärmeleitfähigkeiten und leicht zu handhabenden Formen wurden hinsichtlich ihrer Eignung zur Erstellung von Wärmebarrieren gegenüber einem Wärmeübergang im Ofen geprüft. Dabei haben sich gewebte Asbestbänder als geeignetes Mittel sowohl zum Abstützen des Reaktionsrohres als auch zur Schaffung komplexer Gradienten als besonders geeignet erwiesen. Mit Hilfe solcher Asbestbänder lassen sich insbesondere Bereiche mit ausgesprochen flachem, nahezu isothermem Gradientenverlauf erhalten, die durch Bereiche mit realtiv steilen Gradientensprüngen gegeneinander abgetrennt sind ("Querbarrieren"). Solche "stufigen" Temperaturprofile werden im Rahmen der nachstehenden Beispiele überall dort angewendet, wo bestimmte Produkte mit maximalen Ausbeuten hergestellt werden sollen.required temperature range for the precipitation of a specified product. A range of suitable materials with low thermal conductivities and easy to use handling forms were determined with regard to their suitability for creating thermal barriers against heat transfer tested in the oven. Woven asbestos tapes have proven to be a suitable means both for supporting the reaction tube and for creating complex gradients proved particularly suitable. With the help of such asbestos tapes, areas in particular can be pronounced flat, almost isothermal gradient, which is caused by areas with relatively steep gradient jumps against each other are separated ("cross barriers"). Such "stepped" temperature profiles are described in the following Examples are used wherever certain products are to be manufactured with maximum yields.

Eine weitere Verbesserung zur besser reproduzierbaren Einstellung von Temperaturprofilen von einem zum nächsten Lauf liegt darin, daß ein festerer, keramischer Werkstoff zum Füllen der Spalten in den Wänden der Heizkammer verwendet wurde. Bei den ersten Läufen wurden diese Spalten mit Glaswolle ausgestopft, die zwar den Wärmeverlusten begegnen konnte, nicht aber besonders wirksam war. Die großen zylindrischen Spalte, die die Kammerwände aufweisen, da der Ofen zunächst zur Aufnahme eines Reaktionsrohres über dessen gesamte Länge eingerichtet war, und zwar speziell für Versuche mit' durchströmendem Medium, und nicht für geschlossene stationäre Systeme, wie sie für die vorliegenden Versuche und Verfahren verwendet werden.Another improvement for the more reproducible setting of temperature profiles from one run to the next is that a stronger, ceramic material is used to fill the gaps in the walls of the heating chamber became. During the first runs, these gaps were stuffed with glass wool to counteract the loss of heat could, but was not particularly effective. The large cylindrical gaps that the chamber walls have as the furnace was initially set up to accommodate a reaction tube over its entire length, specifically for experiments with 'flowing medium, and not for closed stationary ones Systems as used for the present experiments and methods.

Die folgenden Beispiele zielen alle darauf ab, das Wachstum der Einkristalle zu fördern, und zwar sowohl größer bemessene Einkristalle herzustellen als auch darauf, diese KristalleThe following examples are all aimed at promoting the growth of single crystals, both larger sized ones Manufacture single crystals as well as care about these crystals

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

in größeren Ausbeuten zu erhalten, und zwar sowohl prozentual bezogen auf die insgesamt erhaltenen Formen der Reaktionsprodukte als auch in absoluten Ausbeutegrößen. SoI'-chen Reaktionssteuerungen und diese Ergebnisse konnten tatsächlich erzielt werden.to be obtained in larger yields, both in percentages based on the total forms of the reaction products obtained and in absolute yields. SoI'-chen Response controls and these results have actually been achieved.

Beispiel II:Example II:

Ein Ofen der auch im Beispiel I benutzten Art (Lindberg, Modell 54357) mit drei Heizzonen wird auch im Rahmen dieses Beispiels eingesetzt. Die Steuerung wird mit dem gleichen Regelgerät durchgeführt (Modell 59744-A). Die SeitenÖffnüngen der Heizkammer sind mit feuerfestem keramischen Material verschlossen, um die Wärmeverluste des Ofens zu mindern. Das Reaktionsrohr ist in der Heizkammer durch zwei Ringe · aus geklebtem Asbestband getragen. Eines dieser Bänder ist, in Längsrichtung der Heizkammer gesehen, im Abstand von 1.6 bis 19 cm, das andere im Abstand von 42 bis 45 cm angeordnet. Mit anderen Worten, beide Trägerringe liegen vollständig innerhalb der mittleren Heiζzone, und zwar unmittelbar an deren Übergang zu den beiden äußeren Heizzonen. Dabei sind die Ringe so ausgebildet, daß das Reaktionsrohr leicht geneigt gehalten wird. Die Ringe dienen gleichzeitig der Isolation der Heizzonen gegeneinander, da sie als Wärmetransportschranken wirken.A furnace of the type also used in Example I (Lindberg, model 54357) with three heating zones is also used in this context Used for example. The control is carried out with the same control device (model 59744-A). The side openings the heating chamber are sealed with refractory ceramic material in order to reduce the heat loss of the furnace. The reaction tube is supported in the heating chamber by two rings made of glued asbestos tape. One of those bands is seen in the longitudinal direction of the heating chamber, at a distance of 1.6 to 19 cm, the other arranged at a distance of 42 to 45 cm. In other words, both carrier rings lie completely within the central hot zone, specifically immediately at their transition to the two outer heating zones. The rings are designed so that the reaction tube is light is held inclined. The rings also serve to isolate the heating zones from one another, as they act as heat transfer barriers works.

Das als Reaktionsrohr verwendete Quarzrohr (Fig. 3) weist einen abgerundeten Boden auf, ist 48 cm lang und hat einen Durchmesser von 2,5 cm und ein enges Anschlußrohr 162, das 10 cm lang ist und einen Durchmesser von 1,0 cm hat. Unter trockener Stickstoffatmosphäre werden 5,47 g roter Phosphor und 0,5 0 g Kalium in das Reaktionsrohr eingetragen. Das molare Atomverhältnis von Phosphor zu Metall beträgt 15,1. Der Phosphor hat eine Reinheit von 99,9999 %. Das Kalium hat eine Reinheit von 99,95 %. Das Reaktionsrohr wird auf einen Druck vonThe quartz tube used as the reaction tube (FIG. 3) has a rounded bottom, is 48 cm long and has a diameter of 2.5 cm and a narrow connecting pipe 162, the 10 cm is long and 1.0 cm in diameter. 5.47 g of red phosphorus and 0.50 g are obtained under a dry nitrogen atmosphere Potassium entered into the reaction tube. The molar atomic ratio of phosphorus to metal is 15.1. The phosphorus has a purity of 99.9999%. The potassium has a purity of 99.95%. The reaction tube is at a pressure of

-4-4

10 mbar evakuiert und durch Abschmelzen des verengten Ansatzstückes des Rohres verschlossen. Dadurch wird das weite Rohr um einige Zentimeter verlängert, so daß die Gesamtlänge des Reaktionsrohres 52 cm beträgt. Das abgeschmolzene Rohr wird in der oben beschriebenen Weise in den Dreizonenofen eingebracht. Die Temperatur in den drei Zonen wird auf 6000C, 475°C und 4500C eingestellt. Der Ofen wird im Verlauf von 4 h auf die Solltemperatur aufgeheizt und anschließend 76 h bei dieser Temperatur betrieben. Nach dieser Zeit werden alle drei Heizzonen gleichzeitig abgeschaltet, so daß der Ofen mit eigener Charakteristik auf Umgebungstemperatur abkühlt. Das Rohr wird unter trockenem Stickstoff in einer Handschuhbox aufgeschnitten. Als Produkte werden kristalline und polykristalline Substanzen erhalten.10 mbar evacuated and closed by melting the narrowed extension piece of the pipe. As a result, the wide tube is lengthened by a few centimeters, so that the total length of the reaction tube is 52 cm. The melted tube is introduced into the three-zone furnace in the manner described above. The temperature in the three zones is set to 600 0 C, 475 ° C and 450 0 C. The furnace is heated to the setpoint temperature in the course of 4 hours and then operated at this temperature for 76 hours. After this time, all three heating zones are switched off at the same time, so that the oven cools down to ambient temperature with its own characteristics. The tube is cut open under dry nitrogen in a glove box. Crystalline and polycrystalline substances are obtained as products.

In der Tabelle V sind die Verfahrensparameter für eine Reihe dieser Läufe zusammengestellt (die Daten für das vorstehend ausführlich beschriebene Beispiel entsprechen dem Versuch Nr. 10).Table V summarizes the process parameters for a number of these runs (the data for the above Examples described in detail correspond to experiment No. 10).

P/K
Beschickungs
verhältnis
P / K
Loading
relationship
(( K
g)
K
G)
Tabelle VTable V P
(g)
P.
(G)
Druckc)
(mbar)
Pressure c)
(mbar)
T1
(0C)
T 1
( 0 C)
TT
(0C)( 0 C)
CC)CC) Zeitd)
Soll/Ges.
Time d)
Target / total
Rohrlänge
(cm)
Pipe length
(cm)
in Stundenin hours t
Cp
t
Cp
**
Vers
Nr.
verse
No.
15.115.1 00 .58.58 6.806.80 9 x 10"4 9x10 " 4 600600 485485 450450 24/2824/28 5050 tt ■«?
1
■ «?
1
ι « Ί ι « Ί
66th 4.934.93 11 .54.54 6.016.01 1 χ 10"3 1 χ 10 " 3 600600 485485 450450 96/10696/106 ca. 48approx. 48 VV &'.& '. 77th 4.984.98 11 .53.53 6.036.03 ? χ 10"4 ? χ 10 " 4 600600 475475 450450 96/10696/106 ca. 49approx. 49 J \
C *
Y \
C *
88th 15.115.1 00 .50b .50 b 5.98b) 5.98 b) 1 χ 10"4 1 χ 10 " 4 600600 475475 450450 144/144 / 52.552.5 Ϊ ·■
* < *
t It
t
Ϊ · ■
* <*
t It
t
99 15.115.1 00 .50b .50 b 5.97b) 5.97 b) 1 χ 10"4 1 χ 10 " 4 600600 475475 450450 144/144 / 52.052.0 1010 30.330.3 00 .25.25 6.006:00 am χ 10"4 χ 10 " 4 600600 470470 450450 72/7872/78 51.051.0 1111th 29.729.7
14.314.3
00
00
.27.27
.18(Rb).18 (Rb)
6.366.36
5.705.70
1 χ 10
1 χ 10"5
1 χ 10
1 χ 10 " 5
600600
550550
470470
475475
450450
400400
CA.Approx.
72/7872/78
144/144 /
51.051.0
50.050.0
3247832478
1212th
1313th
1515th 00 .30(Na).30 (Na) 6.126.12 * χ ίο"5 * χ ίο " 5 600600 450450 375375 72/72 / ca. 50approx. 50
1414th 77th 00 .19(Li).19 (Li) 5.875.87 9 χ io~5 9 χ io ~ 5 600600 450450 450450 72/18472/184 ca. 50approx. 50 1515th Molares Atomverhältnis
hochreine Substanzen: K,99,95%; P,99,9999%
Druck beim Abschmelzen in mbar
Verweilzeit bei vorgegebenen· Temperaturgradienten /Gesamtverweilzeit
Molar atomic ratio
high purity substances: K, 99.95%; P, 99.9999%
Pressure when melting in mbar
Dwell time at a given temperature gradient / total dwell time
im Ofenin the oven
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)

In sämtlichen Versuchsläufen werden kristalline und polykristalline Substanzen erhalten. Die Ausbeuten an Einkristallen sind stets größer als die im Verfahren nach Beispiel I erhaltenen Ausbeuten. Die polykristallinen Substanzen fallen stets als niedergeschlagene Schicht im kälteren Ende des Rohres an, und sind in der Regel auf die letzten 10 cm der Rohrlänge beschränkt, wobei jedoch mitunter eine Überlappung der polykristallinen Bereiche mit dem Einkristallbereich auftrat. Die bei diesen Versuchen erhaltenen Einkristalle werden durch Röntgenbeugungsdiagrainme am Pulvermaterial als strukturidentisch mit KP15 identifiziert. Die naßchemische Analyse der Kristalle gestaltete sich durch die Stabilität der Kristalle schwierig. Die Kristalle ließen sich kaum zur Analyse aufschließen ( die analytischen Daten sind in den Tabellen VIII bis XI zusammengefaßt).Crystalline and polycrystalline substances are obtained in all test runs. The yields of single crystals are always greater than the yields obtained in the process according to Example I. The polycrystalline substances always accumulate as a deposited layer in the colder end of the pipe and are usually limited to the last 10 cm of the pipe length, although the polycrystalline areas sometimes overlap with the single crystal area. The single crystals obtained in these experiments are identified as structurally identical to KP 15 by X-ray diffraction diagrams on the powder material. The wet chemical analysis of the crystals turned out to be difficult due to the stability of the crystals. The crystals could hardly be digested for analysis (the analytical data are summarized in Tables VIII to XI).

Die polykristallinen Beschläge wurden ebenfalls pulverröntgenographisch und naßchemisch untersucht. Die Schichten zeigten unterschiedliche Grade der Kristallinität, wobei die Röntgendiagramme in vieler Hinsicht den Diagrammen von KP1C ähnelten, in zahlreichen Merkmalen jedoch deutlich von diesen Diagrammen verschieden waren. Darüberhinaus zeigen die Naßanalyse in Übereinstimmung mit der Flammenemissionsspektroskopie, daß in diesen Substanzen die Alkalimetallkonzentration nur im ppm-Bereich liegt (kleiner als 1000 ppm, oft kleiner als 500 ppm), mit P/K-Verhältnissen im Bereich von*200 zu 1 bis 5000 zu 1.The polycrystalline fittings were also examined by powder X-ray and wet-chemical methods. The layers showed different degrees of crystallinity, the X-ray diagrams resembling the diagrams of KP 1 C in many respects, but differing significantly from these diagrams in numerous features. In addition, the wet analysis in agreement with the flame emission spectroscopy shows that the alkali metal concentration in these substances is only in the ppm range (less than 1000 ppm, often less than 500 ppm), with P / C ratios in the range from * 200 to 1 to 5000 to 1.

C. Wärmegradienten, die das Wachstum polykristalliner und amorpher Substanzen fördern; C. Thermal gradients that promote the growth of polycrystalline and amorphous substances;

Nach dem erfolgreichen Durchbruch bei der Herstellung von Einkristallen wurden weiterhin Versuchsreihen mit dem Ziel durchgeführt, das Temperaturprofil in dem Dreizonenofen soAfter the successful breakthrough in the production of single crystals, test series were continued with the aim carried out the temperature profile in the three-zone furnace so

abzustimmen und die Asbestringe so anzuordnen, um die gestuften Warmegradienten so abzustimmen, daß selektiv polykristallines und amorphes Material,das in den anfänglichen Versuchsläufen erhalten wurde, hergestellt werden kann.vote and to arrange the asbestos rings so as to tune the graded heat gradients so that selectively polycrystalline and amorphous material found in the initial Trial runs obtained can be produced.

Die ersten Versuche lieferten bereits Hinweise auf die Temperaturen, die zur Lösung dieser Aufgabe anzustreben wären. Offen blieb lediglich die Frage, in welcher Richtung die Optimierung zu erfolgen habe. Die eingestellten Temperaturprofile und die mit diesen Profilen erhaltenen Produkte sind in der Tabelle VI zusammengestellt.The first attempts already provided indications of the temperatures which should be aimed for in order to solve this problem would be. The only question that remained unanswered was the direction in which the optimization should take place. The set temperature profiles and the products obtained with these profiles are shown in Table VI.

Tabelle VITable VI

P/K K PP / K K P

Vers. Beschickungs-Vers. Loading

Nr. Verhältnis (g) (g)No. Ratio (g) (g)

Druck' (mbar)Pressure '(mbar)

d)d)

T1 T2 T3 T 1 T 2 T 3

(0C) (0C) (0C) Zeite) ( 0 C) ( 0 C) ( 0 C) time e)

Rohrlänge (cm)Pipe length (cm)

beobachtete Produkte WPaobserved products WPa

f)f)

KZP,e b) 0.50b) 5,63b> 4 χ 10~4 600 465 350 72Z96KZP, e b) 0.50 b) 5.63 b> 4 χ 10 ~ 4 600 465 350 72Z96

1515th

1.1. 4343 5οββ5οββ 77th κκ 1010 1.1. 4949 5s405 s 40 99 JCJC 1010 1.1. 5252 β,ΟΟβ, ΟΟ 11 KK 1010 1.1. 2525th 4.954.95 77th KK 1010

600 425 400 72/9β 600 375 350600 425 400 72 / 9β 600 375 350

600 350 350 9§,5 51.0 50.5600 350 350 9§, 5 51.0 50.5

5050

ISIS

225 225 50Z77 37a0225 225 50Z77 37 a 0

72Z124 47.072Z124 47.0

a) molares Atomverhältnisa) molar atomic ratio

b) reine Ausgangselementeb) pure output elements

c) BM: in der Kugelmühle gemahlenes Gemischc) BM: mixture ground in the ball mill

d) Druck beim Abschmelzend) Pressure on melting

e) Verweilzeit beim Solltemperaturgradienten/Gesamtverweilzeit im Ofene) Dwell time at the target temperature gradient / total dwell time in the furnace

f) W: Whiskers (Einkristall)f) W: whiskers (single crystal)

P: (polykristalline Schichten) a: (amorphe Substanz) *: Produkt beobachtetP: (polycrystalline layers) a: (amorphous substance) *: product observed

X XX X

X XX X

X XX X

X XX X

keines fraglichnone questionable

fraglichquestionable

geringe Menge, dünner Beschlagsmall amount, thin fitting

χ χ · fraglichχ χ · questionable

CJPCJP

PP.

OO CD CDOO CD CD

Der erste Versuchslauf, der Gegenstand des folgenden Beispiels III ist, verdoppelt einfach die Temperaturen der auch im Beispiel I verwendeten Bereiche, wobei der linear fallende Gradient jetzt zu einem gestuften Gradienten wird. In nicht überraschender Weise werden bei diesem Versuch alle Produktarten beobachtet, im Vergleich zu den im Abschnitt A beschriebenen Ergebnissen jedoch mit veränderten Mengen. Wenn die Zone der kältesten Temperatur auf 4 000C angehoben wird, wie im zweiten Lauf der Tabelle VI, wird wie erwartet kein amorphes Material festgestellt. Bei einer Temperatur von 4250C im Mittelabschnitt waren jedoch nahezu 2/3 des Innenraums des Reaktionsrohres mit polykristalliner Beschichtung bedeckt und wurden Whisker nur in geringer Anzahl gefunden. Mit anderen Worten die Reaktion konnte so gesteuert werden, daß praktisch ausschließlich polykristalline Beschichtungen im Reaktorrohr erhalten wurden.The first test run, which is the subject of Example III below, simply doubles the temperatures of the areas also used in Example I, the linearly falling gradient now becoming a stepped gradient. Unsurprisingly, all types of product are observed in this experiment, but with different amounts compared to the results described in Section A. If the zone of coldest temperature is raised to 400 ° C., as in the second run of Table VI, no amorphous material is detected as expected. At a temperature of 425 ° C. in the central section, however, almost 2/3 of the interior of the reaction tube was covered with a polycrystalline coating and only a small number of whiskers were found. In other words, the reaction could be controlled in such a way that almost exclusively polycrystalline coatings were obtained in the reactor tube.

Im dritten und vierten Versuchslauf wird die kälteste Temperaturzone auf 3500C geregelt, d.h. kalt genug zur Bildung des im ersten Versuchslauf gebildeten amorphen Materials, und die Temperatur der mittleren Temperaturzone von 3750C auf 3500C gesenkt. Bei diesen Versuchen wurde jedoch amorphes Material kaum in nennenwerten Mengen gebildet. Stattdessen wurden große Mengen sowohl an einkristallinem Material als auch an polykristallinem Material festgestellt, und zwar in einem recht kurzen Rohrabschnitt. In den verbleibenden Rohrabschnitten wurden lediglich dünne Beschläge von amorphem Material beobachtet. Die gleiche Erscheinung wird auch in den nächsten beiden Versuchsläufen beobachtet, selbst wenn in einem Versuchslauf zumindest feststellbar dünne amorphe Schichten gebildet werden. Offensichtlich kondensieren also die meisten Dampfbestandteile bei diesen Versuchsläufen polykristallin oder einkristallin, und zwar bevor nennenswerte Anteile des Dampfes bis in dieIn the third and fourth test run the coldest temperature zone is controlled at 350 0 C, that is cold enough to reduce formation of the amorphous material formed in the first test run and the temperature of the middle zone temperature of 375 0 C to 350 0 C. In these attempts, however, amorphous material was hardly formed in significant amounts. Instead, large amounts of both monocrystalline material and polycrystalline material were found in a rather short section of pipe. Only thin deposits of amorphous material were observed in the remaining pipe sections. The same phenomenon is also observed in the next two test runs, even if at least noticeably thin amorphous layers are formed in one test run. Obviously, most of the steam components condense polycrystalline or monocrystalline in these test runs, namely before significant proportions of the steam up to the

Abschnitte des Reaktorrohres gelangen, die kalt genug zur Bildung der amorphen Form sind.Sections of the reactor tube that are cold enough to reach Formation of the amorphous form are.

Beispiel IllsExample Ills

Der auch im Beispiel 1 benutzte Dreizonenofen wird auch für die Versuche dieses Beispiels eingesetzt. Die Steuerung erfolgt ebenfalls unter manueller Vorgabe der Solltemperaturen mit den in den vorhergehenden Versuchen benutzten Regeige- . raten. Die Seiten der Heizkammer sind mit einem feuerfesten Material verschlossen, um Wärmeverluste aus dem Ofen zu dämmen. Das Reaktionsrohr ist auf zwei Asbestgeweberingen gelagert. Einer dieser Ringe ist, bezogen auf die Länge der Kammer, im Abstand von 16 bis 19 cm, der andere im Abstand von 42 bis 45 cm angeordnet. Dies bedeutet, daß beide Asbestringe vollständig innerhalb der mittleren Heizzone liegen, und zwar unmittelbar an den Grenzen zwischen den inneren Heizelementen und den Heizelementen der beiden äußeren Heizzonen. Die Asbestgewebe&andringe sind so ausgebildet, daß das Reaktionsrohr geneigt gehalten ist. Die Ringe dienen dabei neben der Halterung des Reaktionsrohres gleichzeitig der Isolation der Heizzonen gegeneinander, indem diese Ringe als Wärmeübergangsschranken wirken. · .The three-zone oven also used in Example 1 is also used for used the experiments of this example. The control also takes place with manual specification of the target temperatures with the rainbow used in the previous experiments. guess. The sides of the heating chamber are covered with a fireproof Material sealed to insulate heat loss from the furnace. The reaction tube is on two asbestos fabric rings stored. One of these rings is based on the length of the Chamber, 16 to 19 cm apart, the other 42 to 45 cm apart. This means that both rings are asbestos lie completely within the central heating zone, directly on the boundaries between the inner ones Heating elements and the heating elements of the two outer heating zones. The asbestos fabrics & attachments are designed in such a way that that the reaction tube is held inclined. The rings serve to hold the reaction tube at the same time the insulation of the heating zones from one another, in that these rings act as heat transfer barriers. ·.

Das einseitig geschlossene Quarzreaktorrohr hat einen abgerundeten Boden, ist 48 cm lang und hat einen Durchmesser von 2,5 cm und trägt am offenen Ende ein 10 cm langes und 1,0 cm breites Anschlußrohr. Unter trockener Stickstoffatmosphäre werden 5,93 g roter Phosphor und 0,50 g Kalium in das Rohr eingebracht. Das molare Atomverhältnis von Phosphor zu Metall beträgt 15. Der Phosphor hat eine Reinheit von 99,9999 %. Das Kalium hat eine Reinheit von 99,95 %. Das Rohr wird auf einen Restdruck von 4-10~ mbar evakuiert.Anschließend wird das Rohr bei diesem Druck durch Abschmelzen verschlossen. Das Ansatzrohr verlängert den weiten Teil des Rohres um einige Zentimeter, so daß das Rohr einschließlich des engerenThe quartz reactor tube, which is closed on one side, has a rounded one Bottom is 48 cm long and 2.5 cm in diameter and has a 10 cm long and 1.0 cm at the open end wide connection pipe. Under a dry nitrogen atmosphere Put 5.93 g of red phosphorus and 0.50 g of potassium in the tube brought in. The molar atomic ratio of phosphorus to metal is 15. The phosphorus has a purity of 99.9999%. The potassium has a purity of 99.95%. The pipe will open a residual pressure of 4-10 ~ mbar is evacuated Tube closed by melting at this pressure. The extension pipe extends the large part of the pipe by a few Inches so that the pipe including the narrower one

Ansatzstückes eine Gesamtlänge von 51 cm hat. Das so abgeschmolzene Rohr wird in den oben beschriebenen Dreizonenofen eingelegt. Die Temperatur in den drei Heizzonen wird auf 6000C, 465°C und 3500C eingestellt. Die Verweilzeit der Beschickung bei diesem Temperaturprofil beträgt 72 h. Die drei Heizelemente der drei Heizzonen werden nach dieser Zeit gleichzeitig abgestellt und der Ofen kühlt mit Eigencharakteristik auf Umgebungstemperatur ab. Anschließend wird das Reaktorrohr unter trockenem Stickstoff in einer Handschuhbox geöffnet. Als Produkte werden Einkristalle, polykristalline Beschläge und amorphes Material erhalten.Extension piece has a total length of 51 cm. The pipe melted in this way is placed in the three-zone furnace described above. The temperature in the three heating zones is set to 600 0 C, 465 ° C and 350 0 C. The feed residence time at this temperature profile is 72 hours. The three heating elements of the three heating zones are switched off at the same time after this time and the furnace cools down to the ambient temperature with its own characteristic. The reactor tube is then opened in a glove box under dry nitrogen. As products, single crystals, polycrystalline fittings and amorphous material are obtained.

D. Herstellung zylindrischer Stücke von amorphen Polyphosphiden D. Manufacture of cylindrical pieces of amorphous polyphosphides

Die im Abschnitt C beschriebenen Versuche zeigen, daß zur Herstellung größerer Mengen amorphen Materials weitere Verbesserungen am Verfahren vorgenommen werden müssen. Zur Herstellung massiven amorphen Materials, nicht nur dünner Beschläge, mußten die Herstellungsverfahren so abgeändert werden, daß die Niederschlagszone auf schmalere Bereiche als bei den bisherigen Versuchen beschränkt wird. Mit anderen Worten, nur das äußerste Ende des Reaktionsrohres sollte auf eine Temperatur von ungefähr 3750C oder darunter haben. Dies kann prinzipiell durch die auch in den vorhergehenden Versuchen eingesetzten Wärmeübertragungsschranken bewirkt werden. Andererseits war jedoch zu erwarten, daß, solange die Bedingungen für die Bildung auch der anderen Werkstoffe, beispielsweise also einkristalliner MP1 ,-"Kristalle oder polykristalliner MP -Kristalle mit χ sehr viel größer als 15, über größere Bereiche des Reaktrorrohres vorlägen, diese sich unter den ihnen optimalen Bedingungen bilden und gleichsam als Fallen für den Dampftransport wirken würden. Die Verfahren mußten daher so abgestimmt werden, daß dieThe experiments described in Section C show that further improvements to the process must be made in order to produce larger quantities of amorphous material. In order to produce solid amorphous material, not just thin fittings, the production process had to be modified in such a way that the precipitation zone is restricted to narrower areas than in previous attempts. In other words, only the outermost end of the reaction tube should have a temperature of approximately 375 ° C. or below. In principle, this can be brought about by the heat transfer barriers used in the previous experiments. On the other hand, however, it was to be expected that as long as the conditions for the formation of the other materials, for example monocrystalline MP 1 , - "crystals or polycrystalline MP -crystals with χ much larger than 15, were present over larger areas of the reactor tube, these would exist under the optimal conditions for them and would act as traps for the transport of steam

Bildung der einkristallinen und polykristallinen Substanzen unterdrückt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Temperaturen der mittleren Abschnitte des Reaktorrohres auf eine Niveau angehoben wurden, das für die Bildung von polykristallinem und einkristallinem Material zu hoch war. Der einzige Bereich, in dem die Bedingungen für die Bildung dieser kristallinen Substanzen vorlagen, ist nunmehr der unmittelbare Bereich der Wärmeschranke, in dem ein rascher Temperaturabfall auftritt.Formation of the single crystalline and polycrystalline substances is suppressed. This is achieved in that the Temperatures of the central sections of the reactor tube were raised to a level sufficient for formation of polycrystalline and single crystal material was too high. The only area in which the conditions for The formation of these crystalline substances is now the immediate area of the thermal barrier in which a rapid drop in temperature occurs.

Wie in dem folgenden Beispiel gezeigt und anhand zahlreicher Versuche in der Tabelle VII zusammengefaßt, wurden weitere Verbesserungen an der vorstehend beschriebenen Grundstruktur des Verfahrens zur Herstellung massiver amorpher Substanstükte aufgearbeitet. Zum einen wurden die Heizelemente computerunterstützt geregelt (Honeywell, Modell DCP 7000), wodurch der Temperaturverlauf und die Temperaturänderung in der Weise vorprogrammiert werden konnten, daß reproduzierbare Wärmebehandlungen in aufeinanderfolgenden Versuchsläufen gewährleistet waren. Durch die digitale Computersteuerung konnte auch programmiert aufgeheizt und programmiert abgekühlt werden, wodurch Schädigungen des Reaktorrohres und die Bildung von weißem Phosphor vermieden werden konnten. Die Bildung von weißem Phosphor wurde oft beobachtet, wenn die ReaktOErohre zu rasch abgekühlt worden sind. Der Phosphordampf kondensierte dann also in Form von P.. Dies war auch die Ursache, daß die Substanzen häufig scheinbar verstärkt reaktionsfähig waren. Durch einfaches Extrahieren der Substanzen in Lösungsmitteln, die weißen Phosphor lösen, konnte diese scheinbare Reaktionsaktivität wieder aufgehoben werden. Die zweite Verbesserung des Verfahrens besteht in der Maßnahme des Aufprägens eines "invertierten Gradienten" mit der Temperaturfolge 3Q0-490-500°C über den Rohrverlauf von der Metall/Phosphor-Quelle zur Niederschlagszone vor dem Dampfphasentransport, wodurch die NiederschlagszonenAs shown in the following example and summarized in Table VII on the basis of numerous experiments, more were Improvements to the above-described basic structure of the process for producing massive amorphous substances worked up. On the one hand, the heating elements were controlled with the help of a computer (Honeywell, model DCP 7000), whereby the temperature profile and the temperature change could be preprogrammed in such a way that it is reproducible Heat treatments in successive test runs were guaranteed. Through the digital computer control could also be programmed to be heated up and programmed to cool down, causing damage to the reactor tube and the formation of white phosphorus could be avoided. The formation of white phosphorus has often been observed, though the reactor tubes have cooled down too quickly. The phosphorus vapor then condensed in the form of P .. This was also the reason why the substances often seem to be intensified were responsive. By simply extracting the substances in solvents that dissolve white phosphorus, this apparent reaction activity could be canceled again. The second improvement to the process is the measure of impressing an "inverted gradient" with the temperature sequence 3Q0-490-500 ° C over the course of the pipe from the metal / phosphorus source to the precipitation zone the vapor phase transport, creating the precipitation zones

von Material gereinigt werden konnten, die den Keimbildungsprozess beeinflussen könnten.Could be cleaned of material affecting the nucleation process could influence.

Die wichtigste Verbesserung jedoch betrifft die Geometrie des Reaktorrohres. Statt eines langen Rohres mit praktisch gleichmäßigem Durchmesser von 2,5 cm wird der Rohrkörper auf eine Länge von 30 bis 32 cm verkürzt und das Ansatzrohr 160 (Fig. 2) mit dem Durchmesser von 10 mm verlängert und so abgeschmolzen, daß dieses Rohr auf einer Länge von ungefähr 5 bis 7 cm stehenbleibt und den verfügbaren Innenraum des Rohres auf diese Weise verlängert. Wenn dieser Abschnitt in die Zone 3 des Dreizonenofens gebracht wird und der Ofen mit dem entsprechenden Dampftransportgradienten beaufschlagt wird, füllt sich dieser verengte Rohrabschnitt allmählich mit festen massiven zylindrischen Substanzstücken in zunehmender Länge, je nach Verbesserung des Verfahrens.The most important improvement, however, relates to the geometry of the reactor tube. Instead of a long pipe with practical With a uniform diameter of 2.5 cm, the pipe body is shortened to a length of 30 to 32 cm and the extension pipe 160 (Fig. 2) extended with the diameter of 10 mm and melted so that this tube over a length of remains about 5 to 7 cm and extends the available interior space of the pipe in this way. If this Section is brought into zone 3 of the three-zone furnace and the furnace with the corresponding vapor transport gradient is acted upon, this narrowed pipe section gradually fills with solid solid cylindrical pieces of substance in increasing length, depending on the improvement of the procedure.

BeispiellVExample V.

Der auch im Beispiel I verwendete Dreizonenofen wird unter numerischer Temperatursteuerung und Temperaturregelung durch einen Computer eingesetzt, der die Wärmebehandlung nach einem vorprogrammierten Ablauf reproduzierbar durchzuführen in der Lage ist.The three-zone furnace also used in Example I is operated under numerical temperature control and temperature regulation a computer is used to carry out the heat treatment in a reproducible manner according to a preprogrammed sequence is able to.

Die Seiten der Heizkammer sind mit feuerfestem Material verschlossen, um den Wärmeverlust, aus dem Ofen zu verringern. Das Reaktorrohr ist von zwei Ringen aus Asbestband getragen. Dabei sind die Ringe so bemessen, daß das Reaktorrohr schwach geneigt gehaltert ist. Außerdem dienen die Ringe der thermischen Isolation der Heizzonen gegeneinander.The sides of the heating chamber are closed with refractory material, to reduce heat loss from the furnace. The reactor tube is supported by two rings made of asbestos tape. The rings are dimensioned so that the reactor tube is held at a slight incline. The rings also serve the thermal insulation of the heating zones against each other.

Das Reaktorrohr aus Quarz ist einseitig geschlossen mit rundem Boden, 33 cm lang und 2,5 cm im Durchmesser und trägt einenThe quartz reactor tube is closed on one side with a round bottom, 33 cm long and 2.5 cm in diameter and carries one

verjüngten Rohransatz 162, der 20 cm lang ist und einen Durchmesser von 1,0 cm hat. Unter trockener Stickstoffatmosphäre werden 7,92 g einer in der Kugelmühle vermahlenen und homogenisierten Charge aufgegeben, bei der das molare Atomverhältnis von Phosphor zu Metall 15 zu 1tapered pipe socket 162, which is 20 cm long and one Has a diameter of 1.0 cm. Under a dry nitrogen atmosphere 7.92 g of a batch milled and homogenized in a ball mill are given up, in which the molar atomic ratio of phosphorus to metal is 15 to 1

-4 beträgt. Das Rohr wird dann auf einen Druck von 10 mbar-4 is. The pipe is then to a pressure of 10 mbar

evakuiert und durch Abschmelzen verschlossen. Dabei bleiben 10 cm des verjüngten Rohransatzes erhalten, so daß die Gesamtlänge des Reaktorrohres 43 cm beträgt. Das abgeschmolzene Reaktorrohr wird dann in den Dreizonenofen gebracht und in diesem mit den oben beschriebenen Gewebeband-Wärmeschranken gehaltert.evacuated and sealed by melting. 10 cm of the tapered pipe socket are retained, so that the Total length of the reactor tube is 43 cm. The melted reactor tube is then placed in the three-zone furnace and in this with the fabric tape heat barriers described above held.

Bezogen auf die Länge des Heizrauines wird das Rohr so im Heizraum angeordnet, daß es zwischen den Zentimetermarken 6 und 49 liegt. Eine der Wärmebarrieren wird zwischen 16 und 19 cm, die andere zwischen 38 und 40 cm angebracht. Dabei wird zunächst der invertierte Gradient 300, 490, 5000C unter Computersteuerung 10h aufgeprägt. Nach Abkühlen des Ofens mit Eigencharakteristik wird das Reaktorrohr im Ofenrohr so verschoben, daß es zwischen den Zentimetermarken 12 und 55 liegt. Die Wärmeschranken werden dabei in den Bereich von 18,5 bis 21 cm bzw. 44,5 bis 47 cm verschoben. Nach programmiertem Aufheizen werden dann für die einzelnen Temperaturzonen Gradiententemperaturen von 6000C, 485°C und 300°C 64 h eingestellt. Durch programmiertes Abkühlen wird dann das Reaktorrohr auf einen Temperaturverlauf mit einem Gradienten 180, 190, 2000C abgekühlt. Dieses Temperaturprofil wird 4 h gehalten. Anschließend kühlt der Ofen mit Eigencharakteristik auf Umgebungstemperatur ab.In relation to the length of the heating room, the pipe is arranged in the heating room so that it lies between the centimeter marks 6 and 49. One of the thermal barriers is placed between 16 and 19 cm, the other between 38 and 40 cm. The inverted gradient 300, 490, 500 ° C. is first impressed under computer control 10h. After the furnace with its own characteristic has cooled down, the reactor tube is shifted in the furnace tube so that it lies between the centimeter marks 12 and 55. The thermal barriers are shifted in the range from 18.5 to 21 cm or 44.5 to 47 cm. After the programmed heating Gradiententemperaturen of 600 0 C, 485 ° C and 300 ° C are then adjusted 64 h for the individual temperature zones. The reactor tube is then cooled to a temperature profile with a gradient of 180, 190, 200 ° C. by programmed cooling. This temperature profile is maintained for 4 hours. The furnace then cools down to ambient temperature with its own characteristics.

Das Reaktorrohr wird unter trockener Stickstoffatmosphäre aufgeschnitten. Aus dem Rohrfortsatz 160 (Fig. 3) können 4,13 g von jeweils 2 bis 3 cm langen festen homogenen amorphen Substanzstücken entnommen werden. Die Ergebnisse weiterer Versuchsläufe sind in der Tabelle VII zusammengefaßt,The reactor tube is under a dry nitrogen atmosphere cut open. From the tubular extension 160 (Fig. 3) can 4.13 g of each 2 to 3 cm long solid, homogeneous amorphous substance pieces are removed. The results further test runs are summarized in Table VII,

Tabelle VIITable VII

Ausbeute an Rohrlänge amorpher.,Yield of tube length amorphous.,

. . Substanz. . substance

(cm)(cm)

K/P15BM 6K / P 15 BM 6

.1 7 x ίο"4 600 440.1 7 x ίο " 4 600 440

.-4.-4

.05 8 X ΙΟ"* 600 460.05 8 X ΙΟ "* 600 460

,-5, -5

.72 1 χ 10 600 475.72 1 χ 10 600 475

Κ/Ρ15ΒΜΚ / Ρ 15 ΒΜ

Κ/Ρ15ΒΜΚ / Ρ 15 ΒΜ

Κ/Ρ7ΒΜΚ / Ρ 7 ΒΜ

Κ/Ρ15ΒΜΚ / Ρ 15 ΒΜ

Κ/Ρ5ΒΜΚ / Ρ 5 ΒΜ

Κ/Ρ15ΒΜΚ / Ρ 15 ΒΜ

Κ/Ρ15ΒΜ1 Κ / Ρ 15 ΒΜ 1

5.87 1 χ 105.87 1 χ 10

8.05 7 χ 108.05 7 χ 10

7.39 7 χ 107.39 7 χ 10

7.92 1 χ 107.92 1 χ 10

-5-5

-4-4

7.83 7 χ 10
8.0 1 X 10
7.95 1 χ
7.83 7 χ 10
8.0 1 X 10
7.95 1 χ

-4-4

-5 -4-5 -4

600600

600600

600600

600600

600600

600600

600600

325 300325 300

72/124
64/78
72/124
64/78

47.047.0

nicht bestirmrtnot confirmed

300/200 64/78300/200 64/78

39.0 l.ScnrStücke 38.0 1.5cm -stücke39.0 l.Scnr pieces 38.0 1.5cm pieces

300/200 64.78 40.0 4.0cm-Stücke300/200 64.78 40.0 4.0cm pieces

6464

6464

6464

104104

104104

104104

47.047.0

44.044.0

43.043.0

41.041.0

43.543.5

45.545.5

581581

36%36%

52%52%

12%12%

53%53%

54%54%

OO CD CDOO CD CD

Tabelle VII (Fortsetzung) Table VII (continued)

Vers.
Nr.
Verse.
No.
Charge
{
Batch
{
Gew.
9)
Weight
9)
Druck*
(mbar)
Pressure*
(mbar)
T1
(0C)
T 1
( 0 C)
T2
(0C)
T 2
( 0 C)
T3
(0C)
T 3
( 0 C)
Zeit
(h)
Time
(H)
Rohrlänge
(cm)
Pipe length
(cm)
Ausbeute ar
amorpher .
Substanz '
Yield ar
more amorphous.
Substance '
3030th KZP35BMKZP 35 BM 7.787.78 7 X 10"4 7 X 10 " 4 600600 500500 300300 104104 35.035.0 66%66% 3131 KP125CPKP 125 CP 5.405.40 7 χ 10"4 7 χ 10 " 4 600600 500500 300300 104104 34.534.5 71%71% 3232 KP15CPKP 15 CP €.96€ .96 1 x 10"5 1 x 10 " 5 600600 500500 300300 104104 35.035.0 51%51% 3333 KbZP15BMKbZP 15 BM 7.507.50 7 χ 10~5 7 χ 10 ~ 5 600600 500500 300300 104104 45.545.5 43.0%43.0% 3434 RbP15CPRbP 15 CP 7.197.19 1 X 10~5 1 X 10 ~ 5 600600 500500 300300 104104 33.533.5 37.1%37.1% 3535 HaZP15BMHaZP 15 BM 8.588.58 1 x 10"5 1 x 10 " 5 600600 500500 300300 104104 3434 46.7%46.7% 3636 NaP15CPNaP 15 CP 7.457.45 1 χ ΙΟ"5 1 χ ΙΟ " 5 600600 500500 300300 104104 34.534.5 53.7%53.7% 3737 CsZP15BMCsZP 15 BM 9.739.73 7-x 10"4 7-x 10 " 4 600600 500500 300300 104104 34.034.0 15.8%15.8% 1)1) Stücklänge oderPiece length or Gew.-! Weight ! i, bezogen auf I i, related to I. JinwaaqeJinwaaqe

Festkorperprodukt als AusgangssubstanzSolid product as the starting substance

in der Kugelmühle vermahlene Ausgangschargestarting batch ground in the ball mill

Druck beim AbschmelzenPressure when melting

Die Ergebnisse zeigen/ daß die Ausbeuten weitgehend unabhängig voxi der Art der aufgegebenen Substanz sind, d.h. unabhändig davon, ob die Charge zuvor in der Kugelmühle vermählen und homogenisiert worden ist, oder ob ein bereits vorreagiertes Festkörperreaktionsprodukt eingesetzt wird. Die Ausbeute hängt jedoch ausgeprägt vom Verhältnis P/M ab. Je größer der relative Metallanteil in der Charge ist, desto geringer ist die Produktausbeute. Da das amorphe Material im wesentlichen aus Phosphor besteht, spiegelt sich in dieser Abhängigkeit die Verringerung des Phosphordampfdruckes über der Metall-Phosphor-Charge mit zunehmender Metallkonzentration wieder. Dies führt unmittelbar zu einer Verlangsamung der Wachstumsrate bei sonst identischen thermischen Bedingungen.The results show / that the yields are largely independent voxi of the type of substance given up, i.e. regardless of whether the batch was previously in the ball mill has been ground and homogenized, or whether an already pre-reacted solid-state reaction product is used. However, the yield depends strongly on the P / M ratio. The greater the relative metal content in the batch, the lower the product yield. Since the amorphous material consists essentially of phosphorus, it is reflective In this dependence, the reduction in the phosphorus vapor pressure over the metal-phosphorus charge increases with increasing Metal concentration again. This leads directly to a slowdown in the growth rate with otherwise identical thermal conditions.

In der Tabelle VIII sind einige analytische Daten wiedergegeben, die an den amorphen Substanzstücken gemessen worden sind. Die Kaliumkonzentration in den Prüflingen wird naßchemisch bestimmt. Im Flammenemissionsspektrum sind weitere Spurenverunreinigungen erkennbar.Table VIII shows some analytical data which were measured on the pieces of amorphous substance are. The potassium concentration in the test items is determined wet-chemically. There are more in the flame emission spectrum Trace impurities can be seen.

Tabelle VIIITable VIII Spurenelemente in amorphem MP^.-MaterialTrace elements in amorphous MP ^ .- material

Vers Nr.Verse no.

ChargeBatch

1)1)

K mit AA (ppm)K with AA (ppm)

K/P15 K / P 15

K/PK / P

1515th

K/PK / P

1515th

K/PK / P

1515th

K/P.K / P.

K/P im Emissionsspektrum 3.} erkennbare Bestandteile mxt Konz. von großer als 1 ppm
(ppm) ^
K / P in the emission spectrum 3 . } recognizable components with a concentration greater than 1 ppm
(ppm) ^

1515th

427 85427 85

20-224 40 285 16120-224 40 285 161

Fe:Fe: β4-4 Κ: β 4-4 Κ: 20-200 Si: 6-6020-200 Si: 6-60 6-60
kleiner als 30
6-60
less than 30
Al:
Si:
Al:
Si:
4-40
20-200
4-40
20-200
Fe:
K:
Fe:
K:
1-10
nicht gemessen
1-10
not measured
As:As: 2-202-20 Sit
κ:
Sit
κ:
Ereilt gemessenAccelerated measured
Fe:Fe: .3-3.3-3 Si:
K;
Si:
K;
4-40
3-30
4-40
3-30
As:
K:
As:
K:
20-200
12-120
20-200
12-120
Si:
Na:
Si:
N / A:
20-20020-200
K:K: 20-20020-200 Si:Si:

1) Nur Kugelmühle1) Ball mill only

2) Atomabsorption aη aufgeschlossener Probe ' . ■■ 2) Atomic absorption of the digested sample '. ■■

3) Flammenemissionsspektrographische Analyse an nicht-aufgeschlossenen Proben3) Flame emission spectrographic analysis on non-digested samples

Die Tabellen IX, X und XI geben die analytischen Daten wieder, die nach naßchemischen Verfahren an den durch die Dampfphasentransportreaktion hergestellten Produkten erhalten wurden.Tables IX, X and XI show the analytical data obtained by wet chemical methods on the vapor phase transport reaction manufactured products were obtained.

Wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, sind die P/M-Verhältnisse, die in den Tabellen wiedergegeben sind, stets molare Atomverhältnisse.Unless expressly stated otherwise, the P / M ratios are which are shown in the tables, always molar atomic ratios.

TABELLE IXTABLE IX

EINKRISTALLE (WHISKER) AUS DAMPFPHASENTRANSPORTSINGLE CRYSTALS (WHISKERS) FROM STEAM PHASE TRANSPORT

Vers. Nr. Charge P/M Gesamt*Vers. No. Batch P / M total *

3838

10 1110 11

1717th

K/P15 K / P 15 19.19th 11 94,94, .5.5 KZP15 KZP 15 19.19th 11 9898 .8.8th KZP15 KZP 15 19.19th 11 9999 .4.4 KZP30 KZP 30 16.16. 44th 9696 .1.1 KZP5 KZP 5 11.11. 33 9797 .7.7

* Analytische Massenbalance %M + %P (gefunden)* Analytical mass balance% M +% P (found)

Tabelle XTable X AMORPHES MATERIAL AUG DAMPFPHASENTRANSPORTAMORPHIC MATERIAL AUG STEAM PHASE TRANSPORT

Vers-Verse-

Nr. Charge P/M Gesamt*No. Batch P / M total *

39 K/P15 2500 W39 K / P 15 2500 W.

16 K/Pi5 1750.W16 K / P i5 1750.W

21 K/P15 2300 W21 K / P 15 2300 W.

22 K/pi5 12200 W22 K / p i5 12200 W.

25 K/P? 3500 W25 K / P ? 3500 W

26 K/P15 6200 W26 K / P 15 6200 W.

23 E/P,.23 E / P ,.

X* >4500 W X *> 4500 W

24 KZP,e 7000 W 24 K/Pl5 25000 W24 KZP, e 7000 W 24 K / P l5 25000 W.

27 Zc27 Zc

3 >84000 E 3 > 84000 E

28 KZP1^ 7800 W28 KZP 1 ^ 7800 W

■° 82500 E■ ° 82500 E

29 KZF,- 25000 E29 KZF, - 25000 E

100.100. 33 99,99 77th 92.92. 88th 97*97 * 00 97.97. ,9, 9 97.97. ,8,8th 98,98 ,2, 2 9393
9999
.3.3
.5.5
9999 .7.7 9898 .2.2 9494 .8.8th

W) NaßanalyseW) wet analysis

E)_ FlammenemissionsspektrumE) _ Flame emission spectrum

* ' Analytische Massenbalance %M + %P (gefunden)* 'Analytical mass balance% M +% P (found)

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

3939

1010

1717th

IS
16
IS
16

4040

Tabelle XITable XI

Analyse der Dampfphasentranspori-.reaktionsprodukteAnalysis of vapor phase transport reaction products

WhiskerWhiskers

Vers. Charge Rück-Nr. ■ standVers. Batch return no. ■ stood

Ges. P/f5 Ges. P/M Ges.Ges. P / f5 Ges. P / M Ges.

HT Film u.Ring* P/MHT film & ring * P / M

Poly/Film
Ges. P/M
Poly / film
Ges. P / M

Poly/Film
Ges. P/M
Poly / film
Ges. P / M

K/P E/i? K/P K/P K/PK / P E / i? K / P K / P K / P

ISIS

1515th

12S12S

1515th

1515th

KZPjg $2.35 KZP,KZPjg $ 2.35 KZP,

KZP KZPKZP KZP

1515th

94. S4 19.0S SIi. iC 1170
95.t 10.4
94. S4 19.0S SIi. iC 1170
95.t 10.4

SS.73 IS.10
99.40 19.07
SS.73 IS.10
99.40 July 19

62.36 12.04 95.14 16.35 ISQ.4 <*> S3.£& ^ 62.36 04/12 95.14 16.35 ISQ. 4 <*> S3. £ & ^

S?.GS 13.1 100.SO 11.3 · SS.Sl 213 £§.71 35GS? .GS 13.1 100.SO 11.3 SS.Sl 213 £ § 71 35G

S3.Sl 35? 93.57 123S3.Sl 35? 93.57 123

SS.Sl 2303 §3.23 54.SSS.Sl 2303 §3.23 54.S

87.Sl 137;5587.Sl 137; 55

30 100.0030 100.00

i&0i & 0

1919th K/i»5 K / i » 5 95.95. OOOO 2.2. SOSO 94.9194.91 1313th .3.3 2020th KZP15 KZP 15 SS.SS. 44th 3.3. 1717th 2121 KZP15 KZP 15 SO.SO. OO 3.3. G7G7 SG.7SG.7 1010 .92.92 22
25
22nd
25th
KZP15 KZP 15 89
91.
89
91.
22 3.
3.
3.
3.
23
17
23
17th
7&.707 & .70 1111th .5.5
2626th KZp15 Concentration camp 15 es.it. 77th 3.3. OlOil 2323 KZP15 KZP 15 91.91. ee 2.2. 6060

>7000> 7000

S7S7 .3.3 12S012S0 JS.JS. 9797 2300
2300
2300
2300
9696 .2.2 9999 95
96
95
96
>.
.3
.3
>.
.3
.3
2500
2190
2000
2500
2190
2000
S3.S3. 11
9595 .1.1 40004000 9595 .40.40 22002200

Amorph Ges. P/MAmorphous Ges. P / M

1Ö0.3 2S0C1Ö0.3 2S0C

SU.SU. 7171 17501750 KK \\ \
N-.
\
N-.
OO II. 9292 .8.8th 23002300 97
97
97
97
.0
.5
.0
.5
12200
3500
12200
3500
9797 .3.3 C200C200 9G9G .2.2 45004500

Ges. = Summe der gefundenen prozentualen Anteile von Metall und PhosphorTotal = sum of the percentages of metal and phosphorus found

Vers. Nr.Vers. No.

34 2734 27

2E2E

4 4 «54 4 «5

Charge Rückstand Ges. P/MBatch residue total P / M

i.O 3.23OK 3.23

87.7- 3.4287.7-3.42

93.3 3.4S93.3 3.4S

reinpure

H«/P15 H «/ P 15

H.",/?'1S H.",/?' 1S

!IsZRbZF30 Ll'/p"! IsZRbZF 30 Ll '/ p "

KP Whisker Poly/Film Poly/PiImKP Whisker Poly / Film Poly / PiIm

Λ *Λ *

Ges. P/M Ges. P/MGes. P / M Ges. P / M

G«s. P/M 93.3 7003G «s. P / M 93.3 7003

53.253.2

9S„S9S "S

1250 S3.3 ISSOS1250 S3.3 ISSOS

94.1394.13

S8.eeS8.ee

97.3197.31

>700> 700

S7.23S7.23

>700> 700

58.7158.71

97.1297.12

57.5 ICQO 97.3 13.1057.5 ICQO 97.3 13.10

Ns/ftü 4.3/1 Kn/Rb 3.1/1 Ns / ftü 4.3 / 1 Kn / Rb 3.1 / 1

59 130059 1300

36.SS 120036th SS 1200

Amorph
Ges. P/M
Amorphous
Ges. P / M

59.5 25000
Si.7
59.5 25000
Si.7

!.2! .2

31.331.3

>3 4,030> 3 4.030

ÖS.21ÖS.21

95. 1795. 17

>700> 700

7ao7ao

:>700 :> 700

ly^o, v;cnn nicht" 'i;>lcrr nKiegoben
'£) M'iU .-ι 1 L'ji.halt u'jin. Flarriü.Tjiie'!]!! i3i3ic.i!Sspok".,ruS!;c';.;;ici in At ^invorhä 1.!. ti is *) Hachtcrn-.poratur (HT) -rilir-e un.l Ringe (F:l3.2)
ly ^ o, v; cnn not "'i;> lcrr nKiegoben
'£) M'iU.-Ι 1 L'ji.halt u'jin. Flarriü.Tjiie '!] !! i3i3ic.i! Sspok "., ruS!; c ';. ;; ici in At ^ invorhä 1.!. ti is *) Hachtcrn-.poratur (HT) -rilir-e un.l rings (F: l3. 2)

AnmerkungenRemarks

E ii-t > 825ΟΟ E ii-t> 825ΟΟ

ν Vν V

Na nicht ^. -+Well not ^. - +

ri'ichgfrv.'iescn ^ , nachgewiesen ;ri'ichgfrv.'iescn ^, proven ;

CO !1OCO! 1 O

OO CD COOO CD CO

Polyphosphide sind in zwei grundsätzlich verschiedenen Typen von Anlagen hergestellt worden, die im Rahmen dieser Beschreibung beide als "Zweiquellenanlagen" unter Bezug auf das Herstellungsverfahren mit zwei voneinander unabhängigen Quellen, bezeichnet sind, weil in beiden Anlagetypen das Metall und der Phosphor getrennt voneinander erhitzt und unabhängig voneinander zu beiden Seiten der Niederschlagszone angeordnet werden. Alle hier beschriebenen Versuche wurden im K-P-System durchgeführt.Polyphosphides come in two fundamentally different ways Types of systems have been manufactured, both of which are referred to as "dual source systems" for the purposes of this specification on the manufacturing process with two independent sources, because in both types of plant the metal and the phosphorus are heated separately and independently on either side of the Precipitation zone can be arranged. All experiments described here were carried out in the K-P system.

Nach dem ersten Verfahren, das in der Fig. 11 schematisch dargestellt ist, werden die Phosphorcharge und die Kaliumcharge an den beiden einander gegenüberliegenden Enden eines verschmolzenen Glasrohres 100 angeordnet. Das Rohr wird einem Temperaturprofil der in Fig. 12 gezeigten Art ausgesetzt, wobei dieses Temperaturprofil in einem Dreizonenofen erzeugt wird. Durch das Profil werden die unabhängigen, und getrennt voneinander angordneten Beschickungen auf eine erhöhte Temperatur gebracht, und zwar erhöht relativ zur mittleren Zone , die zwischen den beiden Zonen, die die Ausgangskomponenten enthalten, angeordnet ist. In dieser mittleren Zone werden die Bestandteile der Ausgangsprodukte unter Bildung des Produktniederschlages KP1,- kombiniert, und zwar in Form von Beschichtungen auf den Wänden des Reaktorrohres (vollständigere Einzelheiten sind im Beispiel V dargestellt).According to the first method, which is shown schematically in FIG. 11, the phosphorus charge and the potassium charge are arranged at the two opposite ends of a fused glass tube 100. The tube is subjected to a temperature profile of the type shown in Figure 12, this temperature profile being generated in a three-zone furnace. As a result of the profile, the independent and separately arranged charges are brought to an elevated temperature, namely increased relative to the central zone which is arranged between the two zones which contain the starting components. In this middle zone, the constituents of the starting products are combined to form the product precipitate KP 1 , - in the form of coatings on the walls of the reactor tube (more complete details are shown in Example V).

Der zweite Typ Anlage ist in der Fig. 14 schematisch dargestellt. Ein wesentlicher Teil 102 des Reaktorrohres 134 ragt aus dem Dreizonenofen 104 heraus und befindet sich auf Umgebungstemperatur. Dieser Abschnitt enthält ein Stellventil 106 und eine Kugelschliffverbindung 108 zur Leckeinstellung bestimmter Unterdrücke, bei denen die Reaktion durchgeführt werden soll. Bei dieser alternativen Technik des Verschließens des Reaktorrohres braucht dieser Verschlußabschnitt nicht so hohen Temperaturen wie beim AbschmelzenThe second type of system is shown schematically in FIG. A substantial portion 102 of the reactor tube 134 protrudes from the three-zone furnace 104 and is located on Ambient temperature. This section contains a control valve 106 and a ball joint 108 for leak adjustment certain negative pressures at which the reaction is to be carried out. With this alternative technique of the When the reactor tube is closed, this closing section does not need such high temperatures as during melting

ausgesetzt werden. Die weite Zugangsöffnung zum Rohr erlaubt weiterhin das Einbringen von Glasschiffchen, die den Phosphor bzw. das Metall enthalten, was durch den verjüngten Hals der abgeschmolzenen Reaktionsrohre nicht möglich ist. Das Schiffchen 112 (Fig. 15) ist außerdem so konstruiert, daß auf einem Glassubstrat 114 (Fig. 14) aufgebrachte Metalle in die Kondensationszone gebracht werden können, auf denen die Produktschichten niedergeschlagen werden können und sollen. Diese Film/Substrat-Konfigurationen dienen als Ausgangspunkt für den Aufbau von Bauelementen, wie dies weiter unten näher erläutert ist.get abandoned. The wide access opening to the pipe allows furthermore the introduction of glass boats that contain the phosphorus or the metal, which is tapered by the Neck of the melted reaction tubes is not possible. The shuttle 112 (Fig. 15) is also constructed in such a way that that on a glass substrate 114 (Fig. 14) applied metals can be brought into the condensation zone on which the product layers can and should be deposited. These film / substrate configurations serve as the Starting point for the construction of components, as will be explained in more detail below.

Der außerhalb des Ofens liegende Abschnitt des Reaktorrohres dient als Kühlfalle für die Dampfteilchen. Insbesondere der in der der Ausgangsseite nächstgelegenen Zone des Reaktorrohres angeordnete Phosphor wird in größeren Mengen in diesem äußeren Abschnitt niedergeschlagen, und zwar im allgemeinen in der hochpyrophoren Form des weißen Phosphors. Durch das Vorhandensein dieser Kühlfalle liegen die Dampfdruckverhältnisse in dem System der Fig. 14 deutlich anders als in dem geschlossen erhitzten System, das oben beschrieben wurde. Daraus ist ohne weiteres verständlich, daß die zur Herstellung der Produkte in der zuvor beschriebenen Anlage gewählten Temperaturbedingungen keinesfalls erfolgreich auf die hier beschriebene Anlage übertragbar sind. So mußten die im einzelnen geeigneten Reaktionsparameter, insbesondere Temperaturparameter für die hier beschriebene Zweiquellenmethode erneut bestimmt werden.The section of the reactor tube lying outside the furnace serves as a cold trap for the vapor particles. In particular in the zone of the reactor tube closest to the outlet side arranged phosphorus is deposited in larger quantities in this outer section, namely in the generally in the highly pyrophoric form of white phosphorus. Due to the presence of this cold trap, the vapor pressure conditions lie significantly different in the system of FIG. 14 than in the closed-heating system described above became. From this it is readily understandable that the production of the products in the plant described above The selected temperature conditions cannot be successfully transferred to the system described here. So had to the individually suitable reaction parameters, in particular Temperature parameters for the two-source method described here can be determined again.

Beispiel V:Example V:

Ein 54cm langes und im Durchmesser 2,5 cm messendes Quarzrohr 100 mit einem 10 cm langen und im Durchmesser 1,0 cm messendem Seitenstutzen 116 (Fig„ 11) wird mit Phosphor und Kalium unter trockenem Stickstoff beschickt, wobei die Substanzen an einander gegenüberliegende Enden des Rohres eingefüllt werden.A quartz tube 100 54 cm long and 2.5 cm in diameter with a 10 cm long and 1.0 cm in diameter Side port 116 (Fig "11) is under with phosphorus and potassium charged with dry nitrogen, the substances being filled in at opposite ends of the tube.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Das molare Atomverhältnis der Beschickung Phosphor zu Kalium beträgt 15 zu 1. Das Kalium (99,95% rein) wird zunächst in der Weise aufgegeben, daß ein kleines Kaliumstück, das 0,28 g wiegt, in einen Auffangbecher 118 eingebracht wird, dessen Längsachse koaxial zur Längsachse des Reaktorrohres gerichtet ist. Die in den Becher eingefüllten Kaliumstücke werden dann aufgeschmolzen und im Becher wieder erstarrt. Der Phosphor (Reinheitsgrad 99,9999%) wird dann stückig in einer Menge von 3,33 g in das Reaktorrohr eingebracht und zwar ohne Schwierigkeiten um den Becher 118 herum. Das Reaktorrohr wird dann unter vermindertem Druck am Hals 116 abgeschmolzen. Der Druck beim Abschmelzen beträgt 7*10- mbar.The molar atomic ratio of the phosphorus to potassium feed is 15 to 1. The potassium (99.95% pure) becomes initially abandoned in such a way that a small piece of potassium weighing 0.28 g is placed in a collecting beaker 118 is, whose longitudinal axis is directed coaxially to the longitudinal axis of the reactor tube. The ones poured into the cup Pieces of potassium are then melted and solidified again in the cup. The phosphorus (degree of purity 99.9999%) is then introduced in pieces in an amount of 3.33 g into the reactor tube and without difficulty around the beaker 118 around. The reactor tube is then sealed off at the neck 116 under reduced pressure. The pressure when it melts is 7 * 10- mbar.

Das so beschickte und abgeschmozene Reaktorrohr wird dann in einen Dreizonenofen vom Typ Lindberg Model 54357-S in der Weise angeordnet, daß die drei Temperaturzonen zentralsymmetrisch zum Ofenrohr liegen. Im Gegensatz zu dem in den vorhergehenden Versuchen verwendeten Ofenmodell Nr. 54357 das Zonenlängen von 15,2, 30,5 und 15,2 cm hat, betragen die Zonenlängen in dem für diesen Versuch verwendeten S-Modell einheitlich 20,3, 20,3 und 20,3 cm. Zwei auf dem Reaktorrohr spiralig aufgewickelte Asbestgewebebänder tragen das Reaktor rohr in den Übergangsbereichen zwischen den Heizzonen 1 und 2 bzw. 2 und 3. Diese Asbestbänder tragen nicht nur das Reaktorrohr, sondern sie isolieren auch den Mittelbereich gegenüber den höheren Temperaturen der angrenzenden äußeren Zonen. Das auf diese Weise erhaltene und eingestellte Temperaturprofil ist schematisch in der Fig. 12 wiedergegeben. Die drei Heizzonen werden unter Führung durch einen Computer (Honeywell Modell DCP-7700) so beaufschlagt, daß sie nach dem Aufheizen in den drei Zonen Temperaturen von 4 50, 300 und 4500C erzeugen, wobei diese Gradiententemperaturen 72 h eingehalten werden. Anschließend an diese Verweilzeit wird im Verlauf von 15h systematisch gesteuert und geregelt auf Raumtemperatur abgekühlt.The reactor tube which has been charged and melted down in this way is then placed in a three-zone furnace of the Lindberg Model 54357-S type in such a way that the three temperature zones are centrally symmetrical to the furnace tube. In contrast to the furnace model No. 54357 used in the previous experiments, which has zone lengths of 15.2, 30.5 and 15.2 cm, the zone lengths in the S model used for this experiment are uniformly 20.3, 20.3 and 20.3 cm. Two asbestos fabric tapes wound spirally on the reactor pipe carry the reactor pipe in the transition areas between heating zones 1 and 2 or 2 and 3. These asbestos tapes not only carry the reactor pipe, but they also isolate the central area from the higher temperatures of the adjacent outer zones. The temperature profile obtained and set in this way is shown schematically in FIG. The three heating zones are acted upon by a computer (Honeywell model DCP-7700) in such a way that, after heating, they generate temperatures of 4 50, 300 and 450 ° C. in the three zones, these gradient temperatures being maintained for 72 hours. Subsequent to this dwell time, the system is systematically controlled and regulated to cool down to room temperature over the course of 15 hours.

Die im Reaktorrohr gewonnenen Produktsubstanzen werden analysiert. Zu diesem Zvv_ck wird das Reaktorrohr zunächst in trockener Stickstoffatmosphäre in 7 gleichlange Abschnitte aufgeschnitten und zwar unter Verwendung einer Siliciumcarbid-Trennscheibe. Die in den Abschnitten an den Rohrwänden vorgefundenen Beschichtungen werden entfernt und einzeln röntgenographisch untersucht. Der Rest der Produktausbeute in jedem Bereich wird der naßchemischen Analyse unterzogen.The product substances obtained in the reactor tube are analyzed. The reactor tube initially becomes this Zvv_ck cut into 7 equally long sections in a dry nitrogen atmosphere using a Silicon carbide cutting disc. Those in the sections on Coatings found on the pipe walls are removed and examined individually by X-ray. The rest the product yield in each area is subjected to wet chemical analysis.

Die P/K-Verhältnisse der Nxederschläge, die in den einzelnen in Fig.13 identifizierten Abschnitten des Reaktorrohres ermittelt wurden, sind ebenfalls in der Fig. 13 dargestellt. Für den mittleren Bereich, in dem die Temperatur T bei ungefähr 3000C liegt, weisen die Substanzenzusammensetzungen ein Verhältnis von ungefähr 14 zu 1 auf. Dieser analytische Wert fällt innerhalb der Genauigkeit der zur Analyse angewendeten Methoden in einen Bereich, der für die Substanz KP1 <- zu erwarten ist. Eindeutiger waren die an Pulverproben aufgenommenen Röntgenbeugungsdiagramme für die Substanzen, für die naßchemisch ein Verhältnis P zu K von ungefähr 14 ermittelt wurde, wobei die röntgenographischen Aufnahmen fraglos auf die Spektren von KP^5 paßten,und zwar sowohl in Form der Einkristallwhisker als auch für das polykristalline Material. Darüberhinaus ließen die Röntgenbeugungsdiagramme eindeutig die Gegenwart sowohl von kristal linem als auch von amorphem Material erkennen, und zwar in einem Verhältnis von ungefähr 1 zu 1. Diese Abschätzung basiert auf der beobachteten Verbreiterung der BeugungsreflexeThe P / K ratios of the Nxed beats, which were determined in the individual sections of the reactor tube identified in FIG. 13, are also shown in FIG. For the middle range, in which the temperature T is approximately 300 ° C., the substance compositions have a ratio of approximately 14 to 1. This analytical value falls within the accuracy of the methods used for the analysis in a range that is to be expected for the substance KP 1 <-. The X-ray diffraction diagrams recorded on powder samples were clearer for the substances for which a wet-chemical ratio of P to K of approximately 14 was determined, whereby the X-ray recordings undoubtedly matched the spectra of KP ^ 5 , both in the form of the single-crystal whiskers and for the polycrystalline material. In addition, the X-ray diffraction diagrams clearly indicated the presence of both crystalline and amorphous material, in a ratio of approximately 1 to 1. This estimate is based on the observed broadening of the diffraction reflections

Beispiel VI;Example VI;

Es wird die auch im Beispiel V verwendete Anlage eingesetzt. Das Quarzrohr 119 ist mit zusätzlichen "Düsen" 120 und 122 versehen, die die beiden Seitenkammern von der MittelkammerThe system used in example V is also used. The quartz tube 119 is provided with additional "nozzles" 120 and 122 provided that the two side chambers of the middle chamber

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

(Fig. 16) absondern. Unter trockenem Stickstoff werden 0,47 g geschmolzenen Kaliums mit einer Reinheit von 99,95 % in die in Fig. 16 rechts dargestellte äußere und mit "K" gekennzeichnete Kammer des Reaktorrohres gegeben, wobei das geschmolzene Kalium dann dort verfestigt wird. Das Beschickungsrohr 124 wird dann durch Verschmelzen verschlossen. Anschließend wird auf der anderen Seite der Kammer, in der Fig. 16 durch "P" gekennzeichnet, Phosphor in einer Menge von 5,58 g mit einer Reinheit von 99,9999 % aufgegeben. Dann wird das gesamte Reaktorrohr auf 10 mbar evakuiert und durch Abschmelzen verschlossen. Nach dem Abschmelzen des Einzelstutzens 126 befinden sich in dem Reaktorrohr Phosphor und Kalium im molaren Atomverhältnis von 15 zu 1.(Fig. 16) secrete. Be under dry nitrogen 0.47 g of molten potassium with a purity of 99.95% in the outer shown in Fig. 16 on the right and the chamber of the reactor tube marked with "K", the molten potassium then solidifying there will. The feed tube 124 is then sealed by fusing. Then the on the other side of the chamber, identified by "P" in FIG. 16, phosphorus in an amount of 5.58 g abandoned a purity of 99.9999%. Then the entire reactor tube is evacuated to 10 mbar and through Melting sealed. After the individual nozzle 126 has melted, there is phosphorus in the reactor tube and potassium in a molar atomic ratio of 15 to 1.

Das verschlossene Reaktorrohr 119 ist insgesamt 41 cm lang und wird mittig in den drei aufeinanderfolgenden 20,3 cm langen Heizzonen des Dreizonenofens (Lindberg, Modell 54357-S) angeordnet. Zwei Wärmeschranken (TB) aus gewebtem Asbestband, das in größerwerdenden Spiralen um das Rohr herumgewickelt ist, haltern das Rohr an den Übergängen von der Zone 1 zur Zone 2 und von der Zone 2 zur Zone Zusätzlich wird die mittlere Zone von den beiden äußeren Zonen durch die Asbesthalterungen thermisch isoliert. Zur Steuerung der drei Heizzonen des Ofens wird ein Computer eingesetzt (Honeywell, Modell DCP 770). Unter Computersteuerung werden die drei Zonen des Ofens auf 50Ov 355 und 7000C aufgeheizt. Dabei wird der Phosphor auf 500 0C, das Kalium auf 7000C erwärmt. Die mittlere Zone wird durch die Temperatürvorwahl auf nur 3000C aufgeheizt, jedoch durch die nicht vollständige Isolation durch das Gewebeband tritt ein Wärmeübergang aus den seitlichen heißen Zonen in die innere kältere Zone auf, so daß die tatsächliche Temperatur in dieser mittleren Niederschlagszone 3550C beträgt. Dieses Temperaturprofil wird für 80 hThe sealed reactor tube 119 has a total length of 41 cm and is arranged in the middle of the three successive 20.3 cm long heating zones of the three-zone furnace (Lindberg, model 54357-S). Two thermal barriers (TB) made of woven asbestos tape, which is wound around the pipe in increasing spirals, hold the pipe at the transitions from Zone 1 to Zone 2 and from Zone 2 to Zone In addition, the middle zone is penetrated by the two outer zones the asbestos mounts are thermally insulated. A computer is used to control the three heating zones of the furnace (Honeywell, model DCP 770). The three zones of the furnace are heated to 50Ov 355 and 700 0 C under computer control. Here, the phosphorus to 500 0 C, the potassium is heated to 700 0 C. The middle zone is heated to only 300 0 C by the temperature preselection, but due to the incomplete insulation by the fabric tape, heat is transferred from the hot zones on the side to the inner colder zone, so that the actual temperature in this middle precipitation zone is 355 0 C amounts to. This temperature profile is for 80 h

aufrechterhalten. Anschließend wird der Ofen im Verlauf von 24 h abgekühlt.maintain. Then the oven is in the course cooled of 24 h.

Anschließend wird das Reaktorrohr 119 unter trockenem Stickstoff aufgesägt, und zwar unter Verwendung einer Siliciumcarbidtrennscheibe. Dabei zeigt sich, daß die Düse 122 zwischen der Kaliumzone und der mittleren Zone mit einer Substanz verstopft war, die nach optischer Begutachtung einem vielfasrigen KP^5 glich. In der mittleren Zone wurden dünne rote Beschläge, ein dickerer dunkelroter Beschlag und eine Reihe relativ großer monolitischer Substanzstücke festgestellt. Die beiden größten Stücke hatten je eine Länge von rund 4 cm, eine Breite von 1 cm und eine maximale Stärke von ungefähr 4 mm. Jeweils eine Seite jedes dieser Stücke war relativ eben, während die gegenüberliegende Seite konvex war, da diese Seite aufliegend auf den runden Wänden des Reaktionsrohres gewachsen ist.The reactor tube 119 is then sawed open under dry nitrogen using a silicon carbide cutting disc. This shows that the nozzle 122 between the potassium zone and the central zone was clogged with a substance which, according to visual inspection, resembled a multi-fiber KP ^ 5. In the central zone, thin red fittings, a thicker dark red fitting, and a number of relatively large pieces of monolithic substance were found. The two largest pieces each had a length of around 4 cm, a width of 1 cm and a maximum thickness of around 4 mm. One side of each of these pieces was relatively flat, while the opposite side was convex, since this side grew on the round walls of the reaction tube.

Die Naßanalyse dieses Materials zeigte, daß die Substanz einen extrem niedrigen Kaliumgehalt aufweist, und zwar nach einer Analyse der Substanz weniger als 60 ppm. Die elektronenspektroskopische Untersuchung und Analyse (ESCAi zeigt, daß der Kaliumgehalt dieser Substanz mit zunehmender Entfernung von den Reaktorrohrwänden,auf denen der Niederschlag sich zunächst zu bilden begann, rasch abnimmt. Bei 10 nm Entfernung beträgt das Verhältnis P/K bereits ungefähr 5Oo Die ESCA-Messungen des P-K-Verhältnisses auf der abschließenden Oberfläche des niedergeschlagenen Materials zeigt einen Wert in der Größenordnung von 1000. Die röntgenographischen Untersuchungen zeigen, daß die Substanz amorph ist.Wet analysis of this material showed that the substance was extremely low in potassium after an analysis of the substance less than 60 ppm. Electron spectroscopic examination and analysis (ESCAi shows that the potassium content of this substance with increasing distance from the reactor tube walls on which the precipitate initially began to form, rapidly decreasing. At a distance of 10 nm the ratio P / K is already approximately 5Oo The ESCA measurements of the P-C ratio on the final surface of the deposited material shows a value on the order of 1000. The radiographic Studies show that the substance is amorphous.

Beispiel VII;Example VII;

Unter trockenem Stickstoff werden 0,19 g Kaliumschmelze (99,95 % rein) in einen der äußeren Abschnitte 128 (5 cm lang) eines Pyrex-Schiffchens 112 (Fig. 15) gegeben. Das Metall wird dort zum Erstarren gebracht. Zwei ebene Glassubstrate 114 (vgl. Fig. 14) von je ungefähr 7,5 cm Länge und 1 cm Breite werden Seite an Seite so in das Schiffchen gelegt, daß sie den 15,3 cm langen Mittelabschnitt 130 füllen. Dann werden 1,36 g Phorphor (99,9999 % rein; erhalten von Johnson Matthey) auf der gegenüberliegenden Seite 132 des Schiffchens eingetragen. Der Phosphor ist körnig, und zwar mit gemischter Korngröße. Der körnige Phosphor ist fließfähig und füllt den Boden des Abschnitts 132 des Schiffchens ohne weiteres aus. Die ebenfalls aus Pyrex-Glas bestehenden Querteiler 113 verhindern, daß der Phosphor und das Kalium sowie die Substrate im Schiffchen 112 ineinanderrutschen. Das insgesamt 35 cm lange Schiffchen 112 wird dann vorsichtig in ein als Reaktorkammer 134 dienendes Pyrex-Rohr geschoben, das 60 cm lang ist und einen Durchmesser von 2,5 cm hat (Fig. 14). Das Schiffchen wird soweit in das Reaktorrohr eingeschoben, bis der Abschnitt 128 des Schiffchens, das. mit dem Kalium gefüllt ist, an dem runden Boden 136 des einseitig geschlossenen Pyrex-Rohrs 134 anstößt. Ein aus Butadyennitrilkautschuk bestehender O-Ring der Größe 124 wird dann in die O-Ring-Kupplung 102 eingelegt. Das Teflon-Stellventil 106 (ChemVac, Ine) wird dann fest verschlossen. Nach Anschluß an eine Vakuumleitung wird dann das Stellventil 106 wieder geöffnet und die Kammer auf einen Druck von 10 mbar abgepumpt. Nach Erreichen dieses Drucks wird das Ventil wieder geschlossen und die Reaktorkammer dadurch hermetisch abgeschlossen.0.19 g of molten potassium are added under dry nitrogen (99.95% pure) placed in one of the outer sections 128 (5 cm long) of a Pyrex boat 112 (Fig. 15). The metal is made to freeze there. Two flat glass substrates 114 (see FIG. 14), each approximately 7.5 cm in length and 1 cm Widths are placed side by side in the shuttle so that they fill the 15.3 cm long central section 130. then 1.36 g of Phorphor (99.9999% pure; obtained from Johnson Matthey) on opposite page 132 of the Schiffchens registered. The phosphorus is granular with a mixed grain size. The granular phosphorus is flowable and readily fills the bottom of portion 132 of the shuttle. The ones also made of Pyrex glass Cross dividers 113 prevent the phosphorus and potassium as well as the substrates in the boat 112 from sliding into one another. The boat 112, which is 35 cm long in total, is then cautious pushed into a serving as a reactor chamber 134 Pyrex tube, which is 60 cm long and 2.5 cm in diameter (Fig. 14). The boat is pushed into the reactor tube until section 128 of the boat, the. is filled with the potassium, abuts the round bottom 136 of the Pyrex tube 134, which is closed on one side. One made from butadyenenitrile rubber Existing O-ring of size 124 is then inserted into the O-ring coupling 102. The Teflon control valve 106 (ChemVac, Ine) is then sealed tightly. To The control valve is then connected to a vacuum line 106 is opened again and the chamber is pumped out to a pressure of 10 mbar. After reaching this pressure, it will The valve is closed again and the reactor chamber is hermetically sealed closed.

Die Reaktorkammer ist in einem Dreizonenofen (Lindberg, Modell 54357-S) angeordnet. In der in Fig. 14 gezeigten Weise sindThe reactor chamber is in a three-zone furnace (Lindberg, model 54357-S). In the manner shown in Fig. 14 are

zwei Bänder 137 und 139 -".us Glasfasergewebe spiralig um das Rohr herumgewunden und tragen das Reaktorrohr an den übergängen von der Zone 1 zur Zone 2 und von der Zone 2 zur Zone 3« Diese Bandwickel bilden Wärmeschränken (TB) und sind so angeordnet, daß sie gerade vollständig innerhalb der mittleren Zone des Ofens liegen. Ein dritter spiralig aufgewickelter Bandwickel 138 dient als Träger und Wärmeisolation an der Stelle, an der das Reaktorrohr aus der Heizkammer des Ofens austritt. Ein zylindrischer Stopfen 140 aus einem keramikähnlicheu Werkstoff dient der Verminderung von Wärmeverlusten aus der gegenüberliegenden Ofenöffnung.two ribbons 137 and 139- ". us glass fiber cloth spirally around the Tube wound around and carry the reactor tube at the transitions from zone 1 to zone 2 and from zone 2 to Zone 3 «These tape wraps form heating cabinets (TB) and are arranged so that they are just completely inside the in the middle of the furnace. A third spiral wound tape roll 138 serves as a support and thermal insulation at the point where the reactor tube emerges from the heating chamber of the furnace. A cylindrical plug 140 made of a ceramic-like material serves to reduce of heat losses from the opposite furnace opening.

Die Anordnung ist dabei so bemessen, daß der Abschnitt 128 des Schiffchens 112, der das Kalium enthält, im Bereich der dritten Ofenzone liegt, während der Abschnitt 130, der die Substrate enthält, im mittleren Bereich, d.h. in der zweiten Heizzone des Ofens liegt, und der Abschnitt 132 des Schiffchens, der den Phosphor enthält, in der ersten Heizzone des Ofens liegt. Außerdem ragt ein relativ großer Abschnitt der Reaktoranlage aus dem Ofen heraus und befindet sich auf Raumtemperatur.The arrangement is dimensioned such that the section 128 of the boat 112, which contains the potassium, lies in the region of the third furnace zone, while the section 130, which contains the Contains substrates, is located in the middle area, i.e. in the second heating zone of the furnace, and the section 132 of the boat, containing the phosphorus is in the first heating zone of the furnace. In addition, a relatively large section protrudes the reactor system out of the furnace and is located on Room temperature.

Die drei Heizzonen des Ofens werden computergesteuert (Honeywell, Modell DCT 7700). Während einer Aufwärmperiode wird die Temperatur in den drei Heizzonen auf 100, 150 und 1000C in der Phosphorzone, der Substratzone und der Kaliumzone gebracht. Anschließend wird so schnell wie möglich, und zwar angenähert in 18 min, auf das Solltemperaturprofil von 500, 300, 4000C aufgeheizt. Das Solltemperaturprofil wird für ungefähr 8 h aufrechterhalten. Der Ofen kühlt anschließend mit Eigencharakteristik ab, bis das Temperaturprofil 100, 100, 1000C nach ungefähr 10 h erreicht wird. Man läßt den Ofen dann weiter bis auf Raumtemperatur auskühlen.The three heating zones of the oven are computer controlled (Honeywell, model DCT 7700). During a warm-up period, the temperature is brought in the three heating zones 100, 150 and 100 0 C in the phosphor zone, the substrate zone and the potassium zone. The temperature is then as quickly as possible, namely approximately in 18 minutes, to the target temperature profile of 500, 300, 400 ° C. The set temperature profile is maintained for approximately 8 hours. The furnace then cools down with its own characteristic until the temperature profile 100, 100, 100 ° C. is reached after approximately 10 hours. The oven is then allowed to cool further to room temperature.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

- /ZO - - / ZO -

Nach Erreichen von Raumtemperatur wird das Reaktorrohr 134 aus dem Ofen genommen. Der außerhalb des Ofens liegende Rohrabschnitt enthält Ablagerungen von weißen, gelben und gelb-roten Substanzen, bei denen es sich mit großer Wahrscheinlichkeit um Phosphor in verschiedenen Polymerisationsgraden handelt. Die Heizzone, die ursprünglich den Phosphor enthielt, war zu diesem Zeitpunkt frei von Substanz. Dagegen enthielt die Kaliumzone die verschiedensten Substanzen, deren Farben von dunkelbraun über gelb bis orange variierten.After reaching room temperature, the reactor tube 134 is removed from the furnace. The one lying outside the furnace Pipe section contains deposits of white, yellow and yellow-red substances, which are very likely to be is phosphorus in various degrees of polymerization. The heating zone that originally used the phosphorus contained was free of substance at this point in time. On the other hand, the potassium zone contained the most varied substances, their Colors varied from dark brown to yellow to orange.

Die Substanzen der Kaliumzone erstreckten sich auch geringfügig in den Bereich der Mittelzone hinein, die im übrigen über ihre halbe Länge, angrenzend an die Kaliumzone, mit einem dunklen Belag bedeckt war, der für Rotlicht durchlässig ist, wenn eine entsprechende Lichtquelle in Durchsicht betrachtet wurde. Der verbleibende Rest der Mittelzone des Schiffchens war frei von Substanz. Das Reaktorrohr wird unter trockenem Stickstoff geöffnet, das Schiffchen 112 herausgezogen und die mit dem roten Belag bedeckten Substrate aus dem Schiffchen herausgenommen und zur späteren Analyse in ein festverschlossenes Gefäß gegeben. Wenn das im Reaktorrohr verbleibende Material der Umgebungsluft ausgesetzt wird, verbrennen die Phosphorablagerungen in den freigegebenen Bereichen des Rohres relativ heftig, selbst wenn jene Bereiche, die der Phosphorquelle am nächsten lagen, keine so starke Reaktionsfähigkeit zeigten. Die in der Kaliumzone bzw. im Bereich der Kaliumquelle verbliebenen Substanzen reagierten heftig, wenn sie dem Einfluß von Feuchtigkeit ausgesetzt wurden. Meistens brannten sie heftig ab, was offensichtlich auf die Bildung von Wasserstoff durch Wasserreduktion zurückzuführen ist.The substances of the potassium zone also extended slightly into the area of the central zone, the rest of them half of its length, adjacent to the potassium zone, was covered with a dark coating that was permeable to red light is when a corresponding light source has been viewed through. The remainder of the central zone of the The shuttle was devoid of substance. The reactor tube is opened under dry nitrogen, the boat 112 pulled out and the substrates covered with the red coating taken out of the boat and used for later analysis placed in a tightly closed vessel. If that's in the reactor tube Any remaining material exposed to the surrounding air will burn off the phosphorus deposits in the released areas of the pipe relatively violently, even if those areas closest to the source of phosphorus were not so strong Showed responsiveness. Those in the potassium zone or im Substances remaining in the area of the potassium source reacted violently when exposed to the influence of moisture became. Mostly they burned down violently, which is obviously due to the formation of hydrogen by water reduction is.

Der vorstehend beschriebene Versuch wird wiederholt durchgeführt. Die Daten der Beispiele sind im einzelnen in der Tabelle XII zusammengestellt.The experiment described above is carried out repeatedly. The data of the examples are compiled in detail in Table XII.

TABELLE XIITABLE XII

Vers.Verse.

TemperaturenTemperatures

ZeitTime

SubstratSubstrate

Nieder- OfenLow oven

iedied

4β 474β 47

4i4i

50 51 52 5350 51 52 53

5454

SOO 300 500 300SOO 300 500 300

4?4?

550 525 52S550 525 52S

306306

300300

300300

300300

300300

500 300500 300

00 ΛΒΛΒ 1 φ 471 φ 47 GlasGlass ΘΘ .19.19 1ο431ο43 Glas und NiGlass and Ni auf Glason glass QQ ο 2€ο € 2 10§21 0 §2 Wi auf GlasWi on glass θθ .27.27 In S2I n S2 GlasGlass 00 .15.15 1.661.66 GlasGlass 0'0 ' .20.20 1ο721ο72 GlasGlass 00 ο 21ο 21 1ο541ο54 GlasGlass 00 .21.21 1*561 * 56 Ni/Au/NNi / Au / N

1.0 3.01.0 3.0

6.5 7,06.5 7.0

1.51 Ni/Au/Ni1.51 Ni / Au / Ni

1000Αβ/700Αβ/1000Αβ 1000Α β / 700Α β / 1000Α β

B B BB B B

Für die Herstellung der dunklen, rotlichtdurchlässigen Schichten sind Grenzbedingungen gesetzt. Wenn die Temperaturen in den beiden Quellenzonen geringfügig abgesenkt werden wie beispielsweise im Versuch Nr. 49 in der Tabelle XII, nimmt die Menge des gebildeten Produktmaterials drastisch ab, was sich in einer Verkürzung der Länge des Belags bzw. des Niederschlags in der Mittelzone äußert. In gleicher Weise sind die feinen Unterschiede in den Leistungskenndaten der beiden ansonsten identischen Modelle der Dreizonenöfen, die für diese Versuche eingesetzt werden, zu beachten. So mußte beispielsweise im zweiten Ofen (B) die Temperatur der Phosphorquelle höher gehalten werden (vgl. Versuche Nr. 50, 51 und 52). Die Erhöhung der Temperatur der Phosphorquelle auf 5 500C führt zu guten Ergebnissen, während eine Erhöhung auf lediglich 2250C zu wesentlich besseren Ergebnissen führt.For the production of the dark, red-light-permeable layers, boundary conditions are set. If the temperatures in the two source zones are lowered slightly, for example in experiment No. 49 in Table XII, the amount of product material formed decreases drastically, which is expressed in a shortening of the length of the covering or the precipitation in the central zone. In the same way, the subtle differences in the performance characteristics of the two otherwise identical models of the three-zone ovens that are used for these tests must be taken into account. For example, the temperature of the phosphorus source in the second furnace (B) had to be kept higher (see experiments Nos. 50, 51 and 52). Increasing the temperature of the phosphorus source to 5 50 0 C leads to good results, while an increase to only 225 0 C leads to significantly better results.

Die Analyse der in den Versuchen Nr. 46, 47 und 48 erhaltenen Substanzen wird mit einem Rasterelektronenmikroskop unter Ausnutzung der Elektronenbeugungsanalyse (SEM-EDAX) durchgeüfhrt. Die Analyse zeigte, daß es sich bei den Schichten um KP1 [--Schichten mit einer Stärke in der Größenordnung von 6 bis 7 μΐη handelt. Die Schichten sind amorph, ohne daß sich in den rasterelektronischen Mikroaufnahmen irgendwelche Strukturelemente erkennen lassen.The analysis of the substances obtained in experiments nos. 46, 47 and 48 is carried out with a scanning electron microscope using electron diffraction analysis (SEM-EDAX). The analysis showed that the layers are KP 1 [- layers with a thickness of the order of 6 to 7 μm. The layers are amorphous, without any structural elements being discernible in the scanning electronic micrographs.

Zusammenfassung der Parameter für die Dampfphasentransportreak-tionSummary of the parameters for the vapor phase transport reaction

Die Verfahrensmerkmale und Verfahrensparameter zur Steuerung der Art der Produkte sind die folgenden:The process features and process parameters for control the type of products are the following:

(1) Einsatz eines Dreizonenofens zur einheitlicheren Temperaturregelung; (1) Use a three-zone oven for more uniform temperature control;

(2) größere Längen des Reaktorrohres;(2) greater lengths of reactor tube;

(3) Die Verwendung von "!lrraeschranken zur verbesserten Gestaltung der Temperaturgradienten;(3) The use of "! Irra barriers for improved Design of temperature gradients;

(4) Verwendung von Warmestopfen an den Stirnseiten des Ofenrohrs ; und(4) Use of hot plugs on the ends of the stove pipe ; and

(5) Verwendung von Rohrverlängerungsabschnitten mit engerem Querschnitt zur Herstellung zylindrischer Substanzstücke.(5) Use of pipe extension sections with a narrower cross-section to produce cylindrical pieces of substance.

Für das Einquellen-Dampfpxicisen-Transportverfahren sind die folgenden Verfahrensparameter zu beachten:For the single source steam policy transport method, the observe the following process parameters:

(1) Reaktionszonentemperatüren im Bereich von 650 bis 5500C; die kalte Niederschlagszone soll Temperaturen im Bereich von 450 bis 3000C haben;(1) reaction zone temperatures in the range from 650 to 550 0 C; the cold precipitation zone should have temperatures in the range from 450 to 300 0 C;

(2) Die Niederschlagstemperatur für KP1 ,--Einkristalle liegt in einem Bereich von _+ 250C um einen Zentralwert von 465 bis 475°C herum.(2) The precipitation temperature for KP 1 , - single crystals lies in a range of _ + 25 0 C around a central value of 465 to 475 ° C.

(3) Die Niederschlagstemperatur für polykristalline Schichten liegt im Bereich von 455 0C bis herab zu 375°C;(3) The deposition temperature for polycrystalline layers is in the range of 455 0 C down to 375 ° C;

(5) Die WiederSchlagstmperatür für die amorphen Formen der neuen Phosphorformen liegen im Bereich von ungefähr 375°C bis herunter zu mindestens 3000C (noch tiefere Temperaturen hat die Anmelderin bislang noch nicht geprüft) . '(5) The WiederSchlagstmperatür for the amorphous forms of the new forms of phosphorus are in the range of about 375 ° C down to at least 300 0 C (even lower temperatures, the Applicant has not yet been checked). '

Der Rahmen für die Verfahrensparameter für das Zweiquellen-Dampfphasen-Transportverfahren zur Herstellung von massiven KP-c~Substanzstücken in einer Vorrichtung gemäß Fig. 11 können wie folgt angegeben werden: Phosphor-Quellentemperatür bei 4500C, Kalium-Quellentemperatur bei 4500C und Niederschlagszone bei 3000C. Die Niederschläge sind relativ dicke SchichtenThe framework for the process parameters for the two-source vapor phase transport process for the production of massive KP-c ~ substance pieces in a device according to FIG. 11 can be given as follows: phosphorus source temperature at 450 ° C., potassium source temperature at 450 ° C. Precipitation zone at 300 0 C. The precipitations are relatively thick layers

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

aus Mischungen von polykristallinen^ und amorphem KP11--Zur Herstellung von stückigem amorphem KP (x sehr viel größer als 15; eine neue Form des Phosphors; Vorrichtung gemäß Fig. 16) Phosphor bei 5000C, Kalium bei 7000C und Niederschlagszone bei 3550C. Die Kaliumquelle neigt zum Verstopfen, der Niederschlag ist massives amorphes KP . Für dünne amorphe KP.. ^-Schichten (Vorrichtung gemäß Fig. 14) Phosphor bei 5000C, Kalium bei 4000C und Substrat bei 3000C.from mixtures of polycrystalline and amorphous KP 11 - for the production of lumpy amorphous KP (x much larger than 15; a new form of phosphor; device according to Fig. 16) phosphorus at 500 0 C, potassium at 700 0 C and precipitation zone at 355 0 C. the potassium source is prone to clogging, and the precipitate is amorphous solid KP. For thin amorphous KP .. ^ layers (device according to FIG. 14) phosphorus at 500 ° C., potassium at 400 ° C. and substrate at 300 ° C.

Für dünne Schichten von KP1C, kann die Temperatur der Phosphorquelle bis auf 5250C angehoben werden, wobei noch immer amorphes KP1^ gebildet wird. Wenn die Temperatur der Phosphorquelle unter 475°C abfällt, wird in dem System kein KP1,- mehr erhalten. Wenn die Temperatur der Kaliumquelle unter 375°C abfällt , wird im System ebenfalls kein KP15 mehr erhalten. Die Substrattemperatur kann bis auf 3150C angehoben werden, wobei auch bei dieser Temperatur noch gute Ausbeuten an KP1 r erhalten werden. KP1,- wird nicht mehr erhalten, wenn die Substrattemperatur auf über 325°C angehoben wird.For thin layers of KP 1 C, the temperature of the phosphorus source can be raised up to 525 0 C, whereby amorphous KP 1 ^ is still formed. If the temperature of the phosphorus source falls below 475 ° C, the system will no longer receive KP 1 , -. If the temperature of the potassium source falls below 375 ° C, KP 15 is no longer obtained in the system either. The substrate temperature can be raised to 315 ° C., good yields of KP 1 r still being obtained at this temperature. KP 1 , - is no longer obtained if the substrate temperature is raised above 325 ° C.

Herstellung von polykristallinen Metallphosphiden in großen Mengen nach dem Verfahren der FestkörperreaktionProduction of polycrystalline metal phosphides in large quantities Quantities according to the solid-state reaction method

Selbst wenn die Alkalimetallpolyphosphide vom Typ MP 5, MP _ und MP11 nicht in einem physikalischen Zustand hergestellt werden können, der ein direktes Ausnutzen der in günstigem Bereich liegenden Halbleitereigenschaften ermöglicht, so können diese Substanzen jedoch in Gramm-Mengen und größeren Mengen durch das als Festkörperreaktion bekannte Verfahren hergestellt werden. Vor Durchführung des Verfahrens werden die Reaktionskomponenten gut in einer Kugelmühle miteinander vermischt. Mengen in der Größenordnung von 10 und mehr GrammEven if the alkali metal polyphosphides of the MP 5 , MP _ and MP 11 types cannot be produced in a physical state which enables the semiconductor properties which are in a favorable range to be used directly, these substances can, however, be obtained in gram quantities and in larger quantities by the than Solid-state reaction known methods are produced. Before carrying out the process, the reaction components are mixed thoroughly with one another in a ball mill. Quantities on the order of 10 grams or more

der Elemente werden in dem benötigten molaren Atomverhältnis von Phosphor zu Metaxi, beispielsweise P/M 15 zu 1 für MP-.gr unter Stickstoff in eine Kugelmühle gegeben. Nach dem festen Verschließen der Kugelmühle wird mindestens 14h gemahlen, um die aufgegebenen Ausgangselemente zu zerkleinern, zu homogenisieren und in ein freifließendes Pulver zu überführen» Dabei v/erden die Kugelmühlen während des Mahlens vorzugsweise ungefähr 20 h auf ungefähr 1000C erwärmt. Durch diese Maßnahme kann die Fließfähigkeit der Metallkomponente itfährend des Mahlens verbessert werden.of the elements are put in the required molar atomic ratio of phosphorus to metaxi, for example P / M 15 to 1 for MP-.gr under nitrogen in a ball mill. After the fixed closing of the ball mill is ground at least 14h to mince the discontinued output elements to homogenize and in a free-flowing powder to convert "Here v / ground the ball mill during milling is preferably about 20 heated to about 100 0 C h. This measure can improve the flowability of the metal component during grinding.

Ein Teil des gemahlenen Gemische, im allgemeinen mindestens 10 g, wird in eine Quarzampulle überführt und unter trockenem Stickstoff verschlossen=, Die Quarzampulle hat üblicherweise einen Durchmesser von ungefähr 2,5 cm und eine Länge im Bereich von 6,5 bis 25 cm, je nach der Größe der zu verarbeiten den Beschickung. Die Ampulle wird unter vermindertem Druck, im allgeme
schlossen.
A portion of the ground mixture, generally at least 10 g, is transferred to a quartz ampoule and sealed under dry nitrogen =, the quartz ampoule usually has a diameter of about 2.5 cm and a length in the range from 6.5 to 25 cm, each according to the size of the feed to be processed. The ampoule is under reduced pressure, in general
closed.

—4 im allgemeinen bei Drücken von kleiner als TO mbar, verDie Reaktion wird dabei in der Weise durchgeführt, daß die verschlossene Ampulle unter isothermen Bedingungen erwärmt wird, bis eine Temperatur im Bereich von 500 bis 525°C erreicht ist ο Unter "isothermen Bedingungen" ist dabei im Rahmen der Beschreibung gemeint, daß die gesamte Masse des Materials,, soweit dies möglich und durchführbar ist, stets die gleiche Temperatur hat, um einen Dampftransport von heißen zu kalten Bereichen in der Beschickung zu unterdrücken, die Anlaß zur Bildung nicht homogener Reaktionsprodukte geben würde,, Die höchste Temperatur, bei der die Beschickung getempert wird, wird längere Zeit aufrechterhalten, wobei sich während dieser Verweilzeit bei der Tempertemperatur das pulvrige polykristalline oder das grobkristalline Produkt bildet. Die Verweilzeit beim Tempern beträgt in der Regel 72 h. Je langer die Reaktion bei der Tempertemperatur—4 generally at pressures of less than TO mbar, verDie The reaction is carried out in such a way that the sealed ampoule is heated under isothermal conditions until a temperature in the range of 500 to 525 ° C is reached ο Under "isothermal conditions" is im The context of the description means that the entire mass of the material, as far as this is possible and practicable, always has the same temperature to suppress vapor transport from hot to cold areas in the feed, which would give rise to the formation of non-homogeneous reaction products, The highest temperature at which the feed is tempered, is maintained for a longer time, during this residence time at the tempering temperature forms the powdery polycrystalline or the coarsely crystalline product. The residence time during annealing is in Rule 72 h. The longer the reaction at the annealing temperature

BAD ORlGINAlBAD ORlGINAL

durchgeführt wird, desto kristalliner wird das Produkt, was sich in einer Vergrößerung der Korngröße, einem Schärferwerden der Röntgenbeugungsreflexe und in anderen entsprechenden Kenndaten äußert. Das Abkühlen des heißen Reaktionsrohres bzw. der Ampulle auf Raumtemperatur erfolgt üblicherweise über eine längere Abkühlperiode, die vorzugsweise im Bereich von größer als 10h liegt. Dabei ist das langsame Abkühlen nicht für die Reaktion von Bedeutung, sondern verhindert ein Springen der Quarzampulle aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des gebildeten Produkts und des Werkstoffs der Ampulle, nämlich des Quarzes.is carried out, the more crystalline the product becomes, which results in an increase in grain size, a The X-ray diffraction reflexes become sharper and are expressed in other corresponding characteristic data. Cooling off the hot Reaction tube or ampoule to room temperature usually takes place over a longer cooling period, which is preferably in the range of greater than 10h. The slow cooling is not important for the reaction, but prevents the quartz ampoule from cracking due to the different coefficients of thermal expansion of the product formed and the material of the Ampoule, namely of quartz.

Sowohl die Aufheizperiode als auch die Abkühlperiode sollten nach Möglichkeit relativ lang, vorzugsweise mindestens 10h, ausgelegt werden mit einer Temperphase bei Zwischentemperaturen von beispielsweise 200, 300, 400, 4500C für 4 bis 6 h. Wenn diese Regeln nicht beachtet werden, neigen die verschlossenen Ampullen zum Explodieren. Die Produkte der Festkörperreaktionen sind jedoch die gleichen wie beim langsamen Abkühlen mit der Ausnahme, daß die geringen Mengen Restphosphor weiß statt rot sind.Both the heating period and the cooling period should be relatively long, preferably at least 10h, be designed with a tempering at intermediate temperatures of for example 200, 300, 400, 450 0 C for 4 to 6 hours as far as possible. If these rules are not followed, the sealed ampoules tend to explode. The products of the solid state reactions, however, are the same as with the slow cooling except that the small amounts of residual phosphorus are white instead of red.

Beispiel VIII;Example VIII;

19,5 g eines in der Kugelmühle vermahlenen Gemisches von analysenreinem Phosphor und Kalium in einem molaren Atomverhältnis von 15 zu 1 werden in eine Quarzampulle mit einer Länge von 6,5 cm und einem Durchmesser von 2,5 cm gegeben. Die Ampulle läuft in einen 8 cm langen Ansatz aus, der einen Durchmesser von 1,0 cm aufweist. Die Beschickung erfolgt in einer trockenen Stickstoffatmosphäre. Die Ampulle19.5 g of a ball milled mixture of Analytically pure phosphorus and potassium in a molar atomic ratio of 15 to 1 are placed in a quartz ampoule with given a length of 6.5 cm and a diameter of 2.5 cm. The ampoule runs out into an 8 cm long neck, which has a diameter of 1.0 cm. The charging takes place in a dry nitrogen atmosphere. The ampoule

-4 wird dann unter vermindertem Druck (10 mbar) abgeschmolzen, wobei ungefähr 1 cm des verengten Bereichs stehenbleibt.-4 is then melted off under reduced pressure (10 mbar), leaving about 1 cm of the narrowed area.

Die verschlossene rohrrurmige Anipul'le wird in der Mittelzone eines Dreizonenofens (Lindberg, Modell 54357) in einem zweiten Quarzrohr bzw. einer Auskleidung gehaltert, die ihrerseits auf der Mittelachse des Ofenrohrs auf Asbestblöcken gelagert ist. Die Heizelemente des Dreizonenofens werden von einem Computer gesteuert (Honeywell, Modell DCP 7700), durch den ein vorprogrammiertes Heizprogramm reproduzierbar gesteuert werden kann. Das Reaktionsrohr bzw. die Ampulle werden dabei reproduzierbar dem folgenden Temperaturverlauf unterworfen? 1000C, 1h; 450°C, 6h; 5000C, 18h; 525°C, 72h; 3000C, 2h und 2000C, 4h. Wenn alle drei Zonen des Ofens auf die gleiche Temperatur eingerichtet werden, ist die Mittel zone des Ofens außerordentlich gut isotherm, und zwar mit einer Temperaturvarianz von kleiner als 10C über die gesamte Zone»The closed tubular pipe is held in the middle zone of a three-zone furnace (Lindberg, model 54357) in a second quartz tube or a lining, which in turn is mounted on asbestos blocks on the central axis of the furnace tube. The heating elements of the three-zone oven are controlled by a computer (Honeywell, model DCP 7700), by means of which a preprogrammed heating program can be controlled in a reproducible manner. The reaction tube or the ampoule are reproducibly subjected to the following temperature profile? 100 ° C, 1h; 450 ° C, 6h; 500 ° C., 18h; 525 ° C, 72h; 300 ° C., 2h and 200 ° C., 4h. If all three zones of the furnace are set to the same temperature, the central zone of the furnace is extremely well isothermal, with a temperature variance of less than 1 0 C over the entire zone »

Nach dem Wiederabkühlen des Ofens auf Umgebungstemperatur mit Eigencharakteristik wird die Ampulle aus dem Ofen genommen und unter trockenem Stickstoff mit einer Siliciumcarbidsäge geöffnet» Aus der Ampulle wird eine dunkelpurpurrote polykristalline Masse entnommen. Die Naßanalyse des Produktes zeigt ein P/K-Verhältnis von ungefähr 14,2 zu 1, wobei dieser Wert innerhalb einer Genauigkeit von ungefähr 6 % dem theoretischen Wert von 15 zu 1 entspricht. Wie in der Tabelle XIII dargestellt ist, fallen auch die anderen Versuche mit K/P.5-Chargen gut in diesen Wertbereich.After the furnace has cooled down again to ambient temperature with its own characteristics, the ampoule is removed from the furnace and opened with a silicon carbide saw under dry nitrogen. A dark purple polycrystalline mass is removed from the ampoule. Wet analysis of the product shows a P / K ratio of approximately 14.2 to 1, which value corresponds to the theoretical value of 15 to 1 within an accuracy of approximately 6%. As shown in Table XIII, the other tests with K / P also fall. 5 batches well in this value range.

TABELLE XIIITABLE XIII FestkörperprodukteSolid products

Vers. Beschickas.-Vers. Charge. verhältnisrelationship Produktproduct ) nicht bestimmt) not determined Ges -Ges - Beschickungfeed HöchsteHighest Zext bex
Höchst,.,
Temp.(η)
Zext bex
Maximum,.,
Temp. (Η)
Gesamtr
verwexl-
Total
lingering
AxAx Druckpressure t ιt ι kk < 4 · I<4 · I
Nr.No. KYP15 KYP 15 ** Beim Verschließen** When closing i^aukti ^ aukt (g)(G) TO·TO 120.5120.5 ÖlenOil 7x7x (mbar)(mbar) ( f t(f t 5555 k/p"k / p " IS.3IS.3 5.5 5.5 5.55.5 500500 305.0305.0 140140 IxIx II. 5656 15.515.5 99.099.0 21.221.2 525525 266.0266.0 320320 IxIx 10O 10 O 5757 K/Pi:(Pur·)K / Pi: (pure) 16.216.2 97.297.2 9.29.2 525525 216.0216.0 380380 10-4 10 -4 5858 k/p"k / p " 14.014.0 99.399.3 1.·1.· 525525 72.072.0 292292 TXTX 10J 10 y 5959 k/p"k / p " 14.214.2 94.094.0 19.219.2 525525 72.072.0 120120 Px P x 10-4 10 -4 ** 6060 k/p"k / p " 13.613.6 96.596.5 17.717.7 525525 72.072.0 120120 ?x? x 10-4 10 -4 6161 Rb/P?.Rb / P ?. 14.714.7 97.197.1 16.716.7 525525 216.0216.0 120120 N.DN.D "Ιί"Ιί t 4t 4 6262 Rb/P"Rb / P " 14.914.9 99.899.8 9.49.4 525525 72.072.0 292292 ?x? x 10 * 10 * 't * . 't *. 6363 Ct/Pf«(Pur·)Ct / Pf «(pure) 12.912.9 97.0597.05 16.116.1 525525 120.0120.0 120120 "i X"i X • „j• "j 6464 Ci/Pi'(Pur«)Ci / Pi '(pure «) 15.515.5 95.S95.S. 13.913.9 500500 260.0260.0 390390 7 x 7 x 10Is 10 Is 6565 Ν·/Ρ,?Ν · / Ρ ,? N.D.N.D. N.D.N.D. 15.915.9 500500 216.0216.0 710710 ixix 10 10 \\ 6666 N*/P,e(Pure) N * / P, e (Pure) 19.219.2 97.797.7 9.19.1 525525 260.0260.0 292292 4 χ4 χ 10Is 10 Is 6767 Li/P,?Li / P ,? 14.914.9 92.792.7 13,513.5 500500 144.0144.0 710710 Λ χΛ χ ίο !ίο! 6868 Rb/rfTPuro)Rb / rfTPuro) 16.3516.35 96.996.9 7.87.8 525525 72.072.0 240240 1 χ 1 χ 10I? 10 I? 6969 Rb/P,(Purc)Rb / P, (Purc) 6.26.2 96.896.8 16.316.3 500500 72.072.0 130130 Λ χΛ χ " 4"4 7070 Cs/p'(Pure)Cs / p '(Pure) N.O.N.O. N.D.N.D. 17.217.2 500500 72.072.0 130130 Λ χ Λ χ 7171 Cs/p'(Pure)Cs / p '(Pure) 7.17.1 96.296.2 18.618.6 500500 172.0172.0 130130 Λ χ Λ χ -4 -4 7272 Na/P,Na / P, N.D.N.D. N.D.N.D. 7.97.9 500500 168.0168.0 290290 ? χ? χ ιοί;ιοί; 7373 K/P, I K / P, I 6.56.5 93.693.6 11.511.5 SOOSOO 72.072.0 360360 4 X4 X 10 4 10 4 COCO 7474 K/P" (Pur·)K / P "(pure) N.D.N.D. N.O.N.O. 14.714.7 525525 144.0144.0 120120 Ψ X Ψ X 10-3 10 -3 7575 .. k/p".. k / p " N. D.N. D. N.O.N.O. 16.116.1 525525 169.0169.0 240240 ?. χ?. χ 10Ij 10 years £ί£ ί 7676 k/p"k / p " N.D.N.D. N.O.N.O. 31.931.9 500500 144.0144.0 330330 Λ χΛ χ OO
Μι
OO
Μι
7777 k/p"k / p " N.D.N.D. N.D.N.D. 28.428.4 525525 144.0144.0 240240 1 χ·1 χ · ίο:;ίο :; CJ)
CD .
CJ)
CD .
7878 K/P15 K / P 15 N.O.N.O. N.D.N.D. 36.436.4 525525 72.072.0 240240 10Is 10 Is 7979 * Beispiel* Example N. D.N. D. N.D.N.D. 32.132.1 525525 124124 10 5 10 5 N.DN.D

Darüberhinaus werden verschiedene Proben aus verschiedenen Versuchsläufen morphologisch analysiert. Röntgenbeugungsdiagramme an Pulverproben können für diese Prüflinge ohne weiteres mit Röntgenbeugungsdiagrammen in Einklang gebracht werden, die von KP-,--Einkristallen stammen, die durch Dampfphasentransportreaktion nach an anderer Stelle zitierten Verfahren hergestellt worden sind.In addition, different samples from different Test runs morphologically analyzed. X-ray diffraction diagrams of powder samples can easily be reconciled with X-ray diffraction diagrams for these test specimens derived from KP -, - single crystals produced by vapor phase transport reaction have been produced according to processes cited elsewhere.

Die Untersuchung wurde methodisch auch auf andere Metall-Phosphor-Systeme erstreckt, wie dies in den Tabellen angegeben ist. Ein Vergleich der Röntgenbeugungsdaten all dieser Substanzen untereinander und mit Vergleichsdiagrammen, die aus Einkristallmaterial hergestellt worden sind, zeigen insgesamt die untereinander analoge Natur der Produkte, d.h. daß all diese Substanzen zumindest im wesentlichen aus den gleichen parallel zueinander ausgerichteten pentagonalen Säulen aus kovalent gebundenem Phosphor bestehen.Methodologically, the investigation was also carried out on other metal-phosphorus systems as indicated in the tables. A comparison of the X-ray diffraction data of all of these Show substances with one another and with comparative diagrams made from single crystal material overall the mutually analogous nature of the products, i.e. that all these substances at least essentially consist of the same pentagonals aligned parallel to one another Columns consist of covalently bound phosphorus.

Vermählen der Metalle mit rotem Phosphor Grinding the metals with red phosphorus

Zur Herstellung homojener Gemische und zur Erzeugung eines innigen Kontaktes zwischen dem roten Phosphor und den Metallen der ersten und der fünften Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente werden Kugelmühlen eingesetzt.For the production of homojener mixtures and for the production of a intimate contact between the red phosphorus and the metals of the first and fifth main group of the periodic table of the elements, ball mills are used.

Die Mahlprodukte sind relativ stabil an der Luft und liefern ■Ausgangssubstanzen, die bequem gehandhabt werden können und sowohl für die Festkörperreaktionen als auch für die Einquellenverfahren der Dampfphasentransporttechnik eingesetzt werden können. Die Stabilität dieser gemahlenen Geraische deutet darauf hin, daß sich bereits beim Mahlen zumindest teilweise Polyphosphide gebildet haben.The milled products are relatively stable in the air and provide ■ starting materials that can be conveniently handled and can be used both for the solid-state reactions and for the single-source processes of vapor phase transport technology can. The stability of this ground Geraische indicates that already during grinding at least partially Have formed polyphosphides.

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-/3o -- / 3o -

Die Metalle der ersten Hauptgruppe des priodischen Systems (Gruppe 1a) mit Ausnahme von Lithium sind in der Kugelmühle leicht mit rotem Phosphor zu vermählen. Insbesondere mit den niedriger schmelzenden Metallen wie beispielsweise Rubidium und Caesium hat sich die Möglichkeit und das Verfahren, die Ausgangskomponenten in der Kugelmühle zu vermählen, bewährt. Probleme treten lediglich dann auf, wenn das Verhältnis für die Alkalimetalle M/P von 1/15 bis auf 1/7 verändert wird. Durch den erhöhten Metallgehalt tritt im allgemeinen eine Agglomeration des Mahlguts an den Wänden der Kugelmühle auf. Das an den Wänden der Kugelmühle angebackene Material läßt sich jedoch relativ leicht abkratzen und durch ein Sieb, beispielsweise ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,7 mm drücken und so zerkleinern. Lediglich Lithium und Arsen sind etwas schwieriger zu vermählen, zumindest in den gebräuchlichen Kugelmühlen, da beide Substanzen höhere Schmelzpunkte haben und härter sind.The metals of the first main group of the priodic system (group 1a) with the exception of lithium are in the ball mill easy to grind with red phosphorus. In particular with the lower melting metals such as Rubidium and Cesium have the option and the process of grinding the starting components in the ball mill, proven. Problems only arise when the ratio for the alkali metals M / P is from 1/15 to 1/7 is changed. Due to the increased metal content, agglomeration of the grist generally occurs on the Walls of the ball mill. However, the material caked onto the walls of the ball mill can be scraped off relatively easily and press it through a sieve, for example a sieve with a mesh size of 1.7 mm, and crush it. Only lithium and arsenic are a little more difficult to grind, at least in conventional ball mills, because both substances have higher melting points and are harder.

Während die Versuche zunächst mit reinen Metallen und reinem Phosphor durchgeführt wurden, werden jetzt und in der folgenden Beschreibung nur hochreine Metalle und roter Phosphor mit Elektronikqualität eingesetzt (Johnson Matthey; Reinheitsgrade von 99,999 % und 99,9999 %).While the experiments were initially carried out with pure metals and pure phosphorus, now and in of the following description only high-purity metals and red phosphorus with electronic quality are used (Johnson Matthey; Degrees of purity of 99.999% and 99.9999%).

Das gebräuchliche Kugelmahlen mit einem Antrieb der Kugelmühle auf einem Rotationstisch hat sich als das zunächst beste Verfahren zum Vermischen der Komponenten im M/P-System erwiesen. Insbesondere für die Elemente der 5. Hauptgruppe des Periodensystems hatten sich jedoch intensivere Mahlverfahren, insbesondere das kryogene Mahlen und das Mahlen in Schwingmühlen, als besser geeignet erwiesen.The usual ball milling with a drive of the ball mill on a rotary table has initially proven to be the best method of mixing the components in the M / P system proven. In particular, the elements of the 5th main group of the periodic table had become more intensive Grinding methods, in particular cryogenic grinding and grinding in vibratory mills, proved to be more suitable.

Die aus Edelstahl gefertigten Kugelmühlen mit der in Fig. gezeigten Konfiguration sind Anfertigungen der Anmelderin.The ball mills made of stainless steel with the configuration shown in FIG. 1 are manufactured by the applicant.

Die Kugelmühle ist ein zylindrisches Gefäß mit einem Außendurchmesser von 11,4 era, einer Höhe von 15,2 cm und einer Wandstärke von 0,64 nun, Der Kragen des zylindrischen Gefäßes weist einen Innenflansch 151 auf,, auf dem ein Viton-O-Ring 152 aufliegt« Ein Deckel 154 aus Edelstahl wird durch einen Riegel 155, in dem eine Spannschraube 156 geführt ist, auf den Dichtungsring und den Flansch gedrückt.The ball mill is a cylindrical vessel with an outside diameter of 11.4 era, a height of 15.2 cm and a wall thickness of 0.64 now, the collar of the cylindrical vessel has an inner flange 151 on which a Viton O-ring 152 rests «A lid 154 made of stainless steel is opened by a bolt 155 in which a clamping screw 156 is guided pressed the sealing ring and the flange.

Eine Kugelmühle hat glatte Innenwände. Die zweite Kugelmühle ist mit drei Leitblecher ausgerüstet, die auf die Innenwände der Kugelmühle geschweißt sind und sich vom Kragen bis zum Boden des Gefäßes erstrecken. Diese Leitbleche wirken als Abheber für die Kugeln und für das Mahlgut, wodurch der Mahlvorgang intensiviert wird.A ball mill has smooth inner walls. The second ball mill is equipped with three baffles, which are on the inner walls the ball mill are welded and extend from the collar to the bottom of the vessel. These baffles act as Lifters for the balls and for the grist, which intensifies the grinding process.

Die vorstehend beschriebenen Kugelmühlen können mit 50 bis 60 g Reagensgemisch beschickt werden. Während für die ersten Versuche Kugeln mit einem Durchmesser von 0,64 mm verwendet wurdenρ hat sich im Verlaufe der Arbeit gezeigt, daß mit einem Gemisch von Kugeln mit einerseits einem Durchmesser von 0„64 mm und andererseits einem Durchmesser von 0,32 mm bessere Ergebnisse erzielt werden. Alle Kugeln sind aus Edelstahl»The ball mills described above can be charged with 50 to 60 g of reagent mixture. While for the first Trials balls with a diameter of 0.64 mm were used ρ has been shown in the course of the work that with a mixture of balls with a diameter of 0.64 mm on the one hand and a diameter of 0.32 mm on the other better results can be achieved. All balls are made of stainless steel »

Das kryogene Mahlen wird bei -196 °'C in einer Spex-Gefriermühle durchgeführt.Cryogenic milling is done at -196 ° C in a Spex freezer mill carried out.

Die von der Anmelderin benutzte Mühle war für Beschickungen in der Größenordnung von 2 bis 3 g geeignet. Als Kühlmittel dient flüssiger Stickstoff. Zum Erzielen guter Mahlergebnisse waren bei den geringen Beschickungsmassen nur relativ kurze Mahlseiten erforderlich, nämlich Mahlzeiten in der Größenordnung von wenigen Minuten. Das kryogene Mahlen wird insbesondere ti um Pulverisieren härterer und höher schmelzender Metalle verwendet, insbesondere im vorliegenden Fall The mill used by the applicant was for feeds in the order of 2 to 3 g. Liquid nitrogen is used as the coolant. To achieve good grinding results only relatively short grinding sides were required with the low loading masses, namely meals in the In the order of a few minutes. Cryogenic milling is used in particular to pulverize harder and higher melting metals, especially in the present case

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für Lithium und Arsen. Diese Elemente können dann gemeinsam mit rotem Phosphor in einer Rotationskugelmühle oder ±H einer Schwingmühle vermählen werden.for lithium and arsenic. These elements can then be mixed with red phosphorus in a rotary ball mill or ± H be ground in a vibrating mill.

Als Schwingmühle wird eine unter dem Namen Vibratom im Handel befindliche Mühle verwendet. Dabei handelt es sich bei dieser Mühle prinzipiell um eine Kugelmühle/ die jedoch statt des in einer Ebene ablaufenden rotatorischen Antriebs in Kreisschwingungen angetrieben wird, die ähnlich wie bei einem gebräuchlichen Schüttelgerät erzeugt werden. Die Schwingmühlen haben einen Außendurchmesser von 13,3 cm, eine Höhe von 8,9 cm und eine Wandstärke von 0,3 cm. Die Schwingmühle weist im Inneren keine Leitbleehe auf. Die Schwingmühle wird für schwieriges Mahlgut, im Rahmen der vorliegenden Versuche insbesondere für das Arsen eingesetzt.A commercially available mill under the name Vibratom is used as a vibrating mill. It is about This mill is basically a ball mill / but instead of the rotary drive running in one plane is driven in circular oscillations, which are similar to a common shaker. The vibrating mills have an outside diameter of 13.3 cm, a height of 8.9 cm and a wall thickness of 0.3 cm. The vibrating mill has no baffle inside. the Vibrating mill is used for difficult grist, in the context of the present experiments in particular for arsenic.

Die jeweils erforderliche Mahldauer unterliegt breiten Variationen. Im allgemeinen wird beim Heißmahlen mit mindestens 40 h und selten mit mehr als 100 h zu rechnen sein. Dies hängt neben anderen Faktoren auch vom Beschickungsgut ab. Weniger Zeit wird zum Vermählen der niedriger schmelzenden Alkalimetalle benötigt, insbesondere als für Systeme, die Caesium oder Rubidium enthalten.The grinding time required in each case is subject to wide variations. In general, with hot grinding with at least 40 hours and rarely more than 100 hours can be expected. Besides other factors, this also depends on the load away. Less time is required for grinding the lower melting alkali metals, especially than for systems which contain cesium or rubidium.

Das Mahlen erfolgt je nach Art der Beschickung entweder bei Raumtemperatur oder unter Außenheizung bei Temperaturen von ungefähr 100 0C. Das Heizen erfolgt dabei unter Verwendung von Heiζlampen. Das Vermählen bei Umgebungstemperatur eignet sich insbesondere für Systeme mit Metallen, die einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen, insbesondere also für Caesium (28,7 0C) und Rubidium (38,9 0C). Ein Wärmen durch die äußere Heizlampe auf Temperaturen im Bereich von 7 5 bis 100 0C für 3 bis 4 h zeigte ausgesprochen gute Wirkung im Falle von Natrium (97,8 0C) und Kalium (63,7 0C) und Systeme, die diese Metalle enthielten. Erhitzen auf 100 0C zeigte wenig Wirkung beim Vermählen von Lithium, das einenGrinding is carried out depending on the type of the feed either at room temperature or under external heating at temperatures of about 100 0 C. The heating is effected using Heiζlampen. The grinding at ambient temperature is particularly suitable for systems with metals having a low melting point, thus in particular for cesium (28.7 0 C) and rubidium (38.9 0 C). A heating by the external heat lamp to temperatures in the range 7 5 to 100 0 C for 3 to 4 h showed very good effect in the case of sodium (97.8 0 C) and potassium (63.7 0 C) and systems that these contained metals. Heating to 100 0 C showed little effect when grinding lithium, the one

Schmelzpunkt von 108,5 UC hat. Die Mahlversuche zeigen, daß beim Vermählen geschmolzener Alkalimetalle mit Phosphor als Mahlprodukt bereits realtiv stabile chemische Reaktionsprodukte erhalten werden.Has melting point of 108.5 U C. The grinding tests show that when molten alkali metals are ground with phosphorus as the grinding product, relatively stable chemical reaction products are obtained.

Beispiel IX ( Versuch Nr. 88Tabellexiv ) . Example IX (Experiment No. 88 Table xiv).

Unter Stickstoff in einer Trockenbox wird eine Kugelmühle aus Edelstahl ohne Leitfoleche,, die 884 g Edelstahlkugeln mit einem Durchmesser von 0,64 cm haben,, mit 6,14 g (0,147 mol) 99„95 % reinem Kalium (United Mineral and Chem.. Co») und 72,95 g (2,36 mol) 99,9999 % reinem roten Phosphor (Johnson Matthey Chem.) beschickt. Die Mühle wird verschlossen und auf einem Rolltisch 71 h rotationsbeschleunigt. Die Kugelmühle wird durch indirektes Erhitzen der äußeren Oberfläche des Mahlgehäuses mit einer Heizlampe 4 h auf ungefähr 100 0C erwärmt. Das Mahlgut wird nach Abschluß der Mahloperation in '.einer Trockenbox auf ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 107 mm,,und einem darunter gestellten Auffanggefäß gegeben. Das Produkt zeigte keine Agglomeration. Die Stahlkugeln werden auf dem Sieb vom Mahlgut abgetrennt. Es werden insgesamt 76,4 g schwarzes feinpulveriges Mahlgut erhalten.A ball mill made of stainless steel without conductive foil, which has 884 g of stainless steel balls with a diameter of 0.64 cm, is placed under nitrogen in a dry box, with 6.14 g (0.147 mol) of 99 “95% pure potassium (United Mineral and Chem. . Co ») and 72.95 g (2.36 mol) of 99.9999 % pure red phosphorus (Johnson Matthey Chem.). The mill is closed and rotationally accelerated on a roller table for 71 hours. The ball mill is heated by indirect heating of the outer surface of the pulverizing casing with a heat lamp for 4 hours at about 100 0 C. After the grinding operation is complete, the ground material is placed in a dry box on a sieve with a mesh size of 107 mm and a collecting vessel placed underneath. The product showed no agglomeration. The steel balls are separated from the grist on the sieve. A total of 76.4 g of black, finely powdered grist is obtained.

Beispiel X { Versuch Hr. 115, Tabelle xiv) Example X {attempt Mr. 115, table xiv)

Unter Stickstoff in einer Trockenbox wird eine mit Leitblechen versehene Edelstahlkugelmühle mit 4 50 g Edelstahlkugeln mit einem Durchmesser von 0,64 cm und 450 g Edelstahlkugeln mit einem Durchmesser von 0,32 cm mit 12,2 g (0,0912 mol) 99,98 % reinem Caesium (Alfa/Ventron Corp.) und 19,77 g CO,638 mol) 99,99 % reinem roten Phosphor (Johnson Matthey Chem.) beschickt. Die Mühle wird verschlossen und rotatorisch auf einem Rolltisch 46,5 h bei Raum-Under nitrogen in a dry box, a stainless steel ball mill provided with baffles is filled with 450 g stainless steel balls with a diameter of 0.64 cm and 450 g stainless steel balls with a diameter of 0.32 cm with 12.2 g (0.0912 mol) 99.98 % pure cesium (Alfa / Ventron Corp.) and 19.77 g CO, 638 mol) 99.99% pure red phosphorus (Johnson Matthey Chem.). The mill is closed and rotated on a roller table for 46.5 hours at room

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temperatur angetrieben. Die Kugelmühle wird nicht extern aufgeheizt. Beim öffnen der Kugelmühle in einer TrockenbdX wird eine praktisch vollständige Agglomeration des Mahlguts an den Wänden des Mühlenkörpers beobachtet. Das Mahlgut wird mit einem Spatel abgekratzt und ausgetragen und auf ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,7 mm gegeben. Die Produktbrocken werden dann auf dem Sieb verdrückt. Im Auffanggefäß werden insgesamt 27,8 g Produkt gesammelt.temperature driven. The ball mill is not heated externally. When opening the ball mill in a drying room a practically complete agglomeration of the grist is observed on the walls of the mill body. The grist is scraped off with a spatula and discharged and transferred to a sieve with a mesh size of 1.7 mm given. The chunks of product are then crushed on the sieve. A total of 27.8 g of product are placed in the collecting vessel collected.

In der Tabelle XIV sind die Ergebnisse der verschiedenen Mahlversuche für die verschiedenen Metalle mit rotem Phosphor zusammengestellt. Wie bereits erwähnt, zeigen die vermahlenen Produkte, also das aus der Kugelmühle entnommene Mahlgut, eine überraschende chemische Beständigkeit. Table XIV shows the results of the various grinding tests for the various metals with red Phosphorus compiled. As already mentioned, show the ground products, i.e. that from the ball mill removed grist, a surprising chemical resistance.

Tabelle XIVTable XIV

Vermahlen des Metalls mit rotem Phosphor Milling the metal with red phosphorus

Vers. Mahl- Beschickg.Einwaage und Liefer-Vers. Grinding feed weight and delivery

Nr. ver- Verh. Reagenzseinheit quelleNo. comp. Ratio reagent unit source

fahrentravel

Mahl- Temperatur Ergebnis dauerGrinding temperature result duration

(h)(H)

QiQi oh(o,0)oh (o, 0 ) K/PK / P OiOi K/l?K / l? 0202 SHSosgSSHSosgS K/PK / P 0303 IS/5?IS / 5?

OSOS

esit

S3S3

flfl

BMBM

U/9U / 9

R/PR / P

ISIS

K/P.K / P.

K/PK / P

1111th

QofeO!?QofeO !?

80I3O!? OoEjoj?80I3O !? OoEjoj?

»reagens fraie J,T0 Sagos'»Reagens fraie J, T 0 Sagos'

United Mia<,-OaeoUnited Mia <, - Oaeo

31.89 p-s31.89 p-s

20f K-seagsafe frade J«T. P-=raagent grade J.Τ»20f K-seagsafe frade J «T. P- = raagent grade J.Τ »

grade gradejust right

S.14g K=
72.
P.14g K =
72.

S,14f K-72.95f 9 S, 14f K-72.95f 9

Sf K-reagent grade J.T. Ba&er SS=Ig P-reagent grade 3.T. BakerSf K-reagent grade JT Ba & er SS = Ig P-reagent grade 3. T. Baker

f K-99.95%f K-99.95%

42,61f P-sfeeut42.61f P-sfeeut

«nifeeä Min-Ctem 79..6 Atomsrgles«Nifeeä Min-Ctem 79..6 Atomic slings

(1) Pulver,- keine Agglomeration(1) powder, - no agglomeration

(2) Pulver; geringe Agglomeration ■(2) powder; low agglomeration ■

(3) Pulver, durch l,7mm-Sieb gedrückt; starke Agglomeration(3) powder, pressed through 1.7mm sieve; strong agglomeration

98°e?6698 ° e? 66

12.6 g (1)12.6 g (1)

22.7 g (2) 19,7 g (1)22.7 g (2) 19.7 g (1)

52,4 g (2) 49,9 g (1)52.4 g (2) 49.9 g (1)

28,6 g (I),- P *28.6 g (I), - P *

unvermahlenunmilled

52,6 g (1) O«»'«5.S hrs) 54,0 g (1)52.6 g (1) O «» '«5.S hrs) 54.0 g (1)

tasi 76,4 g Pulvertasi 76.4 g powder

'100eC(3. hrs) 154,8 g PuIv*- '100 e C (3rd hrs) 154.8 g PuIv * -

(0,43g K unver.a; -.len)(0.43g K un.a; -.len)

2eO"eC« hral 63 g (1) IQO5CiI hr) 44'6 g (1) 2eO "eC« hral 63 g (1) IQO 5 CiI hr) 44 ' 6 g (1)

9292

13 9413 94 9S 9t9S 9t 97 9197 91

Tabelle XIV (Fortsetzung) Vermählen des Metalls mit rotem Phosphor Table XIV (continued) Milling the Metal with Red Phosphorus

Vers. Mahl-Nr verfahren Proceed with vers. Meal no

Beschickg Verh.Loading ratio

Einwaage und ReagenzeinheitWeighed-in weight and reagent unit

Lieferquelle Source of supply

Mahldauer Grinding time

Temperatur ErgebnisTemperature result

BM(Cd)BM (Cd)

BM(b,d) BM(b.e)BM (b, d) BM (b.e)

BM(b,d)BM (b, d)

BM(b,e) X/Ps BM(a.e)BM (b, e) X / P s BM (ae)

x-reagent «rade J.T. Bakerx-reagent «rade J.T. Baker

27.72g »-reagent grade J.T. Baker27.72g »-reagent grade J.T. Baker

7g x-r*ag»nt «rade J.T. Baker7g x-r * ag "nt" rade J.T. Baker

31.Ig »-reagent grade J.T. Baker31. Ig »-reagent grade J.T. Baker

10g X-reagent grade J.T. Baker 55.45g »-about 99.95%10g X-reagent grade J.T. Baker 55.45g »-about 99.95%

S.«9 K-99.95« 21.729 »-99.999% S. «9 K-99.95« 21.729 »-99.999%

I 9 K-r»agent I 9 agent

31.(19 ^-approx 31. (19 ^ -approx

99.95% Chewtals 99.95% Chewtals

Alfa/Ventron Johnson MattheyAlfa / Ventron Johnson Matthey

J.T. Baker
Atomen? ic
Chencitala
JT Baker
Atoms? ic
Chencitala

19.019.0

41.541.5

41.041.0

52.052.0

BM+CM+VM »/As./». Cb.eHa.e) * l BM + CM + VM »/As./». Cb.eHa.e) * l

(1> Pulver? keine Agglomeration(1> powder? No agglomeration

(2) Pulver; geringe Agglomeration(2) powder; low agglomeration

(3) Pulver; durch 1,7 mm Sieb gedrückt; starke Agglomeration(3) powder; pressed through 1.7 mm sieve; strong agglomeration

2.59 K-reagent grade J.T. Daker (6.5 9.51g As-99.9% Alfa/Ventron 25.74g »-reagent grade J.T. Baker2.59 K-reagent grade J.T. Dacians (6.5 9.51g As-99.9% Alfa / Ventron 25.74g »-reagent grade J.T. Baker

3.3S«? X-99.95% Alfa/Ventron 1)215 BM 25.6Ig As lu»p-99.9999 Johnson Matthey 2)94 VK 29.19g »-99.9991 Johnson Matthey 3)separated3.3S «? X-99.95% Alfa / Ventron 1) 215 BM 25.6Ig As lu »p-99.9999 Johnson Matthey 2) 94 VK 29.19g »-99.9991 Johnson Matthey 3) separated

out As t cryo-•Ji lied Upex Mill) (CM)out As t cryo- • Ji lied Upex Mill) (CM)

4)reconbine s ball mill 50 hr«4) reconbine s ball mill 50 hr «

1SO*C(3 hr»)1SO * C (3 hr »)

100*C(3 hr·) 100*C(4 hrs) 100 * C (3 hr) 100 * C (4 hrs)

100»C(3 hr·) 100»C<3 hrs) 101*C(Cfi.5 hrs) 100 »C (3 hr ·) 100» C <3 hrs) 101 * C (Cfi. 5 hrs)

30,2 g (3) 30.2 g (3)

43,7 q Agglomerat?43.7 q agglomerate?

62.6 g (3) 62.6 g (3)

29.7 ς (3) 36.2 ς O) 29.7 ς (3) 36.2 ς O)

36,0 g (1)36.0 g (1)

100*C(2.5 hrs) 100 * C (2.5 hrs)

ambient AS nicht mahlbar 4. 2 «in.cycles AS nicht mahlbarambient AS not grindable 4. 2 «in.cycles AS not grindable

at-19«»Cat-19 "" C

AS zerkleinertAS crushed

Raum Temp.Room temp.

nicht agglom.not agglom.

Tabelle XIV (Fortsetzung)
Vermählen des Metalls mit rotem Phosphor
Table XIV (continued)
Grinding the metal with red phosphorus

vers.verse. Mahl-Meal- Wr,Wr, ¥er-¥ he fahrentravel

Beschickg„Einwaage und Liefor-Verb-Reagenseinheit quelleCharge “Weighed in weight and Liefor-Verb reagent unit source

Mahl-Meal-

dauerduration

(h)(H)

Temperatur ErgebnisTemperature result

9999

DKlDKl

f 33„§3g Aof 33 “§3g Ao

§2 β 2Sg§2 β 2Sg

S0SOg S-S0OQg SfeS 0 SOg SS 0 OQg Sfe

3*% ο3 *% ο

Ώα/9Ώα / 9

ISIS

ic 92gic 92g

3IUIf3IUIf

S.99§P.99§

OBffe! Ma/Po 6.2tOffe! Ma / Po 6.2t

S§,JS§, J

IiSIiS

$3.569 P^ffeafent fraie 3» I.69$ 3.569 P ^ ffeafent fraie 3 » I.69

4t.Iff4t.Iff

ff.ISfff.ISf

(Ϊ) Pulver? keine Aggloaeratlon (Ϊ) powder? no agglomeration

(2) Pulper1 geringe AgglOBe^e^ioa(2) Pulper 1 small agglOBe ^ e ^ ioa

(3) Palmer, durch 1??βι Sieb godrüekt; starke (3) Palmer, through 1 ? ? βι sieve godrüekt; strength

QOoS 2,33 οΘQOoS 2.33 οΘ

SäsoSSäsoS

67 «67 «

S3 feel)S3 feel)

oppseeso <3(S «,« f (3)oppseeso <3 (S «,« f (3)

f 12 > s e'.wasf 12> s e'.was

feseifesei

Äauratemp„Äauratemp "

19,6 g (1)19.6 g (1)

39,3 g (1)
91,5 g (1)
39.3 g (1)
91.5 g (1)

63,9 g (1)63.9 g (1)

52,5 g Pulver52.5 g powder

(0,17g Li unvermahlen) ^O(0.17g Li unmilled) ^ O

50,36 g Pulver _^50.36 g powder _ ^

(0,44 g Li unvermahlen) >^j(0.44 g Li unmilled)> ^ j

.00.00

CDCD

CDCD

Tabelle XIV (Fortsetzung)
Vermählen des Metalls mit rotem Phosphor
Table XIV (continued)
Grinding the metal with red phosphorus

Vers. Mahl- Beschickg.Einwaage und Liefer-Vers. Grinding feed weight and delivery Nr. ver- Verh. Reagenzeinheit quelleNo. comp. Reagent unit source

fahrentravel

Mahl- Temperatur dauerGrinding temperature duration

101 109 110101 109 110

111111

112 113112 113

114 115114 115

•HU.·)
■Mt·,·) •Mb,·)
• HU. ·)
■ Mt ·, ·) • Mb, ·)

BMBM

BMfb.d) BN(b,d)BMfb.d) BN (b, d)

BM(b,d) BM(b.d)BM (b, d) BM (b.d)

S.SCg Bb-99.93% JULfaTVentron CS.0 aabientS.SCg Bb-99.93% JULfaTVentron CS.0 aabient

30*22« P-reagent grade J.T. Baker30 * 22 "P-reagent grade J.T. Baker

5.74g Rb-99.93% Alia/Ventron 115.5 aeblent5.74g Rb-99.93% Alia / Ventron 115.5 aeblent

31.2g P-99.999% Johnton Matthey31.2g P-99.999% Johnton Matthey

11.22« Bb-99.93% Alfa/Ventron 41.0 ambient11.22 «Bb-99.93% Alfa / Ventron 41.0 ambient

21.4Sg P-99.999% Johnton Matthey21.4Sg P-99.999% Johnton Matthey

CiZPCiZP

CeZP7 CfZP7 CeZP 7 CfZP 7

14.479 Ce>99.9t% 50.519 P-99.9999%14.479 Ce> 99.9t% 50.519 P-99.9999%

S.129 Ce-99.91% 20.34« P-99.999%P.129 Ce-99.91% 20.34 «P-99.999%

12.309 Ce-99.91% 20.069 P-99.999*12.309 Ce-99.91% 20.069 P-99.999 *

12.3C9 Ct-99.9·% 20.1*9 P-99.999%12.3C9 Ct-99.9% 20.1 * 9 P-99.999%

12.129 Cf-99.9·% 19.77g P-99.999%12,129 Cf-99.9% 19.77g P-99.999% Alf«A«ntro Johnton MatthcyAlf «A« ntro Johnton Matthcy

47.5 aebient47.5 aebient

AlfaZVeatron C7.0 Johnton MattheyAlfaZVeatron C7.0 Johnton Matthey

Alf«ZV«ntron 41.0Alf «ZV« ntron 41.0 Johnfon MattheyJohnfon Matthey

AlfeZVantron 11.5 Johnton tutthcyAlfeZVantron 11.5 Johnton tutthcy

AlfaAentron 4«. S Johnton MattheyAlfaAentron 4 «. S. Johnton Matthey

eadbienteadbient

eabienteabient

(1) Pulver; keine Agglomeration(1) powder; no agglomeration

(2) Pulver; geringe Agglomeration(2) powder; low agglomeration

(3) Pulver, durch 1,7 mm-Sieb gedrückt; starke Agglomeration(3) powder, forced through 1.7mm sieve; strong agglomeration

ErgebnisResult

(1)(1)

35.7 g (1)35.7 g (1)

36.2 g (3); Aggl. fast vollst.36.2 g (3); Aggl. almost completely.

€D,2 g (3);€ D, 2 g (3);

23,76 g (1) 29.1 g (3)23.76 g (1) 29.1 g (3)

26,5 g (3)26.5 g (3)

27.8 g (3); fast 100% Aggl.27.8 g (3); almost 100% aggl.

In der Tabelle XV sind die verschiedenen Substanzen der Formal MP (X = 15 und χ sehr viel größer als 15, entsprechend einer neuen Phosphor form) ,. die nach dem Verfahren der Dampfphasentransportreaktion mit einer Quelle (1S-VT), dem Verfahren der Dampfphasentransportreaktion mit zwei Quellen (2S-VT), durch Festkörperreaktion und durch chemische Reaktion und Niederschlagen aus der Dampfphase (CFDl hergestellt worden sind.In Table XV, the various substances of the formula MP (X = 15 and χ are much larger than 15, corresponding to a new phosphorus form),. which have been produced by the vapor phase transport reaction with one source (1S-VT) , the vapor phase transport reaction with two sources (2S-VT) , by solid-state reaction and by chemical reaction and vapor deposition (CFDl).

Tabelle XVTable XV

SS Il σ V& 1SS Il σ V & 1

Einkristalle XSingle crystals X

poiykrist. - Θ ff poiykrist. - Θ ff

amorph m amorphous m

EinkristalleSingle crystals

2§-¥f ir 2§- ¥ for ir

polylcrist.
amorph
polylcrist.
amorphous

Sinkristalle j? Sinking crystals j?

körper- -, ^1 body-, ^ 1

reaktion polykrist. @reaction polycryst. @

amorphamorphous

Xs = Kristalle/WhiskerXs = crystals / whiskers

B: = Stucke, starker als TO \m B: = pieces, stronger than TO \ m

TF; = Dünne Schichten, weniger als 10 im dick ΒΛ; = PuiverTF; = Thin layers, less than 10 in thick Β Λ ; = Puiver

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Die nach den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Produkte sind Kristalle oder Whisker (in der Tabelle XV als "X" bezeichnet), festes polykristallines Material (in der Tabelle XV als "B" bezeichnet),feste dünne Schichten oder Beschläge (in der Tabelle XV als "TF" bezeichnet),festes amorphes Material ("B" und "TF")sowie Pulvermaterial in größerer Menge, wie es auf der Festkörperreaktion erhalten wird ("B*").The products obtained by the methods described above are crystals or whiskers (in Table XV as "X" denoted), solid polycrystalline material (denoted "B" in Table XV), solid thin films or Fittings (referred to as "TF" in Table XV), solid amorphous material ("B" and "TF") and powder material in larger amount as obtained on the solid state reaction ("B *").

Die Analyse der kristallinen MP15 Substanzen wurde bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 7 bis 10 erläutert. Wie in der Tabelle XV angegeben, ist polykristallines und amorphes MP15 nur in Form dünner Schichten und Beschläge hergestellt worden.The analysis of the crystalline MP 15 substances has already been explained in connection with the description of FIGS. As indicated in Table XV, polycrystalline and amorphous MP 15 has only been produced in the form of thin layers and fittings.

Polykristallines Material in Substanz und dünne Schichten von KP (x sehr viel größer als 15) wird durch Dampfphasen-Polycrystalline material in substance and thin layers of KP (x much larger than 15) are produced by vapor phase

transportreaktion mit Verdampfung aus einer Quelle oder . aus zwei Quellen erhalten. Diese polykristallinen dünnen Schichten mit Keimbildung auf einem Glassubstrat oder auf dem Glaswänden des Reaktors weisen eine dichte Packung parallel zueinander ausgerichteter kleiner Whisker auf, die senkrecht zum Substrat"wachsen. Rasterelektronenmikroskopische Mikroaufnahmen wie sie in den Fig. 18,19 und 20 wiedergegeben sind, zeigen relativ große Abstände zwischen den einzelnen KP -Whiskern.transport reaction with evaporation from a source or. obtained from two sources. These polycrystalline thin films with nucleation on a glass substrate or on the glass walls of the reactor have a dense packing of small whiskers aligned parallel to one another, which "grow perpendicular to the substrate". Scanning electron microscope micrographs as shown in FIGS. 18, 19 and 20 show relatively large gaps between the individual KP whiskers.

Diese polykristallinen dünnen Schichten werden bei diesen Temperaturen im Bereich von 455 0C bis 375 0C gebildet, also bis zur Grenze, an der sich die amorphen Phasen zu bilden beginnen.These polycrystalline thin layers are formed at these temperatures in the range from 455 ° C. to 375 ° C., that is to say up to the limit at which the amorphous phases begin to form.

Diese Substanzen werden naßchemisch, röntgenographisch und im Elektronenbeugungsspektrum untersucht. Die Ergebnisse zeigen übereinstimmend, daß der Parameter χ in diesen Substanzen sehr viel größer als 15 ist, typischerweise alsThese substances are examined using wet chemistry, X-ray technology and the electron diffraction spectrum. The results show consistently that the parameter χ in these substances is much greater than 15, typically than

- VfT- - VfT-

1 000. Ein typisches Rönt^enbeugungsdiagramm, das an pulverkristallinem Material von MP mit χ sehr viel grösser als 15 aufgenommen worden ist, ist in der Fig. 10 wiedergegeben„1 000. A typical X-ray diffraction diagram that an powder crystalline material from MP with χ much larger was recorded as 15, is shown in Fig. 10 "

Wie aus der Tabelle XV weiterhin zu entnehmen ist, kann amorphes MP in Substanz stückig durch die Dampfphasentransportreaktion hergestellt v/erden. Diese Stücke bilden sich in einem verengten Abschnitt 160 des Reaktorrohres 132 (Fig„ 1 und 2) in der*, ,arjüngten Abschnitt 162 des Reaktorrohres 58 (Pig, 3) oder in der Zone 2 der in Pig, 16 gezeigten Vorrichtung= All diese Produkte zeigen im Röntgenbeugungsspektrum keine definierbaren Reflexe=As can also be seen from Table XV, can amorphous MP in substance as a result of the vapor phase transport reaction produced v / earth. These pieces form in a narrowed section 160 of the reactor tube 132 (FIGS. 1 and 2) in the *,, arjüngten section 162 of the Reactor tube 58 (Pig, 3) or in zone 2 of the in Pig, 16 Device shown = All of these products show in the X-ray diffraction spectrum no definable reflexes =

Zur Bestimmung des Grades der Amorphizität eines Materials werden Röntgenbeugungsdiagramme herangezogen,, die mit pulvrigen Substanzen aufgenommen werden« Diese amorphen MP -Substanzen mit χ sehr viel größer als 15 können geschnitten, geläppt und poliert werden, und zwar nach Verfahren, wie sie aus der Halbleitertechnik zum Präparieren von Chips an sich bekannt sindo Dies tvifft insbesondere auch für Werkstoffe zu? die nicht mehr als 50 bis 500 ppm Metall enthalten und an sich eine neue Form oder Modifikation des Phosphors sind»To determine the degree of amorphicity of a material, X-ray diffraction diagrams are used, which are recorded with powdery substances. "These amorphous MP substances with χ much larger than 15 can be cut, lapped and polished using methods such as those from semiconductor technology are known per se for the preparation of chips o This applies in particular to materials? which contain no more than 50 to 500 ppm metal and are in themselves a new form or modification of phosphorus »

Die amorphen KP -Chips mit hohen Wert für χ sind wertvolle Halbleiter mit elektrooptischen Eigenschaften, die in ihrer Qualität praktisch identisch sind mit den für KP.^-Whiskerη gemessenen Daten, Daraus läßt sich schließen, daß in allen MP -Substanzen mit χ = 15 oder mit κ sehr viel größer als 15p solange die suletzt genannten Substanzen in Gegenwart eines Älkal!metalls niedergeschlagen werden, im wesentlichen alle den gleichen Nahordnungstyp der Struktur aufweisen und zvhblt jeweils über das gesamte vorliegende Material Diese Nahordnungsstruktur läßt sich durch die parallel zueinander ausgerichteten pentagonalen hohlen PhosphorsäulenThe amorphous KP chips with a high value for χ are valuable semiconductors with electro-optical properties, the quality of which is practically identical to the data measured for KP. ^ - whiskers. From this it can be concluded that in all MP substances with χ = 15 or with κ much greater than 15p as long as the substances mentioned above are precipitated in the presence of an alkali metal, essentially all have the same short-range order type of structure and zvhblt over the entire material present. This short-range structure can be hollowed out by the parallel pentagonals Phosphor columns

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

beschreiben.describe.

Amorphes phosphorreiches KP -Material kann mit spiegelpolierten Oberflächen in einer Güte hergestellt werden, daß diese Werkstoffe elektrooptisch bewertet werden können. Die Oberflächen werden routinemäßig behandelt, so zum Beispiel zunächst geschnitten, dann eingebettet, dann geläppt, schließlich poliert und chemisch geätzt. Da die bei diesen Verfahren am amorphen Material auftretenden Oberflächenverletzungen die elektrooptischen Leistungen des Halbleiterwerkstoffes beeinträchtigen, haben sich die Arbeiten der Anmelderin auf Bearbeitungsverfahren und die Entwicklung und Verbesserung solcher Oberflächenbearbeitungsverfahren konzentriert, die weitgehend "zerstörungsfrei" auf die Oberfläche einwirken. Die im folgenden näher beschriebenen Oberflächenbearbeitungsverfahren haben sich für das amorphe KP -Material zur Herstellung von spiegelpolierten Oberflächen besonders bewährt.Amorphous phosphorus-rich KP material can be produced with mirror-polished surfaces in a quality that these materials can be evaluated electro-optically. The surfaces are routinely treated, For example, first cut, then embedded, then lapped, finally polished and chemically etched. Since the surface damage that occurs on the amorphous material during this process reduces the electro-optical performance affect the semiconductor material, the work of the applicant on processing methods and focuses on the development and improvement of such surface treatment processes that are largely "non-destructive" act on the surface. Have the surface finishing methods described in more detail below has proven itself particularly well for the amorphous KP material for the production of mirror-polished surfaces.

Eingebettete Stücke KP mit sehr großen Werten von χ und Längen in der Größenordnung von ungefähr 1 bis 2 cm der in TabelleSI beschriebenen Art werden mit langsamer Schnittgeschwindigkeit und kleinstem Vorschubdruck mit einer Diamantsäge geschnitten. Jedes Scheibchen hat eine Stärke von ungefähr 1 mm. Die geschnittenen Scheibchen werden in eine Brom-Salpetersäure-Lösung getaucht. Dabei werden Schnittverletzungen entfernt und wird die Stärke des Scheibchens auf ungefähr 50 μΐη reduziert. Die Scheibchen oder Chips werden dann gewaschen und auf Einschlüsse und Leerstellen hin untersucht. Es zeigt sich, daß das amorphe KP -Material mit hohen x-Werten praktisch vollkommen frei von Blasen und Leerstellen ist.Embedded pieces KP with very large values of χ and lengths on the order of approximately 1 to 2 cm of the in The type described in TableSI are slow cutting speed and the smallest feed pressure cut with a diamond saw. Each slice has a strength of about 1 mm. The cut slices are immersed in a bromine-nitric acid solution. Be there Cuts removed and becomes the strength of the disc reduced to about 50 μΐη. The slices or Chips are then washed and examined for inclusions and voids. It turns out that the amorphous KP material with high x values is practically completely free of bubbles and voids.

Ein gebräuchliches niedrigschmelzendes Wachs mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 80 0C dient der Halterung desA common low-melting wax with a melting point of approximately 80 ° C. is used to hold the

KP -Chips auf einem PoIi pflock. Die Scheibchen werden dannKP chips on a pole. The slices will then

x —1 x -1

mit einer Drehzahl von 50 min in 2 niin-Intervallen geläppt,, und zwar individuell mit Siliciumcarbidpaste {400 und 600 grit) unter Verwendung von destilliertem Wasser alslapped at a speed of 50 min in 2 nin intervals, individually with silicon carbide paste (400 and 600 grit) using distilled water as

Gleitmittel und unter dem Auflagedruck einer Masse vonLubricant and under the pressure of a mass of

2 50 g/cm „ Es wi erhalten werden2 50 g / cm “Es wi can be obtained

2 50 g/cm „ Es wird solange geläppt, bis glatte Oberflächen2 50 g / cm “Lapping takes place until the surfaces are smooth

Die so geläppten Chips werden dann 1 h poliert und zwar bei einer Drehzahl von 50 -«,in unter dem Auflagedruck einer Masse von 50g/cm2 mit einem 3 μΐη-ϋiamantstaubtuch und Läppöl als Streckmittel„ Nach dieser Vorpolierstufe wird zusätzlich 15 min bei 50 min" und 50g/cm2 mit einem Mikrotuch poliert, wobei als Poliermittel eine Trübe von ■^-Aluminiumoxid mit einer Korngröße von 0„05 μπι in destilliertem Wasser dient« Zwischen jeder Läppstufe und Schleifstufe werden die Chips mit äußerster Sorgfalt in einem Ultraschallbad gereinigt, dann abgespült und getrocknet»The chips lapped in this way are then polished for 1 hour at a speed of 50 - ", in a mass of 50g / cm 2 with a 3 μm diamond duster and lapping oil as an extender." After this prepolishing step, an additional 15 minutes at 50 min "and 50g / cm 2 polished with a microcloth, the polishing agent used is a cloud of aluminum oxide with a grain size of 0.05 μm in distilled water. Between each lapping step and grinding step, the chips are cleaned with the utmost care in an ultrasonic bath , then rinsed and dried »

Die nach diesem Verfahren hergestellten Prüflinge weisen qualitativ hochwertige spiegelglänzende Oberflächen auf. Das abschließende Polieren wird mit gebräuchlichen metallographischen Poliergeräten (Buehler) durchgeführt. : The specimens produced using this process have high quality, mirror-like surfaces. The final polishing is carried out with common metallographic polishing devices (Buehler). :

Bei der Herstellung von Chips spielt chemisches Ätzen eine wichtige Rolle bei der Oberflächenbehandlung, bei der Vorbereitung der Bauelemente, beim Metallisieren und bei der schlieSlichen Fertigung der Bauelemente»In the manufacture of chips, chemical etching plays an important role in the surface treatment, in the preparation of the components , in the metallization and in the final production of the components »

Die Chemie und die praktischen Aspekte von Ätzprozessen sind in zahllosen Aufsätzen der chemischen und technischen Literatur beschriebene Angaben über spezielle Ätzmittel sind jedoch in der wissenschaftlichen Literatur weit verstreut» So bedurfte es erheblichen Aufwands, um nach Ätzmitteln zu forschen, die zum Ätzen amorpher MP -Substanzen mit hohem Phosphorgehalt geeignet wären. Dabei wurde insbesondereThe chemistry and the practical aspects of etching processes are in countless articles of the chemical and technical Information about special etchants described in the literature is, however, widely scattered in the scientific literature » So it took considerable effort to research for etchants that are used to etch amorphous MP substances high phosphorus would be suitable. It was in particular

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Wert auf die Behandlung der Oberflächen solcher Substanzen gelegt. Die Literaturforschung und praktische Versuche haben der Anmelderin gezeigt, daß die Ätzlösungen und Verfahren, die gegenwärtig zum Ätzen von GaP und InP- verwendet werden, nach entsprechender Modifikation für die MP -Substanzen am ersten geeignet sind. Die folgenden Ätzlösungen wurden ausgewählt und geprüft:Attention was paid to the treatment of the surfaces of such substances. Research into the literature and practical tests have shown the applicant that the etching solutions and methods which are currently used for etching GaP and InP - are most suitable for the MP - substances after appropriate modification. The following etching solutions were selected and tested:

- 5-10% Br^ 95-90% CH3OH zum Zwecke des allgemeinen Ätzens und Polierens- 5-10% Br ^ 95-90% CH 3 OH for the purpose of general etching and polishing

- 1% Br2, 99% CH3OH zum Polieren bereits qualitativ hochwertiger Oberflächen (ungefähr 1 μΐη/min)- 1% Br 2 , 99% CH 3 OH for polishing high quality surfaces (approx. 1 μΐη / min)

- 5 Gew.-% NaOCl-Lösung zum chemischen Polieren- 5 wt .-% NaOCl solution for chemical polishing

- 1 HCl : 2 HNO3 (1% Br„) zum Entfernen von Bearbeitungsverletzungen nach dem Schneiden und Läppen - 1 HCl: 2 HNO 3 (1% Br „) for removing machining injuries after cutting and lapping

- 1 HCl : 2 HNO3 zum Entfernen von Oberflächenschichten- 1 HCl: 2 HNO 3 for removing surface layers

Es werden eine Reihe von Prüflingen zur Messung der optischen Absorption hergestellt. Die obenbeschriebenen Verfahrensstufen werden zum Schneiden und beidseitigen Polieren amorpher Chips aus Material mit hohen x-Werten verwendet, wobei die Stärke der Prüflinge im Bereich von 0)5 mm liegt. Bezugsprüflinge aus GaP- und GaAs-Kristallen werden ebenfalls beidseitig poliert und zur Referenzmessung des Bandabstandes durch optische Absorption herangezogen.A number of specimens for measuring optical absorption are produced. The process steps described above are used for cutting and polishing on both sides of amorphous chips made of material with high x values, the thickness of the test specimens being in the range of 0-5 mm. Reference specimens made of GaP and GaAs crystals are also polished on both sides and used for reference measurement of the band gap by optical absorption.

Zur Aufdeckung von Mikrostrukturen werden spezielle Ätzverfahren entwickelt, mit denen die Chips auf kleinen und engbegrenzten Bereichen auch bis auf Stärken von 0,2 mm zur Durchführung optischer Absorptionsmessungen geätzt werden konnten.To uncover microstructures, special etching processes are being developed with which the chips are applied to small and Narrow areas are also etched down to a thickness of 0.2 mm to carry out optical absorption measurements could become.

Zu diesem Zweck werden zahlreiche Ätzlösungen ausgesucht und geprüft. Die beste chemische Lösung ergab ein Gemisch aus 6,0 g Kaliumhydroxid, 4 g rotem Kalium-Eisen(III)cyanid und 50 ml destilliertem Wasser bei 70 0C. Die Einwirkzeit zum Sichtbarmachen von Ätzmustern beträgt weniger als 60 see. Dabei ist die Lösung ungewöhnlich stabil und kann mit gut reproduzierbaren Ätzdaten verwendet werden.Numerous etching solutions are selected and tested for this purpose. The best chemical solution was a mixture of 6.0 g of potassium hydroxide, 4 g of red potassium iron (III) cyanide and 50 ml of distilled water at 70 ° C. The exposure time to make etching patterns visible is less than 60 seconds. The solution is unusually stable and can be used with easily reproducible etching data.

Nach dem Einbetten, Schneiden und Polieren der amorphen KP -Prüflinge mit χ sehr viel größer als 15 entsprechend der in den Tabellen VII und VIII aufgeführten Substanzen wurden die Ätzversuche durchgeführt. Typische Mikrostrukturen wurden bei diesem Ätzverfahren bereits nach 30 see sichtbar.After embedding, cutting and polishing the amorphous KP specimens with χ much larger than 15 accordingly The etching tests were carried out on the substances listed in Tables VII and VIII. Typical microstructures became visible after 30 seconds with this etching process.

In der Fig. 21 ist eine Mikrophotographie in 360-facher Vergrößerung wiedergegeben, die ein Ätzmuster auf einer Oberfläche zeigt, die senkrecht zur Achse der amorphen Stücke des phosphorreichen Materials zeigt, das nach dem Einquellendampf phasentransportverfahren (Versuch Nr. 28 in Tabelle VII) erhalten worden ist. In dem Ätzmuster sind bienenwabenartige Mikrostrukturen mit ausgeprägt gut definierten Bereichen erkennbar, deren Ausdehnung einige um beträgt. Diese wabenartigen Mikrostrukturen sind typisch für Ätzmuster auf Werkstoffen mit zweidimensionalem atomaren Gitter (wie beispielsweise parallelen Säulen)„In Fig. 21 is a photomicrograph enlarged 360 times showing an etching pattern on a surface perpendicular to the axis of the amorphous pieces of the phosphorus-rich material shows that after the swelling vapor phase transport process (Experiment No. 28 in Table VII) has been received. Honeycomb-like microstructures with distinctly well-defined areas can be seen in the etched pattern, the extent of which is a few µm. These honeycomb-like Microstructures are typical for etched patterns on materials with a two-dimensional atomic lattice (such as parallel columns) "

In der Fig. 22 ict in 360-facher Vergrößerung die Mikrophotographie eines Ätzmusters auf einer Oberflächen wiedergegeben, die senkrecht zur Wachstumsachse des amorphen phosphorreichen Materials geschnitten ist, das nach dem Zweiquellenäampfphasentransportverfahren im Beispiel 6 hergestellt worden ist. Die Fig. 23 zeigt eine Mikrophotographie der gleichen geätzten Oberflächen wie der in Fig. 22 gezeigten Oberfläche, jedoch bei 720-facher Vergrößerung. Die Fig. 24 ist eine 360-fach vergrößerte MikrophotographieIn FIG. 22, the microphotograph is enlarged 360 times of an etching pattern on a surface that is perpendicular to the growth axis of the amorphous Phosphorus-rich material prepared by the two-source vapor phase transport method in Example 6 is cut has been. FIG. 23 shows a photomicrograph of the same etched surfaces as that shown in FIG Surface, but at 720x magnification. Fig. 24 is a photomicrograph enlarged 360 times

einer geätzten Oberfläche senkrecht zu der in den Figuren 22 und 23 dargestellten Oberflächen und zeigt Ätzmuster, die für Säulenpackungen typisch sind.an etched surface perpendicular to that in the figures 22 and 23 and shows etch patterns typical of column packs.

Die Ergebnisse dieser Ätzversuche zeigen also, daß das MP Material, wobei M ein Alkalimetall ist und X sehr viel größer als 15 ist, d.h. also für Material, bei dem die Alkalimetallkonzentrationen in Bereichen von 50 ppm liegen, Nahordnungsbereiche aufweisen, die durch insgesamt zueinander parallele pentagonale Phosphorsäulen gekennzeichnet sind, wobei die zueinander parallelen Säulen entweder alle parallel sind (MP.. 5-Form) oder doppelt alternierende zueinander senkrechte Schichten bilden (monocliner Phosphor).The results of these etching experiments show that the MP material, where M is an alkali metal and X is much greater than 15, i.e. for material in which the alkali metal concentrations are in the range of 50 ppm, have short-range regions that are parallel to each other Pentagonal phosphor columns are marked, whereby the columns which are parallel to one another are either all parallel (MP .. 5 shape) or form double alternating layers perpendicular to one another (monoclinic phosphor).

Die elektrooptische Kenndatenermittlung wird an Einkristall-Whiskern, an polykristallinen Schichten und an amorphen Schichten sowie an Stücken durchgeführt. Die Kennzeichnungen besteht aus (1) optischen Messungen an Prüflingen ohne elektrischen Kontakt (Absorptionskante, Photolumineszenz); (2) elektrische Messungen mit einfachen Kontakten und linearem Obergangsverhalten (Leitfähigkeit, Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit, Photoleitfähigkeit, Wellenlängenabhängigkeit der Photoleitfähigkeit, Leitfähigkeitstyp); (3) elektrische Messungen mit nichtlinearen oder gleichrichtenden Kontaktübergängen mit Metallen, die auf ein Halbleiterverhalten hindeuten.The electro-optical determination of characteristics is carried out on single crystal whiskers, performed on polycrystalline layers and amorphous layers as well as on pieces. The markings consists of (1) optical measurements on specimens without electrical Contact (absorption edge, photoluminescence); (2) electrical measurements with simple contacts and linear Transition behavior (conductivity, temperature dependence of Conductivity, photoconductivity, wavelength dependence of photoconductivity, conductivity type); (3) electrical Measurements with non-linear or rectifying contact transitions with metals that indicate semiconductor behavior.

Aus den vorstehend genannten Messungen werden Daten zusammengestellt, die zeigen, daß alle hergestellten Substanzen die elektrischen Voraussetzungen für technisch nutzbare Halbleiter erfüllen, d.h. alle Substanzen weisen einen Bandabstand im Bereich von Ibis 3 eV auf, haben eine spezifische elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 10~5 bis 10~12 (Ohm-cm)"1 haben ein Photoleitfähigkeitsverhältnis (Leitfähigkeit unter Belichtung zu Dunkelleitfähigkeit) von 100 bis 10 000 und weisen überdies chemische und physikalischeFrom the above measurements data are compiled, showing that all of the substances produced meet the electrical requirements for industrially useful semiconductors, that is, all substances have a band gap in the range of Ibis 3 eV, have a specific electric conductivity ranging from 10 -5 to 10 ~ 12 (ohm-cm) " 1 have a photoconductivity ratio (conductivity under exposure to dark conductivity) of 100 to 10,000 and, moreover, have chemical and physical

Stabilität unter normal'=" Umgebungsbetriebsbedingungen auf, Die Messungen werden mit folgenden Geräten durchgeführt:Stability under normal '= "ambient operating conditions, The measurements are carried out with the following devices:

(1) Äbsorptionskantes Zeiss, 2-Strahl-Spektrometer,(1) Absorption edge Zeiss, 2-beam spectrometer,

IR und sichtbar.IR and visible.

Photolumineszenss Im Kryostat bei tiefen TemperaturenPhotoluminescence in the cryostat at low temperatures

(4 K)r Laseranregung(4 K) r laser excitation

(2) Spezifische elektrische Leitfähigkeit; 2-Sonden-Messungen und 4-Sonden-(2) specific electrical conductivity; 2-probe measurements and 4-probe

MessungenMeasurements

Temperaturabhängigkeit der spezifischenTemperature dependence of the specific

Leitfähigkeit: Gemessen im Bereich von 300 K bisConductivity: Measured in the range from 300 K to

550 K in einer evakuierten Kammer.550 K in an evacuated chamber.

Photoleitfähigkeits Gemessen mit einer Lichtquelle vonPhotoconductivity Measured with a light source of

ungefähr 100 mW/cm2.about 100 mW / cm 2 .

Wellenlängenabhängigkeit der Photoleitfähigkeit: Xe-Lampe als Lichtquelle in Verbindung mit einem Monochromator«Wavelength dependence of the photoconductivity: Xe lamp as a light source in conjunction with a monochromator "

Leitfähigkeitstyps Durch Messen der thermoelektrischenConductivity type by measuring the thermoelectric

Kraft mit einer heißen und einer kalten SondeForce with a hot and a cold probe

(3) Silberkontaktpaste wird zur Herstellung vorübergehender Kontakte zum Material verwendet, und zwar mit einer am offenen Kreis gemessenen Photospannung von 0,2 V unter Belichtung.(3) Silver contact paste is used to make temporary contacts to the material with an am photovoltage of 0.2 V measured in an open circle under exposure.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Metallische Kontakte und Preßkontakte, die Übergänge und Sperrschichten bildeten, werden hinsichtlich ihrer Strom-Spannung-Kennlinien auf einem Tektronix-Kurvenaufzeichner aufgenommen.Metallic contacts and press contacts, which formed junctions and barrier layers, are determined with regard to their current-voltage characteristics on a Tektronix waveform recorder recorded.

Die Daten der an den Proben einer breiten Substanzklasse erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 16, 17, 18 und 19 zusammengefaßt.The data of the results obtained on the samples of a wide class of substances are in Tables 16, 17, 18 and 19 summarized.

In der Tabelle 16 sind die wichtigsten grundlegenden physi kalischen chemischen und elektrooptischen Kenndaten der Materialprototypen zusammengefaßt, nämlich von KP mit χ im Bereich von 15 bis zu sehr viel größer als 15, in verschiedenen physikalischen Formen und chemischen Zusammensetzungen. -Table 16 shows the most important basic physical, chemical and electro-optical characteristics of the Material prototypes summarized, namely from KP with χ in the range from 15 to much larger than 15, in different physical forms and chemical compositions. -

Tabelle XVI Typische Daten für Material, erhalten nach Einquellendanpfphasen-Transportreaktion aus K/P „-Beschickung Table XVI Typical data for material obtained after the swell-in seed phase transport reaction from K / P "feed

Eigenschaften Einkristall (KP15) Polykristallin (ΚΡχ) Amorph (ΚΡχ)Properties single crystal (KP 15 ) polycrystalline (ΚΡ χ ) amorphous (ΚΡ χ )

elektrooptischelectro-optical

spez „el. Leitfähigkeit 10~^«=10'='^ 10° -10 IQspecial Conductivity 10 ~ ^ «= 10 ' = ' ^ 10 ° -10 IQ

(ohm-cn)(ohm-cn)

Photoleitfähigkeit 1Q2=1Ö4 102 19 ιPhotoconductivity 1Q 2 = 1Ö 4 10 2 19 ι

(Verh.hell/dunkel) '(Light / dark) '

O Photoleitfähigkeits- I0 4=1. SeV I.4-lo8©V Io4-l.lO photoconductivity- I 0 4 = 1. SeV I.4-lo8 © V Io4-ll

O maximum haiO maximum shark

Q Äktivierungsenergie (2E ) ]U2@V l,4eV leieVQ activation energy (2E)] U2 @ V l, 4eV leieV

^ aus Temp.-Abhang.der " ^ From Temp Abhang.der "

f" Le^cfähigkeitf "Le ^ cability

Absorptions- I0SeV l<.4e¥ —-.-Absorption I 0 SeV l <.4e ¥ ---.-

kanteedge

Lumineszenz, ^ gey ._>_ —_.Luminescence, ^ g e y ._> _ —_.

4°K4 ° K

Lumineszenz, I^ 7eV 1.7eVLuminescence, I ^ 7eV 1.7eV

3000K · η-Type n-Typa300 0 K η-Type n-Typa

Typ — 0,2eV —.—Type - 0.2eV —.—

Photospannung (offener Kreis) VoltPhoto voltage (open circle) volts

·■ QQ CJ)· ■ QQ CJ)

Tabelle XVI (Fortsetzung) Typische Daten für Material, erhalten nach Einquellendanpfphaser.-Transportreaktion aus K/P „-Beschickung Table XVI (continued) Typical data for material obtained after Einwellendanpfphaser.-Transport reaction from K / P "feed

raqenschaftenproperties

Einkristall (KP-)Single crystal (KP-)

Polykristallin (KP .)Polycrystalline (KP.)

Amorph (KP )
χ *15 X
Amorphous (KP)
χ * 15 X

ThermischThermal

DTA (Sharp,-endotherm) 630°-1 .ErwärmungDTA (Sharp, -endothermic) 630 ° -1. Warming

6 3 0 ° C-2.Erwärmung6 3 0 ° C-2nd heating

TGATGA

4500C450 0 C

Zersetzungstemp.
(Massenspektrometer) 4500C 400°C/3h Stabil bis 4500C
Decomposition temp.
(Mass spectrometer) 450 0 C 400 ° C / 3h Stable up to 450 0 C

Chem.BeständigkeitChemical resistance

Raumtemp.; 3hRoom temp .; 3h

85% H3PO4, 95% H2 SO4 stabil85% H 3 PO 4 , 95% H 2 SO 4 stable

50% HF, 37,5% HCl, 50% NaOH50% HF, 37.5% HCl, 50% NaOH

KochendesBoiling

1h1h

stabil stabilstable stable

615-1.Erwärmung 590-2.Erwärmung615 - 1st warming 590 - 2nd warming

Stabil bis 400 0CStable up to 400 ° C

stabilstable

stabil stabil 590-1.Erwärmung
590-2.Erwärmung
stable stable 590 - 1st warming
590-2. Warming

Stabil bis 350 0CStable up to 350 ° C

stabilstable

stabil
stabil
stable
stable

I ,I,

Beurteilung der Stabilität nach opt. EindruckAssessment of stability according to opt. impression

DTA) Differentia!thermoanalyseDTA) differential thermal analysis

TGA) thermogravimetrische Analyse COTGA) thermogravimetric analysis CO

OOOO

cn co cn co

. /S . / S

a-a-

In der Tabelle XVII sind die Eigenschaften der Alkalimetallpolyphosphide verschiedenster Zusammensetzungen und physikalischer Formen zusammengestellt. Überraschend zeigen diese Kenndaten, daß die elektrooptischen Eigenschaften der Substanzen unabhängig vom Metall sind, daß also weitgehend gleiche Werte erhalten werden für Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium als Metall der Polyphosphide. Die elektrooptischen Kenndaten sind ebenfalls unabhängig davon, in welcher physikalischen Form, also kristallin, polykristallin, amorph als Beschlag o^er amorph als Stück, und in welcher chemischen Zusammensetzung, d.h. x=15 oder χ sehr viel größer als 15, vorliegen=Table XVII shows the properties of the alkali metal polyphosphides of various compositions and physical forms. These characteristic data surprisingly show that the electro-optical properties of the substances are independent of the metal, that is to say that largely the same values are obtained for lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium as the metal of the polyphosphides. The electro-optical characteristics are also independent of the physical form, i.e. crystalline, polycrystalline, amorphous as fitting or amorphous as a piece, and in which chemical composition, ie x = 15 or χ very much greater than 15 =

Tabelle XVIITable XVII

Polyphosphide - strukturelle und elektrooptische Eigenschaften A = Diagramm ähnlich KP1c B - Diagramm ähnlich KP mit χ SS>Polyphosphides - structural and electro-optical properties A = diagram similar to KP 1c B - diagram similar to KP with χ SS>

Materialmaterial

M = KM = K

kristallin polykristallin amorphcrystalline polycrystalline amorphous

M = NaM = Na

kristallin polykristal1in amorphcrystalline polycrystalline amorphous

M = RbM = Rb

kristallin polykristallin amorphcrystalline polycrystalline amorphous

M = CsM = Cs

kristallin polykristallin amorphcrystalline polycrystalline amorphous

Chemische AnalyseChemical Analysis

Röntgen-Roentgen-

beugungs-diffractive

diagrammdiagram

spez.el.Leitfähigkeit (OHM· CM)"'specific electrical conductivity (OHM · CM) "'

Photoleitfähigkeits
verhältnis
Photoconductivity
relationship

15 B 15 amorph15 B 15 amorphous

NaPNaP

1515th

NaP"x»15 β NaPNaP "x» 15 β NaP

χ» 15 amorphχ »15 amorphous

RbP15 RbP 15

CsPCsP

1515th

o:7 o : 7 1010

10"7-10'8 10 " 7 -10 ' 8

10" lof-io3
io|
10 " lof-io 3
io |

10I 2 lOj-102 10 I 2 lOj-10 2

Bandabstand (eV)Band gap (eV)

1.81.8

1.8-2.01.8-2.0

1.8-2.01.8-2.0

1.8 1.8 1.81.8 1.8 1.8

1.81.8

1.81.8

In der Tabelle XVIII sin-? die Eigenschaften gemischter Polyphosphide zusammengestellt. Die Kenndaten zeigen, daß die Polyphosphide mit gemischten Alkalimetallen ebenfalls praktisch keine veränderten Kenndaten haben und die Alkalimetallmischung ebenfalls keinen Einfluß auf die Kenndaten hat. Eine partielle Substitution von Arsen auf Phosphorplätzen kann durchgeführt werden und führt zu einer Verringerung des spezifischen elektrischen Widerstandes und möglicherweise auch zu einer Verkleinerung des Wandabstandes , was typisch für -^ne Substitutionsdotierung ist.In Table XVIII sin-? the properties more mixed Polyphosphide compiled. The characteristics show that the mixed alkali metal polyphosphides also have practically no changed characteristic data and the alkali metal mixture also has no influence on the characteristic data Has. A partial substitution of arsenic on phosphorus sites can be carried out and leads to a reduction in the specific electrical resistance and possibly also to a reduction in the distance to the wall, which is typical for - ^ ne substitution doping.

BADBATH

Tabelle XVIIITable XVIII

Gemischte Polyphosphide-elektrooptische EigenschaftenMixed polyphosphide electro-optic properties

Materialmaterial

Ausgangs- Röntgen- spez.el.Leit- Photoleitsubstanzen beugungsdia- fähigkeit fähigkeits-Output X-ray special conductive photoconductive substances diffraction slide ability ability

grammgram

(ohm·cm) -1 Verhältnis(ohm cm) -1 ratio

K Na1 P
γ 1 -y χ
K Na 1 P
γ 1 -y χ
Kl2Z^l6OKl 2 Z ^ l 6 O AA. io-8-io-9 io- 8 -io- 9
kristallincrystalline K6/Li2/P80 K 6 / Li 2 / P 80 AA. ΙΟ"9 ΙΟ " 9 ππ K Li1 P
y 1-y x
kristallin
K Li 1 P
y 1-yx
crystalline
ι ORIι ORI Na Rb1 P
y 1-y χ
Na Rb 1 P
y 1-y χ
NaZRbZP30 NaZRbZP 30 AA. 10"8 10 " 8
O
1
O
1
kristallincrystalline NaZRbZP30 NaZRbZP 30 amorphamorphous ΙΟ"9 ΙΟ " 9
amorphamorphous KZAs2ZP13 KZAs 2 ZP 13 AA. ΙΟ"9 ΙΟ " 9 K As P
y ζ x-z
kristallin
K As P
y ζ xz
crystalline
KZAs2ZP13 KZAs 2 ZP 13 amorphamorphous ΙΟ"7 ΙΟ " 7
amorphamorphous K As P
y ζ x-z
K As P
y ζ xz
KZAs,,ZP.KZAs ,, ZP. AA. ΙΟ"9 ΙΟ " 9
kristallincrystalline

10' 10' 10'10 '10' 10 '

1010

10' 10'10 '10'

Bandabstand (eV)Band gap (eV)

1.8-2 1.81.8-2 1.8

1.8 1.8-21.8 1.8-2

1.81.8

•1.6• 1.6

1.81.8

A = Diagramm gleicht kristallinem KPA = diagram resembles crystalline KP

1515th

- As'S - - As'S -

In der Tabelle XIX sind die Eigenschaften verschiedener Substanzen zusammengestellt, die ausgehend von unterschiedlichen Verhältnissen in den Ausgangschargen hergestellt worden sind. Die Kenndaten zeigen, daß die.1 besten Eigenschaften mit Substanzen erhalten werden, die ausgehend von Beschickungen hergestellt wurden, in denen das Verhältnis von P zu K ungefähr bei 15 liegt, allgemein im Bereich von ungefähr 10 bis 30. Unterhalb eines P/K-Verhältnisses von 10 nimmt die Ausbeute ab. Oberhalb eines P/K-Verhältnisses von 30 beginnen sich die physikalischen Eigenschaften der amorphen Stücke zu verschlechtern.Table XIX summarizes the properties of various substances that have been produced on the basis of different ratios in the starting batches. The characteristics show that the. 1 best properties can be obtained with substances prepared from feeds in which the ratio of P to K is approximately 15, generally in the range of approximately 10 to 30. Below a P / K ratio of 10 the yield decreases . Above a P / C ratio of 30, the physical properties of the amorphous pieces begin to deteriorate.

Tabelle XIXTable XIX

KP aus verschiedenen Ausgangssubstanzen, analysiert inKP from different starting substances, analyzed in

Tabellen IX, X und XITables IX, X and XI

Ausgangs
material
Starting
material
Chemische
Analyse
Chemical
analysis
Röntgen-
beugungs-
diagramm
Roentgen-
diffractive
diagram
spez.el.
Leitfähig
keit
(ohm-cm)
special el.
Conductive
speed
(ohm-cm)
Photoleit-
fähigkeits-
1 Verhältnis
Photoconductive
ability
1 ratio
K/P.-Reagenz
kristallin
polykristallin
K / P reagent
crystalline
polycrystalline
χ - 15
X» 15
χ - 15
X »15
A
B
A.
B.
10~8-10~9
—7 — Q
10 -10
10 ~ 8 -10 ~ 9
-7 - Q
10 -10
102-103
ίο2
10 2 -10 3
ίο 2
amorphamorphous x» 15x »15 amorphamorphous io"8-io-9 io " 8 -io- 9 102 10 2 K/P15 rein
kristallin
K / P 15 in
crystalline
χ « 15χ «15 AA. ίο"9 ίο " 9 102 10 2
polykristallinpolycrystalline x» 15x »15 BB. ίο-8 ίο- 8 102 10 2 amorphamorphous x» 15x »15 amorphamorphous 10" 8 10 " 8 ίο3 ίο 3 KZP30 KZP 30 kristallincrystalline χ - 15χ - 15 AA. ΙΟ"'ΙΟ "' 102 10 2 polykr istallinpolycric istallin x »15x »15 BB. ΙΟ'9 ΙΟ ' 9 102-103 10 2 -10 3 amorphamorphous x» 15x »15 k/p5 k / p 5 kristallincrystalline χ - 15χ - 15 AA. ΙΟ'9 ΙΟ ' 9 1010 polykristallinpolycrystalline x» 15x »15 BB. «Γ8.«Γ 8 . 1010 amorphamorphous K/P125 K / P 125 kristallin
polykristallin
amorph
crystalline
polycrystalline
amorphous
χ »15χ »15 schlechtebad physikal.phys.

Eigenschaftenproperties

A = Diagramm gleicht kristallinemA = diagram resembles crystalline

B = Diagramm gleicht kristallinem KPB = diagram resembles crystalline KP

BAD ORIGlMAt.ORIGlMAt BATHROOM.

Die Daten zeigen, daß alle Substanzen, gleich in welcher Form sie vorliegen, einen Bandabstand im Bereich von 1 bis 3 eV, insbesondere im Bereich von 1,4 bis 2,2 eV aufweisen, da 1,4 eV dem niedrigsten Photoleitfähigkeitsmaximum entspricht , das gemessen wurde, und 2,2 eV der geschätzte Bandabstand des roten Phosphors ist» Diese Daten zeigen ferner, daß der Bandabstand der besten Form der Substanzen bei ungefähr 1,8 eV liegt« Erstaunlich ist weiterhin, das hohe Leitfähigkeitsverhä"?■*-"is der Substanzen, das im Bereich von 100 bis 10 000 liegt und ebenfalls darauf hindeutet, dal die Polyphosphide der Erfindung hervorragende Halbleiter sind.The data show that all substances, no matter what Form they are present, have a band gap in the range from 1 to 3 eV, in particular in the range from 1.4 to 2.2 eV, since 1.4 eV is the lowest photoconductivity maximum measured and 2.2 eV is the estimated one Band gap of the red phosphorus is »These data also show that the band gap of the best form of the substances is around 1.8 eV “It is also astonishing that the high conductivity ratio"? ■ * - "is of the substances in the from 100 to 10,000 and also suggests that the polyphosphides of the invention are excellent semiconductors are.

Amorphe MP^-Stücke, die nach dem Einquellen-Dampfphasentransportverfahren (Tabellen VI, VII, X und XI) im Dreizonenofen hergestellt worden sind und x-Werte von sehr viel größer als 15 haben, können geschnitten, geläppt, poliert und geätzt werden, so daß schließlich Chips mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 cm mit spiegelglänzenden Oberflächen erhalten werden.Amorphous MP ^ pieces produced by the single source vapor phase transport method (Tables VI, VII, X and XI) have been produced in the three-zone furnace and x values are much larger than 15 can be cut, lapped, polished, and etched, ultimately creating chips with a diameter of about 0.5 cm can be obtained with mirror-finish surfaces.

An diesen Proben sind die elektrischen Messungen mit unterschiedlichen geometrischen Anordnungen der elektrischen Kontakte zur exakten Bestimmung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des massiven Materials durchgeführt worden. Die Messungen erfolgen mit zwei und mit vier Sonden. Die Meßergebnisse haben insgesamt bestätigt, daß die wahreThe electrical measurements on these samples are different geometrical arrangements of the electrical contacts for the exact determination of the specific electrical Conductivity of the massive material has been carried out. The measurements are made with two and four probes. the Overall measurement results have confirmed that the true

spezifische Substanzleitfähigkeit der Materialien bei 10specific substance conductivity of the materials at 10

— 9 — 1
bis 10 (ohm°cm) liegt. Diese spezifische elektrische
- 9 - 1
up to 10 (ohm ° cm). This specific electrical

Leitfähigkeit ist zu gering, um scharf definierte Übergänge mit Gleichri ::htereigenschaf ten zu erzeugen= Es galt daher, Dotierungselemente zu finden, mit denen der Mechanismus der elektrischen Leitung in den Substanzen so beeinflußt und die spezifische elektrische Leitfähigkeit so vergrößert werden kann, daß wirksam arbeitende Übergänge erzeugt werden können. Wie dies auch für andere amorphe HalbleiterConductivity is too low to have sharply defined transitions to generate with equalization properties = It was therefore important to To find doping elements with which the mechanism of the electrical conduction in the substances is so influenced and the specific electrical conductivity so increased it can be said that efficiently working transitions can be created. As is the case with other amorphous semiconductors

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

typisch ist, wird die spezifische elektrische Leitfähigkeit durch geringere Anteile an Fremdsubstanz im Material nicht beeinflußt. Für das amorphe Material gemäß der Erfindung wird oberhalb von Raumtemperatur Eigenleitung mit einer Aktivierungsenergie beobachtet, die ungefähr gleich dem halben Bandabstand istr was mit anderen Worten bedeutet, daß das Fermi-Niveau ungefähr in der Mitte des Bandabstandes liegt. Die geringe elektrische Leitfähigkeit und das-große Photoleitfähigkeitsverhältnis deuten darauf hin, daß das Material in geringer Konzentration ungesättigte offene Bindungen enthält. Dies deutet weiterhin darauf hin, daß es einer starken Störung der Elektronenwellenfunktionen der P-P-Bindungen bedarf, um die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Materials zu beeinflussen und den Leitungstyp zu verändern.is typical, the specific electrical conductivity is not influenced by lower proportions of foreign substances in the material. For the amorphous material according to the invention, intrinsic conduction is observed above room temperature with an activation energy which is approximately equal to half the band gap r, which in other words means that the Fermi level is approximately in the middle of the band gap. The low electrical conductivity and the high photoconductivity ratio indicate that the material contains unsaturated open bonds in low concentrations. This further indicates that a strong disturbance of the electron wave functions of the PP bonds is required in order to influence the specific electrical conductivity of the material and to change the conductivity type.

Zu diesem Zweck werden zwei Wege gegangen: (1) Zum einen werden Arsen oder Bismut auf Phosphorplätzen substituiert, (2) zum anderen werden Fremdelemente in die amorphe Matrix diffundiert.To this end, two paths are taken: (1) On the one hand, arsenic or bismuth are substituted on phosphorus sites, (2) on the other hand, foreign elements are diffused into the amorphous matrix.

Nach dem ersten Verfahren wird Arsen in die Matrix eingebaut, wobei Produkte des Typs K/As2/P _ erhalten werden. Durch diese Maßnahme kann die spezifische elektrische Leitfähigkeit um zwei Größenordnungen (Tabelle XVIII) verbessert werden, während die Substanz nach wie vor ein n-Leiter bleibt.According to the first method, arsenic is built into the matrix, whereby products of the type K / As 2 / P _ are obtained. By this measure, the specific electrical conductivity can be improved by two orders of magnitude (Table XVIII), while the substance remains an n-conductor.

Zur Durchführung des zweiten Verfahrens wurden zahlreiche herkömmliche Diffusionsdotierungsmittel wie beispielsweise Cu, Zn, Al, In, Ga und KI in der Dampfphase, als Flüssigkeit und durch Diffusion im besten Zustand erfolglos ausprobiert. Zur großen Überraschung stelle sich dann der Erfolg ein bei der Diffusion von Nickel und EisenNumerous conventional diffusion dopants such as Cu, Zn, Al, In, Ga and KI in the vapor phase, as Liquid and tried unsuccessfully by diffusion in the best condition. To the great surprise, pose yourself then the success one in the diffusion of nickel and iron

BADBATH

•13-5""-• 13-5 "" -

sowie Chrom, wobei die Diffusion im festen Zustand durchgeführt wird. So wird beispielsweise eine Nickelschicht durch Vakuumaufdampfen auf eine sorgfältig vorbereitete Oberfläche eines KP -Chips mit hohen x-Werten aufgebracht« Die Struktur wird für einige Stunden erhitzt. Dabei diffundiert das Nickel ungefähr 0f5 um tief in das Substrat ein. Dies führte zu einer Verbesserung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit um mehr als fünf Größenordnungen= Die Substanz ist immer noch n-leitend.and chromium, the diffusion being carried out in the solid state. For example, a nickel layer is applied by vacuum vapor deposition to a carefully prepared surface of a KP chip with high x values. «The structure is heated for a few hours. Here, a nickel diffused about 0 f 5 microns deep into the substrate. This led to an improvement in the specific electrical conductivity of more than five orders of magnitude = the substance is still n-conductive.

Im einzelnen wird eine 150 nm dicke Nickelschicht auf einen Chip in einem v/iderstandsbeheizten Vakuumdampfer unter einem Druck von 10 mbar aufgedampft (Aufdampfanlage von Varian).In detail, a 150 nm thick nickel layer is applied to a chip in a resistance-heated Vacuum evaporator evaporated under a pressure of 10 mbar (evaporation system from Varian).

Der Prüfling wird in einer evakuierten Pyrex-Glasampulle eingeschmolzen und 4 h auf 350 0C erwärmt»The test specimen is melted in an evacuated Pyrex glass ampoule and heated to 350 ° C. for 4 hours »

- /Go -- / Go -

Anschließend wird die Nickeldeckschicht entfernt. Die elektrische Leitfähigkeit des Prüflings wird nach der Zweisondenmethode gemessen. Dabei zeigt sich, daß sich die spezifische elektri-The nickel cover layer is then removed. The electric The conductivity of the test object is measured using the two-probe method. This shows that the specific electrical

-8 -4-8 -4

sehe Leitfähigkeit von 10 auf größer als 10 verbessert hat. Die Elektrospektroskopische Analyse (ESCA) des Tiefenprofils der Probe zeigt, daß die Diffusionstiefe 0,4 um beträgt und daß das Nickel als Ni , d.h. also als freies Nickel im Material vorliegt. Die Wellenfunktion des Nickels überlappt die Wellenfunktionen der Elektronen der P-P-Matrix und beeinträchtigt dadurch durch eine Verbesserung der Ladungsträgerbeweglichkeit die spezifische elektrische Leitfähigkeit. Die Nickelkonzentration in der Probe ist größer als 1 Atom-%.see conductivity improved from 10 to greater than 10 Has. Electrospectroscopic analysis (ESCA) of the depth profile of the sample shows that the diffusion depth is 0.4 µm and that the nickel is present in the material as Ni, i.e. as free nickel. The wave function of the nickel overlaps the wave functions of the electrons of the P-P matrix and thereby impaired by an improvement in the charge carrier mobility the specific electrical conductivity. The nickel concentration in the sample is greater than 1 atom%.

Mit Goldaufdampfschichten und trockener Silberpaste bei koplanarem Auftrag werden auf der dotierten Schicht ohm'sche Kontakte erhalten.With gold vapor deposition and dry silver paste for coplanar Order, ohmic contacts are obtained on the doped layer.

Veränderungen der Diffusionstemperatur zeigen, daß als' optimale Temperatur für die Nickeldiffusion eine Temperatur von 3500C anzusehen ist.Changes in the diffusion temperature show that a temperature of 350 ° C. is to be regarded as the optimum temperature for the nickel diffusion.

Systematische Veränderungen der Diffusionsdauer zeigen, daß die Diffusion streng dem klassischen Diffusio- sgesetzt folgt, daß also die Diffusionstiefe proportional der Wurzel der Zeit ist. Wird ein 150 nm dicke Nickelschicht 60 h auf 3500C erhitzt, so wird nach dem ESCA-Verfahren eine Diffusionstiefe von 1,5 μπι gemessen. Dabei nähert sich eine Temperatur von 3 500C der obersten Temperaturgrenze, der die amorphen Substanzen ausgesetzt werden können.Systematic changes in the duration of diffusion show that diffusion strictly follows the classical law of diffusion, that is, the diffusion depth is proportional to the root of time. If a 150 nm thick nickel layer heated for 60 h at 350 0 C, a diffusion depth of 1.5 is measured μπι according to the ESCA method. A temperature of 3 50 ° C. approaches the uppermost temperature limit to which the amorphous substances can be exposed.

Die Nickeldiffusion kann auch aus flüssiger Phase bewirkt werden, beispielsweise aus einer Ni-Ga-Schmelze oder kann aus der Dampfphase, beispielsweise unter Verwendung von Nickelcarbonyl, bewirkt werden.The nickel diffusion can also be effected from the liquid phase, for example from a Ni-Ga melt or can from the Vapor phase, for example using nickel carbonyl, can be effected.

Die Versuche haben weiterhin gezeigt, daß Eisen und Chrom ein Dotierungsverhalten zeigen, das dem Verhalten von Nickel ähnlich ist, wobei mit Eisen und Chrom die gleichen Verfahren angewendet werden können wie mit Nickel,The tests have also shown that iron and chromium show a doping behavior that is similar to that of nickel is similar, but the same procedures can be used with iron and chromium as with nickel,

So wurde beispielsweise ein Chip von einem amorphen Stück mit hohem Phosphorgehalt (großer x-Wert) geschnitten, das durch Dampfphasentransportteaktion unter Verwendung einer einzigen Quelle hergestellt worden war. Auf den geschnittenen Chip wurde eine 50 nm dicke Fisenschicht aufgedampft. Anschließend wird das Eisen 16 h bei 35O0C in den Chip eindiffundiert. Bei Messung mit 2 Andruckelektroden wird für das dotierte Material eine vollständig nicht lineare Charakteristik gemessen (Tektronix-Kurvenschreiber).For example, a chip was cut from an amorphous, high phosphorus (large x) piece made by vapor phase transport using a single source. A 50 nm thick fiselayer was evaporated onto the cut chip. Subsequently, the iron 16 is diffused h at 35O 0 C in the chip. When measuring with 2 pressure electrodes, a completely non-linear characteristic is measured for the doped material (Tektronix curve recorder).

Auf einem anderen Chip des Materials mit hohem x-Wert werden 30 nm Nickel und 20 nm Eisen aufgedampft» Die Schichtstruktur wird dann 16h auf 3 500C erwärmt. Anschließend werden mit einem Radius von 1 mm 200nm dicke Alumixiiumkontakte aufgedampft. Die Strom-Spannung-Kennlinie zwischen den Aluminiumkontakten wird dann gemessen. Es werden vollständig nicht lineare Kennlinien erhalten.On another chip of the material with high x-value 30 nm 20 nm of nickel and iron are deposited "The layer structure is heated to 3 50 0 C then 16h. Subsequently, aluminum contacts 200 nm thick with a radius of 1 mm are vapor-deposited. The current-voltage characteristic between the aluminum contacts is then measured. Completely non-linear characteristics are obtained.

Auf einem weiteren Chip aus Material mit hohem λ-Wert, hergestellt durch eine Quellen-Dampf phasentransportreaktion, werden 50μΐη Nickel-Chrom-Legierung aufgedampft. Der Chip wird dann zur Diffusion 16 h auf 3500C erhitzt. Anschließend werden mit einem Radius von 1 nftn und einer Dicke von 200 nm Aluminiumkontakte auf das Chip aufgedampft. Wiederum werden zwischen den beiden Aluminiumkontakten vollkommen nicht-lineare Strom-Spannung-Kennlinien erhalten.On a further chip made of material with a high λ value, produced by a source-vapor phase transport reaction, 50μΐη nickel-chromium alloy is vapor-deposited. The chip is then heated to 350 ° C. for 16 h for diffusion. Subsequently, aluminum contacts with a radius of 1 nftn and a thickness of 200 nm are vapor-deposited onto the chip. Again, completely non-linear current-voltage characteristics are obtained between the two aluminum contacts.

Die Versuche zeigen, daß Nickel, Eisen und Chrom effektive Diffusionsmittel für die Substanzen der Erfindung sind, die die spezifische elektrische Leitfähigkeit spürbar verbessern und zwar The experiments show that nickel, iron and chromium are effective diffusion agents for the substances of the invention that noticeably improve the specific electrical conductivity, namely

Λ Λ * ·

soweit verbessern, daß Sperrschichtübergänge mit Silberkontaktpaste, durch Andruckkontakte und mit Aluminiumkontakten hergestellt werden können.improve so that barrier layer transitions with silver contact paste, can be made by pressure contacts and with aluminum contacts.

Andere Elemente außer Nickel, Eisen und Chrom mit besetzten äußeren d-Schalen oder f-Schalen, die die Phosphorniveaus überlappen können, sind ebenfalls potentielle Dotierungsmittel, mit denen die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterwerkstoffe gemäß der Erfindung so verändert werden können, daß die Substanz p-leitend wird und in der Lage ist, p/n-Übergänge zu bilden, die Voraussetzung für die Herstellung von Halbleiterbauelementen sind.Other elements besides nickel, iron and chromium with occupied outer d-shells or f-shells that overlap the phosphorus levels are also potential dopants with which the specific electrical conductivity of semiconductor materials can be changed according to the invention so that the substance becomes p-conductive and is capable of p / n junctions form, which are a prerequisite for the manufacture of semiconductor components.

Nach dem Verfahren der Zweiquellen-Dampfphasentransportreaktion werden zwei verschiedene Typen von amorphen phosphorreichen Substanzen hergestellt, deren Eigenschaften im folgenden gemessen und beschrieben sind. .According to the process of the two-source vapor phase transport reaction become two different types of amorphous phosphorus-rich substances manufactured whose properties are measured below and are described. .

(1) Amorphe KP -Stücke (Beispiel VI) mit χ ungefähr = 50 auf einer Seite und χ sehr viel größer als 15 auf der anderen. Die Oberflächenanalyse stützt die Annahme eines Matrizeneffektes, der bei diesem Verfahren besonders stark ausgeprägt ist. Die Oberfläche eines geschnittenen und polierten Prüflings ist von bester Qualität, weist eine nur sehr geringe Anzahl von Störstellen und Leerstellen auf und zeigt homogene Ätzbilder.(1) Amorphous KP pieces (Example VI) with χ approximately = 50 on one Side and χ much larger than 15 on the other. The surface analysis supports the assumption of a matrix effect, which is particularly pronounced in this process. The surface of a cut and polished test specimen is of the best quality and has only a very small number of imperfections and voids and shows homogeneous etched images.

Die spezifische elektrische Leitfähigkeit wird mit dem. ,Zweisondenverfahren zu 10 (Ohm · cm) bestimmt. Das Photoleitfä-The specific electrical conductivity is determined by the. , Two-probe method determined to be 10 (ohm cm). The photoconductive

higkeitsverhältnis unter einer Belichtung mit 100 mW/cm ist größer als 10 . Das Photoleitfähigkeitsmaximum tritt bei ungefähr 1,8 eV auf und deutet damit auf einen Bandabstand in dieser Größenordnung. Die Daten zeigen weiterhin, daß die P-P-Bindungen das elektrische und optische Geschehen im Kristall bestimmen und die Kenndaten des Materials bestimmen sowie die in denAbility ratio under exposure to 100 mW / cm is greater than 10. The photoconductivity maximum occurs at approximately 1.8 eV and thus indicates a band gap of this order of magnitude. The data also show that the P-P bonds determine the electrical and optical processes in the crystal and determine the characteristics of the material as well as those in the

Tabellen XVI, XVII und XVIII und XIV beschriebenen Eigenschaften sowie den großen Wert des Photoleitfähigkeitsverhältnisses, die insgesamt auf eine stark verminderte Konzentration an offenen Valenzen hinweisen.Properties described in Tables XVI, XVII and XVIII and XIV, as well as the large value of the photoconductivity ratio, all of which indicate a greatly reduced concentration of open valences.

(2) Dünne amorphe Schichten von KP _ (Versuch Nr. 47, Tabelle XII), die auf einem Glasplättchen niedergeschlagenen werden, das zuvor mit einer Metallschicht bedampft wurde. Die Metallschicht dient als rückwärtiger Kontakt für die dünne amorphe Schicht. Der Erfolg dieser Herstellung dünner Niederschlagsschichten von KP15 eröffnet den Weg zur technischen Herstellung der verschiedensten Dünnschicht-Bauelemente. (2) Thin amorphous layers of KP _ (Experiment No. 47, Table XII) which are deposited on a small glass plate which has previously been vapor-deposited with a metal layer. The metal layer serves as a rear contact for the thin amorphous layer. The success of this production of thin precipitation layers of KP 15 opens the way for the technical production of a wide variety of thin-film components.

Dünne amorphe KP1r-Schichten, die nach dem Zweiquellenverfahren niedergeschlagen t^erden, haben Stärken in der Größenordnung von ungefähr 0,5 μΐη und Flächen von ungefährThin amorphous KP 1 r layers, which are deposited by the two-source method, have thicknesses in the order of magnitude of approximately 0.5 μm and areas of approximately

3 cm . Die Schichten sind homogen, wobei die Oberflächenrauhigkeit solcher Schichten 200 nm nicht überschreitet. Die niedergeschlagenen Schichten sind chemisch stabil. In der Fig. 25 ist eine Mikrophotographie in 2000-facher Vergrößerung einer solchen KP1c-Schicht wiedergegeben. Die Haftung der Schichten am Substrat ist hervorragend. Die quantitative Analyse der Schichten mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops und der Röntgenstreustrahlenmessung zeigen, daß di-3 Zusammensetzung der Schichten der nomimalen Zusammensetzung KP11- entspricht. Die Schichten weisen· eine homogene Verteilung der Zusammensetzung auf, sind dicht und weisen keine Poren oder Narben auf, die zur Oberfläche führen. Die Oberflächen sind vollkommen eben und gleichmäßig von elektrooptischer Qualität, und zwar über die gesamte Oberfläche der Schichten.3 cm. The layers are homogeneous, the surface roughness of such layers not exceeding 200 nm. The deposited layers are chemically stable. FIG. 25 shows a photomicrograph, magnified 2000 times, of such a KP 1 c layer. The adhesion of the layers to the substrate is excellent. The quantitative analysis of the layers with the aid of the scanning electron microscope and the X-ray scattered radiation measurement show that the di-3 composition of the layers corresponds to the nominal composition KP 1 1-. The layers have a homogeneous distribution of the composition, are dense and have no pores or scars that lead to the surface. The surfaces are perfectly flat and uniform, of electro-optic quality, over the entire surface of the layers.

Angesichts der Tatsache, daß Nickel in KP -Stücke diffundiert, wird folgender Versuch durchgeführt: in der in Fig. 26In view of the fact that nickel diffuses into CP pieces, the following experiment is carried out: in the one shown in FIG

schematisch dargestellten Weise wird ein Nickelfilm 172 auf ein Glassubstrat 170 aufgedampft, um einen rückwärtigen Kontakt für eine amorphe KP1c-Schicht 174 zu bilden.In a schematically illustrated manner, a nickel film 172 is evaporated onto a glass substrate 170 in order to form a rear contact for an amorphous KP 1 c layer 174.

Das Nickel dient gleichzeitig als rückwärtiger elektrischer Kontakt für die Schicht und als Diffusionsmittel. Profiluntersuchungen nach den Verfahren ESCA und SEM zeigen, daß das Nickel in beachtlichem Ausmaß in die KP15-Schicht 124 eindiffundiert, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 20nm/h während des Aufwachsens der KP1^-Schicht.The nickel simultaneously serves as a rear electrical contact for the layer and as a diffusion agent. Profile investigations according to the ESCA and SEM methods show that the nickel diffuses to a considerable extent into the KP 15 layer 124, specifically at a speed of 20 nm / h during the growth of the KP 1 ^ layer.

Im einzelnen wird durch Aufdampfen im Vakuum bei 10 mbär eine Nickelschicht 172 mit einer Stärke von 150 nm auf die Oberfläche des Glasplättchens 170 aufgedampft. Ein Teil der Nickeloberfläche wird dann mit einer Tantalschicht maskiert, um materialfreie Bereiche für elektrische Kontakte herzustellen.In detail, a nickel layer 172 with a thickness of 150 nm is produced by vapor deposition in a vacuum at 10 mbar evaporated onto the surface of the glass plate 170. Part of the nickel surface is then coated with a tantalum layer masked to create material-free areas for electrical contacts.

2 μΐη amorphes KP1,- 174 werden dann in einem Zweiquellenreaktor auf die Nickelschicht 172 aufgebracht. Die Zusammensetzung der aufgebrachten Schicht wird als KP11- identifiziert. Die Schicht ist amorph und enthält 1 % eindiffundiertes Nickel.2 μΐη amorphous KP 1 , - 174 are then applied to the nickel layer 172 in a two-source reactor. The composition of the deposited layer is used as KP 11 - identified. The layer is amorphous and contains 1% of diffused nickel.

Ein Druckkontakt mit einer elektrischen Sonde wird auf die Oberseite der KP1,-"Schicht aufgesetzt. Zuleitungen vom rückwärtigen Flächenkontakt und vom oberseitigen Andruckkontakt werden mit dem Tektronix -»Kurvenaufnahmegerät 176 verbunden, so daß die Strom-Spannung-Kennlinien direkt abgelesen werden können. Die Durchlaßcharakteristik gleichrichtenden Andruckkontaktüberganges (Spitzenübergang) ist in der Fig. 27 dargestellt, wobei man aus der abgebildeten Kurve entnehmen kann, daß die Sperrschicht eine Schwellenhöhe von 0,5 eV bei einem Stom im mA-Bereich hat.A pressure contact with an electrical probe is placed on top of the KP 1 , - "layer. Supply lines from the rear surface contact and from the top-side pressure contact are connected to the Tektronix -» curve recording device 176 so that the current-voltage characteristics can be read directly. The conduction characteristic of the rectifying pressure contact junction (tip junction) is shown in FIG. 27, whereby it can be seen from the curve shown that the barrier layer has a threshold height of 0.5 eV with a current in the mA range.

In der in Fig. 28 gezeigten Weise wird ebenfalls durch Aufdampfen im Vakuum ein Kupferkontakt 178 mit einem Radius von 2 mm auf die obere Oberfläche 180 der amorphen KP. [--Schicht 182 aufgedampft, die nach dem Zweiquellenverfahren auf einer Nickelschicht 184 niedergeschlagen ist„ wobei die Nickelschicht ihrerseits auf ein Glassubstrat 126 aufgedampft worden ist» Der Tektronix-Kennlinienaufnehmer 176 wird in der in Fig. 28 schematisch angedeuteten Weise angeschlossen. Mit dieser Vorrichtung wird die volle Strom-Spannung-Kennlinie in Durchlaßrichtung und in Sperrichuung des Übergangs aufgenommen. Die Kennlinie ist in der Fig* 29 abgebildet* Die Kennlinie zeigts daß Kupfer mit den Werkstoffen nicht-lineare Sperrschichtkontakte bildet»In the manner shown in FIG. 28, a copper contact 178 with a radius of 2 mm is also deposited on the upper surface 180 of the amorphous KP by vapor deposition in a vacuum. [- Vapor-deposited layer 182, which is deposited on a nickel layer 184 using the two-source method, "the nickel layer itself being vapor-deposited onto a glass substrate 126". The Tektronix characteristic curve recorder 176 is connected in the manner indicated schematically in FIG. With this device, the full current-voltage characteristic is recorded in the forward direction and in the blocking of the junction. The characteristic curve is shown in Figure * 29 * The curve shows that s copper with the materials non-linear barrier layer contacts forms "

Anschließend werden kleinere Metallpunkte als Oberseitenkontakte niedergeschlagen, um den Einfluß der Leckströme und Kriechströme an den Kontaktkanten auszuschalten. Durch mechanische Masken werden auf diese Weise im Vakuum 10Smaller metal points are then deposited as top-side contacts in order to reduce the influence of the leakage currents and to switch off leakage currents at the contact edges. In this way, mechanical masks are used in a vacuum 10

2 -5 % 2 -5 %

cm Flächenkontakte und 10 cm Spitzenkontakte auf die Oberfläche aufgedampft. Die Strom-Spannung-Kennlinien dieser Anordnung werden mit Kuplörelektroden, Goldelektroden und Äluminiumelektroden gemessen. Die Kennlinien sind in der Fig. 31 wiedergegeben. Die Kennlinien zeigen in jedem Fall den für Durchschlagspannungen zweier antiparallel geschalteter Dioden typischen Verlauf. Ähnliche Kurven werden für Wickel,. Titan, Magnesium und Sillier als Spitzenkontakte erhalten.cm area contacts and 10 cm tip contacts vapor-deposited onto the surface. The current-voltage characteristics this arrangement are made with copper electrodes, gold electrodes and aluminum electrodes were measured. The characteristics are shown in FIG. 31. The characteristics show in each Case the characteristic curve for breakdown voltages of two anti-parallel connected diodes. Similar curves be used for winding ,. Titanium, Magnesium and Silier as the top contacts obtain.

Der bedeutsamste Unterschied tritt darin auf, daß Goldkontakte die Stroxn-Spannung-Kennlinien nach Anlegen von 10 V an das Bauelement verändern. Die Strom-Spannung-Kennlinie wird asymmetrisch in der in Fig. 32 gezeigten Art, wobei ein stärker ohm'sche Charkateristik aufweisender Kontakt an der Gold-Phasengrenze nach diesem Formierungsprozeß" erhalten werden. Eine solche "Formierung " wird The most significant difference occurs in the fact that gold contacts the Stroxn voltage characteristics after applying Change 10 V to the component. The current-voltage characteristic becomes asymmetrical in the manner shown in FIG. 32, having a more ohmic characteristic Contact at the gold phase boundary can be obtained after this formation process ". Such a" formation "is

durchgehend für Gold beobachtet und.wird gelegentlich auch für Sibler und Kupfer als Spitzenkontakte gemessen. Die Formierung beeinflußt das Bauelement nicht permanent , sondern tritt jedesmal dann wieder auf, wenn eine Spannung aufgeprägt wird. Eine Erwärmung des Elementes auf 3000C bee influßt diesen Effekt nicht. Abkühlen des Elementes auf -200C führt zur Ausbildung deutlich geknickter Strom-Spannung-Kennlinien (Fig. 33).continuously observed for gold and is occasionally also measured for silver and copper as tip contacts. The formation does not permanently affect the component, but occurs again every time a voltage is impressed. Heating of the element to 300 0 C not bee influßt this effect. Cooling the element to -20 0 C resulting in the formation significantly kinked current-voltage characteristics (FIG. 33).

Es scheint, als ob die "Formierung" ein Zusammenbruch einer Schicht mit hohem Widerstand wäre, die im diffundierten Teil der Vorrichtung und dem oberen Kontakt verbleibt bzw. erhalten wird. Die Kapazitäts-Spannungs-(CV)-Charakteristiken sind in den Figuren 34, 35 und 36 dargestellt weisen in die gleiche Richtung. Al und Au-obere Kontakte weisen CV-Charakteristiken von Doppeldioden auf. Im Falle von Au-Kontakten verändern sich diese jedoch in Einzeldiodenverhalten. Sofern man eine dielektrische Konstante von etwa 10 annimmt, kann man daraus eine Trägerkonzentration von ungefähr 10 Träger pro cm nahe dem Übergang feststellen und eine TrägerbeweglichkeitIt appears that the "formation" was a breakdown of a high resistance layer that was diffusing in Part of the device and the upper contact remains or is obtained. The capacitance-voltage (CV) characteristics are shown in Figures 34, 35 and 36 point in the same direction. Al and Au top contacts have CV characteristics of double diodes. In the case of Au contacts, however, these change in individual diode behavior. Provided one assumes a dielectric constant of about 10, one can from this a carrier concentration of approximately 10 carriers per cm near the transition and a wearer mobility

— 2 2
von näherungsweise 10 bis 1 cm /Vs. Die Frequenzabhängigkeit der Kapazität und des Widerstandes gemäß Fig. 37 kann dazu benutzt werden, die Vielfachübergänge bzw. vielen Übergänge, die sich in einer derartigen Struktur mit einem abgestuften Diffusionsprofil im aktiven Material aufbauen, herzustellen bzw. nachzubilden. Zusätzlich könnte zu den Komplexbeobachtungen die Qualität des Verarmungsmaterials (niedrige Dichte bzw. Dotierung) und die rauhe Oberflächenmorphologie beigetragen. Nichtsdestoweniger wurde die Fähigkeit, Übergangsformationen zu bilden, an 2 Quellen-Dünnschicht-KP15 demonstriert.
- 2 2
from approximately 10 to 1 cm / Vs. The frequency dependence of the capacitance and the resistance according to FIG. 37 can be used to produce or simulate the multiple transitions or many transitions that build up in such a structure with a graded diffusion profile in the active material. The quality of the depletion material (low density or doping) and the rough surface morphology could also contribute to the complex observations. Nonetheless, the ability to form transition formations was demonstrated on 2 source thin film KP 15.

Einige der oben genannten Phänomene wie z.B. die "Formierung" mit Au-Kontakten wurde auch mit schnell verdampfenden Dünnschichten beobachtet, die auf Ni angelagert waren. Diese Schicht ist nicht eine reine KP. ,-"Schicht, aber hat ausgezeichneteSome of the phenomena mentioned above, such as the "formation" with Au contacts, also occurred with rapidly evaporating thin films observed that were deposited on Ni. This layer is not a pure CP. , - "layer, but has excellent

1V-- 1 V--

qualitative Merkmale» In diesem Fall wurde keine Kapazitäts-Spannungsabhängigkeit festgestellt. Die sehr dünne Vorrichtung zeigte ein gutes Lichtverhalten und man konnte einen relativ kleinen Strom (10 A) unter Kurzschlußbedingungen abnehmen, wenn die Vorrichtung mit sichtbarem Licht angestrahlt wurde.Qualitative features »In this case, no capacitance-voltage dependency was found. The very thin device showed good light behavior and a relatively small current (10 A) could be drawn under short-circuit conditions when the device was illuminated with visible light.

Man kann erwarten, daß KP1^-Dünnschichten, die mittels CVD-Techniken hergestellt werden, ein ähnliches Verhalten zeigen, wenn diese Schichten ausreichend dick sind. Gegenwärtig sind diese Schichten noch zu &*' ^n und man stellte überbrückungen bzw. Kurzschlüsse dabei fest.One can expect that KP 1 ^ thin films produced by means of CVD techniques show a similar behavior if these films are sufficiently thick. At present these layers are still at & * ' ^ n and bridges or short circuits have been found.

Die Bildung von übergängen mit diesen Werkstoffen weist darauf hin, daß sie zur Bildung von pn-übergängen, Schottky-Dioden oder Metall-Oxid-Halbleiterw(MOS) verwendet werden können.The formation of transitions with these materials indicates this indicate that they can be used to form pn junctions, Schottky diodes or metal oxide semiconductors (MOS).

Man kann erwarten, daß man bei Verwendung der oben erwähnten Klassen von Dotierungsmitteln die Werkstoffe zur p-Typ-Leitfähigkeit umwandeln kann und auf diese Weise auf dein umfassenden Gebiet der Halbleitertechnologie verwendet werden könne.One can expect that using the above-mentioned classes of dopants will lead to the p-type conductivity materials and in this way can be used in your extensive field of semiconductor technology.

In all diesen Fällen wurde das photoelektrische Leitfähigkeitsverhältnis durch Herstellung einer Halbleitereinrichtung erreicht, die unseren Werkstoff aufwies und Kontaktierungseinrichtungen, die auf dem Werkstoff angebracht waren, um eine elektrische Verbindung damit herzustellen» Diese Einrichtung umfaßte zwei Einzelelektroden 80 und 82, die auf dem Werkstoff entsprechend der Fig. 30 aufgebracht waren.In all of these cases, the photoelectric conductivity ratio became achieved by manufacturing a semiconductor device that contained our material and contacting devices, which were attached to the material in order to establish an electrical connection with it »This device comprised two single electrodes 80 and 82 that were placed on the material 30 were applied.

Detaillierter gesehen wurden für einen Einkristall aus MP1^ zwei Kupferstreifen 80 und 82 adhasiv bzw. klebemäßig auf einem Glassubstrat 84 befestigt. Ein Exemplar eines KP.„-Streifens 86, der gemäß den vorausgehenden Lehren hergestellt worden war, wurde an einem Ende der Streifen 80 und 82 als überbrückung darübergelegt und mittels einer Silberpaste 88 darauf befestigt.Seen in more detail, two copper strips 80 and 82 were attached to a glass substrate 84 in an adhesive or adhesive manner for a single crystal made of MP 1 ^. A copy of a KP. "Strip 86, which had been made in accordance with the preceding teachings, was placed over one end of the strips 80 and 82 as a bridge and attached to it by means of a silver paste 88.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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An den entgegengesetzten'Enden der Streifen 80 und 82 wurde ein Elektrometer angeschlossen, das ein elektrisches Potential über die Kupferstreifen an den KP1 ,--Streifen anlegte und dadurch die Widerstandsmessung des KP1 ,--Streifens ermöglichte.An electrometer was connected to the opposite ends of the strips 80 and 82, which applied an electrical potential to the KP 1 strip via the copper strips and thereby enabled the resistance of the KP 1 strip to be measured.

Die sich aus der Fig. 30 und der entsprechenden Beschreibung ergebende Anordnung und ähnliche Anordnungen, die unsere anderen Werkstoffe verwendeten, festigen die Auffassung, daß die mit hohen Phosphoranteilen versehenen Phosphormaterialien tatsächlich zur Steuerung bzw. Kontrolle des elektrischen Stromes und wenigstens als lichtempfindliches Widerstandselement verwendet werden können.The arrangement resulting from FIG. 30 and the corresponding description and similar arrangements to our Other materials used strengthen the view that the phosphor materials provided with high phosphorus contents actually for the control or control of the electric current and at least as light sensitive Resistance element can be used.

Zusätzlich dazu zeigen unsere Materialien Lumineszenzeigenschaften mit einer Emissionsspitze bei 1,8 eV bei Temperaturen von 4 K sowie Lumineszenz auch bei Umgebungstemperaturen.In addition, our materials show luminescence properties with an emission peak at 1.8 eV at temperatures of 4 K and luminescence even at ambient temperatures.

Herstellung großer Kristalle von monoklinem Phosphor Rubidium: To make large crystals of monoclinic phosphorus rubidium:

15 kann zur Herstellung großer monokliner Phosphorkristalle verwendet werden. 15 can be used to make large monoclinic phosphor crystals.

0,62 g einer im Vakuum verkapselten Probe von RbP15 wird senkrecht in einen Muffelofen gesetzt. Die Ampulle hat einen Außendurchmesser von 10 mm, einen Innendurchmesser von 6 mm und eine Länge von 5 cm. Die senkrechtstehende Quarzampulle wird einem Temperaturprofil in der Weise ausgesetzt, daß die RbP15-Beschickung auf einer Temperatur von 552 0C gehalten wird, während die Spitze der Ampulle auf einer Temperatur von 539 0C gehalten wird. Die Verweilzeit der Ampulle mit der Beschickung bei dieser Temperatur beträgt 22 h. Anschließend wird die Ampulle geöffnet und große monokline Phosphorkristalle mit Kantenlängen bis zu 3,0 mm mit dem Habitus eines Pyramiden-0.62 g of a sample of RbP 15 encapsulated in a vacuum is placed vertically in a muffle furnace. The ampoule has an outside diameter of 10 mm, an inside diameter of 6 mm and a length of 5 cm. The vertical quartz ampoule is exposed to a temperature profile in the manner that the RbP 15 is held feedstock at a temperature of 552 0 C, while the tip of the ampoule is maintained at a temperature of 539 0 C. The residence time of the ampoule with the load at this temperature is 22 hours. Then the ampoule is opened and large monoclinic phosphor crystals with edge lengths up to 3.0 mm with the habit of a pyramidal

stumpfes werden im oberen kühleren Abschnitt der Ampulle vorgefunden.blunt in the upper, cooler section of the ampoule found.

Diese großen monoklinen Phosphorkristalle können auch aus Gemischen von Rubidium und Phosphor im molaren Atomverhältnis von 1s15 (RbP15) hergestellt werden»These large monoclinic phosphor crystals can also be produced from mixtures of rubidium and phosphorus in a molar atomic ratio of 1s15 (RbP 15 ) »

Große monokline Phosphorkristalle können auch über den Dampfphasentransport sowohl ausgehend von CsP1,- als auch ausgehend von NaP 5 als Beschickung hergestellt werden/ wobei •ii-3 Ausgangssubstanzen durch Festkörperreaktion hergestellt werden. Bei jedem Versuch werden ungefähr 0,5 g des entsprechenden Älkalimetallpolyphosphits im Vakuum in einer Quarzampulle (10 mm Außendurchmesser, 6 mm Innendurchmesser) eingeschmolzen, die eine Länge von 8,9 cm hat. Die Ampullen werden dann einem Temperaturgradienten in der Weise ausgesetzt, daß die Älkalimetallpolyphosphidbeschickung auf einer Temperatur von 558 0G gehalten wird, während die Spitzen der Ampullen auf einer Temperatur von 514 0C gehalten werden. Nach 18 h Verweilzeit bei diesem Temperaturprofil werden dunkeirote Kristalle in Form gestapelter quadratischer Plättchen gefunden, a.x * als monokliner Phosphor identifiziert v/erden, der aus der CsP1,--Beschickung erhalten wird. Die Morphologie dieser monoklinen Phosphoreinkristalle, die aus CsP1J. und NaP1,- hergestellt v/erden, die ihrerseits zunächst durch Festkörperreaktion hergestellt wurden, sind untereinander sehr ähnlich, d,h„ auch bei Verwendung von NaP1r als Ausgangssubstanz werden gestapelte quadratische Plättchen als Kristallausbeute erhalten» Diese Kristallform weicht vom Habitus des Pyramidenstumpfes abr den der monokline Phosphor zeigt, der aus einer RbP1^-Beschickung gewonnen wird. Große monokline Phosphorkristalle können auch aus Cs/P^ und Cs/P., ,,-Cs/P-j5-Gemischen erhalten werden, wenn man diese Substanzen höheren Temperaturen aussetzt.Large monoclinic phosphor crystals can also be produced via vapor phase transport both starting from CsP 1 , - and starting from NaP 5 as a charge / where • ii-3 starting substances are produced by solid-state reaction. In each experiment, approximately 0.5 g of the corresponding alkali metal polyphosphite is melted in vacuo in a quartz ampoule (10 mm outside diameter, 6 mm inside diameter) which has a length of 8.9 cm. The vials are then subjected to a temperature gradient in the manner that the Älkalimetallpolyphosphidbeschickung is maintained at a temperature of 558 0 G, while the tips of the ampoules are kept at a temperature of 514 0 C. After a residence time of 18 h at this temperature profile, dark red crystals in the form of stacked square platelets are found, ax * identified as monoclinic phosphorus obtained from the CsP 1 charge. The morphology of these monoclinic phosphorus single crystals, which are produced from CsP 1 J. and NaP 1 , - which in turn were initially produced by solid-state reaction, are very similar to one another, that is, when NaP 1 r is used as the starting substance, they are stacked square platelets obtained as crystal yield »This crystal shape deviates from the habitus of the truncated pyramid r that shows the monoclinic phosphorus, which is obtained from a RbP 1 ^ charge. Large monoclinic phosphor crystals can also be obtained from Cs / P ^ and Cs / P. ,, - Cs / Pj 5 mixtures if these substances are exposed to higher temperatures.

BADBATH

- yer - - yer -

Monokline Phosphoreinkristalle können auch aus KP1^ hergestellt werden, das zunächst durch Festkörperreaktion hergestellt wird. Die monoklinen Phosphorkristalle sind auch aus Gemischen von K/P3Q und K/P125 zugänglich.Monoclinic phosphor single crystals can also be produced from KP 1 ^, which is initially produced by solid-state reaction. The monoclinic phosphor crystals can also be obtained from mixtures of K / P 3Q and K / P 125 .

Mit Lithium, d.h. also mit Lithium/Phosphor-Beschickungen sind keine Versuche durchgeführt worden. Es läßt sich jedoch erwarten, daß auch mit solchen Beschickungen große monokline Phosphoreinkristalle bei Einhaltung ähnlicher Reaktionsbedingungen erhältlich sind.No experiments have been carried out with lithium, i.e. with lithium / phosphorus charges. It can, however expect large monoclinic phosphorus single crystals with such feeds, too, if similar Reaction conditions are available.

Während für diese Kristallzüchtung die Art des eingesetzten Alkalimetalls nichts besonders kritisch zu sein scheint, ist die Temperatur auf der die Beschickung gehalten wird, offensichtlich von größerer Bedeutung für das Kristallwachstum. Im Fall der Beschickung CsZP11, wobei die Beschickung zuvor in der Kugelmühle gemahlen und vermischt worden ist, werden große Einkristalle dann erhalten, wenn die Beschickung auf einer Temperatur im Bereich von 555 0C bis 554 0C gehalten wird. Wenn die Beschickung jedoch auf Temperaturen um 565 0C oder um 554 0C gehalten wird, können keine großen monoklinen Phosphoreinkristalle mehr hergestellt werden.While the type of alkali metal used does not appear to be particularly critical for this crystal growth, the temperature at which the charge is maintained is evidently of greater importance to crystal growth. In the case of the feed CsZP 11, wherein the feed has previously been ground in the ball mill and mixed, large single crystals are obtained when the feed is maintained at a temperature in the range from 555 0 C to 554 0 C. If the feed is kept at temperatures around 565 0 C or 554 0 C, no big monoclinic Phosphoreinkristalle more can be produced.

In'der Fig. 38 ist die vorzugsweise eingesetzte Apparatur abgebildet, mit der die Versuche durchgeführt werden. Durch Festkörperreaktion hergestelltes RbP15 in einer Menge von 0,6 g wird im Vakuum in ein Glasroh 270 eingeschmolzen, das einen Außendurchmesser von 12 mm, einen Innendurchmesser von 6 mm und eine Länge von 8 cm hat. Die Glasampulle wird an ihrer Oberseite in der Weise abgeschmolzen, daß eine im Durchmesser 16 mm messende flache Glasoberfläche 272 erhalten wird. Ein Einzelstutzen 274 ist mit einer Verengung 276 versehen, an der die Ampulle nach der Beschickung abgeschmolzen wird.The apparatus preferably used with which the experiments are carried out is shown in FIG. 38. RbP 15 produced by solid-state reaction in an amount of 0.6 g is melted in vacuo into a glass tube 270 which has an outer diameter of 12 mm, an inner diameter of 6 mm and a length of 8 cm. The top of the glass ampoule is melted off in such a way that a flat glass surface 272 measuring 16 mm in diameter is obtained. A single nozzle 274 is provided with a constriction 276 at which the ampoule is melted off after loading.

Die so gefüllte und abgeschmolzene Ampulle wird in der Weise einem Temperaturgradienten ausgesetzt, daß die flache Oberfläche 272 am oberen Abschnitt der Ampulle bzw. des Reaktorrohres auf einer Temperatur von 462 0C gehalten wird, während die Beschickung am Boden des Rohres auf einer Temperatur von 550 0C gehalten wird= Nach einer Verweilzeit von 140 h bei dieser Temperatur ist ungefähr die Hälfte der ursprünglich aufgegebenen Beschickung vom Boden zur flächen oberen Oberfläche transportiert worden«The ampoule filled and melted in this way is exposed to a temperature gradient in such a way that the flat surface 272 on the upper section of the ampoule or the reactor tube is kept at a temperature of 462 ° C., while the charge at the bottom of the tube is kept at a temperature of 550 0 C is maintained = after a dwell time of 140 h at this temperature, approximately half of the originally given charge has been transported from the bottom to the upper surface «

Als Produkt wird ein knopfartiges Substanzstück erhalten, das gespalten und geprüft wird. Dieses Substanzstück besteht praktisch ausschließlich aus homogenen hellroten Fasern und nicht den eigentlich erwarteten großen monoklinen Phosphoreinkristallen. In den Figuren 44 und 45 sind rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen dieses Produktes in 200-facher bzw. 1000-facher Vergrößerung dargestellt»As a product, a button-like substance piece is obtained which split and is checked. This piece of substance consists almost exclusively of homogeneous, light red fibers and not the large monoclinic phosphorus monocrystals that are actually expected. In Figures 44 and 45, scanning electron microscope images of this product are shown in 200-fold and 1000-fold magnification »

Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen der Figuren 44 und 45 sind eine wahre Überraschung. Einzelne "Fasern" bestehen aus Bündeln länglicher Plättchen, die so zusammengeführt sind, daß sie im Querschnitt sternförmige Stäbchen bilden, wenn sie in Seitensicht gesehen sind. Dieses Material ist ausgesprochen abweichend in der Erscheinungsform von den verdrillten Stäbchen oder Säulen aus faserigem Phosphor, der durch Dampfphasentransport aus 99,9999 % reinem roten Phosphor erhalten werden (vgl. unten).The scanning electron micrographs in FIGS. 44 and 45 are a real surprise. Individual "fibers" exist from bundles of elongated platelets which are brought together so that they have star-shaped rods in cross-section when seen from the side. This material is markedly different in appearance from the Twisted rods or pillars of fibrous phosphorus formed by vapor phase transport from 99.9999% pure red phosphorus can be obtained (see below).

Diese Versuche zeigen? daß zur Herstellung großer monokliner Phosphoreinkristalle eine Temperatur im Bereich von 500 0C bis 560 0C eingehalten werden sollte. Weitere Experimente zeigen, daß die Kondensation bei der Herstellung monokliner Einkristalle des Phosphors vorzugsweise bei ungefähr 539 0C liegen sollte.Do these attempts show? that a temperature in the range of 500 0 C to 560 0 C should be maintained for the production of large monoclinic phosphor single crystals. Further experiments show that the condensation of phosphorus should lie in the preparation of monoclinic crystals is preferably about 539 0 C.

Die Beschickung muß auf eine Temperatur von größer als 545 0C und kleiner als 565 0C erhitzt werden, wie dies die vorstehend beschriebenen Versuche zeigen. Vorzugsweise wird die Beschickung auf eine Temperatur im Bereich von 550 bis 560 0C erwärmt, wobei eine Temperatur um 555 0C zur Herstellung monokliner Phosphoreinkristalle die besten Ergebnisse liefert.The charge must be heated to a temperature of greater than 545 ° C. and less than 565 ° C., as the experiments described above show. The charge is preferably heated to a temperature in the range from 550 to 560 ° C., a temperature of around 555 ° C. for the production of monoclinic phosphorus monocrystals giving the best results.

Monokliner Phosphor ist aus Beschickungen mit unterschiedlichen Verhältnissen von Phosphor zu Alkalimetall hergestellt worden, wobei dieses Verhältnis im Bereich von 11:1 bis 125 : 1 variiert wurde. Die besten Ergebnisse werden jedoch bei einem Verhältnis von Phosphor zu Alkalimetall von 15 : 1 erhalten.Monoclinic phosphorus is made from feeds with different ratios of phosphorus to alkali metal this ratio being varied in the range from 11: 1 to 125: 1. The best results however, are obtained at a phosphorus to alkali metal ratio of 15: 1.

In der Fig. 39 ist in 50-facher Vergrößerung die Mikrophotographie eines pyramidenstumpfförmigen monoklinen Phosphorkristalls gezeigt, der aus einer RbP.5-Beschickung hergestellt worden ist. Diese Kristalle sind nur schwer zu spalten. Ähnliche Kristalle werden erhalten, wenn in der Beschickung Natrium als Alkalimetall eingesetzt wird. Die Kristalle haben Abmessungen von bis zu 4 mm χ 3 mm χ 2 mm.39 shows the photomicrograph of a truncated pyramidal monoclinic phosphor crystal, which is made up of an RbP. 5 loading has been established. These crystals are difficult to split. Similar crystals are obtained when sodium is used as the alkali metal in the feed. The crystals have dimensions of up to 4 mm 3 mm 2 mm.

In der Fig. 40 ist in 80-facher Vergrößerung die Mikrophotographie eines monoklinen Phosphoreinkristalls gezeigt, der aus einem in der Kugelmühle vermahlenen Gemisch von Cs/P... erhalten worden ist. Diese Plättchen sind leicht zu spalten und erinnern in ihrem physikalischen Verhalten an Glimmerplättchen. Ähnliche Kristalle können auch aus Beschickungen von K/P..,- hergestellt werden. Kristalle mit diesem Habitus wurden mit Kantenlängen von bis zu 4 mm und mit Stärken von bis zu 2 mm erhalten.In Fig. 40, enlarged 80 times, is the photomicrograph of a monoclinic phosphorus single crystal is shown, which consists of a mixture of Cs / P ... has been received. These platelets are light to split and their physical behavior is reminiscent of mica flakes. Similar crystals can also be made from Charges from K / P .., - are made. Crystals with This habitus was obtained with edge lengths of up to 4 mm and with thicknesses of up to 2 mm.

Die Kristalle zeigen Doppelbrechung. Wenn die Kristalle zwischen gekreuzte Polarisatoren in einem Polarisationsmikroskop einge-The crystals show birefringence. When the crystals are placed between crossed polarizers in a polarizing microscope

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bracht werden, drehen si» ^ie Ebene des polarisierten Lichts und lassen das Licht nur zum Teil durch. Solche Kristalle können als doppelbrechende Elemente eingesetzt werden, beispielsweise in optischen Rotatoren, im roten und im infraroten Gebiet des Spektrums«are brought, they rotate the plane of polarized light and only partially let the light through. Such crystals can be used as birefringent elements, for example in optical rotators, in the red and in the infrared region of the spectrum «

Die chemische Analyse zeigt, daß die Kristalle ungefähr 500 bis 2 000 ppm Alkalimetalle enthalten» Sie lassen sich durch ein Verfahren herstellen, daß insgesamt nicht mehr als 22 h erfordert. Dies ist ein ^- Lschritt, wenn dagegen die Verfahrenszeit von 11 d berücksichtigt wird, die zur Herstellung des Hittorf'sehen Phosphors nach dem Stand der Technik sind.Chemical analysis shows that the crystals are approximately 500 Contains up to 2,000 ppm of alkali metals »They let themselves through produce a process that does not exceed 22 h in total requires. This is a ^ - Lstep if, on the other hand, the procedural time of 11 d is taken into account, which are state-of-the-art for the production of Hittorf's phosphorus.

Aus Pulverproben werden Röntgenbeugungsdiagramme aufgenommen,. die mit dem Hittorf'sehen Phosphor nach dem Stand der Technik übereinstimmen«X-ray diffraction diagrams are recorded from powder samples. those with the Hittorf's phosphor according to the state of the art to match"

Die Photolumineszenzspektren sind in den Fig. 41 und 42 dargestellt. Die dargestellten Spektren wurden mit einem Argonlaser im Raman-Spektrometer aufgenommen. Ein breites Maximum bei 1,91 eV ist deutlich ausgeprägt mit einer Halbwertbreite von ungefähr 0,29 eV. Diese Daten deuten auf einen Bandabstand von ungefähr 2,0 eV bei Raumtemperatur*The photoluminescence spectra are shown in Figs. The spectra shown were recorded with an argon laser in the Raman spectrometer. A broad maximum at 1.91 eV is clearly pronounced with a half-value width of approximately 0.29 eV. These data suggest a band gap of about 2.0 eV at room temperature *

Das in der Fig. 41 gezeigte Spektrum wird unter Verwendung eines monoklinen Phosphoreinkristalls hergestellt, der in Gegenwart von Caesium gezüchtet worden ist. Demgegenüber zeigt das Spektrum der Fig„ 42 einen monoklinen Phosphoreinkristall, der in Gegenwart von Rubidium kondensiert worden ist.The spectrum shown in Fig. 41 is produced using a monoclinic phosphor single crystal shown in Presence of Cesium has been bred. In contrast, the spectrum in FIG. 42 shows a monoclinic phosphor single crystal, which has been condensed in the presence of rubidium.

Das in Fig. 43 gezeigte Raman-Spektrum ist unter Verwendung eines monoklinen Phosphoreinkristalls aufgenommen worden, der in Gegenwart von Rubidium hergestellt worden ist. Die Maxima 280 bis 285 werden bei Wellenzahlen von 285, 367,The Raman spectrum shown in Fig. 43 was recorded using a monoclinic phosphor single crystal, made in the presence of rubidium. The maxima 280 to 285 are used with wave numbers of 285, 367,

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465, 48 3 und 52 9 cm beobachtet.465, 48 3 and 52 9 cm observed.

Aufgedampfte Tupfer mit Durchmessern im Bereich von 25 u,m werden auf großen monoklinen Phosphoreinkristallen aufgebracht, die aus einer RbZP1,.-Quelle erhalten worden waren. Die so kontaktierten Phosphoreinkristalloberflächen werden der elektrischen Widerstandsmessung unterzogen. Die Kristalle zeigten einen elektrischen Widerstand im Bereich von 10 bis 10 ohm, fast unabhängig von der Geometrie des Kristalls und den Abmessungen der Kontakte. Dies ist dahingehend zu deuten, daß die Messungen Oberflächenwiderstände wiedergeben.Evaporated swabs with diameters in the range of 25 .mu.m are applied to large monoclinic phosphorus single crystals which had been obtained from a RbZP 1, .- source. The phosphor single crystal surfaces contacted in this way are subjected to the electrical resistance measurement. The crystals showed an electrical resistance in the range from 10 to 10 ohm, almost independent of the geometry of the crystal and the dimensions of the contacts. This can be interpreted to the effect that the measurements reflect surface resistances.

Die Kristalle können als Substrat zum Niederschlagen von III-V-Halbleitermaterial dienen, beispielsweise von Indiumphosphid oder Galliumphosphid. Die Kristalle können weiterhin als Lumineszenzphosphore in Anzeigegeräten, als Halbleiter, als Laser und als Ausgangssubstanzen für die Herstellung weiterer Halbleiterbauelemente dienen.The crystals can serve as a substrate for the deposition of III-V semiconductor material, for example indium phosphide or gallium phosphide. The crystals can continue as luminescence phosphors in display devices, as semiconductors, serve as lasers and as starting substances for the production of further semiconductor components.

Die Gegenwart von Alkalimetall in der Beschickung scheint für die Herstellung großer Kristalle von monoklimem Phosphor kritisch zu sein. So wurde versucht, große Phosphoreinkristalle mit monokliner Struktur aus 99,9999 % reinem roten Phosphor durch Wiederholen von Reaktionsbedingungen zu züchten, die sehr erfolgreich für die verschiedensten Alkali-Metall-Phosphor-Systeme erprobt worden waren. Diese Versuche schlugen jedoch insgesamt fehl. Es konnte auf diese Weise kein monokliner Phosphor erhalten werden. So wurden z.B. 0,6 g einer Probe von 99,9999 % reinem Phosphor auf 552*C in einer abgeschmolzenen Ampulle erhitzt, die senkrecht stehend in einem Muffelofen angeordnet war. Die Quarzampulle hatte 10 mm Außendurchmesser und 6 mm Innendurchmesser. Der Temperaturgradient zwischen dem Boden der Ampulle und der Spitze der Ampulle, die 7 cm lang war, erzeugte eine Temperaturdifferenz von 4 3 0C. Nach 24 h Verweilzeit in diesem TemperaturgefälleThe presence of alkali metal in the feed appears to be critical for the production of large crystals of monoclimatic phosphorus. An attempt was made to grow large single crystals of phosphorus with a monoclinic structure from 99.9999% pure red phosphorus by repeating reaction conditions which had been tested very successfully for a wide variety of alkali-metal-phosphorus systems. However, these attempts failed altogether. No monoclinic phosphor could be obtained in this way. For example, 0.6 g of a sample of 99.9999% pure phosphorus was heated to 552 ° C. in a melted ampoule that was placed vertically in a muffle furnace. The quartz ampoule had an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm. The temperature gradient between the bottom of the ampoule and the tip of the ampoule, which was 7 cm long, produced a temperature difference of 4 3 ° C. After a residence time of 24 hours in this temperature gradient

war mehr als die Hälfte der Beschickung in das obere Drittel der stehenden Ampulle transportiert worden, wo sich die Substanz als Stück festgesetzt hatte.more than half of the load had been transported into the upper third of the standing ampoule, where the substance was as a piece.

überraschenderweise besteht jedoch dieses Substanzstück vollkommen aus rotem faserigen Material. Einige lange, ungefähr 1,5 ram lange Fasern werden im Dampfraum am Boden des an der Spitze der Ampulle festsitzenden Substanzstückes festgestellt. Die mikroskopische Untersuchung der tiefroten Fasern zeigt, daß die Fas^-n insgesamt verdrillt sind.Surprisingly, however, this piece of substance exists entirely of red fibrous material. Some long about 1.5 ram long fibers are in the vapor space at the bottom of the piece of substance stuck to the tip of the ampoule. Microscopic examination of the deep red Fibers shows that the fibers are twisted as a whole.

Pulverröntgenographische Aufnahmen des faserigen Materials zeigen, daß sie den früher aufgenommenen polykristallinen KP -Spektren mit x-Werten sehr viel größer als 15 gleichen. In der Fig. 46 ist eine rasterelektronenmikroskopische Mikroaufnahme dieser Fasern in 500-facher Vergrößerung wiedergegeben. Powder radiographs of the fibrous material show that they resemble the polycrystalline KP spectra recorded earlier with x values much greater than 15. 46 shows a scanning electron micrograph of these fibers magnified 500 times.

Die differential-thermoanalytischen Daten sind ähnlich den Daten, die für polykristallines Material mit hohen x-Werten im System MP erhalten wurden» Die DTA -Untersuchungen zeigten ein erstes Wärmeplateau in Form eines einzelnen endothermen Niveausbei 622 0C (im Mittel). Ein zweites Wärmeplateau besteht aus einem einzigen endothermen Niveau in beiden Fällen bei 599 0C. Die früher an polykristallinem Material mit großen X-Werten aufgenommenen DTÄ-Daten sicherten für dieses Material ein erstes nicht aufgespaltenes endothermes Plateau bei 614 6C und ein zweites,, ebenfalls nicht aufgespaltenes endothermes Wärmeplateau bei 590 0C Mit anderen Worten, die DTA-Untersuchungen an den verdrillten Fasern zeigten im wesentlichen gleiche Ergebnisse wie sie für faserigen Phosphor erhalten werden, der aus 99,9999 % reinem roten Phosphor und polykristallinem phosphorreichen Material des Systems MP erhalten werden» Stabile dünne Schichten in Form amorpher Beschichtungen auf Glas und nickelbeschichtetem Glas alsThe differential thermal analytical data are similar to the data for polycrystalline material with high x-values in the system MP were obtained "The DTA -Untersuchungen showed a first heat plateau in the form of a single endothermic Niveausbei 622 0 C (on average). A second heat plateau consists of a single endothermic level in both cases at 599 0 C. The previously recorded on polycrystalline material with large x values DTÄ data secured for this material a first non-delaminated endothermic plateau at 614 6 C and a second ,, also not splitted endothermic heat plateau at 590 0 C in other words, the DTA studies on the twisted fibers exhibited as obtained for fibrous phosphorus in essentially the same results, consisting of 99.9999% pure red phosphorus and polycrystalline phosphorus-rich material of the system MP are obtained »stable thin layers in the form of amorphous coatings on glass and nickel-coated glass as

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Substratmaterial können nach dem Verfahren der raschen Verdampfung hergestellt werden ("Blitzverdampfung"). Eine Vorrichtung, mit der solche rasche Verdampfung durchgeführt werden kann, ist in der Fig. 47 dargestellt. Die Verdampfungsvorrichtung 302 besteht im wesentlichen aus einem Glaszylinder 304/, der über eine Leitung 306 an ein in der Fig. nicht dargestelltes Vakuumsystem angeschlossen werden kann. Der Einlaßstutzen 308 wird mit Argon über eine Zuleitung 310 beaufschlagt. Ein Reservoir 312 wird mit pulverigem KP15 beschickt, das zuvor durch Festkörperreaktion hergestellt worden ist. Mit einem Vibrator 314 wird die Beschickung bewegt. Die aufgerüttelte Beschickung wird dann durch den Argonstrom über die Venturi-Düse 316 mitgenommen. Die mitgenommene Beschickungssubstanz gelangt dann in den Reaktor 304, und zwar über die Zuleitung 317 in ein Stahlgefäß 318. Das stählerne Aufnahmegefäß 318 wird durch eine Hochfrequenzspule 319 auf eine Temperatur von mindestens 900 0C aufgeheizt, wobei das im Argonstrom mitgeführte KP15 augenblicklich verdampft. Am Ende der Leitung 317 sind in der aus Fig. 38 ersichtlichen Weise durch Einsetzen mehrerer engmensurierter Röhrchen Düsen 320 mit mehreren kleinen öffnungen 321 angeordnet. Die Leitung 317 und die Röhrchen 320 bestehen auf Aluminiumoxid, wobei die Röhrchen 320 mit Magnesiumoxidzement 322 im Rohr 317 verankert sind.Substrate material can be produced using the rapid evaporation method ("flash evaporation"). An apparatus with which such rapid evaporation can be carried out is shown in FIG. 47. The evaporation device 302 consists essentially of a glass cylinder 304 /, which can be connected via a line 306 to a vacuum system not shown in the figure. The inlet connection 308 is charged with argon via a supply line 310. A reservoir 312 is charged with powdery KP 15 which has previously been produced by solid-state reaction. A vibrator 314 is used to move the load. The agitated feed is then entrained by the argon stream via venturi 316. The entrained feed material then passes into the reactor 304, via the feed line 317 into a steel vessel 318. The steel containment vessel 318 is heated by a high frequency coil 319 to a temperature of at least 900 0 C, the KP entrained in an argon stream evaporates instantly 15th At the end of the line 317, nozzles 320 with several small openings 321 are arranged in the manner shown in FIG. 38 by inserting several narrowly scaled tubes. Line 317 and tubes 320 are made of alumina, with tubes 320 anchored in tube 317 with magnesia cement 322.

Bei der Verdampfung dissoziiert das KP-5 in seine Bestandteile. Der so gebildete Dampf wird vom Argon durch die düsenartigen öffnungen 321 ausgetragen. Auf einem vor den Düsen angeordneten kühleren Substrat 324 wird dann die Produktschicht niedergeschlagen. Das Substrat kann mit Hilfe von Heizdrähten 326, die über elektrische Anschlußdrähte 328 gespeist werden, aufgeheizt werden. Das Aluminiumoxidröhrchen 317 hat einen Außendurchmesser von ungefähr 0,64 cm un einen Innendurchmesser von ungefähr 0,32 cm. Die Röhrchen 320 haben jeweils einen Außendurchmesser von ungefähr 0,16 cmDuring evaporation, the KP- 5 dissociates into its components. The vapor formed in this way is carried out by the argon through the nozzle-like openings 321. The product layer is then deposited on a cooler substrate 324 arranged in front of the nozzles. The substrate can be heated with the aid of heating wires 326, which are fed via electrical connecting wires 328. The alumina tube 317 has an outside diameter of about 0.64 cm and an inside diameter of about 0.32 cm. The tubes 320 each have an outside diameter of approximately 0.16 cm

und sind ungefähr 0,64 cm lang. Sie haben kleine durchgehende Bohrungen.and are approximately 1/4 inch long. They have little through Drilling.

Die Anlage wird im Vakuum bei Drücken von 0,1 bis 0,9 mbar betrieben. Amorphe Schichten von Stärken mit bis zum 1 μΐη können bei einem Betrieb der Anlage von bis zu höchstens 15 min erhalten werden. Am Ende jedes Laufes erreicht das Substrat 324 eine Temperatur von 200 bis 300 0C, und zwar in Abhängigkeit davon,, auf welche Temperatur sich das Substrat zu Beginn des Nieder^ohlagens befindet, bei Raumtemperatur oder ob es auf 200 0C vorgeheizt.ist.The system is operated in a vacuum at pressures of 0.1 to 0.9 mbar. Amorphous layers with a thickness of up to 1 μm can be obtained when the system is operated for a maximum of 15 minutes. At the end of each run, the substrate 324 reaches a temperature of 200 to 300 0 C, depending on what temperature thereof ,, the substrate at the beginning of the low ^ is ohlagens, or whether it vorgeheizt.ist to 200 0 C at room temperature .

Dünne KP1,- schichten werden auch durch chemische Reaktion in der Dampfphase mit anschließendem Niederschlagen des Produktes (CVD) hergestellt.Thin KP 1 layers are also produced by chemical reaction in the vapor phase with subsequent deposition of the product (CVD).

Ein typischer CVD-Reaktor ist in der Fig. 50 gezeigt. Der Reaktor besteht aus Pyrex-Glas. Die Reaktorkammer 401 hat einen Äußendurchmesser von 26 mm und ist 27,0 cm lang. Im Inneren des Reaktors ist ein langes Rohr angeordnet., und zwar auf der Mittelachse des Reaktors, das einen Innendurchmesser von 6,0 mm hat und 30,0 cm lang ist. Dieses lange Röhrchen 402 dient sowohl als Wärmequelle als auch als Substrathalter. Die Wärmequelle wird durch einen justierbaren O-Ringkragen 403 in Position gehalten. Ein Belüftungsrohr 404 ermöglicht das kontinuierliche Abziehen eines Abzugsgases. Es ist mit einer in der Figur nicht dargestellten Kühlfalle verbunden, in der der nicht umgesetzte Phosphor niedergeschlagen wird, bevor der abgesaugte Gasstrom der umgebenden Atmosphäre zugeführt wird» Der Belüftungsstutzen 404 und der O-Ringkragen 403 sind über eine Flanschverbindung 405 mit einem zwischengelegten O-Ring und einem Innendurchmesser von 2,0 cm mit der Reaktorkammer 401 verbunden. Die Reaktorkammer 401 wird in einen elektrischen Widerstandsheizofen 406 eingebracht. A typical CVD reactor is shown in FIG. The reactor is made of Pyrex glass. The reactor chamber 401 has an outer diameter of 26 mm and is 27.0 cm long. Inside the reactor, a long pipe is arranged., On the central axis of the reactor, which has mm an internal diameter of 6.0 and is 30.0 cm long. This long tube 402 serves both as a heat source and as a substrate holder. The heat source is held in position by an adjustable O-ring collar 403. A vent tube 404 enables a flue gas to be continuously withdrawn. It is connected to a cold trap, not shown in the figure, in which the unreacted phosphorus is precipitated before the extracted gas stream is fed to the surrounding atmosphere. Ring and an inner diameter of 2.0 cm connected to the reactor chamber 401. The reactor chamber 401 is placed in an electrical resistance heating furnace 406.

Geschmolzener Phosphor wird mit einer in den Figuren nicht dargestellten Kolbenpumpe über eine Kapillare 407, die einen Innendurchmesser von 1,0 mm hat, in die Verdampfungskammer 408 eingemessen. Der geschmolzene Phosphor wird dabei in der Verdampfungskammer 408 durch einen eingestrahlten Argonstrom verdampft, der über einen Einlaßstutzen 409 mit einem Innendurchmesser von 6,0 mm eingestrahlt wird. Der gasförmige Phosphor/Argon-Strom tritt in die Reaktorkammer über eine Düse 410 ein. Die Düse 410 hat eine öffnung von 4,0 mm. Die Verdampfungskammer 408 ist in einem Widerstandsheizofen 411 untergebracht. Melted phosphorus is not shown in the figures with a piston pump via a capillary 407, the one Inside diameter of 1.0 mm is measured into the evaporation chamber 408. The melted phosphorus is in the evaporation chamber 408 is evaporated by an irradiated argon stream, which via an inlet port 409 with is irradiated with an inner diameter of 6.0 mm. The gaseous phosphorus / argon stream enters the reactor chamber via a nozzle 410. The nozzle 410 has an opening of 4.0 mm. The evaporation chamber 408 is housed in a resistance heating furnace 411.

Ein gasförmiges Gemisch von Kalium und Argon wird dosiert in die Reaktorkammer 401 über einen Aufgabestutzen 412 mit einem Innendurchmesser von 6,0 mm aufgegeben. Reines Argon, das als Trägergas für den Kaiium/Argon-Strom dient, tritt über den Stutzen 413, der einen Innendurchmesser von 6,0 mm hat , in das System ein. Sowohl der Kalium/ Argon-Strom als auch der reine Argon-Strom treten am Einlaßstutzen 414 in die Reaktorkammer 401 ein. Die Kaiium/Argon-Leitung 412 und die das reine Argon führende Leitung 413 sind in einem elektrischen. Widerstandsofen 415 untergebracht.A gaseous mixture of potassium and argon is metered into the reactor chamber 401 via a feed nozzle 412 abandoned an inner diameter of 6.0 mm. Pure argon, which serves as the carrier gas for the potassium / argon stream, passes over the nozzle 413, which has an inner diameter of 6.0 mm, into the system. Both the potassium / argon stream and the pure argon stream enter the inlet port 414 Reactor chamber 401. The potassium / argon line 412 and the the pure argon line 413 are in an electrical one. Resistance furnace 415 housed.

Das Substrat 416 wird auf der Thermoquelle 402 gehalten. Die Temperatur des Substrats 416 wird mit Hilfe eines Thermoelementes 417 gemessen, das direkt unterhalb des Substrats 416 auf der Thermoquelle 40 2 angeordnet ist.The substrate 416 is held on the thermal source 402. The temperature of the substrate 416 is measured with the aid of a thermocouple 417 measured, which is arranged directly below the substrate 416 on the thermal source 40 2.

Während des Betriebes sind die öfen 406, 411 und 415 getrennt auf die entsprechenden Temperaturen geregelt. Die gasförmigen Reaktantenströme gelangen an den Einlaßstutzen 410 und 414 in die Reaktorkammer. Das Abgasgemisch verläßt die Reaktorkammer über den Belüftungsstutzen 404. Die Produktschichten, die im Reaktor hergestellt werden, schlagen sich auf dem Substrat 416 nieder.The ovens 406, 411 and 415 are separated during operation regulated to the appropriate temperatures. The gaseous reactant streams arrive at inlet ports 410 and 414 into the reactor chamber. The exhaust gas mixture leaves the reactor chamber via the ventilation nozzle 404. The product layers, which are produced in the reactor deposit on the substrate 416.

Die Substrate werden auf piner Temperatur im Bereich von 310 bis 350 0C gehalten. Dabei wird diese Temperatur mit einer Genauigkeit im Bereich von +_ 2 0C eingehalten.The substrates are maintained at Piner temperature in the range 310-350 0 C. This temperature is maintained with an accuracy in the range of + _ 2 ° C.

Für einen typischen Durchgang werden 1,24 g weißer Phosphor und 0,13 g Kalium in den Reaktor im Verlauf von 2 h aufgegeben. Der Gesamtargonfluß wird auf einen Volumenstrom von 250 ml/min eingestellt.For a typical run, 1.24 g of white phosphorus and 0.13 g of potassium in the reactor in the course of 2 h to be abandoned. The total argon flow is adjusted to a volume flow of 250 ml / min.

Eine Reihe von Versuchen v-rden durchgeführt, bei denen Phosphor/Argon und Kalium/Argon gleichzeitig in den Reaktor gegeben werden. Dabei wird der Phosphor/Argon-Strom auf einer Temperatur von ungefähr 290 0C gehalten, während der Kalium/ Argon-Strom auf ungefähr 410 0C eingestellt wird« Das berechnete molare Atomverhältnis der Reaktanden im Reaktor wird so eingestellt, daß P/K ungefähr gleich 15 ist. Der Reaktor wird insgesamt auf einer Temperatur von 300 bis 310 0C gehalten. In einem typischen Experimentverlauf wird der flüssige Phosphor mit einer Zulaufrate von 0,34 mg/h aufgegeben. A number of experiments were carried out in which phosphorus / argon and potassium / argon were added to the reactor at the same time. The phosphorus / argon flow is kept at a temperature of approximately 290 ° C., while the potassium / argon flow is adjusted to approximately 410 ° C. The calculated molar atomic ratio of the reactants in the reactor is adjusted so that P / K is approximately is equal to 15. The reactor is kept at a temperature of 300 to 310 ° C. as a whole. In a typical experiment, the liquid phosphorus is fed in at a rate of 0.34 mg / h.

Amorphe KP-^-Schichten werden unter Verwendung von nickelbedampften Glassubstraten hergestellt. Die unter diesen Bedingungen erhaltenen KP15-Schichten sind ungefähr 0,3 mm dick.Amorphous KP - ^ layers are produced using nickel-deposited glass substrates. The KP 15 layers obtained under these conditions are approximately 0.3 mm thick.

Mit einem 1 h dauernden Versuchslauf wird eine dünne Schicht erhalten, für die die nominelle Zusammensetzung KP15 bestätigt wird. Die Dicke der Schicht hängt von der Anordnung und Stellung des Substrats im Reaktor ab. Die rasterelektronenmikroskop is ehe Untersuchung zeigt, daß die Schichten außerordentlich gut homogen sind.With a test run lasting 1 hour, a thin layer is obtained, for which the nominal composition KP 15 is confirmed. The thickness of the layer depends on the arrangement and position of the substrate in the reactor. The scanning electron microscope is before examination shows that the layers are extremely homogeneous.

Reinigung des Phosphors:Purification of the phosphorus:

50 g "99,95 % reiner" Phosphor wird 75 d einem Temperatur-50 g of "99.95% pure" phosphorus is 75 d a temperature

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profil im Bereich von 450-300 0C ausgesetzt. Nach dieser relativ langen Verweilzeit bleiben in der Beschickung 21 % des aufgegebenen Materials zurück und werden 60 % der Beschickung als massive amorphe Niederschläge erhalten.profile exposed in the range of 450-300 0 C. After this relatively long residence time, 21% of the fed material remains in the feed and 60% of the feed is retained as massive amorphous precipitates.

Mit dem Eingangsmaterial durchgeführte Analysen zeigten, daß der Phosphor nicht einmal ,99,90 % Reinheitsgrad aufweist, sondern viel eher im Bereich einer Reinheit von 99,80 % liegt, wobei dieser Phosphor mit Aluminium, Calcium, Eisen, Magnesium, Natrium und Silicium als Hauptverunreinigungen, die alle in einer Menge von größer als 0,01 Gew.-%, einige sogar in Konzentrationen von größer als 0,05 Gew.-% vorlagen, beaufschalgt war. Dieses Material hat einen Einkaufa preis von ungefähr 220 US $ pro kq. Im Vergleich dazu hat ein lediglich mit der Reinheitsstufe "99 %" verkaufter Phosphor einen Einkaufspreis von nur 37,5 US $ pro kg.Analyzes carried out on the input material showed that the phosphorus is not even 99.90% pure, but rather in the range of a purity of 99.80%, this phosphorus with aluminum, calcium, Iron, magnesium, sodium and silicon as the main impurities, all in an amount greater than 0.01% by weight, some were even present in concentrations greater than 0.05% by weight. This material has a purchase price of around US $ 220 per kq. In comparison, one sold with a purity level of "99%" only Phosphorus has a purchase price of only US $ 37.5 per kg.

In der Tabelle XX sind die Ergebnisse der Flammenemissionsspektroskopie an drei Substanzen wiedergegeben, die nach dem eingangs beschriebenen Verfahren gereinigt worden sind.In Table XX are the results of the flame emission spectroscopy on three substances that have been purified according to the method described at the beginning are.

AtomergicAtomergic Tabelle XXTable XX Materialmaterial mittels FES*by means of FES * "99.95""99.95" VerunreinigungsniveausContamination levels BB. Materialmaterial Elementelement 0,03-0.3%0.03-0.3% Materialmaterial 20-20020-200 CC. 3-603-60 AA. 2-202-20 AlAl 30-60030-600 0.02-0.2%0.02-0.2% 3-303-30 BaBa „4-4"4-4 40-40040-400 *1*1 <2<2 CaApprox 40-40040-400 6-606-60 4-404-40 <1<1 CuCu ,6-6, 6-6 20-20020-200 <1<1 FeFe 0.01-oli0.01-oli 0,03-0*3%0.03-0 * 3% 3-303-30 PbPb β-60β-60 3-303-30 <2<2 <1<1 MgMg 6-SO6-SUN Ma ·Ma 3-303-30 0,4-410.4-41 .6-6.6-6 30-30030-300 NiNi QsQ4-0<,4%Q s Q4-0 <. 4% 3-303-30 0,02-0,2%0.02-0.2% 4 204 20 NaN / A 6-606-60 MCMC 3-303-30 SiSi 1-101-10 Oa3-31Oa3-31 SnSn MCMC TiTi 1-101-10 VV 0.6-60.6-6

* Flammenemissionsspektroskopie; alle Werte in ppm, wenn nicht anders angegeben* Flame emission spectroscopy; all values in ppm, unless otherwise stated

0,1% = 1000 ppm < MC = Hauptkomponente, gemessen bei-^1% ■0.1% = 1000 ppm < MC = main component, measured at- ^ 1% ■

Das Material A ist ein Rückstand mit dunkelbrauner Farbe, der in der gesamten Beschickungszone anfiel und nicht über die Dampfphase transportiert werden konnte. Das Material B fällt in Form fester Materialstücke an, die eine helle Farbe haben, nicht verdampfbar sind und zwar hauptsächlich deswegen, weil seine Position in der Beschickungszone so liegt, daß dort eine Temperatur von etwas weniger als 405 0C herrscht. Material C ist ein amorphes Substanzstück, das sich in der kalten Zone bildet.The material A is a residue with a dark brown color, which accrued in the entire charging zone and could not be transported via the vapor phase. The material B is obtained in the form of solid pieces of material which are light in color and cannot be evaporated, mainly because its position in the charging zone is such that a temperature of slightly less than 405 ° C. prevails there. Material C is an amorphous piece of substance that forms in the cold zone.

Es ist ersichtlich, daß der Hauptanteil der Verunreinigungen im Material A verbleibt. Es liegt dort in beachtlich konzentrierter Form vor. Die hohen Verunreinigungsniveaus lassen eine signifikante Erniedrigung des Dampfdruckes des Phosphors bei vorgegebener Temperatur erwarten. Das Verunreinigungsniveau des Materials spiegelt sich also recht gut in den anfänglichen Dampfdruckwerten der Beschickung nieder. Das Materialstück C ist ein ausgesprochen reines Material mit Natriumspuren, die als Hauptverunreinigung beobachtet werden..Unter Berücksichtigung der Summe aller Verunreinigungen bei ihrer maximalen Konzentration hat das so erhaltene gereinigte Material C einen Reinheitsgrad von 99,97 % im allerschlechtesten Fall. Dieses Material ist vergleichbar mit einem Material, das im Handel als 99,999 % Phosphor verkauft wird und einen Preis von US $ 1.800 pro kg hat.It can be seen that the majority of the impurities remain in material A. It is considerably more concentrated there Shape before. The high levels of impurities leave a significant decrease in the vapor pressure of the phosphorus expect at given temperature. So the level of contamination of the material is reflected quite well in the initial one Steam pressure values of the feed. The piece of material C is an extremely pure material with traces of sodium, which are observed as the main impurity .. Taking into account of the sum of all impurities at their maximum concentration, the purified material obtained in this way has C. a degree of purity of 99.97% in the worst case. This material is comparable to a material that is used in the It is sold commercially as 99.999% phosphorus and has a price of US $ 1,800 per kg.

Diese Ergebnisse zeigen eindeutig, daß sich das Verfahren der Erfindung zur Reinigung von rotem Phosphor außerordentlich gut eignet.These results clearly show that the method of the invention for the purification of red phosphorus works extremely well well suited.

Die Verwendung der Phosphorsubstanzen als Flammhemmer ist bekannt. Aufgrund der hohen Stabilität der Alkalimetalle enthaltenden phosphorreichen Substanzen, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, empfehlen sich die hier beschriebenen Substanzen zu diesem Zweck.The use of phosphorus substances as flame retardants is known. Due to the high stability of the alkali metals containing phosphorus-rich substances, which are described in the present description, are recommended the substances described here for this purpose.

Faserige und plättchenförmige Modifikationen des hier beschriebenen Materials, insbesondere beispielsweise das faserige KP und KP mit χ sehr viel größer als 15, die plättchenförmigen monoklinen Phosphormetalle, die verdrillten Röhrchen aus Phosphor und die sternförmigen Kristalle, die in den Figuren 44 und 45 gezeigt sind, sind insgesamt alle verheißungsvolle verstärkende Füllmittel und Zuschläge für Kunststoffe und Glas. Insbesondere die verdrillten säuligen Fasern und die sternförmigen Fasern sollten zu diesem Zweck besonders wertvoll sein, da sie sich aufgrund ihrer geometrischen Form besonders gut mit der Matrix eines Verbundmaterials verbinden werden. Dabei sollte das Merkmal, als Flammhemmer wirken zu können, in solchen Verbundmaterialien besonders wirksam zur Geltung kommen.Fibrous and platelet-shaped modifications of the material described here, in particular, for example, the fibrous KP and KP with χ much larger than 15, the platelet-shaped monoclinic phosphorus metals, the twisted tubes made of phosphorus and the star-shaped crystals shown in Figures 44 and 45, All in all, they are promising reinforcing fillers and additives for plastics and glass. In particular, the twisted columnar fibers and the star-shaped fibers should be particularly valuable for this purpose, since, due to their geometric shape, they will bond particularly well with the matrix of a composite material. The feature of being able to act as a flame retardant should be particularly effective in such composite materials.

Wie bereits eingangs diskutiert, bilden viele der in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Substanzen hochstabile amorphe Beschichtungen mit besonders guter Haftung auf Glassubstraten und Metallsubstraten. Die amorphen MP.. j--Filme sind besonders stabil und weisen eine ungewöhnlich gute Haftung auf Metall und Glas auf. Sie können als Korrosionsschutzüb'erzüge auf Metallen und zum Zwecke optischer Vergütungsbeschichtungen auf Glas eingesetzt werden.As already discussed at the beginning, many of the in the present Description disclosed substances highly stable amorphous coatings with particularly good adhesion to glass substrates and metal substrates. The amorphous MP .. j films are particularly stable and exhibit unusually good adhesion to metal and glass. They can be used as anti-corrosion coatings on metals and for the purpose of optical coating on glass.

Ein Überzug auf einer für den IR-Bereich bestimmten optischen Komponente, beispielsweise auf einem Germaniumkristall, mit einer Oberzugsstärke von 100 nm bildet ein im IR-Bereich durchlässiges Fenster, das gleichzeitig im sichtbaren Bereich undurchsichtig ist. Solche überzüge, wenn sie in geeigneter Weise mit anderen Beschichtungswerkstoffen unterschiedlicher optischer Indices eingesetzt werden, können zur Herstellung von Antireflektionsbelägen auf IR-Optiken dienen.A coating on an optical intended for the IR range Component, for example on a germanium crystal, with a coating thickness of 100 nm forms one in the IR range permeable window that is also opaque in the visible area. Such coatings when in appropriate Way with other coating materials different optical indices are used, can be used for the production of anti-reflective coatings on IR optics.

Die Versuche der Anmelderin zeigen, daß das MP -Material mit guter Haftung auf Stahl, Aluminium und Molybdän inThe applicant's tests show that the MP material with good adhesion to steel, aluminum and molybdenum in

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Form festhaftender dünner Filme niedergeschlagen werden kann. Diese Filme sind duktil, nicht porös, polymer und nicht spröde.Form of adherent thin films can be deposited. These films are ductile, non-porous, polymeric and not brittle.

Die in der vorstehenden Beschreibung offenbarten Werkstoffe sind also bestens geeignet, in Form von Beschichtungen und dünner Filme eingesetzt zu werden.The materials disclosed in the above description are therefore ideally suited, in the form of coatings and thin films to be used.

Die Beschreibung offenbart also eine vollständig neue Klasse von Halbleiterwerkstoffen mit hohem Phosphorgehalt. Diese Halbleiterwerkstoffe enthalten in Ketten kovalent gebundene Atome, wobei diese Ketten bildenden kovalenten Bindungen den primären elektrischen Leitungspfad im Werkstoff bilden. Die zu Ketten verknüpften Atome bilden zueinander parallele Säulen als vorherrschendes Nahordnungsmerkmal. Die Atome in diesen Ketten sind vorzugsweise dreiwertig mit Bindungswinkeln, die die Bildung von rohrförmigen, spiraligen oder hohlkanalartigen Säulen ermöglichen. Die Säulen können sowohl durch Atome eines oder mehrerer verschiedener Elemente paarweise oder in größerer Zahl zu kettig verknüpften Säulen zusammengefügt werden.The description thus discloses a completely new class of semiconductor materials with a high phosphorus content. These Semiconductor materials contain covalently bound chains Atoms, these chains forming covalent bonds forming the primary electrical conduction path in the material. the Atoms linked to form chains form columns parallel to each other as the predominant short-range order feature. The atoms in these chains are preferably trivalent with bond angles that allow the formation of tubular, spiral or Allow hollow channel-like columns. The pillars can be paired by atoms of one or more different elements or be joined together in larger numbers to form chained columns.

In der vorliegenden Beschreibung sind insbesondere phosphorreiche Halbleiterwerkstoffe dieser Klasse und Werkstoffe, die neben Phosphor auch andere Pentele enthalten offenbart. Diese Werkstoffe umfassen phosphorreiche Polyphosphide der Formel MP mit χ im Bereich von 7 bis 15 und vollkommen neue Werkstoffe, bei denen χ sehr viel größer als 15 ist, nämlich Werkstoffe, die für alle praktischen Zwecke-als reiner Phosphor bezeichnet werden können.In the present description, in particular, phosphorus-rich semiconductor materials of this class and materials which, in addition to phosphorus, also contain other penteles. These materials include polyphosphides rich in phosphorus Formula MP with χ in the range from 7 to 15 and completely new materials for which χ is much greater than 15, namely materials that can be called pure phosphorus for all practical purposes.

Diese Werkstoffe sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Gruppen von sieben oder mehr Atomen enthalten, die zu pentagonalen Hohlsäulen zusammengekettet sind. Sie sind weiterhin dahingehend zu kennzeichnen, daß sie der Formel MP entsprechen,These materials are characterized in that they contain groups of seven or more atoms that are pentagonals Hollow columns are chained together. They are also to be marked in such a way that they correspond to the formula MP,

wobei χ größer als 6 ist. Sie sind weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie Phosphor in einem Mol-Verhältnis von Phosphor zu irgendeiner anderen Atomart enthalten, in einem Verhältnis von größer als 6. Die phosphorreichen Substanzen gemäß der Erfindung können weiterhin dadurch gekennzeichnet werden, daß praktisch alle Nahordnungen Phosphoratome aufweisen, die durch mehrfache kovalente P-P-Bindungen verknüpft sind, die in Schichten von zueinander parallelen pentagonalen I-Iohlsäulen organisiert sind. Die phosphorreichen Substanzen gemäß der Erfindung können auch als Polyphosphide gekennzeichnet werden, die Alkalimetallatome eingeschlossen enthalten, wobei die Anzahl der aufeinander folgenden kovalenten Phosphor-Phosphor-Bindungen so ausreichend viel größer als die Anzahl der nicht als Phosphor-Phosphor-Bindungen zu kennzeichnenden Bindungen das Material als Halbleitermaterial einstuft. Die Substanzen können weiterhin dadurch gekennzeichnet werden, daß sie ein Atomgerüst von mindestens sieben kovalent miteinander verbundenen Phosphoratomen aufweisen, mit denen jeweils ein Alkalimetallatom verknüpft ist, das elektrisch leitend das Phosphorgerüst einer Baugruppe mit dem Phosphorgerüst eigner anderen Baugruppe verknüpft. Diese Substanzen können weiterhin als Polyphoaphide der Formel MP gekennzeichnet werden, in der M ein Alkalimetall und χ mindestens gleich 7 ist,where χ is greater than 6. They are further characterized in that they contain phosphorus in a molar ratio of phosphorus to any other type of atom, in a ratio of greater than 6. The phosphorus-rich substances according to the invention can be further characterized in that practically all short-range orders have phosphorus atoms which are linked by multiple covalent PP bonds, which are organized in layers of parallel pentagonal hollow columns. The phosphorus-rich substances according to the invention can also be characterized as polyphosphides which contain alkali metal atoms included, the number of successive covalent phosphorus-phosphorus bonds being sufficiently greater than the number of bonds not to be characterized as phosphorus-phosphorus bonds in the material classified as a semiconductor material. The substances can furthermore be characterized in that they have an atomic structure of at least seven covalently linked phosphorus atoms, each of which is linked to an alkali metal atom that connects the phosphorus structure of one assembly to the phosphorus structure of its own other assembly in an electrically conductive manner. These substances can also be characterized as polyphoaphids of the formula MP, in which M is an alkali metal and χ is at least equal to 7,

Diese Werkstoffe können weiterhin gekennzeichnet werden durch einen Bandabstand von größer als 1 eV. Die Bandabstände liegen in der Regel bei 1,4 bis 2,2 eV, wobei auch Substanzen offenbart 'worden sind, die einen Bandabstand im Bereich von ungefähr 1,8 eV aufweisen. Die Substanzen zeigen außerdem ein Photoleitfähigkeitsverhältnis von größer als 5, insbesondere ein Photoleitfähigkeitsverhältnis im Bereich von 100 bis 10 000.These materials can still be characterized by a band gap greater than 1 eV. The band gaps are usually at 1.4 to 2.2 eV, substances have also been disclosed which have a band gap in the range of approximately 1.8 eV. The substances also show a photoconductivity ratio greater than 5, in particular a photoconductivity ratio in the range from 100 to 10,000.

All diese Substanzen sind weiterhin durch vorherrschend dreiwertige atomare Einheiten gekennzeichnet, durch homoatomare Bindungen, die von den vorherrschenden Atomarten gebildet worden, durch die kovalente Natur dieser Bindungen, durch dipAll these substances are further characterized by predominantly trivalent atomic units, by homoatomic units Bonds formed by the predominant types of atoms, due to the covalent nature of these bonds, due to dip

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Koordinationszahl des Materials, die geringfügig kleiner als 3 ist, durch die polymere Natur des Werkstoffs, durch die Bildung in Gegenwart von Alkalimetallen oder Metallen, die die Bindung von Alkalimetallen mit den vorherrschenden Atomarten vortäuschen können, sind gekennzeichnet durch die kristalline Form, ihre pentagonal parallel angeordneten Hohlsäulen, die entweder alle insgesamt parallel zueinander angeordnet sind, wie in den KP1 ,--Substanzen, oder paarweise parallel in sich kreuzenden Schichten, wie im monoklinen Phosphor, angeordnet sind oder alle insgesamt parallel verdreht in verdrillten Säulen und verdrillten Fasern wie in den Phosphorformen, angeordnet sind, durch ihre Fähigkeit zur Bildung amorpher Schichten und Stücke, die die elektronischen Daten der Kristalle beibehalten und sind schließlich gekennzeichnet durch ihre Herstellungsverfahren und durch zahlreiche weitere Qualitäten, die in der vorstehenden Beschreibung ausführlich dargelegt worden sind.Coordination number of the material, which is slightly less than 3, due to the polymeric nature of the material, due to the formation in the presence of alkali metals or metals that can simulate the bonding of alkali metals with the predominant types of atoms, are characterized by the crystalline form, their pentagonally parallel arranged hollow columns, which are either all arranged parallel to one another as a whole, as in the KP 1 , - substances, or in pairs are arranged in parallel in intersecting layers, as in monoclinic phosphorus, or all of them are all twisted in parallel in twisted columns and twisted fibers as in the phosphor forms, are characterized by their ability to form amorphous layers and pieces which retain the electronic data of the crystals and are finally characterized by their manufacturing processes and by numerous other qualities which have been set out in detail in the preceding description.

Die amorphen Werkstoffe behalten ebenfalls die elektronischen Eigenschaften und die elektronische Qualität von KP11. mit der insgesamt parallel zueinander ausgerichteten pentagonalen HohlSäulenstruktur und, so scheint dies zumindest theoretisch, dadurch, daß diese Struktur auch im Nahordnungsbereich im amorphen Material beibehalten wird. Diese Aussage soll jedoch nicht den offenbarten praktischen Wert der Erfindung an eine theoretische Erklärung knüpfen. Dies gilt insbesondere auch für die Ansprüche, die auf den technischen Sachgehalt abgestellt sind und ihre Gültigkeit nicht durch spätere verbesserte wissenschaftliche Kenntnisse verlieren sollen.The amorphous materials also retain the electronic properties and electronic quality of KP 11 . with the pentagonal hollow column structure, which is generally aligned parallel to one another, and, at least theoretically, by the fact that this structure is also retained in the short-range region in the amorphous material. However, this statement is not intended to link the disclosed practical value of the invention to a theoretical explanation. This also applies in particular to the claims that are based on the technical content and should not lose their validity due to later improved scientific knowledge.

Die Beschreibung offenbart weiterhin, Sperrschichtselemente, photoleitende Bauelemente, Photowiderstandselemente, photoelektrische Elemente und Phosphore, die aus den offenbarten Werkstoffen hergestellt werden können.The specification further discloses barrier elements, photoconductive devices, photoresistive elements, photoelectric Elements and phosphors that can be made from the disclosed materials.

Offenbart wurde weiterhin, wie der spezifische elektrische Widerstand der Werkstoffe durch Dosierung erniedrigt werden kann, und zwar insbesondere und vorzugsweise durch Nickel, Chrom und Eisen, wobei theoretisch offensichtlich ist, daß sich die Dotierung in gleicher Weise mit allen Atomen und Atomgruppen durchführen läßt, die besetzte äußere d-Orbitale oder f-Orbitale und gleichzeitig einen akzeptablen Atomradius haben, durchführen läßt.It was further disclosed how the specific electrical Resistance of the materials can be reduced by metering, in particular and preferably by nickel, Chromium and iron, it being theoretically obvious that doping can be carried out in the same way with all atoms and groups of atoms, the occupied outer d orbitals or f orbitals and at the same time an acceptable one Have atomic radius, can carry out.

Der spezifische .elektrische Widerstand läßt sich auch durch Dotierung mit Arsen senken, woraus ebenfalls der Schluß gezogen werden darf, daß praktisch alle Elemente der 5. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente die gleiche Wirkung haben werden.The specific electrical resistance can also be reduced by doping with arsenic, which also results the conclusion can be drawn that practically all elements of the 5th main group of the periodic table of the elements are the will have the same effect.

Außerdem werden in der vorliegenden Beschreibung Sperrschichtstrukturen offenbart, die einen rückwärtigen Kontakt aus Nickel haben, von dem aus Nickel in die Beschichtung hineihdiffundierb ist und die als oberen Deckkontakt Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel, Gold, Silber und Titan als Kontaktmetall verwenden.In addition, barrier structures discloses having a rear contact made of nickel from which nickel diffuses into the coating and which use copper, aluminum, magnesium, nickel, gold, silver and titanium as contact metal as the upper cover contact.

Weiterhin sind neue Phosphorformen offenbart, die Nahordnungen aufweisen, die durch im wesentlichen insgesamt parallel zueinander ausgerichteten pentagonalen Hohlsäulen gekennzeichnet sind, verdrillte Phosphorphasen und monokline Phosphorkristalle. Hergestellt wurden diese neuen Phosphorformen durch Niederschl£ig aus der Dampfphase. Die Formen mit parallelen pentagonalen Säulen und die monoklinen Formen erfordern zwingend die Gegenwart von Alkalimetall während des Niederschiagens.Furthermore, new forms of phosphorus are disclosed which have short-range orders which are essentially parallel to one another as a whole aligned pentagonal hollow columns, twisted phosphor phases and monoclinic phosphor crystals. These new forms of phosphorus were produced by precipitation from the vapor phase. The shapes with parallel pentagonal columns and the monoclinic shapes imperatively require the present of alkali metal during precipitation.

Weiterhin offenbart die vorstehende Beschreibung sowohl amorphe als auch polykristalline Schichten von MP15, wobei M für ein Alkalimetall steht. Es wurden die verschiedensten Halbleiterbauelemente aus den Werkstoffen mit insgesamt parallel zueinander ausgerichteten pentagonalen Hohlsäulen als Strukturmerkmal offenbart und zwar einschließlich Chips aus MP mit- χ se hi* viel cjrösser als 15, einschließlich neuer Phosphorformen, einschließlich dünner amorpher Schichten von KP15 und dünner amorpher Schi cht-nn von KP .Furthermore, the above description discloses both amorphous and polycrystalline layers of MP 15 , where M stands for an alkali metal. The most varied of semiconductor components made of the materials with pentagonal hollow columns aligned parallel to one another were disclosed as structural features, including chips made of MP with much larger than 15, including new phosphor forms, including thin amorphous layers of KP 15 and thin amorphous sheets cht-nn from KP.

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Offenbart wurden Verfahren-zur Herstellung von Metallpolyphosphiden und von zwei neuen Phorphorformen durch temperaturgeregeltes Verdampfen aus einer Verdampfungsquelle.Processes for the production of metal polyphosphides have been disclosed and of two new forms of phosphorus by temperature-controlled evaporation from an evaporation source.

Offenbart sind weiterhin Verfahren zur Herstellung hochreiner Phosphorwerkstoffe durch Zweiquellen-Dampfphasentransport.Processes for the production of high purity are also disclosed Phosphorus materials by two-source vapor phase transport.

Offenbart ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Phosphor.A method for producing high-purity phosphorus is also disclosed.

Offenbart ist schließlich die Herstellung von krisLallinen und amorphen Formen von MP , wobei x Werte im Bereich von 7 bis 15 annehmen kann, durch Festkörperreaktion.Finally, the manufacture of crystal lines and amorphous forms of MP, where x can assume values in the range from 7 to 15, by solid-state reaction.

Offenbart sind weiterhin Verfahren zur Herstellung der Phosphorsubstanzen durch chemischen Reaktion aus der Dampfphase und Niederschlagen, durch extrem schnelles Verdampfen der Beschikkungssubstanz und durch Niederschlagen aus einem gesteuerten Molekülstrom.Processes for producing the phosphorus substances are also disclosed through chemical reaction from the vapor phase and precipitation, through extremely rapid evaporation of the feed substance and by precipitation from a controlled flow of molecules.

Die industriellen Anwendungen der Halbleiterwerkstoffe und Halbleiterbauelemente, die im Rahmen der Erfindung beschrieben und offenbart sind, umfassen praktisch den gesamten Bereich der Halbleiteranwendungen. Die kristallinen Werkstoffe können darüberhinaus als Verstärkungsfasern und Verstärkungsplättchen zum verstärkenden Füllen von Kunststoffen, Glas und anderen Werkstoffen dienen. Die Werkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung können· zum Beschichten von Metallen, Glas und anderen Werkstoffen dienen. Die Beschichtungen können die Substrate vor Feuer, Oxidation oder chemischem Angriff schützen. Die Beschichtungen können zum Zwecke der IR-Durchlässigkeit als Fenstermaterial eingesetzt werden, wobei solche Fenster gleichzeitig Licht im sichtbaren Bereich absorbieren. Die Werkstoffe können zusammen mit anderen Werkstoffen zur Herstellung von Antireflexion: beschichtungen auf Optiken verwendet werden, die für den Einsatzbereich im IR-Gebiet bestimmt sind. Die Werkstoffe können weiterhiiThe industrial applications of semiconductor materials and semiconductor components, which are described and disclosed in the context of the invention encompass practically the entire range of Semiconductor applications. The crystalline materials can also as reinforcement fibers and reinforcement plates for reinforcing filling of plastics, glass and other materials to serve. The materials according to the present invention can be used for coating metals, glass and other materials to serve. The coatings can protect the substrates from fire, oxidation or chemical attack. The coatings Can be used as a window material for the purpose of IR permeability are used, such windows at the same time absorb light in the visible range. The materials can together with other materials to produce anti-reflection: coatings are used on optics that are suitable for the area of application are determined in the IR area. The materials can continue to be used

als flammhemmende Fiillstofr^ und Beschichtungen benutzt werden. Der monokline Phosphor kann als optischer Drehkristall (Rotator) benutzt werden.be used as flame retardant fillers and coatings. The monoclinic phosphor can be used as an optical rotating crystal (rotator).

Es ist offensichtlich, daß die durch die Erfindung in der vorstehend beschriebenen Form gelösten Probleme ohne weiteres ausgehend von der offenbaren Lehre durch Veränderungen bei der Durchführung der Verfahren, der Prozesse und der Veränderung der Dimensionierung der Gegenstände?Anlagen und Produkte gelöst werden können, ohne d^.«arch den Bereich der Erfindung üu verlassen. Es ist daher an dieser Stelle noch einmal, betont, daß die gesamte vorstehende Beschreibung als beispielhaft, nicht als beschränkend angesehen ist.It is obvious that the invention in the above Problems solved easily on the basis of the teachings disclosed by changes in the form described Implementation of the procedures, the processes and the change in the dimensions of the objects - systems and products solved can be without d ^. «arch the scope of the invention üu leaving. It is therefore emphasized once again at this point, All of the foregoing description is to be regarded as exemplary, not restrictive.

Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß im Sprachgebrauch der vorliegenden Beschreibung "kristallin" stets "einkristallin" meint und ein polykristallines Material als "polykristallin" bezeichnet ist, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Amorphes Material bezeichnet im Gegensatz zum einkristallinen und polykristallinen Material ein Material, das nach den Kriterien der Röntgenbeugungspulverdiagramme als "amorph" zu bezeichnen ist. Jeder Bezug auf das Periodensystem der Elemente ist verbindlich bezogen auf die Tafel, die im Inneren des vorderen Deckels der 60. Ausgabe des "Handbook of Chemistry and Physics" wiedergegeben ist (CRC Press Inc., Boca Raton, Florida). Die Alkalimetalle sind dort wie hier als Gruppe 1a bezeichnet und die Pentele dort wie hier als Gruppe 5a. Alle angegebenen Bereiche schließen die Grenzwerte mit ein.It is also pointed out that in parlance the present description "crystalline" always means "monocrystalline" and a polycrystalline material as "polycrystalline" unless expressly stated otherwise. Amorphous material denotes in contrast to monocrystalline and polycrystalline material a material that according to the criteria of the powder X-ray diffraction diagrams as "amorphous" is. Any reference to the Periodic Table of the Elements is binding on the table inside the front Cover of the 60th edition of the "Handbook of Chemistry and Physics" is reproduced (CRC Press Inc., Boca Raton, Florida). The alkali metals are referred to there as here as group 1a and the penteles there as here as group 5a. All specified Areas include the limit values.

Halbleiterbauelemente im Sinne der Beschreibung sind Vorrichtungen oder Apparate, die Halbleitermaterial benutzen .Speziell sind Halbleiterbauelemente auch xerographische Oberflächen und Phosphore, und zwar unabhängig davon, wie diese angeregt werden, und sind schließlich auch Photoleiter, Photozellen, Sperryehichtelentente, Tx~ansistören, integrierte Schaltkreise und ähnlicheSemiconductor components in the sense of the description are devices or apparatuses that use semiconductor material. Special semiconductor components are also xerographic surfaces and Phosphors, regardless of how they are excited, and are ultimately also photoconductors, photocells, Sperryehichtelentente, Tx ~ ansistören, integrated circuits and the like

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-yso --yso -

Elemente.Elements.

Weiterhin ist zu beachten, daß in den folgenden Ansprüchen alle übergeordneten und verallgemeinernden ebenso wie alle
speziellen Aspekte der offenbarten Erfindung eingeschlossen sein sollen. Dies gilt auch und insbesondere für die verallgemeindernde Begriffsbildung.
Furthermore, it should be noted that in the following claims all superordinate and generalizing as well as all
specific aspects of the disclosed invention are intended to be included. This also and especially applies to the generalizing concept formation.

Speziell ist darauf zu achten, daß in der Formulierung der Ansprüche Bestandteile oder Substanzen im Singular zitiert werden, aber ohne weiteres kompatible Gemische der einzelnen Komponenten oder Bestandteilen, soweit dies die Sinngebung zuläßt, ausdrücklich als eingeschlossen zu verstellen sind.It is particularly important to ensure that in the formulation of the Claims components or substances are cited in the singular, but readily compatible mixtures of the individual Components or parts, insofar as the meaning permits, are expressly to be classified as included.

eerseiteeerseite

Claims (1)

Patentan SprüchePatent to sayings 2. Eine neue Form von festem Phosphormaterial, in der die
Phosphoratome durch mehrere kovalente Phosphor-Phosphor-Bindungen miteinander verknüpft sind, die im wesentlichen pentagonale röhrenförmige Anordnungen gebundener Phosphoratome bilden, wobei die Nahordnung zumindest im wesentlichen über den gesamten Phosphor dadurch definiert ist, daß die röhrenförmigen Anordnungen mit ihren Achsen ganz überwiegend im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
2. A new form of solid phosphor material in which the
Phosphorus atoms are linked together by several covalent phosphorus-phosphorus bonds, which form essentially pentagonal tubular arrangements of bound phosphorus atoms, the short-range order being defined at least essentially over the entire phosphorus by the fact that the tubular arrangements with their axes predominantly essentially parallel to one another are aligned.
3. Ein festes stabiles Material der Formel MP , in der M
mindestens ein Alkalimetall und P hauptsächlich Phosphor
3. A solid stable material of the formula MP, in which M
at least one alkali metal and P mainly phosphorus
BERGSTRASSE 4β'|ι · O-eOSBMÜNCHEN-GAUTING TECEPHON: (Oββ) 8BO9O3O · TELEX: 68177. tsar dBERGSTRASSE 4β '| ι · O-eOSBMÜNCHEN-GAUTING TECEPHON: (O ββ) 8BO9O3O · TELEX: 68177. tsar d sind, wobei P jedoch auch eines oder mehrere Pentele einschließen kann, und X größer als 15 ist.are, but P is also one or more penteles and X is greater than 15. 4. Ein phosphorreiches Material, erhalten als Niederschlagsprodukt aus dem Dampfphasentransport aus getrennt erhitzten Quellen von Phosphordampf und dem Dampf mindestens eines Metalls.4. A phosphorus-rich material obtained as the product of precipitation at least one of the vapor phase transport from separately heated sources of phosphorus vapor and the vapor Metal. 5. Phosphorreiches Polyphosphidfilmmaterial, erhalten durch chemische Reaktion und Niederschlagen aus der Dampfphase (CVD).5. High phosphorus polyphosphide film material obtained by chemical reaction and vapor deposition (CVD). 6. Phosphorreiches Polyphosphidfilmmaterial erhalten durch rasche Verdampfung der Ausgangssubstanz.6. Phosphorus-rich polyphosphide film material obtained by rapid evaporation of the starting substance. 7. Halbleiterbauelement, hergestellt aus einem Werkstoff, der im wesentlichen durchgehend aus Atomen besteht, die die bei weitem größte Mehrzahl aller Atome des Materials ausmachen und ausschließlich drei homoatomare kovalente Bindungenkufweisen.7. Semiconductor component made from a material which consists essentially entirely of atoms, the make up by far the greatest majority of all atoms in the material and only three homoatomic covalent ones Bindings. 8. Halbleiterbauelement, hergestellt aus einem Werkstoff, der zumindest im wesentlichen durchgehend eine Nahordnung aufweist, die durch Gruppen von 7 oder mehr Atomen gekennzeichnet ist, die !covalent so miteinander verbunden sind, daß sie im wesentlichen pentagonale Hohlsäulen bilden.8. Semiconductor component made from a material that has a short-range order at least essentially throughout having, which is characterized by groups of 7 or more atoms, which are! covalently connected to one another are that they form essentially pentagonal hollow columns. 9. Halbleiterelement, hergestellt aus einem Werkstoff, der im wesentlichen durchgehend einen Nahordnungsbereich aufweist, der durch Polyphosphidgruppen der Formel MP definiert ist, wobei M ein Metall und χ größer als 6 sind.9. Semiconductor element made of a material which essentially continuously has a short-range region which is defined by polyphosphide groups of the formula MP where M is a metal and χ is greater than 6. 10. Halbleiterelement, im wesentlichen durchgehend bestehend aus einem Werkstoff mit einer Nahordnung, die definiert ist durch Atome, die miteinander verbunden sind durch mehrere kovalente Atom-Atom-Bindungen und Schichtungen pentagonaler Hohlsäulen bilden, wobei diese Hohlsäulen innerhalb jeder Schicht iift wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. '10. Semiconductor element, consisting essentially continuously of a material with a short-range order that defines is through atoms that are linked together by several covalent atom-atom bonds and layers of pentagonal hollow columns form, these hollow columns within each layer is essentially parallel to one another are aligned. ' 11. Halbleiterelement, bestehend aus einem anorganischen Material, das als seine vorherrschende Nahordnung im wesentlichen über seine gesamte Erstreckung Verkettungen homoatomarer kovalent gebundener Atome aufweist, wobei im wesentlichen alle diese kovalenten Bindungen des Materials bei der Verkettung der Atome beteiligt sind und die kovalenten Bindungen die vorherrschenden elektrischen Leitungspfade in dem Material herstellen, und wobei das Material einen Bandabstand im wesentlichen im Bereich von 1,4 bis 2,2 eV hat.11. Semiconductor element consisting of an inorganic one Material which, as its predominant short-range order, is concatenated essentially over its entire extent having homoatomic covalently bonded atoms, essentially all of these covalent bonds of the Materials are involved in the concatenation of the atoms and the covalent bonds establish the predominant electrical conduction pathways in the material, and wherein the material has a band gap substantially in the range of 1.4 to 2.2 eV. 12. Halbleiterelement, enthaltend ein anorganisches Material, das als seine vorherrschende Nahordnung im wesentlichen über seine gesamte Erstreckung Verkettungen homoatomarer kovalent gebundener Atome aufweist, wobei im wesentlichen alle dieser kovalenten Bindungen des Materials bei der Verkettung der Atome beteiligt sind und die kovalenten Bindungen die vorherrschenden elektrischen Leitungspfade in dem Material bilden und wobei das Material ein Photoleitfähigkeitsverhältnis im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 10012. A semiconductor element containing an inorganic material as its predominant short-range order essentially above its entire extent has chains of homoatomic covalently bonded atoms, essentially all of these covalent bonds of the material are involved in the chaining of the atoms and the covalent bonds are the predominant ones forming electrical conduction paths in the material and wherein the material has a photoconductivity ratio substantially within the range of 100 bis 10 000 hat.has up to 10,000. 13. Halbleiterelement, enthaltend ein phosphorreiches PoIyphosphidmaterial, kondensiert aus der Dampfphase in Gegenwart eines Alkalimetalls.13. Semiconductor element containing a phosphorus-rich polyphosphide material, condenses from the vapor phase in the presence of an alkali metal. 14. Vorrichtung zum Dampfphasentransport, gekennzeichnet durch eine einzige Wärmequelle für zwei Dampfspezies und eine14. Device for vapor phase transport, characterized by a single heat source for two vapor species and one .:..:.. \Λ:.\ 3247889.: ..: .. \ Λ:. \ 3247889 längliche Niederschlagszone, die auf im wesentlichen konstanter Temperatur gehalten wird.elongated precipitation zone, which on essentially is kept constant temperature. 15. Vorrichtung für den Dampfphasentransport, gekennzeichnet durch eine einzige Quelle für zwei Dampfspezies, die in einer ersten Zone erhitzt wird und mindestens zwei weitere Zonen, die mit dieser Zone in Verbindung stehen, und auf zumindest zwei anderen Temperaturen gehalten werden.15. Device for the vapor phase transport, marked by a single source for two vapor species present in a first zone is heated and at least two further zones, which are in communication with this zone, and on at least two other temperatures are maintained. 16. Vorrichtung zum Dampfphasentransport, gekennzeichnet durch16. Device for vapor phase transport, marked by mindestens zwei voneinander getrennte erwärmte Quellen für mindestens zwei verschiedene Dampfspezies.at least two separate heated sources for at least two different vapor species. 17. Vorrichtung zur chemischen Reaktion in der Dampfphase und anschließendes Niederschlagen, gekennzeichnet durch:17. Device for chemical reaction in the vapor phase and subsequent precipitation, marked by: Ά) eine erhitzte Kammer;Ά) a heated chamber; B) ein Substrat in der Kammer;B) a substrate in the chamber; C) Mittel zum Absaugen von Gas aus dieser Kammer; undC) means for evacuating gas from this chamber; and D) einen Gasstrom einer ersten Dampfkomponente , der eingehüllt in einen Gasstrom in die Kammer eintritt.D) a gas flow of a first vapor component which is enveloped in a gas flow in the chamber entry. 18. Verfahren zur chemischen Reaktion und zum Niederschlagen aus der Dampfphase von phosphorreichem Pölyphosphjd material, 18. Process for chemical reaction and for precipitation from the vapor phase of phosphorus-rich polyphosphide material, gekennzeichnet durchmarked by getrennte Gasströme von verdampftem Phosphor und einem verdampften Alkalimetall über ein Kondensationssubstrat.separate gas streams of vaporized phosphorus and a vaporized alkali metal over a condensation substrate. 19. Vorrichtung zur rascher Verdampfung, gekennzeichnet durch ein erwärmtes Aufnahmegefäß und Mittel zum Strömen von Material durch dieses Aufnahmegefäß.19. device for rapid evaporation, characterized by a heated receptacle and means for flowing of material through this receptacle. 20« Verfahren zur raschen Verdampfung, ..20 «Process for rapid evaporation, .. dadurch gekennzeichn et, daß ein Material zum Zwecke seiner Verdampfung durch ein erwärmtes Aufnahmegefäß geströmt wird.gekennzeichn et that a material for the purpose of its evaporation by a heated receptacle is flowed. 21. Material, hergestellt durch gemeinsames Kugelvermahlen mindestens eines Alkalimetalls mit mindestens einem Pentel.21. Material made by ball milling together at least one alkali metal with at least one pentel. 22. Verfahren zur Herstellung von Polyphosphidmaterial der Formal MP , wobei M mindestens ein Metall und P meistens Phosphor bedeutet, jedoch auch mindestens ein Pentel einschließen kann, durch Dampfphasentransport, wobei zwei beheizte getrennte Quellen für Phosphor und mindestens ein Metall und eine separate Niederschlagzone vorgesehen sind, die eine im wesentlichen konstante Temperatur über einen größeren Flächenbereich aufweist.22. A process for the production of polyphosphide material of the formal MP, where M is at least one metal and P mostly Phosphorus means, but can also include at least one pentel, by vapor phase transport, wherein two heated separate sources for phosphorus and at least one metal and a separate precipitation zone are provided which has a substantially constant temperature over a larger surface area. 23. Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen reinen Phosphor durch Niederschlagen des Phosphors nach Dampfphasentransport auf einem Substrat aus einem Metallpoly-23. A method for producing essentially pure phosphorus by depositing the phosphorus after vapor phase transport on a substrate made of a metal poly- phosphidt. ■ /phosphidt. ■ / Verfahren zur Herstellung von Metallpolyphosphidmaterial,Method of making metal polyphosphide material, dadurch gekennzeichne t, daß mindestens ein Metall und Phosphor in einer Zone geregelter Temperatur erhitzt werden und aus dem auf diese Weise hergestellten Dampf das Metallphosphid in einer zweiten Zone geregelter Temperatur, die einecharacterized in that at least one metal and phosphorus are in one zone Controlled temperature are heated and from the steam produced in this way, the metal phosphide in a second zone of controlled temperature, the one im wesentlichen konstante Temperatur über einen größerensubstantially constant temperature over a larger one Flächenbereich aufweist, niedergeschlagen wird.Has surface area is deposited. 25. Verfahren zur Herstellung von phosphorreichem Polyphosphidmaterial der Formel MP , worin M mindestens ein Metall und P Phosphor sind,25. Process for the preparation of high phosphorus polyphosphide material of the formula MP, in which M is at least one metal and P is phosphorus, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß M und P gemeinsam erhitzt werden und anschließendthat M and P are heated together and then auf Raumtemperatur abgekühlt werden.be cooled to room temperature. 26. Kristalline verdrehte Phosphorfasern.26. Crystalline twisted phosphor fibers. 27. Kristallines Polyphosphidmaterial in Form sternförmiger Stäbchen.27. Crystalline polyphosphide material in the form of star-shaped rods. 28. Monoklines Phosphormaterial, kondensiert aus der Dampfphase in Gegenwart einer signifikanten Menge Alkalimetalldampf. 28. Monoclinic phosphor material condensed from the vapor phase in the presence of a significant amount of alkali metal vapor. 29. Hochreiner Phosphor, kondensiert aus der Dampfphase bei einer Temperatur im wesentlichen im Bereich von 500 bis 550 0C.29. Highly pure phosphorus, condensed from the vapor phase at a temperature essentially in the range from 500 to 550 ° C. 30. Material, enthaltend einen monoklinen Phosphorkristall mit einer größten Abmessung von wesentlich größer als 0,2 mm.30. Material containing a monoclinic phosphor crystal with a largest dimension of substantially larger than 0.2 mm. 31. Material, enthaltend einen monoklinen Phosphorkristall mit einer kleinsten Abmessung von wesentlich größer von 0,05 mm.31. Material containing a monoclinic phosphor crystal with a smallest dimension of substantially larger than 0.05 mm. 32. Optischer Rotator, hergestellt aus monoklinem Phosphormaterial. 32. Optical rotator made from monoclinic phosphor material. 33. Verfahren zur Herstellung von hochreinem Phosphormaterial, dadurch gekennzeichnet, daß Phosphor in einer verschlossenen Ampulle verdampft und bei einer Temperatur kondensiert wird, die zumindest33. A process for the production of high-purity phosphor material, characterized in that that phosphorus evaporates in a sealed ampoule and is condensed at a temperature which is at least 1T- 1 T- O/O/ im wesentlichen im Bereich von 500 bis 550 0C liegt.lies substantially in the range 500-550 0 C. 34. Ein zusammengesetztes Material, enthaltend monoklinen Phosphor„34. A composite material containing monoclinic phosphorus " 35. Ein flaranhemmendes Material, enthaltend ein phosphorreiches Polyphosphid.35. A flaran retardant material containing a high phosphorus Polyphosphide. 36. Ein Füllstoff, enthaltend ein phosphorreiches Polyphosphid.36. A filler containing a phosphorus-rich polyphosphide. 37. Ein verstärkendes Füllmaterial für Verbundwerkstoffe, enthaltend ein kristallines, phosphorreiches Polyphosphid.37. A reinforcing filler material for composite materials, containing a crystalline, phosphorus-rich polyphosphide. 38. Schutzüberzugmaterial, enthaltend ein pentelreiches PoIypentel. 38. Protective coating material containing a pentel-rich polypentel. 39. Optisches Beschichtungsmaterial, enthaltend ein pentelreiches Polypentel.39. Optical coating material containing a pentel-rich polypentel. 40. Antireflektionsbeschichtungsmaterial, enthaltend mindestens eine Schicht eines pentelreichen Polypenteis.40. Anti-reflective coating material comprising at least a layer of pentel-rich polyp ice. 41. Dotierung von phosphorreichen Halbleitern mit anderen Pentelen.41. Doping of phosphorous-rich semiconductors with other penteles. 42. Dotieren phosphorreicher Halbleiter mit einem Metall, das besetzte äußere d-Niveaus oder f-Niveaus hat.42. Doping phosphorus-rich semiconductors with a metal that has occupied outer d-levels or f-levels. 43. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelements, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensstufen:43. A method of manufacturing a semiconductor element characterized by the following Process stages: a) Vorlegen eines Materials, das zumindest als eine seiner Komponenten ein Polyphosphid enthält, das Phosphor-Phosphor-Bindungen enthält und Alkali-a) Submission of a material which contains at least one of its components a polyphosphide which Contains phosphorus-phosphorus bonds and alkali metallatome enthält', die an die Phosphoratome gebunden sind und wobei die Anzahl aufeinanderfolgender kovalenter Phosphor-Phosphor-Bindungen ausreichend größer ist als die Anzahl der nicht-Phosphor-Phosphor-Bindungen, und zwar so ausreichend größer, daß das Material halbleitend ist; undcontains metal atoms' bonded to the phosphorus atoms and wherein the number of consecutive covalent phosphorus-phosphorus bonds is sufficiently greater than the number of non-phosphorus-phosphorus bonds, so sufficiently larger that the material is semiconducting is; and b) Anbringen an dem Material von Mitteln für eine elektrische Verbindung mit dem Material zur Benutzung des Materials als Halbleiter.b) Attaching to the material of means for an electrical Connection with the material for the use of the material as a semiconductor. 44. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:44. A method for producing a semiconductor element, characterized by the following procedural steps: a) Vorgeben eines Materials, das zumindest als eine seiner Komponenten mindestens zwei Pölyphosphideinheiten enthält, von der jede Einheit ein Gerüst von mindestens sieben kovalent gebundenen Phosphoratomen aufweist, wobei mit diesen Einheiten zumindets ein Alkalimetallatom verbunden ist, das elektrisch leitend das Phosphorgerüst einer Einheit mit dem Phosphorgerüst der anderen Einheit verbindet, und wobei das Material einen Bandabstand hat, der primär durch die Phosphor-Phosphor-Bindungen bestimmt ist; unda) Specifying a material that is at least one its components contain at least two polyphosphide units, each of which has a skeleton of at least Has seven covalently bonded phosphorus atoms, with these units at least one alkali metal atom is connected, the electrically conductive the phosphor framework one unit connects to the phosphor skeleton of the other unit, and wherein the material is a band gap which is primarily determined by the phosphorus-phosphorus bonds; and b) Anbringen an diesem Material von Mitteln für dieb) Attachment to this material of funds for the ' elektrische Verbindung mit dem Material zur Verwendung1 des Materials als Halbleiter.electrical connection with the material for use 1 of the material as a semiconductor. 45. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensstufen:45. A method for producing a semiconductor element, characterized by the following procedural stages: • ' Λ- »• 'Λ- » a) Vorgeben eines Matphials, das zumindest als eine seiner Komponenten ein Polyphosphid enthält, das die Formel MP hat, in der M ein Alkalimetall und χ das Atomverhältnis von P zu M ist, wobei χ mindestens gleich 7 ist und wobei dieses Material einen Bandabstand im Bereich von 1 bis 3 eV hat;
und
a) Specifying a material which contains at least one of its components a polyphosphide which has the formula MP, in which M is an alkali metal and χ is the atomic ratio of P to M, where χ is at least equal to 7 and where this material has a band gap im Has a range of 1 to 3 eV;
and
b) Anbringen an(dem Material von Mitteln zur elektrischen Verbindung mit diesem Material zur Benutzung des Materials als Halbleiter.b) Attaching to (the material of means for electrical Connection with this material for the use of the material as a semiconductor. 46« Material, hergestellt in dem Apparat nach einem der Ansprüche 14 bis 17 oder 19.46 "Material produced in the apparatus according to one of the Claims 14 to 17 or 19. 47. Material, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18, 20, 22 bis 25, 33 oder 41 oder 45.47. Material made by a method according to a of claims 18, 20, 22 to 25, 33 or 41 or 45. 48. Halbleiterelement, hergestellt aus einem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 46 oder 47.48. Semiconductor element produced from a material according to one of Claims 1 to 6, 46 or 47. 49. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,49. Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet , daß das Material ein einziges Alkalimetall enthält.18, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 48, characterized in that that the material contains a single alkali metal. 50. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,50. Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet , daß das Material mindestens zwei verschiedene Alkalimetalle enthält.18, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 48, characterized in that the material is at least two different alkali metals contains. 51. Erfindung nach einem der Ansprüche 4, 6, 9, 18, 21, 22, 24, 25, 35 bis 37 oder 43 bis 50,51. Invention according to one of claims 4, 6, 9, 18, 21, 22, 24, 25, 35 to 37 or 43 to 50, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Material mindestens 7 Phosphoratome ancharacterized in that there are at least 7 phosphorus atoms in the material Phosphoratome je ein Metallatom in dem Material enthält.Phosphorus atoms each contain a metal atom in the material. 52. Erfindung nach Anspruch 51,52. Invention according to claim 51, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß 15 Phosphoratome an andere Phosphoratome gebundenthat 15 phosphorus atoms bonded to other phosphorus atoms sind, je ein Metallatom in dem Material.are each a metal atom in the material. 53. Erfindung nach Anspruch 52,53. Invention according to claim 52, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß mindestens 500 Phosphoratome je Metallatom in demthat at least 500 phosphorus atoms per metal atom in the Material vorliegen.Material available. 54. Erfindung nach Anspruch 53,54. Invention according to claim 53, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß das Material durch die Formel (MP7) (Pq)k wiedergegeben werden kann, wobei b:a das Atomverhältnis (Pg) zu (MP7) ist.that the material can be represented by the formula (MP 7 ) (P q ) k, where b: a is the atomic ratio (Pg) to (MP 7 ). 55. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 54,55. Invention according to one of claims 1 to 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 54, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Polyphosphid die Formel MP hat und χ im wesentlichen gleich 15 ist.that the polyphosphide has the formula MP and χ is substantially equal to 15. 56. Erfindung nach einem derAnsprüche 1 bis 13, 21, 22,-24,-25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 54,56. Invention according to one of Claims 1 to 13, 21, 22, -24, -25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 54, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Polyphosphid die Formel MP hat und χ größer alsthat the polyphosphide has the formula MP and χ greater than 14 ist.14 is. 57. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, 25, 27, 38, 20 bis 40 oder 43 bis 54,57. Invention according to one of claims 1 to 13, 21, 22, 24, 25, 27, 38, 20 to 40 or 43 to 54, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß χ im Bereich von 7 bis 15 einschließlich liegt.that χ ranges from 7 to 15 inclusive. >0 · > 0 · 58. Erfindung nach einem dpf Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 57, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Li ist.58. Invention according to a dpf claims 1 to 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 57, characterized in that the metal is Li. 59. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28,30 bis 40 oder 4 3 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Na ist.59. Invention according to one of claims 1 to 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28.30 to 40 or 4 3 to 57, characterized in that the metal is Na. 60. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, ?5, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 57,60. Invention according to one of claims 1 to 13, 21, 22, 24, ? 5, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 57, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall K ist.characterized in that the metal is K. 61. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 57,61. Invention according to one of claims 1 to 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 57, dadurch gekennzeichnet , daß das Metal Rb ist.characterized , that the metal is Rb. 62. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 oder 43 bis 57,62. Invention according to one of claims 1 to 13, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 43 to 57, dadurch gekennzeichnet , daß das Metal Cs ist.characterized in that the metal is Cs. 63. Erfindung nach einem der Ansprüche 2, 7, 8, 10 bis 12 oder 43 bis 48,63. Invention according to one of claims 2, 7, 8, 10 to 12 or 43 to 48, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß mindestens 6/7(Sechs-Siebtel) der Atome ausschließlichthat at least 6/7 (six-seventh) of the atoms exclusively 3 homoatomare Bindungen haben.Have 3 homoatomic bonds. 64. Erfindung nach Anspruch 63,64. Invention according to claim 63, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest 14/15 (Vierzehn-Fünfzehntel) der Atome 3 homoatomare Bindungen aufweisen.characterized in that at least 14/15 (fourteen-fifteenth) of the atoms Have 3 homoatomic bonds. ^ 12 -^ 12 - 65. ,Erfindung nach Anspruch 64,65th, invention according to claim 64, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß der Anteil der Atome der Spezies, die homoatomarethat the proportion of atoms of the species that are homoatomic Bindungen tragen, wesentlich größer als 14/15 (Vierzehn-Fünfzehntel) ist.Wear ties much larger than 14/15 (fourteen-fifteenth) is. 66. Erfindung nach einem der Ansprüche 2, 13, 18, 21, 22, 24, 25, 29, 33, 35 bis 40 oder 43 bis 48,66. Invention according to one of claims 2, 13, 18, 21, 22, 24, 25, 29, 33, 35 to 40 or 43 to 48, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß das Material im Nahordnungsbereich durch eine Hohl-that the material in the short-range order area through a hollow säulenstruktur gekennzeichnet ist.columnar structure is characterized. 67. Erfindung nach Anspruch 66,67. Invention according to claim 66, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlsäulenstrukturen im Nahbereich insgesamtcharacterized in that the hollow column structures in the near area as a whole im allgemeinen parallel zueinander ausgerichtet sind.are generally aligned parallel to one another. 68. Erfindung nach einem der Ansprüche 66 oder 67, dadurch gekennzeichnet,68. Invention according to one of claims 66 or 67, characterized in that daß die Atome der Hauptkomponente des Materials dreiwertig sind.that the atoms of the main component of the material are trivalent. 69. Erfindung nach einem der Ansprüche 6 6 bis 68, dadurch gekennzeichnet ,69. Invention according to one of claims 6 6 to 68, characterized in that daß die Hohlsäulenstruktur von der Stirnseite her gesehen kanalartig ist.that the hollow column structure is channel-like seen from the front side. 70. Erfindung nach einem der Ansprüche 66 bis 69, dadurch gekennzeichnet ,70. Invention according to one of claims 66 to 69, characterized in that daß die Säulenstruktur in Sicht von einer Stirnseite her pentagonal ist.that the column structure is pentagonal when viewed from one end face. 71. Erfindung nach einem der Ansprüche 68 bis 70, dadurch gekennzeichnet , daß die Atome Atome mindestens eines Pentels sind.71. Invention according to one of claims 68 to 70, characterized in that the atoms are atoms of at least one pentel. LS. '.-1S. 3247863 LS. '.- 1 p. 3247863 - 13 - . ■'- 13 -. ■ ' 72. Erfindung nach einem der Ansprüche 66 bis 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Atome überwiegend Phosphoratome sind.72. Invention according to one of claims 66 to 71, characterized in that the atoms are predominantly phosphorus atoms. 73. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 10 bis 12,73. Semiconductor element according to one of claims 7, 8 or 10 to 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungen der Atome einen mittleren Bindungswinkel von größer als 98° einschließen. characterized in that the bonds of the atoms enclose an average bond angle of greater than 98 °. 74. Halbleiterelement nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindungswinkel im Bereich von 87° bis 109° liegt.74. Semiconductor element according to Claim 73, characterized in that that the bond angle is in the range of 87 ° to 109 °. 75. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, · gekennzeichnet durch75. Semiconductor element according to one of claims 11 or 12, · marked by zusätzliche Atome eines oder mehrerer Elemente als Atome der Verkettungen, gebunden zwischen zwei oder mehreren dieser Verkettungen,additional atoms of one or more elements as atoms of the linkages, bound between two or several of these chains, 76. Halbleiterelement nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Atome Leitungspfade zwischen den Verkettungen bilden, an die sie gebunden sind.76. Semiconductor element according to claim 75, characterized in that that the additional atoms form conduction paths between the chains to which they are bound. 77. Halbleiterelement nach Anspruch 75 oder 76, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkettungen in jedem Nahordnungsbereich insgesamt im wesentlichen parallel zueinander sind.77. Semiconductor element according to claim 75 or 76, characterized in that that the concatenations in each short-range area are as a whole essentially parallel to one another. 78. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 18, 21, 22, 24, 25, 33, 35 bis 40, 43 bis 48 oder 65 bis 77, dadurch gekennzeichnet, daß das Material als Niederschlagprodukt des Dampfphasentransports von separaten Quellen von Phosphor78. Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 21, 22, 24, 25, 33, 35 to 40, 43 to 48 or 65 to 77, characterized in that the material is the precipitate product of vapor phase transport from separate sources of phosphorus und einem Alkalimetall in einer Niederschlagszone gebildet wird.and an alkali metal is formed in a precipitation zone. 79. Erfindung nach einem der Ansprüche 7, 8, 10 bis 12, 43 bis 48, 63 bis 65 oder 71 bis 77,79. Invention according to one of claims 7, 8, 10 to 12, 43 up to 48, 63 to 65 or 71 to 77, dadurch gekennzei chnet,characterized, daß die wesentliche Majorität der Atome Phosphoratomethat the essential majority of the atoms are phosphorus atoms sind.are. 80. Erfindung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,80. Invention according to one of claims 3 or 4, 5, 9, 13, 18, 22, 24, 25, 28, 30 bis 32, 34 bis 37, 43 bis 48, 49, 53, 54, 58 bis 62, 78 oder 79,5, 9, 13, 18, 22, 24, 25, 28, 30 to 32, 34 to 37, 43 to 48, 49, 53, 54, 58 to 62, 78 or 79, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß das Atomverhältnis Phosphor zu Metall im wesentlichenthat the atomic ratio of phosphorus to metal is essentially 50 oder größer ist.50 or greater. 81. Erfindung nach Anspruch 80,81. Invention according to claim 80, dadurch g.ekennzei chnet,characterized, daß das Atomverhältnis im wesentlichen 200 oder größer isithat the atomic ratio is substantially 200 or greater 82. Erfindung nach Anspruch 81,82. Invention according to claim 81, dadurch gekennzei chnet,characterized, daß das Atomverhältnis im wesentlichen 1000 oder größer isthat the atomic ratio is substantially 1000 or more 83. Erfindung nach Anspruch 82,83. Invention according to claim 82, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß die Menge des Metalls kleiner als 1000 ppm ist.that the amount of the metal is less than 1000 ppm. 84. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,84. Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 22, 24, 25, 33, 43 bis 53, 63 bis 65 oder 73 bis 77,18, 22, 24, 25, 33, 43 to 53, 63 to 65 or 73 to 77, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Material einen Bandabstand im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 1 bis 3 eV hat.that the material has a band gap substantially within the range of 1 to 3 eV. 85« Erfindung nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Bandabstand im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 1,4 bis 2,2 eV hat.85 «Invention according to claim 84, characterized in that that the material has a band gap substantially within the range of 1.4 to 2.2 eV. 86= Erfindung nach Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet,86 = Invention according to Claim 85, characterized in that daß das Material einen Bandabstand von im wesentlichenthat the material has a band gap of substantially 1,8 eV hatο "1.8 eV hatο " 87«, Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13., 18, 22, 24, 25, 33, 43 bis 53, 63 bis 65, 73 bis oder 84 bis 86,87 «, invention according to one of claims 1 to 13, 18, 22, 24, 25, 33, 43 to 53, 63 to 65, 73 to or 84 to 86, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Photoleitfähigkeitsverhältnis im Bereich von 100 bis 10 000 hat.characterized, that the material has a photoconductivity ratio in the range of 100 to 10,000. 88. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 18, 22, 24, 25, 28, 29, 30, 33 oder 43 bis 73, dadurch gekennzeichnet , daß das Material ein Einkristall ist.88. Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 22, 24, 25, 28, 29, 30, 33 or 43 to 73, characterized in that the material is a single crystal. 89ο Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 18, 22, 24, 25, 29, 33 oder 43 bis 87, dadurch gskennzeichnet, daß das Material polykristallin ist.89ο Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 22, 24, 25, 29, 33 or 43 to 87, characterized in that that the material is polycrystalline. 90« Erfindung nach einsm der Ansprüche 1 bis 13, 18, 22, 24, 25, 29, 33 oder 43 bis 87, dadurch gekennzeichnet , daß das Material amorph ist.90 «invention according to one of claims 1 to 13, 18, 22, 24, 25, 29, 33 or 43 to 87, characterized in that the material is amorphous. 91. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, 18, 22, 24, 38 bis 40, 43 bis 87# 89 oder 90, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in Form einer dünnen Schicht vorliegt.91. Invention according to one of claims 1 to 14, 18, 22, 24, 38 to 40, 43 to 87 # 89 or 90, characterized in that the material is in the form of a thin layer. •ir? 16 -• ir? 16 - ■ 1 ' :■■ 1 ': ■ 92. Erfindung nach Anspruch 91,92. Invention according to claim 91, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß die dünne Schicht auf einem Glassubstrat aufgebrachtthat the thin layer is applied to a glass substrate ist.is. 93. Erfindung nach Anspruch 91,93. Invention according to claim 91, dadurch gekennzeichnet , daß die dünne Schicht auf einem Metallsubstrat niedergeschlagen ist.characterized in that the thin layer is deposited on a metal substrate is. 94. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 7 bis 13,94. Semiconductor element according to one of claims 7 to 13, 46, 47 oder 73 bis 77, gekennzeichnet durch einen Sperrübergang.46, 47 or 73 to 77, characterized by a blocking transition. 95. Halbleiterelement nach Anspruch 94, dadurch gekennzeichnet ,95. Semiconductor element according to Claim 94, characterized in that daß der Sperrübergang ein Metall der Gruppe Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel, Gold, Silber oder Titan enthält.that the barrier junction is a metal of the group copper, aluminum, magnesium, nickel, gold, silver or titanium contains. 96. Halbleiterelement nach Anspruch 95, dadurch gekennzeichnet , daß das Übergangsmetall Nickel ist.96. Semiconductor element according to Claim 95, characterized in that that the transition metal is nickel. 97. Halbleiterelement nach einem der Ansrüche 7 bis 13, 46,97. Semiconductor element according to one of Claims 7 to 13, 46, 47, 73 bis 77 oder 94 bis 96, dadurch gekennzei chnet, daß das Metall mit Atomen eines anderen Pentels dotiert ist.47, 73 to 77 or 94 to 96, characterized in that the metal has atoms of a different pentel is endowed. 98. Halbleiterelement nach Anspruch 97, dadurch gekennzeichnet , daß das Pentel Arsen ist.98. Semiconductor element according to Claim 97, characterized in that that the Pentel is arsenic. 99. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 7 bis 13, 46, 48, 73 bis 77 oder 94 bis 98, dadurch gekennzeichnet , daß das Material durch Eindiffundieren eines Metalls dotiert ist, das äußere besetzte f-Niveaus oder d-Niveaus hat. 99. Semiconductor element according to one of claims 7 to 13, 46, 48, 73 to 77 or 94 to 98, characterized in that the material is doped by diffusing in a metal which has outer occupied f-levels or d-levels . 100. Halbleiterelement nach Anspruch 99, dadurch gekennzeichnet ,100. Semiconductor element according to claim 99, characterized in that daß das Dotierungsmittel Nickel, Eisen und/oder Chrom istthat the dopant is nickel, iron and / or chromium 101. Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 7 bis 13, 46, 47, 73 bis 87 oder 94 bis 100, gekennzeichnet durch ein Kontaktmetall, das Kupfer, Aluminium, Magnesium, Nickel, Gold und/oder Titan ist.101. Semiconductor element according to one of claims 7 to 13, 46, 47, 73 to 87 or 94 to 100, characterized by a contact metal which is copper, aluminum, magnesium, nickel, gold and / or titanium. 102. Dotieren gemäß Anspruch 41,102.Doping according to claim 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Pentele Arsen, Antimon und/oder Bismut sind.characterized in that the penteles are arsenic, antimony and / or bismuth. 103. Dotierung nach Anspruch 102,103.Doping according to claim 102, dadurch gekennzeichnet , daß das Pentel Arsen ist.characterized in that the pentel is arsenic. ο Dotierung nach einem der Ansprüche 41, 102 oder 103, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der anderen Pentele zu Phosphor kleiner als 50 % ist.ο doping according to one of claims 41, 102 or 103, characterized in that the ratio of the other penteles to phosphorus is less than 50%. 105. Dotierung nach Anspruch 104, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis kleiner als 10 % ist.105. Doping according to Claim 104, characterized in that that the ratio is less than 10%. al 18 - al 18 - 106. Dotierung nach Anspruch 42,106.Doping according to claim 42, dadurch gekennzeichnet , daß das Metal Eisen, Nickel und/oder Chrom ist.characterized in that the metal is iron, nickel and / or chromium. 107. Erfindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,107. Invention according to one of claims 1 to 13, 18, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 bis 40 Oder 46 bis 48 , dadurch gekennzei chnet, daß das Material ein Alkalimetall enthält.18, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30 to 40 or 46 to 48, thus marked, that the material contains an alkali metal. 108. Erfindung nach Anspruch 107,108. Invention according to claim 107, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß mindestens 7 Phosphoratome an andere Phosphoratomethat at least 7 phosphorus atoms to other phosphorus atoms gebunden sind, je ein Metallatom in dem Material.are bound, one metal atom each in the material. 109. Erfindung nach Anspruch 108,109. Invention according to claim 108, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß mindestens 15 Phosphoratome an andere Phosphoratomethat at least 15 phosphorus atoms to other phosphorus atoms gebunden sind, je ein Metallatom in dem Material.are bound, one metal atom each in the material. 11O Erfindung nach Anspruch 109, dadurch gekennzeichnet , 11O invention according to claim 109, characterized in that daß das Verhältnis der Phosphoratome zu den Metallatomenthat the ratio of the phosphorus atoms to the metal atoms In dem Material mindestens 500 : 1 beträgt.In the material is at least 500: 1. 111. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,111. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Lithium ist.characterized in that the metal is lithium. 112. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,112. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Natrium ist.characterized in that the metal is sodium. 113. Erfindung nach einem dti Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,113. invention for a d ti claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110 dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Kalium ist.characterized in that the metal is potassium. 114. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,114. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Rubidium ist»characterized in that the metal is rubidium » 115. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,115. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzei c h η e t , daß das Metall Caesium ist.thereby marked c h η e t, that the metal is cesium. 116. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,116. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Material LiP ist und χ mindestens gleich 7 ist.that the material is LiP and χ is at least 7. 117. Erfindung nach einom der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,117. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet , daß das Material NaP istund χ mindestens gleich 7 ist.characterized in that the material is NaP and χ is at least 7. 118. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,118. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß das Material KP ist und χ mindestens gleich 7 ist.that the material is KP and χ is at least 7. 119. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110,119. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Material RbP ist und χ mindestens gleich 7 ist.that the material is RbP and χ is at least equal to 7. '* *'* * ...... 20 -20 - ** 'ti·1 'ti 1
120. Erfindung nach einem der Ansprüche 63 bis 65, 73 bis 77, 84 bis 87, 94 bis 101 oder 107 bis 110, dadurch gekennzeichnet , daß das Material CsP ist und χ mindestens gleich 7 ist.120. Invention according to one of claims 63 to 65, 73 to 77, 84 to 87, 94 to 101 or 107 to 110, characterized in that that the material is CsP and χ is at least 7. 121. Erfindung nach einem der Ansprüche 84 bis 87, 94 bis oder 106 bis 120,121. Invention according to one of claims 84 to 87, 94 to or 106 to 120, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Bandabstand im wesentlichen im Bereich von 1 bis 3 eV hat.characterized in that the material has a band gap substantially substantially Range from 1 to 3 eV. 122. Erfindung nach Anspruch 121,122. Invention according to claim 121, dadurch gekennzeichnet , daß das Material einen Bandabstand im wesentlichen im Bereich von 1,4 bis 2,2 eV hat.characterized in that the material has a band gap substantially substantially Range from 1.4 to 2.2 eV. 123. Erfindung nach Anspruch 122,123. Invention according to claim 122, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Bandabstand im wesentlichen von 1,8 eV hat.characterized in that the material has a band gap of substantially 1.8 eV has. 124. Erfindung nach einem der Ansprüche 84 bis 87, 94 bis 101 oder 106 bis 120, dadurch gekennzeichnet , daß das Material ein Photoleitfähigkeitsverhältnis im Bereich von 100 bis 10 000 hat.124. Invention according to one of claims 84 to 87, 94 to 101 or 106 to 120, characterized in that the material has a photoconductivity ratio in the range from 100 to 10,000. 125. Hochreiner Phosphor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der hochreine Phosphor in Gegenwart einer signifikanten Menge Alkalimetalldampf kondensiert wird.125. Highly pure phosphorus according to claim 29, characterized in that that the high purity phosphorus is condensed in the presence of a significant amount of alkali metal vapor. 126. Hochreiner Phosphor nach einem der Ansprüche 29 oder 125, kondensiert bei einer Temperatur im wesentlichen gleich 539 0C.126. High purity phosphorus as claimed in any of claims 29 or 125, is condensed at a temperature substantially equal to 539 0 C. 127. Monokliner Phosphor nach einem der Anspruch 30 oder 31, kondensiert aus der Dampfphase in Gegenwart einer signifikanten Menge eines Alkalimetalldampfes.127. Monoclinic phosphor according to one of claim 30 or 31, condensed from the vapor phase in the presence of a significant amount of an alkali metal vapor. 128» Monokliner Phosphor nach Anspruch 127, kondensiert aus der Dampfphase bei einer Temperatur im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 500 bis 550 0C einschließlich.128 »The monoclinic phosphor of claim 127 condensed from the vapor phase at a temperature substantially within the range of from 500 to 550 ° C, inclusive. ο Monokliner Phosphor nach Anspruch 127, kondensiert bei einer Temperatur im wesentlichen Iron 539 0C.ο Monoclinic phosphor according to claim 127, condensed at a temperature essentially Iron 539 0 C. 130. Verfahren nach Anspruch 20,130. The method according to claim 20, dadurch gekennzeichnet, daß das fließende Material Phosphor enthält»characterized in that the flowing material contains phosphorus » 131. Verfahren nach einem der Ansprüchd 20 oder 130, dadurch gekennzeichnet, daß das fließende Material ein Alkalimetall enthalte131. The method according to one of claims 20 or 130, characterized in that the flowing material contains an alkali metal 132. Materials, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 20, 22, 33, 130 oder 131.132. Material made by the method of a of claims 20, 22, 33, 130 or 131. 133. Material nach Anspruch-132 in Form einer dünnen Schicht..133. Material according to Claim-132 in the form of a thin layer. 134. Material nach Anspruch 133,134. Material according to claim 133, dadurch gekennzei chnet,-daß das Material polykristallin ist.characterized by the fact that the material is polycrystalline. 135„ Material nach Anspruch 133, dadurch gekennzeichnet , daß das Material amorph ist»135 "Material according to claim 133, characterized , that the material is amorphous » 136. Monokliner Phosphor'nach einem der Ansprüche 28, 30, 31 oder 127 bis 129,136. Monoclinic phosphorus according to one of claims 28, 30, 31 or 127 to 129, dadurch gekennzeichnet ,characterized , daß der Phosphor Alkalimetall enthält und zwar im wesentlichen innerhalb eines Bereichs von 50 bis 2 000that the phosphorus contains alkali metal, essentially within a range of 50 to 2,000 137. Monokliner Phosphor nach einem der Ansprüche 28, 30, 31, 127 bis 129 oder 136 mit plättchenförmigem Habitus.137. Monoclinic phosphor according to one of claims 28, 30, 31, 127 to 129 or 136 with a platelet-shaped habit. 138. Monokliner Phosphor nach einem der Ansprüche 28, 30, 31, 127 bis 129, 136 oder 137 mit einem pyramidenstumpfförmigen Habitus.138. Monoclinic phosphor according to one of claims 28, 30, 31, 127 to 129, 136 or 137 with a truncated pyramid Habitus. 139. Monokliner Phosphor nach einem der Ansprüche 28, 33, 127 bis 129 oder 136 bis 138,139. Monoclinic phosphor according to one of claims 28, 33, 127 to 129 or 136 to 138, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Dampf bei einer Temperatur im Bereich von 546 bisthat the steam is at a temperature in the range of 546 to 564 0C gebildet wird.564 0 C is formed. 140. Erfindung nach einem der Ansprüche 28, 127, 136 oder 138,140. Invention according to one of claims 28, 127, 136 or 138, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetall Natrium ist.characterized in that the alkali metal is sodium. 141. Erfindung nach einem der Ansprüche 28, 127, 136 oder 137,141. Invention according to one of claims 28, 127, 136 or 137, dadurch gekennzeichnet , daß das Alkalimetall Kalium ist.characterized in that the alkali metal is potassium. 142. Erfindung nach einem der Ansprüche 28, 127, 136 oder 138, dadurch gekennzeichnet ,142. Invention according to one of claims 28, 127, 136 or 138, characterized , daß das Alkalimetall Rubidium ist.that the alkali metal is rubidium. 143. Erfindung nach einem der Ansprüche 28, 127, 136 oder 137, dadurch gekenn ze i chn et,143. Invention according to one of claims 28, 127, 136 or 137, characterized, daß das Alkalimetall Caesium ist.that the alkali metal is cesium. 144. Phosphor nach Anspruch 26, kondensiert aus der Dampfphase bei im wesentlichen 509 0C.144. Phosphorus according to claim 26, condensed from the vapor phase at substantially 509 ° C. 145. Polyphosphid nach Anspruch 27, kondensiert aus der Dampfphase bei einer Temperatur kleiner als 500 0C.145. Polyphosphide according to claim 27, condensed from the vapor phase at a temperature less than 500 ° C. 146. Polyphosphid nach Anspruch 145, kondensiert bei im wesentlichen 462. .0C.146. The polyphosphide of claim 145 condensed at substantially 462nd. 0 C. 147. Beschichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 40 auf einem Glassubstrat.147. Coating according to one of claims 38 to 40 on a glass substrate. 148. Beschichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 40 auf einem148. Coating according to one of claims 38 to 40 on one Metallsubstrat.Metal substrate. 149. Beschichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Pentel Phosphor ist.149. Coating according to one of claims 38 to 40, characterized in that the pentel is phosphorus. 150. Beschichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung amorph ist.150. Coating according to one of claims 38 to 40, characterized, that the coating is amorphous. 151. Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe t enthaltend ein kristallines MP , wobei M ein Alkalimetall ist,151. Reinforcement material for composites t containing a crystalline MP, where M is an alkali metal, P Phosphor ist und χ gleich oder größer als 7 ist.P is phosphorus and χ is equal to or greater than 7. 152. Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe ,enthaltend kristallines MP15, wobei M ein Alkalimetall und P Phosphor sind.152. Reinforcing material for composite materials containing crystalline MP 15 , where M is an alkali metal and P is phosphorus. 153. Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe, enthaltend ein kristallines MP , wobei M ein Alkalimetall oder mindestens ein anderes Metall ist, das die Bindung eines Alkalimetalle simuliert, P Phosphor ist und χ gleich oder größer als 7 ist.153. Reinforcement material for composite materials, containing a crystalline MP, where M is an alkali metal or is at least one other metal that simulates the bond of an alkali metal, P is phosphorus and χ is equal to or greater than 7. 154. Verstärkungsmaterial für einen Verbundwerkstoff, enthaltend kristallines MP15, wobei M ein Alkalimetall oder mindestens ein Metall ist, das die Bindung eines Alkalimetalls simuliert, und P Phosphor ist.·154. Reinforcing material for a composite material containing crystalline MP 15 , where M is an alkali metal or at least one metal that simulates the bonding of an alkali metal, and P is phosphorus. 155. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 37 oder 151 bis 154, dadurch gekennzeichnet , daß das Material in Glas eingebettet ist.155. Material according to one of claims 35 to 37 or 151 to 154, characterized in that the material is embedded in glass. 156. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 37 oder 151 bis 154, dadurch gekennzeichnet,156. Material according to one of claims 35 to 37 or 151 to 154, characterized, daß das Material in einem Kunststoff oder in einerthat the material in a plastic or in a Kunststoff- Formmasse eingebettet ist.Plastic molding compound is embedded.
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