DE69209473T2

DE69209473T2 - Vorrichtung zum Erstarren von dotiertem, elektrisch leitenden Material und zur kontinuierlichen Überwachung der Konzentration des Dotierstoffes

Info

Publication number: DE69209473T2
Application number: DE69209473T
Authority: DE
Inventors: Jean Comera; Jean-Jacques Favier; Andre Rouzaud
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2012-12-22
Also published as: EP0549449B1; FR2685483B1; JPH05294775A; EP0549449A1; DE69209473D1; US5394828A; FR2685483A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die das Erstarren eines dotierten, elektrisch leitenden Materials aus einer Flüssigkeit ermöglicht und die kontinuierliche Kontrolle des Dotierstoffgehalts dieses Materials.
Die Erfindung findet Anwendung bei der Züchtung von dotierten anorganischen Einkristallen, halbleitend oder leitend. Die leitenden Materialien sind insbesondere metallische Materialien.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird auch für metallische Legierungen verwendet, z.B. für Superlegierungen auf der Basis von Ni, Cu oder Zn.
Der Dotierstoff kann eine in den Kristall eingeführte Verunreinigung bzw. ein Fremdstoff sein (Phosphor oder Bor in einem Siliciumkristall, Gallium in einem Germaniumkristall, Eisen in einem GaAs-Kristall, etc.) oder ein Substitutionselement (z.B. Indium in einem Kristall aus Ga1-xInxSb mit 0< x≤1, Quecksilber in einem Kristall aus Cd1-yHgyTe mit 0< y≤1). Außerdem kann der Dotierstoff von 0,01 bis 99,99% Gew.-% des Kristalls ausmachen.
Die Erfindung kann auch angewendet werden auf dem der Metallurgie, zur Herstellung von Legierungen jeder Art, deren Nutzungseigenschaften (mechanisch, thermisch, elektrisch) abhängen von der Feinstruktur dieser Legierungen, auf dem Gebiet der Mikroelektronik, der integrierten Optik, der Kristall-Laser, etc..
Die Kristallzüchtung in einem Schrnelzbad ist die üblichste Methode zur Herstellung von Metall- oder Halbleiterkristallen guter Qualität.
Die am meisten gefragten Eigenschaften sind die strukturelle oder kristalline Qualität und die Homogeneität der Zusammensetzung. Die am weitesten verbreiteten Kristallwachstumsverfahren sind das Czochralski-Ziehverfahren, das Zonenschmelzverfahren, das Fließzonenverfahren oder auch die horizontalen oder vertikalen Bridgman- oder Stockbarger-Verfahren.
Noch genauer betrifft die Erfindung das Erstarren eines Einkristalls nach den Verfahren von Bridgman oder Stockbarger, ebensogut bei ihrer Ausführung auf der Erde wie im Weltraum.
Gegenwärtig ermöglicht ein einziges Verfahren, die Zusammensetzung eines Festkörpers aus opakem Material (metallische Halbleiter) während seiner Herstellung zu messen, ohne sein Wachstum zu stören.
Diese Methode ist beschrieben in den Dokumenten FR-A- 2 597 884 und US-A-4 797 174.
Das in diesen Bezugsquellen beschriebene Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Messung der chemischen Qualität des sich bildenden Kristalls. Es ist also möglich, rückwirkend auf die Fehlerursachen in dem Kristall einzuwirken und somit einen Festkörper mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten. Dieses Verfahren beruht auf der Messung des Temperaturunterschieds zwischen einer beweglichen Flüssig-Fest-Grenzfläche und der Temperatur einer feststehenden Fest-Flüssig-Grenzfläche von ein und derselben Legierung mit einer bestimmten Zusammensetzung.
Diese Art Messung erfordert eine schwere und komplexe Vorrichtung, was ihre Einsatzmöglichkeiten sowohl auf dem Boden wie im Weltraum einschränkt. Insbesondere umfaßt diese Vorrichtung zwei nebeneinanderliegende Öfen und zwei Kühlsysteme, die die Vorrichtung sperrig machen und durch ihren Stromverbrauch teuer. Außerdem eignet sich diese Vorrichtung wenig oder überhaupt nicht für den Einsatz im Weltraum, da die dort verfügbaren Energien begrenzt sind.
Die anderen gegenwärtig bekannten Kristallzüchtungsverfahren weisen keine Rückwirkung oder Dauerkontrolle auf, was eine Optimierung der gebildeten Materialien nicht möglich macht.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Erstarren eines dotierten, elektrisch leitenden Materials zum Gegenstand, die ermöglicht, die verschiedenen obenerwähnten Nachteile zu beseitigen. Insbesondere ermöglicht diese Vorrichtung das kontinuierliche Messen des Dotierstoffgehalts des Materials und ist dabei von einer sehr viel einfacheren Ausführung, wobei Platzbedarf und Preis kleiner sind als bei der vorhergehenden Technik.
Noch genauer hat die Erfindung eine Vorrichtung zum Erstarren eines mit einem Dotierstoff dotierten, elektrisch leitenden Materials und der kontinuierlichen Überwachung des Dotierstoffgehalts dieses Materials zum Gegenstand, umfassend:
- erste Einrichtungen zum Bilden einer nichtdotierten Flüssigkeit aus dem genannten Material, im thermodynamischen Gleichgewicht mit einem nichtdotierten Festkörper aus diesem Material,
- zweite Einrichtungen zum Bilden einer dotierten Flüssigkeit aus besagtem Material, im thermodynamischen Gleichgewicht mit einem dotierten Festkörper aus diesem Material,
- Einrichtungen, um die nichtdotierte Flüssigkeit und die dotierte Flüssigkeit elektrisch kurzzuschließen, und
- Einrichtungen zum Messen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem nichtdotierten Festkörper und dem dotierten Festkörper, wobei diese Potentialdifferenz repräsentativ ist für den Dotierstoffgehalt an der Grenzfläche zwischen dotierter Flüssigkeit und dotiertem Festkörper
Das hergestellte Festmaterial ist ein Einkristall.
Unter elektrisch leitendem Material muß man ebenso ein leitendes wie ein haibleitendes Material verstehen.
Unter Dotierstoff muß man ebenso Verunreinigungen verstehen wie ein Element zum Substituieren eines Elements des Materials durch ein anderes.
Außerdem muß man unter "dotiert" eine Dotierstoff- Konzentration verstehen, die von 0,01 bis 49,99 Gew.-% des Kristalls darstellen kann; der Dotierstoff ist immer die Minderheitsphase des Kristalls.
Für eine bestimmte Verbindung, rein oder dotiert, wird die Gleichgewichtstemperatur der flüssigen und der festen Phase Schmelztemperatur genannt. Sie wird mit Tf bezeichnet.
Im Laufe des Erstarrens befindet sich die Erstarrungsfront (d. h. die das Feste und das Flüssige trennende Grenzfläche) in einem Zustand der Unterkühlung. Anders ausgedrückt ist die mit T&sub1; bezeichnete Grenzflächen-Temperatur niedriger als die Schmelz- /Erstarrungstemperatur des Materials.
Die Temperatur TI der Erstarrungsfront ist also gleich der Temperatur Tf-ΔT, wo ΔT die Unterkühlung darstellt.
Die Unterkühlung einer reinen Verbindung, mit ΔTp bezeichnet, ist sehr klein im Vergleich zu der mit ΔTd bezeichneten der dotierten Verbindung.
Insbesondere ist ΔTd sehr viel größer als ΔTp (im allgemeinen 10 bis 10&sup6;mal größer, je nach Konzentration, Geschwindigkeit ...), wenn ΔTp nahe 0 ist.
Nach einer praktischen Ausführungsart benützt man zwei unterschiedliche Tiegel, um jeweils das dotierte Material und das nichtdotierte Material aufzunehmen. So umfassen die ersten Einrichtungen: einen ersten Tiegel von länglicher Form zur Aufnahme des nichtdotierten Materials; erste Heizeinrichtungen, um einen ersten Teil dieses ersten Tiegels zu heizen und dort besagte nichtdotierte Flüssigkeit zu bilden, und erste Kühleinrichtungen zum Kühlen eines zweiten Teils dieses ersten Tiegels, um dort besagten nichtdotierten Festkörper zu bilden. Die zweiten Einrichtungen umfassen: einen zweiten Tiegel von länglicher Form zur Aufnahme des dotierten Materials; zweite Heizeinrichtungen zum Heizen eines ersten Teils des zweiten Tiegels, um dort die genannte dotierte Flüssigkeit zu bilden, und zweite Kühleinrichtungen zum Kühlen eines zweiten Teils dieses zweiten Tiegels, um dort besagten dotierten Festkörper zu bilden.
Bei einer Vorrichtung, wo die dotierten und nichtdotierten Materialien einer Relativbewegung bezüglich der Heizeinrichtungen unterzogen werden, ist die Unterkühlung ΔTp der reinen Verbindung kinetischen Ursprungs und jene ΔTd der dotierten Verbindung ist zugleich chemischen und kinetischen Ursprungs.
Man kann zeigen, daß, wenn v der thermoelektrische Seebeck-Koeffizient an der Flüssig-Fest-Grenzfläche ist, die Potentialdifferenz ΔV zwischen dem dotierten Festkörper und dem nichtdotierten Festkörper die folgende Gleichung (1) befriedigt:
(1) ΔV = v x ΔT + C&sub1;,
wo C&sub1; eine Konstante ist, abhängig:
- von der Differenz der thermoelektrischen Koeffizienten der reinen und dotierten Festkörper, von der Differenz der thermoelektrischen Koeffizienten der reinen und dotierten Flüssigkeiten,
- von den Temperaturen der beiden elektrischen Kontakte mit dem Festkörper und der beiden elektrischen Kontakte mit der Flüssigkeit der Meßeinrichtungen.
Diese Gleichung (1) ist wahr unter der Bedingung, daß die Temperaturen des dotierten Festkörpers und des nichtdotierten Festkörpers bekannt oder gleich sind und daß die thermoelektrischen Koeffizienten des Festkörpers und der Flüssigkeit sehr wenig mit dem Dotierstoffgehalt variieren.
Außerdem kann man zeigen, daß die Unterkühlung ΔT direkt an die Dotierstoffkonzentration C an der Grenzfläche zwischen dotiertem Festkörper und dotierter Flüssigkeit gebunden ist.
Somit ermöglicht ΔV, kontinuierlich den Dotierstoffgehalt des sich bildenden Kristalls zu messen und, falls nötig, im Laufe des Wachstums auf die Erstarrungsparameter zu reagieren, wie z.B. die Heiztemperaturen der Flüssigkeiten und die Kühltemperaturen der Festkörper, die Relativbewegungsgeschwindigkeiten der Materialien in bezug auf die Heiz- und Kühlsysteme, um die Dotierstoffkonzentration an die Bedürfnisse des Benutzers anzupassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher, einen Festkörper herzustellen, bei dem das Dotierstoffprofil in Wachstumsrichtung an die Bedürfnisse des Benutzers angepaßt ist. Es ermöglicht also, die Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, die entstehen durch zufällige Erstarrungsbedingungen, und folglich bessere Produkte als die der vorhergehenden Technik herzustellen.
Das Prinzip der bei der Erfindung verwendeten Messung unterscheidet sich von dem in den Dokumenten FR-A-2 597 884 und US-A-4 797 174 angewendeten. Insbesondere basiert es auf der Benutzung von zwei beweglichen Grenzflächen, wobei die eine zu der dotierten Verbindung gehört und die andere zu der reinen (oder nichtdotierten) Verbindung gehört. Dadurch lassen sich eine gewisse Anzahl Vorteile erzielen.
Insbesondere ist hier die Bezugstemperatur Tf, die die Messung der Unterkühlung dT ermöglicht, eine physikalische Konstante, da sie der Schmelztemperatur der reinen Verbindung entspricht. Dies eliminiert eine Fehlerquelle des vorhergehenden Verfahrens, nämlich die - nicht beherrschte - Veränderung der Bezugstemperatur.
Diese letztere hängt ab von den in der Flüssigkeit vorhandenen konvektiven Bewegungen und insbesondere von den konvektiven Bewegungen in der Nähe der Bezugsgrenzfläche (d.h. des reinen Körpers).
Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr viel einfacher als die der vorhergehenden Technik. Insbesondere können die Heizeinrichtungen der Tiegel aus ein und demselben Ofen bestehen.
Ebenso können die Kühleinrichtungen der dotierten und nichtdotierten Materialien aus einem einzigen Kühlsystem bestehen.
Somit ist die thermische Einheit (Ofen, Kühlsystem, Energiezuführungssystem zum Ofen und zum Kühlsystem) sowie die Steuer- und Regelelektronik halb so groß und halb so teuer wie die der vorhergehenden Technik. Zudem, bei im übrigen gleichen Verhältnissen, sind der Verbrauch an Wärmeenergie und die nötige Maximalleistung halb so groß.
Außerdem ist die Länge der Vorrichtung und ihre Masse um die Hälfte kleiner in bezug auf die Vorrichtung der vorhergehenden Technik.
So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzüglich für einen Einsatz im Weltraum geeignet, wo die Energie, die Maximalleistung, das Gewicht und der Platz begrenzt sind.
Vorteilhafterweise sind die Meßpunkte der Potentialdifferenz in dem dotierten Festkörper und in dem nichtdotierten Festkörper sehr nahe beieinander, was es leichter macht, sie auf gleicher Temperatur zu halten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein Gerät des Typs Bridgman oder Stockbarger mit einer einfachen Modifikation des Tiegels.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die erläuternd und nicht einschränkend ist mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Figur 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein vertikales Erstarren des Typs Bridgman,
- die Figur 2 ist ein Graphik, die das Temperaturprofil in Längsrichtung im Innern der Vorrichtung der Figur 1 zeigt,
- die Figur 3 gibt das Phasendiagramm "reine Verbindung-Dotierstoff" wieder, d.h. die Schmelztemperaturveränderungen Tf als Funktion der Dotierstoffkonzentration C in der Verbindung.
Wie in jeder vertikalen Bridgman- oder Stockbarger- Vorrichtung umfaßt die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung einen Tiegel 2 von zylindrischer Form mit einem Durchmesser kleiner als seine Höhe, dazu bestimmt, den herzustellenden dotierten Kristall 4 zu enthalten. X stellt die Längsachse des Tiegels 2 dar.
Diese Vorrichtung umfaßt außerdem einen Ofen 6 mit axialer Symetrie, ausgerüstet mit Heizwiderständen 8 (z.B. mit 500W Heizleistung), mit Strom gespeist durch eine elektrische Versorgungsquelle 10. Die Stromversorgung 10 wird gesteuert durch einen Verarbeitungsschaltkreis des Typs Mikrocomputer 12.
Eine elektrisch und thermisch isolierende Hülse 7 ist vorgesehen, um die Heizelemente 8 zu umgeben.
Diese Vorrichtung umfaßt außerdem ein Kühlsystem 14 des Wasserumlauftyps, unterhalb des Ofens 6 und in seiner Verlängerung angeordnet.
Das Wasserumlaufsystem 14 ist ausgerüstet mit einem Ventil 16, ebenfalls gesteuert durch die Verarbeitungseinrichtung 12.
Um die Kühlzonen gut von den Heizzonen zu trennen, ist zwischen dem Ofen 6 und dem Kühlsystem 14 ein Wärmeisolierring 18 vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Einheit aus Ofen 6, Isolierring 18 und Kühlsystem 14 ermöglicht, in Längsrichtung, entsprechend der Symetrieachse X des Tiegels, einen Temperaturgradienten wie dargestellt in Figur 2 zu erzielen.
Das Temperaturprofil der Figur 2 umfaßt einen unteren Teil 20, der einem gleichmäßigen Temperaturanstieg des dotierten festen Materials 4 entspricht. In dieser Zone 20 geht die Temperatur von der Kühltemperatur To über zur Schmelztemperatur Tf. Diese Temperatur To beträgt ungefähr 20ºC (oder Umgebungstemperatur).
Das Profil der Figur 2 umfaßt außerdem einen mittleren Teil 22, der einem gleichmäßigen Temperaturanstieg entspricht, von der Schmeiztemperatur Rf bis zur maximalen Heiztemperatur Tm, der das Material ausgesetzt wird. Tm ist größer als die Schmelztemperatur und ermöglicht, eine dotierte Flüssigkeit 24 zu erhalten, die im thermodynamischen Gleichgewicht ist mit dem herzustellenden dotierten Festkörper 4.
Diese Temperatur Tm wird im gesamten oberen Teil des Ofens aufrechterhalten; dies stellt der senkrechte Teil 26 der Kurve 2 dar.
Die Einheit aus Kühlsystem 14, Isolierring 18 und Ofen 6 ist fest verbunden mit einem Gestell 27, ausgerüstet mit Führungsschienen und einem Motor 28, der eine Parallelverschiebung der Einheit 14-18-6 in der Achse X ermöglicht, wobei der Tiegel stationär bleibt. Der Betrieb des Motors 28 wird ebenfalls durch den Mikrocomputer 12 gesteuert.
Erfindungskonform gibt es außerdem einen zweiten Tiegel 30 von zylindrischer Form, untergebracht im Innern des Tiegels 2, der einen kleineren Durchmesser aufweist als der Tiegel 2. Dieser Tiegel 30 präsentiert sich in Form eines Rohrs, ausgerichtet entsprechend der Symetrieachse X des Tiegels 2. Er ist fest verbunden mit dem Tiegel 2.
Der innere Tiegel 30 ist gefüllt mit einer Verbindung, die der zu bearbeitenden entspricht, jedoch ohne Dotierstoff.
Die Einheit 14-18-6 ermöglicht die Herstellung des Festkörpers 4 im thermodynamischen Gleichgewicht mit seiner dotierten Flüssigkeit 24 sowie die Herstellung eines reinen Festkörpers 32 im thermodynamischen Gleichgewicht mit seiner nichtdotierten Flüssigkeit 34.
Die Referenzen 36 und 38 bezeichnen jeweils die Grenzflächen "dotierter Festkörper-dotierte Flüssigkeit" und "nichtdotierter Festkörper-nichtdotierte Flüssigkeit".
Im Falle von sehr schwachen Dotierstoffkonzentrationen sind diese beiden Grenzflächen 36 und 38 auf sehr benachbarten Höhen auf Grund der Tatsache, daß die Schmelztemperaturen der reinen (oder nichtdotierten) Verbindung und der dotierten Verbindung wenig unterschiedlich sind.
Das Erstarren, bewirkt durch Verschiebung der Einheit 14-18-6 in bezug auf die Tiegel 2 und 30, erfolgt simultan, indem die Festkörper-Flüssigkeits-Grenzflächen 36 und 38 fortschreiten bis zur vollständigen Erstarrung der reinen und der dotierten Verbindung.
Erfindungskonform und während der gesamten Erstarrungsdauer sind die beiden Flüssigkeiten, dotiert 24 und nichtdotiert 34, elektrisch kurzgeschlossen durch eine leitende Brücke 40 mit der Form einer Haarnadel, von der jeder Schenkel in eine Flüssigkeit taucht. Die Brücke 40 ist hergestellt aus einem Material, das in diesen Flüssigkeiten nichtlöslich ist und chemisch reaktionslos gegenüber diesen Flüssigkeiten.
Außerdem sind der dotierte Festkörper 4 und der nichdotierte Festkörper 32 jeweils mit einem elektrischen Kontakt 42, 44 ausgestattet. Diese elektrischen Kontakte befinden sich insbesondere in der kältesten Zone dieser Festkörper, dchc an ihrem unteren Ende.
Ein System 46 ermöglicht, die zwischen den elektrischen Kontakten 42 und 44 auftretende Potentialdifferenz zu messen. Das durch dieses Meßsystem 46 gelieferte elektrische Signal wird zum Mikrocomputer 12 geleitet, der je nach gemessener Potentialdifferenz verändert oder nicht verändert: die Verschiebegeschwindigkeit der Einheit aus Ofen, Ring und Kühlsystem über den Motor 28, die Versorgungsspannung der Heizelemente 8 des Ofen über die elektrische Versorgungsquelle 10, oder auch die Kühlflüssigkeitsmenge über die Öffnung und Schließung des Ventils 16, um das Temperaturprofil des Systems zu verändern.
Ein Behälter 48, angebracht am oberen Ende des äußeren Tiegels 2, ermöglicht, falls nötig, die Herstellung von Vakuum in den Tiegeln oder die Einleitung eines inerten oder reaktiven Gases über den Flüssigkeiten 24 und 34.
Die Gesamthöhe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ungefähr halb so groß wie die der Vorrichtungen der vorhergehenden Technik.
Außerdem wiegt die Vorrichtung 1,7mal weniger als die der vorhergehenden Technik und verbraucht 1,8mal weniger Energie.
Wenn man die Konzentration des Dotierstoffes an der Grenzfläche 36 in der dotierten Flüssigkeit 24 und dem dotierten Festkörper 4 mit C&sub1; und C&sub5; bezeichnet und mit m die Neigung der Liquiduskurve 48 des Phasendiagramms reine Verbindung-Dotierstoff, wie dargestellt in Figur 3, und mit Ko den thermodynamischen Teilungskoeffizienten des Dotierstoffs in der reinen Verbindung, folgt daraus für Systeme, deren Seebeck-Koeffizient nicht von der Konzentration der Verbindung abhängt, daß ΔV=C&sub2;+(vld-vsd)xmxCs/Ko mit vld und vsd jeweils der Seebeck-Koeffizient der dotierten Flüssigkeit und der Seebeck-Koeffizient des dotierten Festkörpers und C&sub2; eine Konstante, abhängig von den thermoelektrischen Koeffizienten der vorhandenen Phasen. Anders ausgedrückt: ΔV=C&sub3;+C&sub4;xCs mit C&sub3; und C&sub4; als vom zu bearbeitenden Material abhängige Konstanten.
Somit ist die gemessene Potentialdifferenz dV proportional zu der Dotierstoff-Konzentration C&sub5; in dem dotierten Festkörper 4 und deren Überwachung ist einfach.
In Figur 3 wurde auch die Soliduskurve 50 und die Unterkühlung ΔT zwischen der Schmelztemperatur Tf und der Temperatur TI der Grenzfläche "dotierter Festkörper-dotierte Flüssigkeit" 36.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde verwendet für das Wachstum von Germanium, gallium-dotiert mit einer Konzentration von 0,5 Gew.-%.
Der dotierte Festkörper 4 und die dotierte Flüssigkeit 24 sind jeweils aus mit Gallium dotiertem Germanium; der reine Festkörper 32 und die reine Flüssigkeit 34, im Gleichgewicht mit diesem letzteren, sind aus reinem Germanium; der elektrische Kurzschluß 40 zwischen den beiden Flüssigkeiten ist aus Wolfram oder Kohlenstoff, und die Tiegel 2 und 30 sind aus Siliciumdioxid oder aus Aluminiumoxid. Die Temperaturen To, Tf und Tm betragen jeweils 20ºC, 937ºC und 1100ºC.

Claims

1. Vorrichtung zum Erstarren eines elektrisch leitenden und durch einen Dotierstoff dotierten Materials und zur kontinuierlichen Überwachung der Dotierstoffkonzentration dieses Materials, umfassend:

- erste Einrichtungen (30, 6, 14) zum Bilden einer nichtdotierten Flüssigkeit (34) aus besagtem Material, im thermodynamischen Gleichgewicht mit einem nichtdotierten festen Körper aus besagtem Material (32),

- zweite Einrichtungen (2, 6, 14) zum Bilden einer dotierten Flüssigkeit (24) aus besagtem Material, im thermodynamischen Gleichgewicht mit einem dotierten festen Körper aus besagtem Material (4), und

- Einrichtungen (40), um die nicht dotierte Flüssigkeit (34) und die dotierte Flüssigkeit (24) elektrisch kurzzuschließen,

- Einrichtungen (42, 44, 46) zum Messen eines elektrischen Potentialunterschieds zwischen dem nichtdotierten festen Körper (32) und dem dotierten festen Körper (4), wobei diese Potentialdifferenz repräsentativ ist für die Dotierstoffkonzentration an der Grenzschicht zwischen der dotierten Flüssigkeit und dem dotierten festen Körper.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen einen ersten Tiegel (30) zum Aufnehmen des nichtdotierten Materials umfassen, und die zweiten Einrichtungen einen zweiten Tiegel (2) umfassen, verschieden vom ersten, zum Aufnehmen des dotierten Materials.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen umfassen: einen ersten Tiegel (30) von länglicher Form, um das nichtdotierte Material aufzunehmen; erste Heizeinrichtungen (6), um einen ersten Teil des ersten Tiegels zu heizen und darin besagte nichtdotierte Flüssigkeit (34) zu bilden, und erste Kühleinrichtungen (14), um einen zweiten Teil des ersten Tiegels zu kühlen und darin besagten nichtdotierten festen Körper (32) zu bilden, und dadurch, daß die zweiten Einrichtungen umfassen: einen zweiten Tiegel (2) von länglicher Form, um das dotierte Material aufzunehmen; zweite Heizeinrichtungen (6), um einen ersten Teil des zweiten Tiegels zu heizen und darin besagte dotierte Flüssigkeit (24) zu bilden, und zweite Kühleinrichtungen (14), um einen zweiten Teil des zweiten Tiegels zu kühlen und darin besagten dotierten festen Körper (4) zu bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Heizeinrichtungen und die zweiten Heizeinrichtungen aus ein und demselben Ofen (6) bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kühleinrichtungen und die zweiten Kühleinrichtungen aus ein und demselben Kühlsystem (14) bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Tiegel (30) in einem zweiten Tiegel (2) untergebracht und fest verbunden ist mit diesem zweiten Tiegel

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (27, 28) vorgesehen sind, um eine Relativverschiebebewegung zwischen dem ersten Tiegel (30) und den ersten Heizeinrichtungen (6) und zwischen dem zweiten Tiegel (2) und den zweiten Heizeinrichtungen (6) auszuführen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (6) und das Kühlsystem (14) übereinander angeordnet sind, und daß thermische Isolationseinrichtungen (18) vorgesehen sind zwischen dem Ofen und dem Kühl System.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (40) zum Kurzschließen der dotierten und nichtdotierten Flüssigkeiten aus einer leitenden Brücke besteht, deren Enden jeweils in die dotierte Flüssigkeit und die nichtdotierte Flüssigkeit eintauchen, wobei diese Brücke chemisch inert ist gegenüber dotierten und nichtdotierten Flüssigkeiten und nicht lösbar ist in diesen Flüssigkeiten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte der Potentialdifferenz in dem dotierten festen Körper und dem nichtdotierten festen Körper nahe beieinander liegen.