DE895474C

DE895474C - Verfahren zum Schmelzen hochgereinigter Substanzen

Info

Publication number: DE895474C
Application number: DE1951L0010056
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Phil Koch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1951-09-08
Filing date: 1951-09-08
Publication date: 1953-11-02
Also published as: FR1071730A

Description

Bei den bislang üblichen. Verfahren zum Schmelzen hochgereinigter Substanzen bestand beispielsweise: bei Silicium die Schwierigkeit, einen Tiegel oder einö Unterlage für da© Schmelzgut zu finden, die mit diesen nicht reagiert. Dies traf besonders¹ für solche Schmelzverfahren zu, bei denen beim Schmelzen notwendig eine! Erwärmung des Tiegels oder der Unterlage eintrat. Sehr empfindlich wirkten- sich diese Nachteile beim Erschmelzen von Halbleitermaterialien aus, die, wie z. B. Silicium oder Germanium, zum Bau von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen, Transistoren, Dioden oder auch Flächengleichrichtern Verwendung finden sollen. Hierbei kommt es nämlich auf eine besonders definierte Verteilung der Störstellen an, die durch das Schmelzen nach dem herkömmlichen Verfahren einer unkontrollierbaren Veränderung unterworfen wurden.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum ,Schmelzen hochgereinigter Substanzen, wie Halbleitermaterialien, insbesondere zur Verwendung in Kugelform als Material für unsymmetrisch leitende Systeme, welches sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, daß das Material mittels eines oder mehrerer Elektronenstrahlen geschmolzen wird.

Es wird hierbei also eine Art der Erwärmung angewandt, die zunächst -sicherstellt, daß in erster Linie das Schmelzgut und erst in zweiter Linie das Trägermaterial erwärmt werden. Mit Vorteil wird man das Schmelzgut auf eine möglichst ebene hochgereinigte Unterlage des gleichen Materials wie dieses in Pulverform aufbringen oder eine solche Unterlage verwenden, die mit dem Schmelzgut nicht reagiert oder nicht in diesem löslich ist. Auf einer ebenen Unterlage wird sich das Material in

flüssigem Zustand vermöge der Wirkung seiner Oberflächenspannung zu einer angenäherten Kugelform zusammenziehen.

Um ein lästiges fortwährendes Be- und Entlüften der Vakuumanlage zu vermeiden, wird man mit Vorteil elin solches Elektronenstrahlgerät verwenden, bei, dem der Strahl mittels elektrischer und/oder magnetischer Felder nacheinander auf mehrere voneinander getrennte Schmalzgutmengen ίο gelenkt werden kann.

Zur weiteren Beeinflussung des Schmelzvorganges hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Elektronenstrahlen aus mehreren Quellen auf dem zu schmelzenden Material zu vereinigen oder den aus einer Quelle austretenden Elektronenstrahl in mehrere Teilstrahlen zu zerlegen, die dann den zu schmalzenden Körper an verschiedenen Stellen treffen. Auch andere Mittal, wie! Blenden, die den Querschnitt des Ladungsträgerstrahls nach Form und Flächeninhalt ändern, haben sich bewährt. Darüber hinaus' kann es· vorteilhaft sein, wenn die Elektronenstrahlen das Schmelzgut nacheinander, vorzugsweise in veränderbarer Reihenfolge, treffen. Durch diese Maßnahme wird eine möglichst gleichmäßige Erhitzung des Schmelzgutes angestrebt, wobei das Trägermaterial möglichst wenig erwärmt werden soll.

Zur Erzielung eines Verfahrens', bei dem nacheinander mehrere Materialmengen ohne Unterbrechung des Betriebes bearbeitet werden können, ist es von Vorteil, die Trägersubstanz im Raum des Elektronenstrahlgeräts verschiebbar anzuordnen. Besonders günstig is* es, den Einfluß des Trägermaterials dadurch auszuschalten, daß man das Schmelzgut vorzugsweise durch freien Fall eine Relativbewegung zu den Strahlenquellen ausführen läßt.

Um auch das Erstarren des Schmelzguteisi entsprechend beeinflussen zu können, ist es zweckmäßig, Mittel vorzusehen, um die Intensität des Elektronenstrahls sprungweise oder gleitend zu regeln. Auch die Verwendung einer Heizvorrichtung im Raum des Elektronenstrahlgeräts, in der das geschmolzene Gut einer nachträglichen Wärmebehandlung unterworfen werden kann, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Zur Ausführung dieses Verfahrens ist es zweckmäßig, dlaß die" Unterlage mit dem geschmolzenen Schmelzgut innerhalb" des Raumes des Elektronenstrahlgeräts* in den Ofen hineinbewegt werden kann und Mittel vorzusehen, mit denen der Ofen an verschiedenen Stellen auf unterschiedliche Temperaturen gehalten werden kann.

Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungisbeispiele des Verfahrens gemäß der Lehre der Erfindung. In Fig. 1 sei 1 die Unterlage aus hochgereinigtem Kohlenstoff, auf der sich in einer Ausnehmung 2 ein Häufchen Germaniumpulver 3 befindet, das durch den Elektronenstrahl 4 zum Schmelzen gebracht wird. In der Fig. 2 besteht die Unterlage 5 aus hochgereinigtem Silicium, auf dem ebenfalls wieder ein Häufchen Siliciumpulver 6 aufgebracht wird, das durch den Elektronenstrahl 7 zum Schmelzen gebracht wird. Fig. 3 zeigt die Skizze einer Anlage zum Schmelzen und Tempern. Aus einer Elektronenquelle ι tritt ein Elektronenstrahl 2 aus·, der durch ein elektronenoptisches Abbildungsmittel 3 auf ein endloses Band 4 fokussiert wird, auf dem die Schmelzunterlagen 5 befestigt sind. Das Band wird über die Rolle 6 angetrieben und zieht die Schmelzunterlage¹ in einen im Querschnitt gezeichneten Temperofen 7, in dem das; erschmolzene Material einer Temperung unterworfen wird. Beim weiteren Fortschritt des Bandes fällt sodann das¹ Material, wie die erschmolzene Kugel, in einen Behälter 8. Die ganze Anlage arbeitet im Vakuum.

Claims

Patentansprüche·.

1. Verfahren-zum Schmelzen hochgereinigter Substanzen, wie Halbleitermaterialien, insbesondere zur Verwendung in Kugelform als Material für unsymmetrisch leitende Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mittels eines oder mehrerer Elektronenstrahlen geschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das> Schmelzgut auf einer hochgareinigten Unterlage des gleichen Materials wie das Schmelzgut in Pulverform aufgebracht wird oder daß eine solche Unterlage Verwendung findet, die mit dem Schmelzgut nicht reagiert oder nicht in diesem löslich ist.

. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine möglichst ebene Unterlage verwendet wird und die angenäherte Kugelform des Materials durch die Wirkung der Oberflächenspannung im geschmolzenen Zustand herausgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgendem, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl verwendet wird, der derart gebündelt ist, daß die Elektronen nur den zu schmelzenden Körper treffen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet·, daß ein Elektronenstrahlgerät verwendet wird, bei dem der Elektronenstrahl mittels elektrischer oder magnetischer Felder nacheinander auf mehrere no voneinander getrennte Schmelzgutmengen gelenkt werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlen aus mehreren Quellen auf dem zu schmelzenden Material vereinigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgendem, dadurch gekennzeichnet, daß der aus' einer Quelle austretende Elektronenstrahl in mehrere Strahlen zerlegt wird, die den zu schmelzenden Körper an verschiedenen Stellen treffen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, vorzugsweise Blenden, vorgesehen sind, die den Querschnitt des Elektronenstrahls nach Form und Flächeninhalt ändern.

ο. Verfahren nach Anspruch ι oder folgenden unter Anwendung mehrerer Elektronen-Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlen das Schmelzgut nacheinander, vorzugsweise in veränderter Reihenfolge, treffen.

ι o. Verfahren nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragersubstanz im Räume des Elektronenstrahlgeräts verschiebbar angeordnet ist.

11. Verfahren nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bewirken, daß das Schmelzgut, vorzugsweise durch freien Fall, eine Relativbewegung zu den Strahlenquellen ausführt.

12. Verfahren nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Intensität des. Elektronenstrahls sprungweise oder gleitend zu regeln.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum des Elektronenstrahlgeräts eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, in der das geschmolzene Gut einer nachträglichen Wärmebehandlung unterworfen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage mit dem geschmolzenen Schmelzgut innerhalb des Raumes des Elektronenstrahlgeräts in den Ofen hineinbewegt werden kann.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen an verschiedenen Stellen unterschiedliche Temperaturen aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen