DE944209C - Process for the manufacture of semiconductor bodies - Google Patents
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Description
(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 7. JUNI 1956ISSUED JUNE 7, 1956
W 5787 VIII el2ΐξW 5787 VIII el2ΐξ
Die betrieblichen Besonderheiten von Vorrichtungen, bei welchen Halbleiterkörper Verwendung finden, werden durch die physikalischen und elektrischen Eigenschaften des Körpers bestimmt, die ihrerseits von dem Verunreinigungsgehalt des Halbleitermaterials abhängen. Von diesen Eigenschaften ist der Leitfähigkeitstyp des Halbleiterkörpers besonders bedeutungsvoll, und zwar in dem Sinne, daß der Halbleiterkörper nebeneinanderliegende Zonen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp besitzt.The operational peculiarities of devices in which semiconductor bodies are used are determined by the physical and electrical properties of the body that find in turn depend on the impurity content of the semiconductor material. Of these properties the conductivity type of the semiconductor body is particularly significant, namely in the sense that the semiconductor body adjacent zones of opposite conductivity type owns.
Die Erfindung geht von dem an sich bekannten Verfahren aus, Kristalle durch Herausziehen eines Impfkristalls aus einer Schmelze herzustellen und dabei der Schmelze Zusätze beizugeben, welche die Leitfähigkeit des Kristalls beeinflussen. Das Herausziehen des Impfkristalls erfolgt bei diesem Verfahren in der Weise, daß dem von dem Keimkörper mitgeführten Material zwecks Erstarrung Gelegenheit zur Abkühlung gegeben wird.The invention is based on the method known per se, crystals by pulling out a Produce seed crystal from a melt and add additives to the melt, which the Affect the conductivity of the crystal. This procedure involves pulling out the seed crystal in such a way that the material carried along by the seed body for the purpose of solidification An opportunity to cool down is given.
Dieses bekannte Verfahren beschränkt sich auf die Herstellung von Halbleiterkörpern mit bevorzugter Ionenleitung, wobei die der Schmelze beigegebenen Zusätze zwar die Leitfähigkeit des daraus gewonnenen Kristalls beeinflussen, ohne aber den Leitfähigkeitstyp zu ändern.This known method is limited to the production of semiconductor bodies with preferred Ionic conduction, whereby the additives added to the melt reduce the conductivity of the resulting the obtained crystal, but without changing the conductivity type.
Die Erfindung betrifft demgegenüber ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers, bei dem ein Keimkörper in die Schmelze eines Halbleitermaterials eingeführt und danach aus der Schmelze in solcher Weise herausgezogen wird, daß er geschmolzenes Material mitführt und demIn contrast, the invention relates to a method for producing a semiconductor body which a seed body is introduced into the melt of a semiconductor material and then out of the Melt is pulled out in such a way that it entrains molten material and the
mitgeführten Material zwecks Erstarrung Gelegenheit zur Abkühlung gegeben wird. Erfindungsgemäß wird eine Schmelze aus elektronischem Halbleitermaterial von einem bestimrnten Leitfähigkeitstyp verwendet und ihr während des Ziehvorgangs ein solches Veruniieinigungsmaterial zugesetzt, welches den Leitfähigkeitstyp der Schmelze ändert und in dem hexausgezogenen Kristall getrennte Zonen von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp. ergibt.Material carried along is given the opportunity to cool down for the purpose of solidification. According to the invention becomes a melt of electronic semiconductor material of a certain conductivity type used and added such a cleaning material to it during the drawing process, which changes the conductivity type of the melt and in the hex-pulled crystal separate zones of different conductivity types. results.
Bei einer speziellen Ausführungsform, wobei ein länglicher Kristall oder Stab durch die stufenweise Entfernung des Keimes gebildet wird, wird die Leitfähigkeit bzw. der Leitfähigkeitstyp der Schmelze wahlweise ein oder mehrmals in einer vorbestimmten Weise geändert, um in entsprechender Weise die Eigenschaften aufeinanderfolgender Bereiche oder Zonen des entstehenden Kristalles zu steuern. Wenn beispielsweise bei einer Schmelze, die anfänglich aus Germaniummaterial vom N-Leitfähigkeitstyp besteht, ein Teil des Kristalls mit N-Leitfähigkeitstyp gebildet worden ist, wird eine Nehmerverunreinigung, wie z. B. Gallium, der Schmelze in solchen Mengen zugegeben, welche ausreichen, um die Schmelze in den P-Typ umzuwandeln. Infolgedessen hat der anschließend gebildete Teil des Kristalls P-Typ. Später wird während des Ziehens des Kristalls eine Geberverunreinigung, wie z. B. Antimon oder Arsen, der Schmelze zugegeben, um sie in den N-Typ zu überführen, so daß der nächstfolgende Teil des gezogenen Kristalls vom N-Typ ist. Auf diese Weise entstehen aufeinanderfolgende, zusammenhängende Zonen oder Bereiche des endgültigen Kristalls mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, jIn a special embodiment, an elongated crystal or rod through the stepwise Removal of the nucleus is formed, the conductivity or the conductivity type is the Melt optionally changed one or more times in a predetermined manner in order to be appropriate Modify the properties of successive areas or zones of the resulting crystal to control. If, for example, a melt that initially consists of germanium material of the N conductivity type, a part of the N conductivity type crystal has been formed is, a slave contamination, such as. B. Gallium, added to the melt in such amounts, which are sufficient to convert the melt into the P-type. As a result, he subsequently formed part of the P-type crystal. Later while pulling the crystal a donor contamination such. B. antimony or arsenic, added to the melt to make them into the N-type so that the next successive part of the pulled crystal is of the N-type. on this creates successive, contiguous zones or areas of the final Crystal of opposite conductivity type, j
Die Schmelze kann natürlich anfänglich P-Leitfähigkeitstyp haben und während der Bildung des Kristalls durch Zugabe einer Geberverunreinigung zum N-Typ umgewandelt werden und danach wiederum P-Typ erhalten, indem eine Nehmerverunreinigung zugesetzt wird. Des weiteren braucht die Menge an Geber- oder Nehmermaterial, welche der Schmelze zugesetzt wird, nicht ausreichen, um den Leitfähigkeitstyp der Schmelze zu verändern. Die Menge kann beispielsweise so gesteuert werden, daß die Leitfähigkeit des entstehenden Kristalls verändert wird, um beispielsweise den Widerstand der N-Zone oder der P-Zone oder beider Zonen auf entgegengesetzten Seiten der Verbindungssteile in Richtung zu oder von der letzte- - - ren stufenweise zu verändern.The melt can of course initially be of P conductivity type and during the formation of the Crystal can be converted to N-type by adding a donor impurity and thereafter again obtained P-type by adding a slave impurity. Furthermore needs the amount of donor or recipient material that is added to the melt is not sufficient to change the conductivity type of the melt. The amount can be controlled, for example, that the conductivity of the resulting crystal is changed, for example by the Resistance of the N-zone or the P-zone or both zones on opposite sides of the connecting parts towards or from the latter - - to gradually change.
Bei Körpern, die nach dem Verfahren gemäßIn the case of bodies that are produced according to the procedure according to
der Erfindung hergestellt sind, ist die-Lebensdauer der Ladungsträger groß, während die Körper selbst gleichmäßige oder gleichmäßig abgestufte Charakteristiken aufweisen.of the invention is the lifespan the charge carriers are large, while the bodies themselves are uniform or evenly graduated Have characteristics.
Die Erfindung wird klarer und vollständiger verständlich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung, und zwar im Zusammenhang mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtThe invention will be more clearly and fully understood from the following detailed description, taken in context with the drawing. In the drawing shows
Fig. ι die Ansicht einer Ausführung der Vorrichtung, welche für die Durchführung der Verfahren gemäß der Erfindung Verwendung finden kann; ein Teil der Vorrichtung ist weggebrochen, andere Teile sind im Schnitt dargestellt, um Einzelheiten deutlicher zu veranschaulichen,Fig. Ι the view of an embodiment of the device, which can be used for carrying out the method according to the invention; part of the device has broken off, other parts are shown in section to show details more clearly,
Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer Vorrichtungfür die Einführung der Verunreinigung; die Vorrichtung bildet einen Teil des Gerätes nach ' Fig. ι und ist in auseinandergenommenem Zustand gezeigt,Fig. 2 is a perspective view of a device for the introduction of pollution; the device reproduces part of the device ' Fig. Ι and is shown in a disassembled state,
Fig. 3 einen typischen Kristall aus Halbleitermaterial, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gewonnen worden ist,Fig. 3 shows a typical crystal of semiconductor material produced by the method according to the invention has been won
Fig. 4 die Darstellung einer anderen Vorrichtung,.. die für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung Verwendung finden kann.Fig. 4 shows another device, .. which can be used for carrying out the method according to the invention.
Die Erfindung soll, nachstehend in spezieller Be- ■ ziehung zur Herstellung von Einkristallen aus Germanium beschrieben werden, und zwar unter Anwendung eines Verfahrens, bei welchem Antimon als Geberverunreinigung und Gallium als Nehmerverunreinigung Verwendung finden. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung auch zur Herstellung von Einkristallen aus Silizium Verwendung finden kann und daß andere Geber- und Nehmerverunreinigungen verwendet werden können. Zu den Geberverunreinigungen, die sowohl bei Silizium als auch bei Germanium verwendet werden können, gehören Phosphor, Arsen sowie Anti- go mon; als weitere Nehmerverunreinigungen sind Bor, Aluminium und Indium an Stelle von Gallium verfügbar.The invention is intended, hereinafter in a specific manner drawing for the production of single crystals from germanium are described, namely under Application of a process in which antimony as a donor impurity and gallium as Find recipient contamination use. It should be noted, however, that the invention can also be used for manufacture of silicon single crystals can be used and that other donor and recipient impurities can be used. About the encoder impurities that are used in both silicon and germanium can include phosphorus, arsenic as well as antigone; than are further recipient impurities Boron, aluminum and indium available in place of gallium.
Das verwendete Ausgangsmaterial kann Silizium oder Germanium von beliebigem Leitfähig- keitstyp sein. JThe raw material used can be silicon or germanium of any conductivity be the type of person. J
Nach der Zeichnung besitzt das in Fig. 1 veranschaulichte Gerät eine Grundplatte 10 mit darauf befestigter Glocke 11; für die Durchspülung der Glocke 11 mit einem geeigneten Gas, z. B. Wasserstoff oder Helium, sind Einlaß- und Auslaßöffnungen 12 und 13 vorgesehen. Von der- Grundplatte 10 erstreckt sich ein Ständer 14 in das Innere der Glocke; auf diesem Ständer ist ein vorzugsweise aus Kohlenstoff gefertigter Tiegel 15 angebracht, der eine Germaniumschmelze enthalt. Für Siliziumschmelzen können Quarztiegel Verwendung finden. Der Tiegel enthält eine Charge 16 aus Halbleitermaterial von irgendwelchem Leitfähigkeitstyp, welches durch induktive Heizung, die mittels einer am eine Hochfrequenzquelle 18 an- ·. geschlossenen Spule bewerkstelligt wird, verflüssigt. According to the drawing, that illustrated in FIG. 1 has Device has a base plate 10 with a bell 11 attached thereon; for flushing the Bell 11 with a suitable gas, e.g. B. hydrogen or helium, inlet and outlet ports 12 and 13 are provided. From the base plate 10 a post 14 extends into the interior of the bell; on this stand is a preferred one Made of carbon crucible 15 attached, which contains a germanium melt. For silicon melts quartz crucibles can be used. The crucible contains a batch of 16 Semiconductor material of any conductivity type produced by inductive heating, the by means of an on to a high frequency source 18 ·. closed coil is accomplished, liquefied.
Gegenüber der freien Oberfläche der Charge 16 befindet sich ein Keim 19, welcher an einer Stange sitzt, die mit dem Gewicht 21 verbunden ist. Das Gewicht 21 ist in der Längsrichtung in einer Gleitführung 22 bewegbar und ist mittels eines Drahtes 23 aufgehängt, welcher über Rollen 24 führt und an eine Platte 25 angeschlossen ist. Die Platte 25 sitzt mittels Gewinde auf einer Antriebsspindel 26, welche bei Verdrehung mittels eines Motors 27 die Platte 25 hebt und senkt und den Keim 19 in entsprechender Weise bewegt.Opposite the free surface of the charge 16 is a germ 19 which is attached to a rod seated, which is connected to the weight 21. The weight 21 is in a longitudinal direction Slideway 22 is movable and is suspended by means of a wire 23 which runs over rollers 24 leads and is connected to a plate 25. The plate 25 is seated by means of a thread on a drive spindle 26, which when rotated by means of a Motor 27 raises and lowers the plate 25 and moves the germ 19 in a corresponding manner.
In die Glocke 11 ragt ein Rohr, dessen inneres aas Ende zu einem ringförmigen Teil 28 gestaltet ist,In the bell 11 protrudes a pipe, the inner aas The end is designed into an annular part 28,
der eine Vielzahl von öffnungen aufweist, durch welche Ströme eines geeigneten Gases zur Bespülung des in der nachstehend beschriebenen Weise gezogenen Materials austreten können. Das Gas kann beispielsweise Wasserstoff sein, der von einer nicht dargestellten Quelle in das Rohr eingeführt wird; der Wasserstoff kann mit etwas Wasserdampf beladen sein, der aus einem Behälter 29 für destilliertes Wasser stammt; der Behälter 29 ist mittels eines Ventilsystems 30 an das Rohr angeschlossen. which has a plurality of openings through which flows of a suitable gas for purging of the material drawn in the manner described below. The gas can for example be hydrogen introduced into the pipe from a source not shown will; the hydrogen can be loaded with some water vapor from a container 29 for distilled water originates; the container 29 is connected to the pipe by means of a valve system 30.
Die Einrichtung nach Fig. 1 enthält außerdem einen Mechanismus, der in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, und der dazu dient, bestimmende Verunreinigungen wahlweise in die Charge 16 innerhalb des Tiegels 15 einzuführen. Dieser Mechanismus besitzt eine erste Platte 32 mit einer Einzelöffnung, die in einen hahnartigen Zapfen 33 mündet, der bis über den Tiegel 15 reicht. Eine zweite Platte 34, die auf der Platte 32 aufliegt und auf derselben verschiebbar ist, kann mittels eines Hebels 37 verschwenkt werden und enthält ein Paar in Abstand voneinander liegende Ausnehmungen 35. In jeder dieser Ausnehmungen befindet sich ein Kügelchen 363 bzw. 36^. Die Kügelchen 36 bestehen vorzugsweise aus Legierungen von Germanium und einer bestimmenden Verunreinigung; die Verunreinigung besteht bei dem einen Kügelchen aus einem Geber und bei dem anderen Kügelchen aus einem Nehmer. Die beiden Ausnehmungen 35 können mit dem Einlaß und dem Zapfen 33 ausgerichtet werden, indem man die Platte 34 verschwenkt. Das in der jeweils ausgerichteten Ausnehmung befindliche Kügelchen gelangt dabei in den Zapfen 33 und von da aus in die Charge innerhalb des Tiegels 15.The device according to FIG. 1 also contains a mechanism which is shown enlarged in FIG is, and which serves to selectively impurities in the batch 16 within of the crucible 15 to be introduced. This mechanism has a first plate 32 with a Individual opening that opens into a tap-like pin 33 that extends over the crucible 15. One second plate 34, which rests on the plate 32 and is displaceable on the same, can by means of a lever 37 and contains a pair of spaced apart recesses 35. In each of these recesses there is a ball 363 or 36 ^. The globules 36 are preferably made of alloys of germanium and a major impurity; the contamination consists of a donor in one bead and in the other Pellets from a taker. The two recesses 35 can with the inlet and the Pin 33 can be aligned by pivoting plate 34. That in the respectively aligned The ball located in the recess enters the pin 33 and from there into the batch within the crucible 15.
In dem Tiegel 15 ist ein Rührer 50 angeordnet der mittels der Stange 51 betätigt werden kann. Beim Ziehen des Kristalls wird die Charge ιό innerhalb des Tiegels 15 mit Hilfe der Spule 17 erhitzt und in schmelzflüssigem Zustande gehalten. Der Motor 27 wird so betätigt, daß der Keim 19 teilweise in die geschmolzene Masse eintaucht; danach wird der Motor so betrieben, daß der Keim aus der Masse herausgezogen wird, und zwar mit solcher Geschwindigkeit, daß ein Teil des geschmolzenen Materials mitgeführt wird. Die Geschwindigkeit ist dabei so gewählt, daß das geschmolzene Material kristallisiert.A stirrer 50 is arranged in the crucible 15 which can be operated by means of the rod 51. When pulling the crystal, the charge becomes ιό heated inside the crucible 15 with the aid of the coil 17 and kept in a molten state. The motor 27 is operated so that the nucleus 19 is partially immersed in the molten mass; thereafter the engine is operated so that the germ is pulled out of the mass, with such a speed that some of the molten material is entrained. the The speed is chosen so that the molten material crystallizes.
Der Leitfähigkeitstyp des aus dem Tiegel herausgezogenen Materials hängt natürlich von'dem Ausgleich der Geber-Nehmer-Verunreinigung in dem Material ab. Wenn beispielsweise die Geberverunreinigung in der Ausgangscharge im wirksamen Überschuß vorhanden ist, so wird der abgezogene Teil der Masse vom N-Leitfähigkeitstyp sein. In einem vorbestimmten Zeitpunkt des Abziehvorganges kann die Platte 34 bewegt werden, wodurch dasjenige Kügelchen 36, welches die Nehmerverunreinigung enthält, in die Schmelze eingeführt wird. Die Menge an Nehmerverunreinigung ist genügend groß gehalten, um die geschmolzene Masse zu dem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu überführen. Wenn somit der Keim weiter entfernt wird, so besitzt der nächste Teil des 6g gebildeten Kristalls P-Leitfähigkeitstyp und bildet mit dem erstgezogenen Teil eine Verbindungsstelle. Wenn danach die Platte 34 betätigt wird, um das Kügelchen 36 mit Geberverunreinigung in .die Schmelze einzuführen, so wird die in dem Tiegel befindliche Masse vom P- zum N-Leitfähigkeitstyp übergeführt. Das anschließend abgezogene Material wird ebenfalls vom N-Leitfähigkeitstyp sein. Auf diese Weise werden durch wahlweise Einführung von Verunreinigungen in die Schmelze während der Entfernung des Keimes zusammenhängende Zonen von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp innerhalb des abgezogenen Materials und innerhalb des endgültigen Kristalls erzeugt.The conductivity type of the material withdrawn from the crucible naturally depends on it Compensation for the donor-receiver contamination in the material. For example, if the encoder contamination is present in effective excess in the starting charge, the amount withdrawn is withdrawn Be part of the mass of the N conductivity type. At a predetermined point in time during the peeling process the plate 34 can be moved, whereby that bead 36, which contains the recipient impurity, into the melt is introduced. The amount of recipient contamination is kept large enough to cause the molten To convert ground to the opposite conductivity type. So if the germ is further removed, the next part of the formed crystal 6g has P conductivity type and forms a connection point with the first drawn part. If then the plate 34 is actuated to the Introducing beads 36 with donor contamination into the melt, so that in the crucible existing mass of P- to N-conductivity type transferred. The subsequently withdrawn material will also be of the N conductivity type. In this way, through optional introduction of impurities related to the melt during the removal of the germ Zones of different conductivity types within and within the withdrawn material of the final crystal.
Ein typischer, der Erfindung gemäß hergestellter Kristall ist in Fig. 3 veranschaulicht. Wie gezeigt, besteht er aus dem Keim 19, an welchen sich nacheinander Zonen vom N-, P- und N-Leitfähigkeitstyp anschließen.A typical crystal made in accordance with the invention is illustrated in FIG. As shown, it consists of the nucleus 19, on which zones of the N, P and N conductivity types are located one after the other connect.
Es ist natürlich verständlich, daß die Charge 16 anfänglich vom P-Leitfähigkeitstyp sein kann und daß durch die Einführung geeigneter Verunreinigungen zunächst auf N-Leitfähigkeitstyp und anschließend wieder auf P-Leitfähigkeitstyp übergegangen wird. Es ist weiterhin verständlich, daß jede beliebige Anzahl von Wechseln hinsichtlich des Leitfähigkeitstyps der Schmelze während der Herstellung eines Einkristalls vorgenommen werden können.It will of course be understood that the charge 16 may initially be of the P conductivity type and that the introduction of suitable impurities will first switch to the N conductivity type and then again to the P conductivity type. It will also be understood that any number of changes in the conductivity type of the melt can be made during the manufacture of a single crystal.
Nach einer für die Erfindung beispielhaften Ausführung wurde ein Germaniumkörper mit einer N-P-Verbindungsstelle aus einer Ausgangsmenge von N-Typ-Germanium von rund 50 g hergestellt; die P-N-Verbindungsstelle lag etwa in halber Höhe der gezogenen Kristallänge; die für die Um-Wandlung der Masse zum P-Typ zugesetzte Legierung bestand aus einem 20 mg schweren Kügelchen, einer Legierung von 0,2 % Gallium in Germanium. Der gesamte Wasserstoffstrom in dem Gerät betrug angenähert 2,8 m3 pro Stunde, wovon etwa 0,057m3 Pro Stunde auf die den wachsenden Kristall bespülenden Strahlen entfielen.According to an embodiment that is exemplary of the invention, a germanium body with an NP junction was produced from an initial quantity of N-type germanium of around 50 g; the PN junction was about halfway up the drawn crystal length; the alloy added to convert the mass to P-type consisted of a 20 mg pellet, an alloy of 0.2% gallium in germanium. The total hydrogen flow in the apparatus was approximately 2,8 m 3 per hour, of which about 0,057 m3 P ro hour which accounted for the growing crystal bespülenden rays.
Bei einem typischen Element, welches eine in dieser Weise hergestellte P-N-Verbindungsstelle enthielt, betrug der spezifische Widerstand auf der N-Typ-Seite der Verbindungsstelle 6-Ohm-Zentimeter und auf der P-Typ-Seite der Verbindungsstelle 0,6-Ohm-Zentimeter. Die Ladungsträger auf beiden Seiten der Verbindungsstelle hatten eine Lebensdauer in der Größenordnung von 70 bis 100 Mikrosekunden. Diese Werte sind im wesentlichen denjenigen gleich, welche für den Verbindungsbereich festgestellt wurden; sie sind als groß anzusehen. A typical element which has a P-N junction made in this manner contained, the specific resistance on the N-type side of the joint was 6 ohm-centimeter and on the P-type side of the junction, 0.6 ohm-centimeter. The load carrier on both sides of the joint had a life of the order of 70 to 100 Microseconds. These values are essentially the same as those found for the joint area; they are to be regarded as large.
Als weiteres Beispiel wurde ein Germaniumelement mit einer P-Typ-Zone, die zwischen zwei N-Typ-Zonen liegt und mit denselben zusammenhängt, in der folgenden Weise hergestellt: Ausgehend von einer N-Typ-Schmelze wurde ein N-Teil oder eine N-Zone gezüchtet; danach wurde ein Kügelchen aus einer Gallium-Germanium-As another example, consider a germanium element with a P-type zone sandwiched between two N-type zones and are related to them, made in the following way: Outgoing an N part or an N zone was grown from an N-type melt; after that became a globule from a gallium germanium
Legierung der oben beschriebenen Art während der Züchtung des Kristalls in die Schmelze aufgegeben, um dadurch eine N-P-Verbindung und daran anschließend einen P-Abschnitt oder eine P-Zone in dem abgezogenen Kristall zu erzeugen. Danach, d. h. wenige Sekunden nach Einführung des ersten Kügelchens, wurde ein 0,5 mg schweres Kügelchen einer Legierung aus Germanium mit 6,4 % Antimon in die Schmelze aufgegeben, wodurch die Schmelze zum N-Typ zurückverwandelt wurde; auf diese Weise entstand ein N-Typ-Abschnitt durch Kristallisation. Der gewonnene Kristall war ein Einkristall aus Germanium, der eine dünne P-Typ-Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,75 mm zwischen ■ zwei Bereichen aus N-Typ-Germanium enthielt.Alloy of the type described above is added to the melt during the growth of the crystal, thereby creating an N-P connection and then a P section or a P zone in to generate the peeled crystal. After that, d. H. a few seconds after the introduction of the first Bead, was a 0.5 mg bead of an alloy of germanium with 6.4% antimony added to the melt, thereby converting the melt back to the N-type; thus, an N-type portion was formed by crystallization. The crystal obtained was a single crystal of germanium that has a thin P-type layer with a thickness on the order of magnitude of 0.75 mm between two regions of N-type germanium.
Die Vorrichtung nach Fig. 4 weist einen Trog 40 auf, durch welchen geschmolzenes Halbleitermaterial hindurchfließt. Das Material wird einem Behälter 41 entnommen, welcher mittels einer Induktionsspule 42 beheizt wird und mit dem Trog 40 über ein Ventil 43 verbunden ist. Das geschmolzene Material kann in einen zweiten Behälter 44 abgelassen werden, der über ein Ventil 45 an den Trog angeschlossen ist. Eine Zirkulation der Schmelze läßt sich mittels einer geeigneten Pumpe 46 bewerkstelligen. In dem zweiten Behälter 44 kann das Material gereinigt werden, indem man es durch eine geeignete, nicht dargestellte Reinigungskammer leitet, welche an den Behälter 44 über Öffnungen angeschlossen ist, von denen eine bei 47 gezeigt ist.The apparatus of FIG. 4 has a trough 40 through which molten semiconductor material flows. The material becomes one Container 41 removed, which is heated by means of an induction coil 42 and with the trough 40 is connected via a valve 43. The molten material can be placed in a second container 44 be drained, which is connected to the trough via a valve 45. A circulation of the Melt can be brought about by means of a suitable pump 46. In the second container 44 the material can be cleaned by passing it through a suitable cleaning chamber, not shown which is connected to the container 44 via openings, one of which at 47 is shown.
Ein Keim 190 wird teilweise in das geschmolzene Material innerhalb des Troges 40 eingetaucht und mit Hilfe eines geeigneten, nicht dargestellten Mechanismus in der gleichen Weise wie der Keim 19 bei dem vorbeschriebenen Beispiel entfernt, um einen Teil des geschmolzenen Materials mitzuführen. In das geschmolzene Material „können Stäbe 48a und 485 eingeführt werden, die aus einer Legierung aus Germanium und einer bestimmenden Verunreinigung bestehen. Der Stab 4S0 kann beispielsweise eine Geberverunreinigung und der Stab 485 eine Nehmerverunreinigung enthalten. Wenn der Keim 190 aus dem geschmolzenen, den Trog 40 durchfließenden Material entfernt wird, kann der Leitfähigkaitstyp der Schmelze geändert werden, indem man den einen oder den anderen der Stäbe 48 in die Masse einführt. Daraus ist ersichtlieh, daß, wie bei dem in Verbindung mit Fig. 1 vorbeschriebenen Verfahren, der Leitfähigkeitstyp aufeinanderfolgender Zonen des aus der Schmelze durch Aufwärtsbewegung des Keimes 190 abgezogenen Materials verändert werden kann, so daß Einkristalle von N-P-N-Typ oder P-N-P-Typ hergestellt werden.A seed 190 is partially immersed in the molten material within the trough 40 and removed by means of a suitable mechanism, not shown, in the same way as the seed 19 in the example described above, in order to entrain part of the molten material. Into the molten material "rods 48 can be inserted a and 485, which consist of an alloy of germanium and a determined impurity. For example, rod 4S 0 may contain a donor contamination and rod 485 may contain a slave contamination. When the seed 190 is removed from the molten material flowing through the trough 40, the conductivity type of the melt can be changed by inserting one or the other of the rods 48 into the mass. From this it can be seen that, as in the process described above in connection with Fig. 1, the conductivity type of successive zones of the material withdrawn from the melt by upward movement of the seed 190 can be changed so that single crystals of the NPN type or the PNP type are produced .
Wenn auch die Erfindung bisher in Verbindung mit der Änderung des Leitfähigkeitstyps der Schmelze und infolgedessen auch des sich ergebenden Einkristalls 'erläutert wurde, so ist doch verständlich, daß durch entsprechende Einstellung der Menge an Geber- oder Nehmerverunreinigungen, die in die Schmelze eingeführt werden, eine wahlweise und vorbestimmte Änderung hinsichtlich der Leitfähigkeit des Materials und infolgedessen auch der aufeinanderfolgenden Bereiche oder Zonen des endgültigen Kristalls verwirklicht werden kann.Even if the invention so far in connection with the change of the conductivity type of Melt and consequently also of the resulting single crystal was explained, so it is understandable that by setting the amount of donor or receiver contamination, introduced into the melt, an optional and predetermined change in Conductivity of the material and consequently also of the successive areas or zones of the final crystal can be realized.
Die Erfindung wurde unter besonderem Hinweis auf die Einführung der bestimmenden Verunreinigung in festem Zustand beschrieben; eine solche Verunreinigung kann aber auch auf andere Weise in die Schmelze eingeführt werden, beispielsweise in Form eines Gases, welches z. B. durch eine Düse gegen die Schmelze gerichtet wird; die Düse wird dabei nahe der Oberfläche der Schmelze angebracht. Zu den verwendbaren Gasen gehören beispielsweise Borhydrid und Antimonhydrid.The invention was made with particular reference to the introduction of the determining impurity written in solid state; however, such contamination can also occur in other ways be introduced into the melt, for example in the form of a gas which z. B. through a nozzle directed against the melt; the nozzle is attached near the surface of the melt. Usable gases include, for example, borohydride and antimony hydride.
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