DE962553C - Process for the production of monocrystalline semiconductor bodies in the form of hollow cylinders by drawing from the melt - Google Patents
Process for the production of monocrystalline semiconductor bodies in the form of hollow cylinders by drawing from the meltInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von einkristallinen Halbleiterkörpern in Form von Hohlzylindern durch Ziehen aus der Schmelze Bereits mehrfach sind Verfahren beschrieben worden, um Halbleiterkörper in einkristalliner Form durch Ziehen aus der Schmelze herzustellen. Man bediente sich dabei gewöhnlich eines stabförmigen einkristallinen Impfkristalls, der um seine eigene Achse rotierend aus der Schmelze gezogen wurde und an den das Material des Halbleiterkörpers sodann einkristallin anwuchs. Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß die so gewonnenen Einkristalle in der Form, wie sie aus der Schmelze gezogen werden, noch nicht betriebsfertig sind, sondern durch mechanische Bearbeitung zerlegt werden müssen, um Halbleiterkörper brauchbarer Größe zu erzielen.. Die aus der Schmelze gezogenen Halbleiterkörper sind meist schon deswegen nicht sofort betriebsfertig, weil sie zufolge ihres gewöhnlich in-der Größenordnung von mehreren Zentimetern liegenden Durchmessers sehr starke Ströme führen könnten und die Wärmeabfuhr, die erforderlich wäre, nur sehr schwer zu bewerkstelligen wäre.Process for the production of monocrystalline semiconductor bodies in Form of hollow cylinders by drawing from the melt. There are already several processes has been described to produce semiconductor bodies in monocrystalline form by pulling out of the melt. One usually used a stick-shaped one single-crystalline seed crystal, which rotates around its own axis from the melt was drawn and to which the material of the semiconductor body is then monocrystalline grew. The known methods have the disadvantage that the single crystals obtained in this way in the form in which they are drawn from the melt, not yet ready for use are, but must be disassembled by mechanical processing to form semiconductor bodies to achieve usable size .. The semiconductor body drawn from the melt are usually not immediately ready for use because they are common very strong in the order of several centimeters in diameter Currents and the heat dissipation that would be required is very difficult to be accomplished.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von einkristallinen Halbleiterkörpern in Form von Hohlzylindern durch Ziehen aus der Schmelze mittels eines einkristallinen Impfkristalls, das sich von den bisher bekannten dadurch erfindungsgemäß unterscheidet, daß der Impfkristall die Form eines Ringes hat, der mit einer seiner nicht gekrümmten Flächen in die Schmelze eintaucht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Halbleiterkörper in Form von Hohlzylindern herzustellen, die zufolge ihrer verhältnismäßig großen Oberfläche bereits in der gezogenen Form geeignet sind, in elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen. Verwendung zu finden.The invention relates to a method for the production of monocrystalline Semiconductor bodies in the form of hollow cylinders by drawing from the melt by means of a single-crystalline seed crystal, which differs from the previously known thereby according to the invention distinguishes that the seed crystal has the shape of a ring, which with one of its non-curved surfaces are immersed in the melt. The method according to the invention enables it is to manufacture semiconductor bodies in the form of hollow cylinders, which, due to their relatively large surface area, are already in the drawn form are suitable in electrically asymmetrically conductive systems. To find use.
Besonders vielseitig verwendbar sind.diese Halbleiterkörper, wenn erfindungsgemäß der Kristall aus einem Tiegel gezogen wird, dessen Öffnung ebenfalls ringförmig, vorzugsweise der Form des Impfkristalls ähnlich ist. Es wird jedoch besonders vorteilhaft sein, den Impfkristall und/oder die Tiegelöffnung kreisförmig auszubilden, da hierdurch besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich der Gleichmäßigkeit, beispielsweise der Temperaturverhältnisse, während des Herstellungsverfahrens erzielt werden. Diese Gleichmäßigkeit begünstigt z. B. ein, gLeichmHiges Wachstran an der gesamten eingetauchten Fläche des Ringes, die noch dadurch erhöht werden kann, daß der Impfkristall während des Ziehens um seine Achse rotiert. Die Achse verläuft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch nicht durch die Masse des Impfkristalls.These semiconductor bodies are particularly versatile if according to the invention, the crystal is pulled from a crucible, its opening also ring-shaped, preferably similar to the shape of the seed crystal. It will, however be particularly advantageous, the seed crystal and / or the crucible opening circular to be trained, as this results in particularly favorable conditions in terms of uniformity, for example the temperature conditions, achieved during the manufacturing process will. This uniformity favors z. B. a, uniform wax oil on the total immersed area of the ring, which can be increased by the fact that the seed crystal rotates around its axis during the pulling process. The axis runs in the method according to the invention, however, not through the mass of the seed crystal.
Je nach der Art des zu erzeugenden Kristalls wird man die Schmelze, aus der er gezogen wird, mit Störstellen versetzen, die zur Erzielung des gewünschten Leitfähigkeitscharakters dienen können.Depending on the type of crystal to be produced, the melt will be from which it is drawn, offset with imperfections necessary to achieve the desired Can serve conductivity character.
Indessen ist .es auch möglich, das Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkristallen zu verwenden, die mehrere in Richtung des Kristallwachstums aufeinanderfolgende Zonen mit von Zone zu Zone wechselndem Leitfähigkeitscharakter enthalten. Dies wird dadurch bewirkt, daß der Kristall aus einer im wesentlichen aus dem reinen Material des Halbleiters bestehenden Schmelze gezogen wird, die sowohl Domtor- als auch Akzeptorverunreinigungen, und zwar in einem solchem. Verhältnis. enthält, daß es eine zufolge der unterschiedlichen Abscheidungskoeffizienten der Verunreinigungen für dieses Verhältnis kritischeWachstumsgeschwindigkeit gibt, bei der der gezogene Kristall Eigenleitung zeigt. Bei einer über dieser. kritischen Wachstumsgeschwindigkeit liegenden Wachstumsgeschwindigkeit wird nun die eine Verunreinigungsart, beispielsweise die Donatoren., zu einem höheren Grad in den wachsenden Kristall eingebaut als die Akzeptoren, während bei einer unter dieser kritischenWachstumsgeschwindigkeit liegenden.Wachstumsgeschwindigkeit die andere Verunreinigungsart, beispielsweise die Akzeptoren, zu einem höheren Grad in den wachsenden Kristall eingebaut wird als die Donatoren. Man erzielt dadurch also eine Schichtenfolge in dem Kristall, deren Leitfähigkeitscharakter alternierend wechselt. Es ist ersichtlich, daß derartige Körper sich leicht in Gleichrichter- oder Kristallverstärker einbauen lassen und zugleich einer guten Kühlung zugänglich sind.However, it is also possible to use the method for producing semiconductor crystals to use the several successive in the direction of crystal growth Contain zones with conductivity characteristics that change from zone to zone. this will thereby causes the crystal to consist of an essentially pure material the existing melt of the semiconductor is drawn, which contains both Domtor and acceptor impurities, in such a way. Relationship. contains that there is one according to the different Deposition coefficients of the impurities for this ratio critical growth rate where the pulled crystal shows intrinsic conduction. With one above this. critical Growth speed lying growth speed is now the one type of contamination, for example the donors., to a greater degree in the growing crystal incorporated than the acceptors while at below this critical growth rate the other type of contamination, for example the acceptors, is incorporated into the growing crystal to a greater degree than the donors. In this way one achieves a sequence of layers in the crystal, whose conductivity character changes alternately. It can be seen that such Bodies can be easily built into rectifier or crystal amplifiers and are also accessible to good cooling.
Reicht jedoch das Sperrvermögen eines p-n-Überganges nicht aus, so kann man mit dem vorbeschriebenen Verfahren Halbleiterkörper herstellen, bei denen Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitscharakters in der Wachstumsrichtung des Kristalls abwechselnd aufeinanderfolgen und bei denen die Übergänge zwischen den Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitscharakters in ihrer Breite derart unterschiedlich sind, daß sich an jedem zweiten Übergang eine Sperrschicht ausbildet und die so gebildeten Sperrschichten gemeinsam in gleicher Stromrichtung durch den Halbleiterkörper sperren bzw. durchlassen, während die dazwischenliegenden mindestens nahezu sperrschichtfrei sind. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Zonenfolge durch Änderung der Wachstumsgeschwindigkeit erzeugt und an Übergängen, die eine Sperrschicht erhalten sollen, die. Änderung der Wachstumsgeschwindigkeit schneller vorgenommen wird als bei den in entgegengesetztem Sinne erfolgenden Änderungen der Wachstumsgeschwindigkeit, die zu mindestens nahezu sperrschichtfreien Übergängen führen. Es lassen sich also auf diese Weise Gleichrichter herstellen, die eine ungewöhnlich hohe Sperrspannung aufweisen und dennoch nur einen Halbleiterkristall enthalten. nie Ausbildung dieses Halbleiterkörpers als Hohlzylinder ermöglicht es, seine elektrischen Eigenschaften voll auszuschöpfen und die frei werdende Wärme gut abzuführen.However, if the blocking capacity of a p-n junction is not sufficient, so you can use the method described above to produce semiconductor bodies in which Zones of different conductivity in the direction of growth of the crystal alternate with each other and in which the transitions between the zones are different Conductivity character are so different in their breadth that on every second transition forms a barrier layer and the barrier layers thus formed block or allow through the semiconductor body together in the same current direction, while those in between are at least almost free of barrier layers. this will thereby causes the zone sequence by changing the growth rate generated and at junctions that are to receive a barrier layer that. modification the rate of growth is made faster than in the case of the opposite Meaning taking place changes in the rate of growth that are at least nearly Lead free transitions. It can be rectified in this way produce that have an unusually high reverse voltage and yet only one Semiconductor crystal included. never training this semiconductor body as a hollow cylinder allows it to fully exploit its electrical properties and those freely dissipate the heat that is being generated.
Die Änderung der Wachstumsgeschwindigkeit kann dabei durch Änderung der der Schmelze zugeführten Heizleistung und/oder Änderung der Ziehgeschwindigkeit bewirkt werden. Es ist besonders vorteilhaft, das Verfahren im Vakuum oder unter Schutzgas auszuüben, weil dadurch zusätzliche Verunreinigungen aus der umgebenden Atmosphäre vermieden. werden. Bei. Stoffen, die bei der erforderlichen Schmelztemperatur bereits einen; sehr hohen Dampfdruck haben, empfiehlt sich zur Verminderung des Dampfdruckes bzw. dies Abdampfens des, Materials die Anwendung eines Schutzgases. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Halbleiterkörpern, die aus Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung oder aus Legierungen, mit diesen Stoffen besteht. Der erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterkörper kann, soweit erforderlich, nach dem Ziehen noch einer formgebenden Bearbeitung urverworfen werden.The change in the rate of growth can be done by changing the heating power supplied to the melt and / or change in the drawing speed be effected. It is particularly advantageous to run the process in a vacuum or under Exercise protective gas, because it creates additional impurities from the surrounding area Atmosphere avoided. will. At. Substances that are at the required melting temperature already one; very high vapor pressure is recommended to reduce the Vapor pressure or this evaporation of the material, the use of a protective gas. The method according to the invention is particularly suitable for the production of semiconductor bodies, those made of germanium, silicon or an intermetallic compound or of alloys, with these substances. The semiconductor body produced according to the invention can if necessary, after drawing, a shaping processing was originally discarded will.
Elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme, wie Trockengleichrichter oder Kristallverstärker, insbesondere Transistoren, die mit Halbleiterkörpern versehen sind, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, werden mit Vorteil an zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, Flächen, die ein=der gegenüberliegen, mit Elektroden kontaktiert. Mit besonderem Vorteil wind eine der der Kontaktierung dienenden Elektroden als, mechanische Halterung des. Halbleiterkörpers benutzt. Eine besonders wirksame Kühlung kommt zustande, wenn eine der Elektroden; mit einem Kühlmittel in wärmeleitender Verbindung steht. Dies wird mit Vorteil dadurch bewirkt, daß die Elektrode einen Teil eines von dem Kühlmittel durchströmten Röhrensystems darstellt. Die Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und den Elektroden, die zur Kontaktierung dient, wird mit besonderem Vorteil mit Substanzen vorgenommen, die mindestens teilweise aus einem Material bestehen, das den Leitfähigkeitscharakter des Halbleiterkörpers in der Umgebung der kontaktierten Fläche ändert.Electrically asymmetrically conductive systems, such as dry rectifiers or crystal amplifiers, in particular transistors, which are provided with semiconductor bodies which have been produced by the process according to the invention with advantage on two substantially parallel to each other, surfaces that on = the opposite, contacted with electrodes. With a particular advantage wind one of the electrodes used for contacting as a mechanical holder of the. Semiconductor body used. A particularly effective cooling comes about when one of the electrodes; is in thermally conductive connection with a coolant. this is advantageously effected in that the electrode is part of one of the coolant represents flowed through pipe system. The connection between the semiconductor body and the electrodes that are used for contacting, will be with special Advantage made with substances that are at least partially made of one material exist that the conductivity character of the semiconductor body in the environment the contacted area changes.
Für bestimmte Zwecke ist es auch möglich, die Halbleiterkörper der- Systeme aus Teilen zusammenzusetzen, die die Form von Ausschnitten aus einem Hohlzylinder aufweisen.For certain purposes it is also possible to use the semiconductor bodies of the Assemble systems from parts that have the shape of cutouts from a hollow cylinder exhibit.
Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung eine Anordnung zum Ziehen von Halbleiterkörpern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie drei Trockengleichrichter, die mit Halbleiterkörpern versehen sind, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.The figures show an arrangement in a partially schematic representation for pulling semiconductor bodies by the method according to the invention and three Dry rectifier which are provided with semiconductor bodies, which according to the invention Process are produced.
In Fig. i ist i ein Tiegel, dessen Volumen die Form eines Hohlzylinders aufweist und der mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung, beispielsweise einer Hochfrequenzspule, erhitzt werden kann. Der Tiegel ist mit flüssigem Halbleitermaterial :z gefüllt, in das ein einkristalliner Impfkristall 3 eintaucht, der die Form eines Kreisringes hat. Der Impfkristall taucht mit einer krümmungsfreien Ebene in die Halbleiterschmelze ein. Mit besonderem Vorteil wählt man dazu eine (i i i) -Ebene. Durch Rotation um eine Achse, die im angegebenen Beispiel zugleich die rotationssymmetrische Achse des Tiegels i bildet, wird der Ring nach oben aus dem Gefäß herausgehoben, wodurch an seiner unteren Fläche das Halbleitermaterial zum Anwachsen gebracht wird.In Fig. I i is a crucible, the volume of which has the shape of a hollow cylinder having and by means of a device not shown, for example a High frequency coil that can be heated. The crucible is made with liquid semiconductor material : z filled, in which a single-crystal seed crystal 3 is immersed, which has the shape of a Circular ring has. The seed crystal dips into the with a bend-free plane Semiconductor melt a. It is particularly advantageous to choose an (i i i) plane for this purpose. By rotating around an axis, which in the example given is also the rotationally symmetrical one The axis of the crucible i, the ring is lifted upwards out of the vessel, whereby the semiconductor material is grown on its lower surface.
Fig. 2 zeigt einen Trockengleichrichter, bei dem auf ein Rohr q. aus gut wärmeleitender Substanz, beispielsweise aus Kupfer, das von einem Kühlmittel in Pfeilrichtung durchflossen wird, ein Halbleiterkörper 5 aufgelötet ist, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Ist der Halbleiterkörper n-leitend, so wird man ihn zur Erzielung einer Sperrschicht, die möglichst in der Nähe des Rohres ¢ liegt, mit einem aus Indium oder indiumhaltiger Substanz bestehenden Lot auf dem. Rohr q. festlöten. Dies bewirkt, daß im Verlauf und infolge des Lötprozesses der dem Rohr q. zugewandte Teil des Halbleiterkörpers 5 p-leitend wird. Eine weitere Elektrode 6 ist mit der Außenseite des Halbleiterkörpers 5 derart in elektrischen Kontakt gebracht, daß sich an der Grenze zwischen 5 und 6 keine oder nur eine sehr geringe Sperrwirkung einstellt.Fig. 2 shows a dry rectifier in which on a pipe q. the end good heat-conducting substance, for example made of copper, that of a coolant is traversed in the direction of the arrow, a semiconductor body 5 is soldered, which is rotationally symmetrical is trained. If the semiconductor body is n-conductive, it is necessary to achieve it a barrier layer, which is as close as possible to the pipe ¢, with one Indium or substance containing indium on the existing solder. Pipe q. solder on. This has the effect that in the course and as a result of the soldering process of the pipe q. facing Part of the semiconductor body 5 becomes p-conductive. Another electrode 6 is with the Outside of the semiconductor body 5 brought into electrical contact in such a way that there is no or only a very low blocking effect at the border between 5 and 6 adjusts.
In Fig. 3 ist ein Gleichrichter dargestellt, dessen hohlzylindrischer Halbleiterkörper 7 mehrere Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitscharakters aufweist. Die rechtsschraffierten Zonen: 8 seien p-leitend und die linksschraffierten Zonen 9 n-leitend, während die kreuzschraffierte Zone io gleicherweise n- und p-leitend ist. Der Halbleiterkörper ist eingespannt zwischen zwei Kontaktscheiben i i und i i', die durch einen leitenden Bolzen 12 mit den Muttern 13 und 14 zusammengehalten werden. Über diesen Bolzen ist die Kontaktfahne 15 mit der unteren Zone 9 in elektrisch leitenden Kontakt gesetzt, während die Kontaktfahne 16,. die als Ringscheibe ausgebildet ist, unter Zwischenlage eines Isolierringes 17 gegen den Bolzen 12 isoliert ist und mit der oberen Zone 8 sperrfreien. Kontakt macht. Der Gleichrichter ist in Durchgangsrichtung geschaltet, wenn die Kontaktfahne 16 an positivem und die Kontaktfahne 15 an negativem Potential liegt.In Fig. 3, a rectifier is shown, the hollow cylindrical Semiconductor body 7 has a plurality of zones of different conductivity character. The right hatched zones: Let 8 be p-conductive and the left hatched zones 9 n-conducting, while the cross-hatched zone io is equally n- and p-conducting is. The semiconductor body is clamped between two contact disks i and i i i 'held together by a conductive bolt 12 with nuts 13 and 14 will. The contact lug 15 is electrically connected to the lower zone 9 via this bolt conductive contact set, while the contact lug 16 ,. designed as an annular disc is, with the interposition of an insulating ring 17 against the bolt 12 is isolated and lock-free with the upper zone 8. Contact makes. The rectifier is in the forward direction switched when the contact lug 16 to positive and the contact lug 15 to negative Potential lies.
Einen in seinem geometrischen Aufbau ähnlichen Gleichrichter zeigt die Fig. q.. Hierbei ist der Halbleiterkörper aus zwei kreisringförmigen Paaren von Halbleiterstücken unterschiedlichen Leitfähigkeitscharakters zusammengesetzt. Zwischen diesen Paaren befindet sich noch eine Scheibe 18, die elektrisch leitend ist und mit den benachbarten Teilendes Halbleiterkörpers einen sperrschichtfreien Kontakt bilden kann. Der so aufgebaute Halbleiterkörper steht oben und unten in Kontakt mit den Abnahmescheiben i9 und 2o und wird unter Zwischenlage von Isolierringen 21 und 22 durch einen Bolzen mit zwei Klemmbacken und Muttern zusammengehalten. Der Gleichrichter ist in ein Gefäß 23 eingesetzt, das durch gewellte Ausbildung der Gefäßwände besonders viel Wärme abstrahlen kann und durch welche Zuleitungen 24 und 25 die elektrischen Verbindungen zu dem Halbleiterkörper herstellen. Das Gehäuse 23 ist mit einem isolierenden Kühlmittel gefüllt, das entweder bei senkrechter Aufstellung des Halbleiterkörpers durch wärmebedingte Konvektion selbst in dauerndem Umlauf ist oder aber, wie in der Figur dargestellt, durch einen Propeller oder Schraube 26 zu einem ständigen Umlauf in Richtung der Pfeile gezwungen wird. Dazu kann ein rohrförmiger Ansatz 27 die Führung des Kühlungsmittels übernehmen-Die Schraube 26 wird durch einen Motor 28 außerhalb des Gehäuses bewegt.A rectifier similar in its geometrical structure shows the Fig. q .. Here, the semiconductor body is made up of two circular ring-shaped pairs composed of semiconductor pieces of different conductivity character. Between these pairs there is another disk 18, which is electrically conductive is and with the adjacent parts of the semiconductor body a barrier layer-free Contact can form. The semiconductor body constructed in this way is at the top and bottom in Contact with the pick-up washers i9 and 2o and is made with insulating rings in between 21 and 22 held together by a bolt with two clamping jaws and nuts. The rectifier is inserted into a vessel 23, which is made of corrugated design the vessel walls can radiate a lot of heat and through which supply lines 24 and 25 establish the electrical connections to the semiconductor body. That Housing 23 is filled with an insulating coolant, which is either vertical Erection of the semiconductor body by means of heat-induced convection even continuously Circulation is or, as shown in the figure, by a propeller or screw 26 is forced to rotate continuously in the direction of the arrows. This can be a tubular extension 27 take over the guidance of the coolant - the screw 26 is moved by a motor 28 outside the housing.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEL19889A DE962553C (en) | 1954-09-14 | 1954-09-14 | Process for the production of monocrystalline semiconductor bodies in the form of hollow cylinders by drawing from the melt |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEL19889A DE962553C (en) | 1954-09-14 | 1954-09-14 | Process for the production of monocrystalline semiconductor bodies in the form of hollow cylinders by drawing from the melt |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE962553C true DE962553C (en) | 1957-04-25 |
Family
ID=7261556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEL19889A Expired DE962553C (en) | 1954-09-14 | 1954-09-14 | Process for the production of monocrystalline semiconductor bodies in the form of hollow cylinders by drawing from the melt |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE962553C (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3015592A (en) * | 1958-07-11 | 1962-01-02 | Philips Corp | Method of growing semiconductor crystals |
FR2333569A1 (en) * | 1975-12-05 | 1977-07-01 | Mobil Tyco Solar Energy Corp | MANUFACTURE OF TAPES IN SEMICONDUCTOR MATERIAL IN PARTICULAR FOR THE REALIZATION OF SOLAR BATTERIES |
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1954
- 1954-09-14 DE DEL19889A patent/DE962553C/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3015592A (en) * | 1958-07-11 | 1962-01-02 | Philips Corp | Method of growing semiconductor crystals |
FR2333569A1 (en) * | 1975-12-05 | 1977-07-01 | Mobil Tyco Solar Energy Corp | MANUFACTURE OF TAPES IN SEMICONDUCTOR MATERIAL IN PARTICULAR FOR THE REALIZATION OF SOLAR BATTERIES |
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