DES0035587MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 1. Oktober 1953 Bekanntgemacht am 21. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es. ist¹' bekannt, Metalle oder Halbleiter durch Elektronenbombardement zu schmelzen. Die Erfindung betrifft ' eine besondere Ausbildung dieses Verfahrens in vorzugsweise besonders gearteten Anwendungszwecken und Anordnungen. Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Halbleiterstücke, z. B. Germanium, Silizium oder Verbindungen von Elementen der III. und V. oder II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, in an sich bekannter^: Weise zonenweise zu schmelzen. Das zonenweise Schmelzen dient einer weiteren Reinigung unter gegebenenfalls gleichzeitiger Einkristälibilduhg des Materials. Da es bei dieser Aufgabe darauf ankommt, alle bei dem Verfahren selbst' ^: gegebenenfalls auftretenden zusätzlichen Verunreinigungen von vornherein auszuschließen, wird das Verfahren im allgemeinen im Vakuum oder in einer inerten Gasatmösphäre durchgeführt. >■''-Es ist auch vorgeschlagen·'worden; die Anordnung senkrecht freistehend auszubilden, wobei das stabförmige Halbleitermaterial· nur an den^L Enden gehaltert und an den zu schmelzenden Abschnitten in keinerlei Berührung mit einer ^rGefäßwand ist.

Bei diesen Anordnungen, steht nur ein verhältnismäßig geringer/ Raum zur Unterbringung der Wärmequelle zur Verfügung. 'Bisher'' würde das

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Halbleitermaterial im allgemeinen durch Wärmestrahlung erhitzt, die von einem direkt oder in-.· direkt erhitzten Metall- oder Kohlering erzeugt wurde, welcher um den ■ zu . schmelzenden HaIbleiterstab in einem gewissen Abstand herumgelegt

* '"würde und sich innerhalb des Vakuumgefäß es befand. Die Schmelzzone war jedoch hierbei verhältnismäßig breit, da sich die Strahlung aus Raumgründen nur schwer konzentrieren ließ.

ίο Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumoder Schutzgasanordnung zur Schmelzbehandlung durch Elektronenbombardement von Metallen, Halbleitern od. dgl., die in hoher Reinheit verwendet werden sollen. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß als Elektronenquelle ein an sich bekannter Körper aus hochschmelzbaren Metalloxyden oder -boriden dient. ^Hierdurch werden die in der Einleitung geschilderten Schwierigkeiten weitgehend vermieden. Es wird zu diesem Zweck ein Ring, der als Elektronenquelle dient, in analoger Weise wie die bisher verwendeten ■Strahlungsringe um den stalbförmigen, zonenweise zu schmelzenden Körper herumgelegt und zwischen die Elektronenstrahlungsquelle und den Schmelzring eine Spannung gelegt. Hierdurch tritt bereits eine gewisse Konzentrierung der Elektronenstrahlungswirkung auf einen schmalen Zonenbereich ein.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfmdungsgedankens wird diese Richtwirkung noch durch eine zusätzliche Schirmanordnung, vorzugs-

·■■■ weise eine Ringblende, erhöht, welche zweckmäßig auf ein gegen die Elektronenstrahlungsquelle negatives Potential gebracht wird. Durch das Potential

.35 der Blende läßt sich das Schmelzverfahren gleichzeitig steuern, wobei eine Wirkung auftritt, die der des Wehneltzy linders bei Kathodenstrahlröhren entspricht.

Durch diese Anordnung wird der Vorteil erreicht, daß die Strahlungsquelle bei vergrößerter Konzentrationswirkung sogar noch geringer zu dimensionieren ist, als es bisher möglich war. Es ist hierbei insbesondere möglich, verhältnismäßig einfach mehrere dieser Strahlungsquellen innerhalb des Vakuumgefäßes nebeneinander anzuordnen und in an sich bekannter Weise mehrere Zonen in einem Simultanverfahren gleichzeitig zu schmelzen. Eine besondere Ausbildung des Erfindungsgedankens ist darin zu erblicken, daß das Material der Elektronenstrahlungsquelle beim Schmelzen mittels Elektronenbombardement als Metalloxydoder -boridkathode ausgebildet ist, und zwar vorzugsweise aus besonders hochschmelzenden Metalloxyden oder gleichwertigen Stoffen besteht. Als

•55 besonders geeignet hat sich hierbei Metallborid, wie z. B. Lantanborid (LaB₆), erwiesen. In weiterer

... Ausbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, Erdoxyde, beispielsweise Nernststiftmasse, als Oxydkathodenmaterial zu verwenden. Auf Grund der hohen Schmelztemperatur dieser Stoffe und der geringen Austrittsarbeit erhält man. bei ihrer Verwendung sehr starke Elektronenstrahlungsquellen, die gerade für den im vorangehenden . . geschilderten Zweck-. von, .besonderem... Vorteil sind," weil :sie'in^: -möglichst* kleinen' Ab- -65 messungen herzustellen sind. Außerdem besitzen die genannten Stoffe den weiteren Vorteil, daß beim Elektronenbombardement keine Verunreinigungen aus ihnen in den Schmelzung eingeführt werden. Bei der Verwendung z.B. von Wolframkathoden würde die Gefahr bestehen, daß Teile des Wolframs verdampfen und in - den - Schmelzung hineingelangen könnten.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, ι bedeutet einen senkrecht angeordneten Stab aus chemisch höchst gereinigtem Germanium, der an seinem oberen und seinem unteren Ende in Haltevorrichtungen 2 und 3 befestigt ist, welche ihrerseits auf einem senkrecht in Richtung des 8a Pfeiles 4 verschiebbaren.Träger 5 angeordnet sind. Das Ganze ist in einem Vakuumgefäß 6 angeordnet, welches mit einem inerten Gas, insbesondere Stickstoff gefüllt ist. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Vakuumgefäßes 6 um den Stab 1 herum eine ringförmige Elektronenstrahlungsquelle 7 angeordnet; zwischen der» Ring 7 und dem Stab 1 befindet sich eine torusförmige Blende 8, welche zwischen dem Ring 7 und dem Stab 1 einen Ringschlitz-frei läßt. An den Stab 1, den Ring 7 und go die Blende 8 sind Spannungen gelegt, von denen mindestens die Spannung der Blende 8 verändert werden kann. Der Strahlungsring 7 wird in im der Zeichnung nicht weiter dargestellter Weise erhitzt. Dies kann entweder durch direkte Stromzufuhr oder beispielsweise durch Wirbelstromheizung von außerhalb des Vakuurngefäßes 6 her erfolgen. Der Ring 7 besteht aus einem Oxydkathodenmaterial, insbesondere einem Erdoxydgemisch nach Art eines Nernststiftes.

Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für die Gewinnung von höchst reinen Halbleitereinkristallen wie Verwendung in Halbleiteranordnungen, wie z. B. Richtleitern, Detektoren, Transistoren, Fototransistoren, Heißleitern u. dgl.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vakuum- oder Schutzgasanordnung zur Schmelzbehandlung durch Elektronenbombardement von Metallen, Halbleitern od. dgl., die in hoher Reinheit verwendet werden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenquelle ein an sich bekannter Körper aus hochschmelzbaren Metalloxyden oder -boriden dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper aus Lantanborid oder einer Mischung mehrerer Boride besteht.

3. Oxydkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Erdoxyd oder einem Gemisch von Erdoxyden, beispielsweise aus Nernststiftmasse besteht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper den vorzugsweise stabförmig langgestreckten Schmelzung ringförmig umgibt.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kathode und dem Schmelzung eine vorzugsweise torusförmige Blende mit Ringschlkzöffnung angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ringschlitzblende eine vorzugsweise veränderliche, zur Kathode negative Spannung gelegt ist.

7. Anwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum sogenannten Zonenschmelzen eines Halbleiters zwecks Reinigung und/oder Einkristallherstelkmg.

8. Halbleiteranordnung, beispielsweise Richtleiter, Detektor, Transistor, Fototransistor, Fieldistor, Heißleiter od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der in ihr verwendete Halbleiter mittels der Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 7 geschmolzen ist.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 581423, 856666.

Hierzu ι Blaltt Zeichnungen'