HU205396B - Process and equipment for growing laminar monocrystals - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés réteges egykristályok növesztésére.

Műit ismeretes réteges összetételű és szerkezetű egykristályokat jelenleg több egymástól jelentősen eltérő módszerrel állítanak elő. E módszerekkel, amelyeknek számtalan módozata létezik az előállítandó anyag típusától és kívánt szerkezetétől, illetve felhasználási területétől függően, elsősorban A3B5 félvezető vékonyréteg-szerkezeteket, oxidalapú lézertükröket, illetve röntgentükröket stb. hoznak létre. Ezen módszerek közös hátránya, hogy szakaszosan valósíthatók csak meg, és az éles zárórétegek előállítása (ami általában követelmény) nehezen valósítható meg. Ezen módszerek három nagy csoportba oszthatók:

- molekulasugár epitaxiális eljárások, (ilyen megoldást ismertet a moszkvai Nauka kiadó 1980-ban megjelent Szovremennájá Krisztálográfijá Hl. kötet 241-246. oldal). A molekulasugaras epitaxiális eljárás ugyan biztosítja az éles határréteggel történő növesztést, azonban e módszerrel csak nagyon vékony rétegekből álló szerkezet alakítható ki véges időn belül;

- porlasztással, illetve gőzöléssel történő növesztési módszerek, (ilyen megoldást ismertet a moszkvai Nauka kiadó 1980-ban megjelent Szovremennájá Krisztálográfijá HL kötet 246-256. oldal). A kívánt éles határréteget porlasztásos, illetve gőzöléses eljárással is megvalósíthatjuk, azonban az esetek többségében az így kapott epitaxiális rétegek minősége (a kristályosítás folyamán végbemenő kölcsönös diffiindálás, valamint a szilárd fázisú gyors kristálynövekedés, továbbá az egyensúlyi feltételektől való jelentős eltérés miatt) nem kielégítő;

- folyadékfázisú epitaxiális eljárások (ilyet ismertet a Progress in Crystal Growth and Characterization 1978. Volume 1. Number 3. a 278-286. oldalon). Az egykristály rétegszerkezetek folyadékfázisú epitaxiális növesztésének további hátránya (a fentieken kívül), hogy a reprodukálhatósága bizonytalan, (különböző tégelyekből, illetve olvadékoldatokból felváltva kell növeszteni), következésképpen a kihozatal gyenge hatásfokú.

Ezeknek az eljárásoknak a szabályozása is nehézkes, mivel csak korlátozott és közvetett módon lehet közvetlenül a növekedési fronton lejátszódó folyamatokat befolyásolni a kívánt irányba. Ebből adódóan a növekedési sebességek csak szűk tartományon belül változtathatók, és az egyes kristályalkotőinak megoszlási hányadosa (ami növekedési sebességfűggő) csak korlátozottan befolyásolható.

A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt nehézségek egyidejű kiküszöbölése.

A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan eljárás és berendezés kialakítása, mely alkalmas réteges egykristályok növesztésére.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a feladat egyszerűen megoldódik, ha a növesztést zár ciklusban végezzük.

A találmány szerinti eljárás egy olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, melynek során olvadékból vagy oldatból forgatással kristálymag(ok)ra növesztjük a kristályt.

A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a kristálynövesztés során a növő kristály felülete mentén az olvadék- vagy oldatteret megosztjuk, és a forgatás során ciklikusan mindig más és más olvadékkal, vagy oldattal hozzuk érintkezésbe a növekvő felületet, illetve felület részeit.

A találmány értelmében célszerű, ha a növesztés előtt az olvadékot vagy olvadékokat egymás mellé vagy egymásba helyezett, összességében szimmetrikus egészet képező tégelyekbe, vagy cellákba rakjuk és a kristálynövesztést a tégelyek által meghatározott szimmetriatengely mentén végezzük.

Nevezetesen célszerű, ha a növesztés előtt az olvadékot vagy olvadékokat egymás fölé helyezett tégelyekbe, vagy cellákba rakjuk és az egyes tégelyekből, illetve cellákból a növesztendő kristály felületéhez szegmensekre osztott megvezető csatornákon keresztül juttatjuk az olvadékot vagy olvadékoldatot.

Célszerű továbbá, ha az egyes olvadék, illetve oldat rétegeknek a felülethez juttatása között oldószert, vagy a kristály főkomponensét képező olvadékot, illetve oldatot juttatunk a felületre, melynek segítségével szétválasztjuk egymástól az egyes kiválasztott kristályrétegeket.

A találmány szerinti berendezés egy olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek kemencében tégelytartón elhelyezett tégelye van. A tégely fölött egykristályhordozó mago(ka)t tartó kristálytartó rúdja van, több egykristályhordozó mag esetén egy egykristályhordozó mag a tégely szimmetriatengelyében a többi egykristályhordozó mag pedig a tégely szimmetriatengelye körül koaxiálisán van elhelyezve.

A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a tégelynek belső tégelyfalakkal elválasztott belső tereiben az egykristályhordozó mag(ok) alá nyúló cellák vannak.

A találmány értelmében célszerű, ha a berendezésnek a tégelyben a cellák fölött körgyűrű alakú cellazáró lemeze is van.

Nevezetesen célszerű, ha a berendezésnek a tégelyben a cellák fölött, valamint az egykristályhordozó mag(ok) alatt az egykristályhordozó mag(ok) méret(ei)nek megfelelő átmérőjű szabadonfutő vagy forgatható rácsa is van.

Célszerű továbbá, ha a berendezésnek közvetlenül az egykristályhordozó mag(ok) alatt a tégely szimmetriatengelyében az egykristályhordoző mag átmérőjénél kisebb átmérőjű belső határolólemeze is van.

A találmány értelmében célszerű az is, ha a celláknak a fölötte elhelyezett cellazáró lemezen utántöltő nyílása van.

Nevezetesen célszerű az is, ha a celláknak az egykristályhordoző mag(ok) határfelülete mentén elhelyezett belső cellafala is van. A belső cellafalon az utántöltő nyílás átellenes oldalán átömlőnyflása van.

Célszerű továbbá az is, ha a cella a tégely falához, valamint a belső tégelyfalakhoz illeszkedik. A tégelynek olvadék áteresztővel ellátott úszója van. Az úszó és

HU 205 396 Β a tégely alja között úszótér van. A belső tégelyfalak magasságának a maximuma a tégelyfal magasságának, és az úszótér magasságának a különbsége, minimuma pedig nagyobb, mint az úszótér magassága.

A találmány szerinti berendezés egy olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek kemencében tégelytartón elhelyezett tégelye van. A tégely fölött egykristályhordozó mago(ka)t tartó kristálytartó rúdja van. Több egykristályhordozó mag esetén egy egykristályhordozó mag a tégely szimmetriatengelyében a többi egykristályhordozó mag pedig a tégely szimmetriatengelye körül koaxiálisán van elhelyezve.

A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a berendezésnek a tégelyben egymásba helyezett koaxiális elvezetőcsövei, és a koaxiális elvezetőcsövekhez csúszótömítésen keresztül csatlakozó ugyancsak egymásba helyezett belső cellái vannak. A belső cellák fölött és az egykristályhordozó mag(ok) alatt maszkolólemez van. Az (n+l)-edik koaxiális elvezetőcső a tégely aljához tűcsapággyal van feltámasztva.

A találmány értelmében célszerű, ha a berendezésnek a tégelyben a belső cellák fölött körgyűrű alakú cellazáró lemeze is van.

Nevezetesen célszerű, ha a berendezésnek közvetlenül az egykristályhordozó mag alatt a tégely szimmetriatengelyében az egykristályhordozó mag(ok) átmérőjénél kisebb átmérőjű belső határolólemeze is van.

Célszerű továbbá, ha a maszkolólemeznek sugár irányú terelőlapátai és a terelőlapátok között körgyűrű alakú beömlőnyílásai és kiömlőnyílásai vannak. Célszerű továbbá az is, ha a terelőlapátok ívelten vannak kialakítva.

A találmány szerinti eljárás során cellákra osztott tégelyt használunk, mely alapvetően kétféle lehet, vagy körcikkekre osztjuk a tégelyt és az egyes körcikk alakú cellákba helyezzük el az olvadékokat, illetve olvadékoldatokat, vagy egymásba helyezzük a kör alakú tégelyeket és a bennük lévő olvadékot, illetve oldatot körcikk alakban felvezetjük a növesztést frontba. Maga a kristálynövesztés mindkét esetben ugyanúgy történik, bár alapvetően mindkét megoldásnál háromféle kristály növeszthető:

- az első megoldás, hogy a tégely tengelyében egy darab kristálymagot forgatva növesztjük a kristályt. Ebben az esetben a kialakuló kristály egyes kristályrétegei egymásba ágyazott archimedesi spirálisként alakulnak ki. A spirálok egymás közti vastagságát a körszeletek nyílásszőgével a növesztés előtt lehet beállítani, spirál menetemelkedési magasságát pedig a kristály, illetve a tégely egymáshoz viszonyított forgatási sebességével szabályozhatjuk. Ennél a növesztési megoldásnál a kristály tengelyében (mivél a spirálok összeérnek) az összetétel nem definiálható. Továbbá spirálok találkozási felületénél átmeneti rétegek alakulnak ki, melyek esetleges káros hatása kétféleképpen küszöbölhető ki:

- minden második cellába a kristály alapkomponensét tartalmazó olvadékot, vagy olvadékoldatot helyezünk a növesztés előtt, és így az átmeneti rétegek az alapkomponenssel alakulnak ki, nem pedig egymással, hiszen az egymásba ágyazott archimedesi spirális egymás melletti két ágából az egyik mindig a kristály alapkomponense;

- minden második cellába oldószert helyezünk a növesztés előtt, és így a diffúz átmeneti rétegek nem alakulhatnak ki, sőt az egyes rétegek vastagsága tovább finomítható;

- a második megoldás, hogy a tégely tengelyében egy darab kristálymagot forgatva növesztjük a kristályt, de úgy, hogy a kristály tengelyében egy zárólemezet helyezünk el és így megakadályozzuk, hogy a kristály növekedjen a tengelyében, vagyis gyakorlatilag egy cső alakú kristályt kapunk, mely tulajdonságait tekintve megegyezik az előző módszerben leírtakéval, azzal az eltéréssel, hogy nem tud kialakulni a tengely mentén a definiálatlan kristályréteg (mert ott lyuk lesz). Természetesen az átmeneti rétegek kezelésére, illetve megszüntetésére, valamint a kristály belső arányainak beállítására az előző megoldásnál leírtak itt is alkalmazhatók.

- a harmadik megoldás, amikor egyszerre több kristályt növesztünk, ilyenkor egy egykristálymagot a tégely tengelyébe helyezünk, melynek a növekedése az első két módszer valamelyike szerint megy végbe, a többi kristályt pedig koaxiálisán helyezzük el a tégely tengelye körül, és úgy forgatjuk (a tégely tengelye körül) a központi kristállyal együtt. Az így kialakuló kristályok a központi kristályt leszámítva sík lapokból fognak felépülni. Abban az esetben, ha csak koaxiálisán elhelyezett kristályokat növesztünk, természetesen valamennyi kristály sík lapokból fog állni.

A növesztés megkezdésekor attól függően, hogy milyen kristályt akarunk kapni, a kiindulási kristály más és más lehet: epitaxiális réteg esetében valamilyen egykristályhordozó, például gránátlemez; búik kristály esetében pedig egy kristálymag, illetve magok. Míg epitaxiális növesztés esetén az olvadékok, illetve olvadékoldatok utánpótlására általában nincs szükség, addig búik kristályok esetén gondoskodni kell az olvadékok, illetve oldatok pótlásáról, vagy szintentartásáról.

A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, melyen a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakjait tüntettük fel. A rajzon az

1. ábra az ismert és a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakjainak oldalnézete; a

2. ábra a találmány szerinti berendezés tégelyének és tartozékainak példakénti kiviteli alakjai; a

3. ábra a találmány szerinti cella példakénti kiviteli alakjai; a

4. ábra a találmány szerinti cella további példakénti kiviteli alakja; az

5. ábra az ismert és a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakjai; a

6. ábra a találmány szerinti maszkolólemez felülnézete; a

7. ábra a találmány szerinti maszkolólemez oldalnézete.

Amennyiben a rajzon belül ugyanaz a részlet többször előfordul a hivatkozási számot betűvel egészítjük ki.

HU 205396 Β

Az ismert berendezést az 1. ábra alapján ismertetjük, mely a berendezés oldalnézetét mutatja, metszetben. A berendezésnek (14) kemencében (15) tégelytartón elhelyezett (11) tégelye van. A (II) tégely fölött (13) egykristályhordozó mago(ka)t tartó (12) kristálytartó rúdja van, több (13) egykristályhordozó mag esetén egy (13) egykristályhordoző mag a (11) tégely szimmetriatengelyében, a többi (13) egykristályhordozó mag pedig a (11) tégely szimmetriatengelye körül koaxiálisán van elhelyezve.

A növesztendő kristály anyagát képező olvadékot, vagy oldatot a (11) tégelybe helyezzük, és a (14) kemence fűtését (induktív vagy rezisztív fűtésű) folyamatosan biztosítjuk. Ezután a (12) kristálytartó rúdhoz rögzítjük a (13) egykristályhordozó magot. A (12) kristálytartő rudat addig mozgatjuk lefelé míg a (11) tégelyben lévő¹ olvadékhoz, vagy oldathoz nem ér és ezután megkezdjük a kristály növesztését. A kristály növesztése során:

- epitaxiális réteg növesztésekor a (12) kristálytartő rudat vagy a (15) tégelytartót, esetleg mindkettőt forgatva növesztjük az epitaxiális réteget (ebben az esetben a (13) egykristályhordoző mag maga az a felület, melyre az epitaxiális réteget kívánjuk növeszteni, például gránátlemez);

- búik kristály növesztésekor a (12) kristálytartó rudat folyamatosan a növekedés mértékében húzzuk fölfelé, és ezzel egyidejűleg a (12) kristálytartó rudat, vagy a (15) tégely tartót, esetleg mindkettőt forgatjuk (a 13 egykristályhordoző mag ebben az esetben egy elemi kristály);

Abban az esetben, ha egyidejűleg több kristályt kívánunk növeszteni, a (12) kristálytartó rúdhoz egyszerre több (13) egykristályhordoző magot rögzítünk a (11) tégely tengelye körül koaxiálisán és így végezzük a növesztést a már ismertetett módon.

A találmány szerinti berendezés egy példakénti kiviteli alakjának oldalnézeti metszetét ugyancsak az 1. ábra, a berendezés tégelyének és tartozékainak egy példakénti kiviteli alakját pedig a 2. ábra alapján ismertetjük, mely az ismerttől abban tér el, hogy a (11) tégelynek (17) belső tégelyfalakkal elválasztott belső tereiben a (13) egykristályhordozó mag(ok) alá nyúló (16) cellák vannak.

A (16) cellákban elhelyezzük a növesztendő kristály egyes rétegeinek komponenseit tartalmazó olvadékokat, illetve olvadékoldatokat, és a már ismertetett módon megkezdjük a növesztést a találmány szerinti eljárásnál leírtak figyelembevételével, vagyis szükség esetén egyes vagy minden második (16) cellába a kristály alapkomponensét tartalmazó olvadékot vagy oldatot, vagy oldószert helyezünk.

A találmány szerinti berendezés még további példakénti kiviteli alakját szintén az 1., illetve a 2. ábra alapján ismertetjük, mely a már ismertetettől abban tér el, hogy a berendezésnek a (11) tégelyben a (16) cellák fölött körgyűrű alakú (18) cellazárő lemeze is van. A berendezés ezen kiviteli alakjának a működése megegyezik a már ismertetettével, azzal a kiegészítéssel, hogy a (18) cellazárő lemez megakadályozza, hogy a (16) cellákban lévő olvadékoknak, vagy oldatoknak a növekvő kristály által nem takart felszíne túlhűljön, és egyben egyetlen kristály növesztése esetén (mint határoló elem) szabályozza a növekvőkristály alakját.

A találmány szerinti berendezés újabb példakénti kiviteli alakját ugyancsak az 1., illetve a 2. ábra. alapján ismertetjük, mely a már ismertetettől abban tér el, hogy a berendezésnek a (11) tégelyben a (16) cellák fölött, valamint a (13) egykristályhordozó mag(ok) alatt a (13) egykristályhordoző mag(ok) méret(ei)nek megfelelő átmérőjű szabadonfutó vagy forgatható (19) rácsa is van. A berendezés ezen kiviteli alakjának a működése megegyezik a már ismertetettekével, azzal a megjegyzéssel, hogy a (19) rács mozgása megakadályozza, hogy az olvadékokban, illetve olvadékoldatokban levő és a növesztés folyamán felhalmozódó szennyező anyagok a kristálynövesztési zónába jussanak, így a kristályban a növekedés alatt létrejövő hibahelyek száma jelentősen csökken.

A találmány szerinti berendezés még újabb példakénti kiviteE alakját szintén az 1., illetve a 2. ábra alapján ismertetjük, mely a már ismertetettektől abban tér el, hogy a berendezésnek közvetlenül a (13) egykristályhordozó mag(ok) alatt a (11) tégely szimmetriatengelyében a (13) egykristályhordozó mag átmérőjénél kisebb átmérőjű (20) belsőhatárolólemeze is van. A berendezés ezen kiviteli alakjának a működése megegyezik a már ismertetettekével azzal a kiegészítéssel, hogy a (20) belső határolólemez megakadályozza, hogy a (11) tégely tengelyében lévő (13) egykristályhordozó magon növő kristály belsejében meghatározatlan összetételbe nőjön a kristály, gyakorlatilag a (20) belső határolólemez alkalmazásával növesztett (központi) kristály egy kristálycső, melynek rétegei spirálisan helyezkednek el.

A találmány szerinti (16) cella egy példakénti kiviteti alakját a 3. ábra alapján ismertetjük. A (16) celláknak a fölötte elhelyezett (18) cellazáró lemezen (21) utántöltő nyílása van.

Búik kristály növesztése esetén az olvadék, vagy oldat a (16) cellákba a (21) utántöltő nyíláson keresztül utánadagolható és így az olvadék vagy oldatszint stabilan tartható.

A találmány szerinti (16) cella egy további példakénti kiviteli alakját ugyancsak a 3. ábra alapján ismertetjük, mely a már ismertetettől abban tér el, hogy a (16) celláknak a (13) egykristályhordoző mag(ok) határfelülete mentén elhelyezett (22) belső cellafala is van. A (22) belső cellafalon a (21) utántöltő nyílás átellenes oldalán (23) átömlőnyílása van. A (16) cella működése megegyezik a már ismertetettével, azzal a kiegészítéssel, hogy búik kristály növesztése esetén a (16) cellákban a (21) utántöltő nyíláson történő olvadék vagy oldat utánadagolása esetén, mely gyakorlatilag por alakban történik megakadályozható, hogy meg nem olvadt szemcsék a kristály felületéhez kerüljenek, ugyanis a (16) cellákat a (22) belső cellafal kétfelé választja. Az utánadagolás a (16) cellák külső felén, a növesztés pedig a (16) cellák belső felén történik, az olvadék, vagy olvadékoldat pedig csak a (23) átömlő4

HU 205 396 Β nyíláson keresztül tud közlekedni a (16) cellák két térfele között.

A találmány szerinti (16) cella egy példakénti kiviteli alakját a 4. ábra alapján ismertetjük. A (16) cella a (11) tégely falához, valamint a (17) belső tégelyfalakhoz illeszkedik. A (11) tégelynek (25) olvadék áteresztővel ellátott (24) úszója van. A (24) úszó és a (11) tégely alja között (26) úszótér van. A (17) belső tégelyfalak magasságának a maximuma a (11) tégelyfal magasságának és az úszótér magasságának a különbsége, minimuma pedig nagyobb, mint a (26) úszótér magassága.

Az olvadékot, vagy oldatot célszerűen szilárd állapotban helyezzük be a tégely megfelelő (17) belső tégelyfallal határolt szegmenseibe, majd ezekre helyezzük be a (16) cellákat, és ezután kezdjük meg a (14) kemence (induktív vagy rezisztív fűtésű) fűtését (induktív vagy rezisztív módon). Miután az olvadékok, illetve olvadékoldatok cseppfolyós állapotba kerülnek, a cellák lesüllyednek és az olvadék, illetve oldat a (25) olvadék áteresztőn keresztül a (16) cellába jut. A (24) úszó úgy van méretezve, hogy a (16) cella a (24) úszóval együtt az olvadékkal, illetve oldattal azonos fajsúlyú legyen, így miután kialakult a (11) tégelyben a hőegyensúly, a (16) cellák gyakorlatilag szinültig lesznek olvadékkal, vagy oldattal. Ezután a már ismert módon növesztve a kristályt a (16) cellák mindaddig színültig tele is lesznek, míg a (24) úszó a (26) úszótér aljáig le nem süllyed (megfelelő méretezés esetén a növesztés során nem kerülhet sor), így a növesztés során feleslegessé válik az olvadékok vagy oldatok utánadagolása és a (16) cellákban az állandó szintmagasság automatikusan megvalósul.

Az ismert berendezést az 5. ábra alapján ismertetjük, mely a berendezés oldalnézetét mutatja, metszetben. A berendezésnek (14) kemencében (15) tégelytartón elhelyezett (11) tégelye van. A (11) tégely fölött (13) egykristályhordozó mago(ka)t tartó (12) kristálytartó rúdja van, több (13) egykristályhordozó mag esetén egy (13) egykristályhordozó mag a (11) tégely szimmetria tengelyében, a többi (13) egykristályhordozó mag pedig a (Π) tégely szimmetriatengelye körül koaxiálisán van elhelyezve.

A növesztendő kristály anyagát képező olvadékot, vagy oldatot a (11) tégelybe helyezzük, és a (14) kemence fűtését (induktív vagy rezisztív módon) folyamatosan biztosítjuk. Ezután a (12) kristálytartó rúdhoz rögzítjük a (13) egykristályhordozó magot. A (12) kristálytartó rudat addig mozgatjuk lefelé míg a (11) tégelyben lévő olvadékhoz, vagy oldathoz nem ér, és ezután megkezdjük a kristály növesztését. A kristály növesztése során:

- epitaxiális réteg növesztésekor a (12) kristály tartó rudat vagy a (15) tégelytartót, esetleg mindkettőt forgatva növesztjük az epitaxiális réteget [ebben az esetben a (13) egykristályhordozó mag maga az a felület, melyre az epitaxiális réteget kívánjuk növeszteni, például gránátlemez];

- búik kristály növesztésekor a (12) kristálytartó rudat folyamatosan a növekedés mértékében húzzuk fölfelé, és ezzel egyidejűleg a (12) kristálytartó rudat vagy a (15) tégelytartót, esetleg mindkettőt forgatjuk [a (13) egykristályhordozó mag ebben az esetben egy elemi kristály].

Abban az esetben, ha egyidejűleg több kristályt kívánunk növeszteni, a (12) kristálytartó rúdhoz egyszerre több (13) egykristályhordozó magot rögzítünk a (11) tégely tengelye körül koaxiálisán, és így végezzük a növesztést a már ismertetett módon.

A találmány szerinti berendezés egy példakénti kiviteli alakjának oldalnézeti metszetét ugyancsak az 5. ábra alapján ismertetjük, mely az ismerttől abban tér el, hogy a berendezésnek a (11) tégelyben egymásba helyezett 28a-28(n+l) koaxiális elvezető csövei és a 28a28(n+l) koaxiális elvezető csövekhez 29a-29n csúszótömítésen keresztül csatlakozó ugyancsak egymásba helyezett 27a-27n belső cellái vannak. A 27a-n belső cellák fölött és a (13) egykristályhordozó mag(ok) alatt (31) maszkolólemez van. A 28(n+l) koaxiális elvezetőcső a (11) tégely aljához (30) tűcsapággyal van feltámasztva.

Az 5. ábrán gyakorlatilag két darab 27a-n belső cella van, ez azt jelenti, hogy a növesztendő réteges kristály három különböző réteget fog tartalmazni. A növesztés során az olvadékok, illetve olvadékoldatok a 28a28(n+l) koaxiális elvezetőcsöveken keresztül jutnak a növő kristály felületéhez a 27a-27n belső cellákból, illetve a (11) tégelyből. A 28(n+l) koaxiális elvezetőcsövet a (30) tűcsapágy tartja. Az egyes 27a-27n belső cellák 29a-29n csúszótömítésen keresztül csatlakoznak a 28a- 28(n+l) koaxiális elvezetőcsövekhez, a 29a-29n csúszótömítés feladata megakadályozni, hogy a 27a27n belső cellákban és a (11) tégelyben lévő olvadékok, illetve oldatok keveredhessenek. A (31) maszkolólemez megakadályozza, hogy a kristály felületénél az olvadékok, illetve oldatok keveredjenek, és egyben biztosítja a kristály felületén az egyenletes olvadék-, illetve oldatellátást is.

A találmány szerinti berendezés további példakénti kiviteli alakját szintén az 5. ábra alapján ismertetjük, mely a már ismertetettől abban tér el, hogy a berendezésnek a (11) tégelyben a 27a-n belső cellák fölött körgyűrű alakú (18) cellazáró lemeze is van. A berendezés ezen kiviteli alakjának a működése megegyezik a már ismertetettével, azzal a kiegészítéssel, hogy a (18) cellazáró lemez megakadályozza, hogy a (16) cellákban lévő olvadékoknak, vagy oldatoknak a növekvő kristály által nem takart felszíne túlhűljön, és egyben egyetlen kristály növesztése esetén (mint határolóelem) szabályozza a növekvő kristály alakját.

A találmány szerinti berendezés még további példakénti kiviteli alakját ugyancsak az 5. ábra alapján ismertetjük, mely a már ismertetettektől abban tér el, hogy a berendezésnek közvetlenül a (13) egykristályhordozó mag alatt a (11) tégely szimmetriatengelyében a (13) egykristályhordozó mag(ok) átmérőjénél kisebb átmérőjű (20) belső határlolólemeze is van. A berendezés ezen kiviteli alakjának a működése megegyezik a már ismertetettekével, azzal a megjegyzéssel, hogy a (20) belső határolólemez megakadályozza, hogy a (11)

HU 205 396 Β tégely tengelyében lévő (13) egykristályhordozó magon növő kristály belsejében meghatározatlan összetételben nőjön a kristály. Gyakorlatilag a (20) belső határolőlemez alkalmazásával növesztett (központi) kristály egy kristálycső, melynek rétegei spirálisan helyezkednek el.

A találmány szerinti (31) maszkolólemez egy példakénti kiviteli alakjának felülnézetét a 6. ábra, oldalnézetét pedig a 7. ábra alapján ismertetjük. A (31) maszkolőlemeznek sugárirányú (32) terelőlapátai, és a (32) terelőlapátok között körgyűrű alakú 33a-(n+l) beömlőnyílásaí, és 34a-(n+l) kiömlőnyílásai vannak.

A27a-n belső cellákból feljutó olvadék, illetve olvadékoldat a 33a-(n+l) beömlőnyílásokon keresztüljut a kristály alá, majd a (31) maszkolólemez alaplapján átfolyva és szétterülve a 34a-(n+l) kiömlőnyílásokon keresztül jut vissza a 27a-n belső cellákba, illetve a (11) tégelybe. A (32) terelőlapátok akadályozzák meg, hogy az olvadékok, illetve olvadékoldatok keveredhessenek. A 6. ábra azt az esetet mutatja, amikor is a 27a első belső cella olvadéka, illetve oldata két ponton is érintkezik a kristály felszínével, így a 27n belső cellák, illetve (11) tégely anyagából (olvadék, illetve oldat) növő réteg között minden esetben ott lesz-e a 27a első belső cella anyagából növő réteg. Természetesen a (31) maszkolólemez több (32) terelőlapátot is tartalmazhat, mint amennyi a 27a-n belső cellák, (11) tégely, illetve a kistály felületi térszegmensei által megkívánt térelválasztást megvalósítja, ilyenkor a kellő sűrűséggel elhelyezett (32) terelőlapátok egy rácsfunkciőt is ellátnak, mely megakadályozza az olvadékok, illetve oldatok, szennyező anyagainak a kristály felületéhez jutását

A találmány szerinti (31) maszkolólemez egy további példakénti kiviteli alakját ugyancsak a 6., illetve 7. ábra alapján ismertetjük, mely a már ismertetettől abban tér el, hogy a (32) terelőlapátok ívelten vannak kialakítva. A (31) maszkolőlemeznek a működése megegyezik a már ismertetettével, azzal a kiegészítéssel, hogy a (32) terelőlapát ívelt kialakítása esetén kedvezőbb rácshatás érhetőek

A találmány szerinti eljárás és berendezés alkalmazása esetén réteges egykristályok egy technológiai lépésben gyorsan, pontos szendvicsszerkezettel, búik méretekben, részben ónszabályozó módon, következésképpen gazdaságosan állíthatók elő. Az így előállított réteges kristályok félvezetők és lézerek, illetve röntgenoptikai eszközök alapanyagaként széles körben alkalmazhatók.

Claims (16)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás réteges egykristályok növesztésére, melynek során olvadékból vagy oldatból forgatással kristálymag(ok)ra növesztjük a kristályt, azzal jellemezve, hogy a kristálynövesztés során a növő kristály felülete mentén az olvadék- vagy oldatteret megosztjuk, és a forgatás során ciklikusan mindig más és más olvadékkal, vagy oldattal hozzuk érintkezésbe a növekvő felületet, illetve felület részeit.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a növesztés előtt az olvadékot vagy olvadékokat egymás mellé, vagy egymásba helyezett összességében szimmetrikus egészet képező tégelyekbe, vagy cellákba rakjuk, és a kristálynövesztést a tégelyek által meghatározott szimmetriatengely mentén végezzük.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a növesztés előtt az olvadékot vagy olvadékokat egymás fölé helyezett tégelyekbe, vagy cellákba rakjuk és az egyes tégelyekből, illetve cellákból a növesztendő kristály felületéhez szegmensekre osztott megvezető csatornákon keresztül juttatjuk az olvadékot vagy olvadékoldatot.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes olvadék-, illetve oldatrétegeknek a felülethez juttatása között oldószert, vagy a kristály főkomponensét képező olvadékot, illetve oldatot juttatunk a felületre, melynek segítségével szétválasztjuk egymástól az egyes kiválasztott kristályrétegeket.
5. 5. Berendezés réteges egykristályok növesztésére, előnyösen az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, melynek kemencében (14) tégelytartón (15) elhelyezett tégelye (11) van, a tégely (11) fölött egykristályhordozó mago(ka)t (13) tartó kristálytartó rúdja (12) van, több egykristályhordozó mag (13) esetén egy egykristályhordozó mag (13) a tégely (11) szimmetriatengelyében, a többi egykristályhordozó mag (13) pedig a tégely (11) szimmetriatengelye körül koaxiálisán van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy a tégelynek (11) belső tégelyfalakkal (17) elválasztott belső tereiben az egykristályhordoző mag(ok) (13) alá nyúló cellák (16) vannak. (1., 2. ábra)
6. 6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek a tégelyben (11) a cellák (16) fölött körgyűrű alakú cellazáró lemeze (18) is van. (1., 2. ábra)
7. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek a tégelyben (11) a cellák (16) fölött, valamint az egykristályhordoző mag(ok) (13) alatt az egykristályhordozó mag(ok) (13) méret(ei)nek megfelelő átmérőjű szabadonfutó, vagy forgatható rácsa (19) is van. (1., 2. ábra)
8. 8. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek közvetlenül az egykristályhordozó mag(ok) (13) alatt a tégely (11) szimmetria tengelyében az egykristályhordoző mag (13) átmérőjénél kisebb átmérőjű belső határolólemeze (20) is van. (1., 2. ábra)
9. 9. Az 5-8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a celláknak (16) a fölötte elhelyezett cellazárő lemezen (18) utántöltő nyílása (21) van. (3. ábra)
10. 10. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a celláknak (16) azegykristályhordozó mag(ok) (13) határfelülete mentén elhelyezett belső cellafala (22) is van, a belső cellafalon (22) az utántöltő nyílás (21) átellenes oldalán átömlőnyílása (23) van. (3. ábra).
11. 11. Az 5-8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a cella (16) a tégely (11)

    HU 205 396 Β falához, valamint a belső tégelyfalakhoz (17) illeszkedik, a tégelynek (11) olvadék-áteresztővel (25) ellátott úszója (24) van, az úszó (24) és a tégely (11) alja között úszótér (26) van, a belső tégelyfalak (17) magasságának a maximuma a tégely (11) fal magasságának és az úszótér magasságának a különbsége, minimuma pedig nagyobb, mint az úszótér (26) magassága. (4. ábra)
12. 12. Berendezés réteges egykristályok növesztésére, előnyösen az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, melynek kemencében (14) tégelytartón (15) elhelyezett tégelye (11) van, a tégely (11) fölött egykristályhordozó mago(ka)t (13) tartó kristálytartó rúdja (12) van, több egykristályhordozó mag (13) esetén egy egykristályhordozó mag (13) a tégely (11) szimmetriatengelyében, a többi egykristályhordozó mag (13) pedig a tégely (11) szimmetriatengelye körül koaxiálisán van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek a tégelyben (11) egymásba helyezett koaxiális elvezetőcsövei [28a-28(n+l)] és a koaxiális elvezetőcsövekhez [28a-28(n+l)] csúszó tömítésen (29a29n) keresztül csatlakozó ugyancsak egymásba helyezett belső cellái (27a-27n) vannak, a belső cellák (27a27n) fölött és az egykristályhordozó mag(ok) (13) alatt maszkolólemez (31) van, az (n+l)-edik koaxiális elvezetőcső [28(n+l)] a tégely (11) aljához tőcsapággyal (30) van feltámasztva. (5. ábra)
13. 13. A 12. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek a tégelyben (11) a belső cellák (27a-n) fölött körgyűrű alakú cellazáró lemeze (18) van. (5. ábra)
14. 14. A 12. vagy 13. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek közvetlenül az egykristályhoidozó mag (13) alatt a tégely (11) szimmetriatengelyében az egykristályhordozó mag(ok) (13) átmérőjénél kisebb átmérőjű belső határolólemeze (20) is van. (5. ábra)
15. 15. A12-14. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a maszkolólemeznek (31) sugár irányú terelőlapátai (32), és a terelőlapátok (32) között körgyűrű alakú beömlőnyílásai [33a-(n+l)] és kiömlőnyílásai [34a-(n+l)] vannak. (6., 7. ábra)
16. 16. A 15. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a terelőlapátok (32) ívelten vannak kialakítva. (6., 7. ábra)