JPS6148416A - Electromagnetic fluid dynamic device and process for separating and depositing material - Google Patents

Electromagnetic fluid dynamic device and process for separating and depositing material

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JPS6148416A
JPS6148416A JP17008184A JP17008184A JPS6148416A JP S6148416 A JPS6148416 A JP S6148416A JP 17008184 A JP17008184 A JP 17008184A JP 17008184 A JP17008184 A JP 17008184A JP S6148416 A JPS6148416 A JP S6148416A
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cathode
silicon
semiconductor
plasma generator
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 材料の分離は、材料の固有の種または材料の化合物の種
へ力を加えるかあるいは力の影響を及ぼすことにより達
成することができる。これらの力は1重力、電磁力、気
体(流体)の動力および/またはこれらの力の組み合わ
せである。これらの力は種へ異る加速を与え、これによ
り所望の分離に対して異る空間的および一時的特性を与
える。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Separation of materials can be achieved by applying or influencing force on individual species of the material or on compound species of the material. These forces are gravitational force, electromagnetic force, gas (fluid) power, and/or a combination of these forces. These forces impart different accelerations to the species, thereby imparting different spatial and temporal properties to the desired separation.

材料は固体、液体、蒸気またはプラズマの状態、あるい
はそれらの組み合わせであることができるであろう、電
磁流体力学的方法(magnetoplsmadyna
mic  process)は、これらの状態の各々ま
たは組み合わせを包含する。
The material may be in a solid, liquid, vapor or plasma state, or a combination thereof.
mic process) encompasses each or a combination of these states.

′&f:磁流体力学的現象は、最初に1961年にカン
(Ca n n)により発見され、そして米国特許第3
,243.954号に記載された。設計されかつ試験さ
れた装置は、宇宙推進の応用に意図され、そしてイオン
推進システムとして普通に知られている。主な設計およ
び性能の要件は、単一種の蒸気を完全にイオン化し、そ
してすべてのイオンを好ましい高速で空間中に加速する
ことであった。この装置は高い推力(thrust)効
率をもたなくてはならず、ここでスラスタ−(thru
stor)効率は、次のように定義された:推力効率=
η質量φη排% ”ηカ ここで  ηit土質土質用利用 効率ン化された質量 注入された質量 イオンの平均速度 イオンの最大速度 モして  η電力=電力効率 手ず1力  =m       X  (21)  ”
イオン ここで mイオッ=イオンの質量流れ 了 =イオンの平均速度 この方法で材料を分離するこ試みはなされなかった。な
ぜなら、意図した応用はその目的の開発に向けられなか
ったからである。
'&f: The magnetohydrodynamic phenomenon was first discovered by Can in 1961 and published in U.S. Pat.
, No. 243.954. The device designed and tested is intended for space propulsion applications and is commonly known as an ion propulsion system. The main design and performance requirements were to completely ionize a single species of vapor and accelerate all ions into space at a desirable high velocity. This device must have high thrust efficiency, and here the thruster
stor) efficiency was defined as: Thrust efficiency =
η mass φη discharge% ”η here ηit soil utilization efficiency average velocity of injected mass ions maximum velocity of ions η power = power efficiency hand 1 power = m x (21 )”
ions where: m io = mass flow of ions = average velocity of ions No attempt has been made to separate materials in this way. This is because the intended application was not directed towards the development of that purpose.

電磁流体力学的現象は、プラズマと、加えられた静電場
(ポテンシャル)によりプラズマが加速されるとき生ず
る誘発された磁場との制御された相互作用からなる。こ
のタイプの相互作用の現象は、以後ホール電流効果(H
all  Current  effect)と呼ぶ、
カン(Cann)らの研究の意味は、キャビティ(ca
vity)の陽極区域中へ制御して供給物または推進物
質を注入することであった。適切な電圧の選択および推
進物質の注入速度は、加えた磁場に対して平行な方向に
、荷電粒子(イオンおよび電子)のイオン化および加速
を生ずる。生ずるプラズマは所望の排出速度(exha
ust  velocft      ’y)に加速さ
れた。
Magnetohydrodynamic phenomena consist of the controlled interaction of a plasma with an induced magnetic field that occurs when the plasma is accelerated by an applied electrostatic field (potential). The phenomenon of this type of interaction is hereinafter referred to as the Hall current effect (H
all current effect).
The significance of the research by Cann et al. is that the cavity (ca
controllable injection of feed or propellant into the anode section of the vity. Appropriate selection of voltage and propellant injection rate results in ionization and acceleration of charged particles (ions and electrons) in a direction parallel to the applied magnetic field. The resulting plasma has a desired exhaust rate (exha
ust velocft 'y).

本発明は、電磁原体力学を用いる新規な改良された方法
により、材料を分離することに関する。
The present invention relates to separating materials by a new and improved method using electromagnetic mechanics.

本発明は、他の方法により分離できない材料の分離およ
び収集を可能とする。また、本発明は他の技術または方
法により分離できる材料を分離するが、より低いコスト
で分離するであろう。
The present invention allows for the separation and collection of materials that cannot be separated by other methods. The present invention will also separate materials that can be separated by other techniques or methods, but at a lower cost.

本発明の方法および装置の重要な使用は、供給材料とじ
て低いコストのシリコン化合物から半導体等級のシリコ
ンを製造することである。半導体等級のシリコンは、少
なくとも99.9999%の純度で精製技術によりつく
られたシリコンであると考えられる。シリコンの太陽電
池の効率よい操作のためには、半導体等級のシリコンは
実際には少なくとも99.999%の純度、好ましくは
少なくとも99.9999%の純度であるべきである。
An important use of the method and apparatus of the present invention is to produce semiconductor grade silicon from low cost silicon compounds as feedstock. Semiconductor grade silicon is considered to be silicon made by refining techniques with a purity of at least 99.9999%. For efficient operation of silicon solar cells, semiconductor grade silicon should be practically at least 99.999% pure, preferably at least 99.9999% pure.

他方において、少なくとも97%の純度のシリコンは冶
金学的等級のシリコンと考えられる。商業的に入手可能
な冶金学的等級のシリコンe       はほぼ98
%の純度である。半導体等級のシリコンは、冶金学的等
級のシリコンよりもコストがかなり高い、1980年に
おいて、半導体等級のシリコンはほぼ80ドル/kgの
コストであり、これに対して冶金学的等級のシリコンは
1ドル/kgより低いコストである。
On the other hand, silicon with a purity of at least 97% is considered metallurgical grade silicon. Commercially available metallurgical grade silicon e is approximately 98
% purity. Semiconductor grade silicon costs significantly more than metallurgical grade silicon; in 1980, semiconductor grade silicon cost approximately $80/kg, whereas metallurgical grade silicon cost $1/kg. The cost is less than $/kg.

皮肉なことには、半導体の等級は、特定した不純物すな
わち「ドーパント(dopant)」類をシリコンへ添
加することを必要とする製品において通常使用されるの
で、価値がある。これらのドーパントはシリコンの導電
性に影響を及ぼし、半導体装置へドナ一部分とりセプタ
一部分とをつくる。それゆえ、「半導体等級のシリコン
(semfconductor  gracle  5
ificon)Jは、この明細書において使用するとき
、ドーパント類が添加された高度に純粋なシリコンを包
含すると解釈すべきである。
Ironically, semiconductor grades are valuable because they are commonly used in products that require the addition of specific impurities or "dopants" to silicon. These dopants affect the conductivity of the silicon and create part of the donor and part of the septum in the semiconductor device. Therefore, “semiconductor grade silicon (semfconductor gracle 5
ificon) J as used herein should be interpreted to include highly pure silicon doped with dopants.

前述のように、半導体等級のシリコンは桂々の半導体装
置、例えば、シリコンの太陽電池の製造に使用される。
As mentioned above, semiconductor grade silicon is used in the manufacture of many semiconductor devices, such as silicon solar cells.

太陽電池の製造コストを減少して、太陽電池の製造が太
陽電池の期待される寿命から償われるようにすることが
重要である。現在、シリコンの太陽電池は直径が約4セ
ンチメートルであり、長さがソーセージ程度であるn型
シリコンの単結晶から作られる。これらの結晶は遅い調
整されたペースで回転しかつ引くことにより作られる0
次いで細長い結晶をダイヤモンドのチー2ブの円形のこ
ぎりでほぼ50ミクロンの厚さのスライスに切断する。
It is important to reduce the cost of manufacturing solar cells so that the manufacturing of the solar cells is compensated for by the expected lifetime of the solar cells. Currently, silicon solar cells are made from single crystals of n-type silicon that are about 4 centimeters in diameter and about the length of a sausage. These crystals are created by spinning and pulling at a slow regulated pace.
The elongated crystals are then cut into approximately 50 micron thick slices with a diamond two-beam circular saw.

スライスを研磨し、重ね(lap)、化学的に清浄し、
そして円筒形の電気炉を通して動く長い石英管から成る
拡散室内に置く、拡散室内において、結晶を=塩化ホウ
素の雰囲気中で1150℃に加熱する。ホウ素化合物か
ら分解する元素状ホウ素はシリコンのウェーハの外表面
中に拡散し、こうしてウェーハをドーピングして0.3
ミクロンより薄いp型層をつくる。端子をつくりかつこ
こで中央にサンドイッチされたn型シリコンを露出する
ために、さらに加工を必要とする。
The slices are polished, lapped, and chemically cleaned;
The crystal is then heated to 1150° C. in an atmosphere of boron chloride, placed in a diffusion chamber consisting of a long quartz tube running through a cylindrical electric furnace. Elemental boron decomposing from the boron compound diffuses into the outer surface of the silicon wafer, thus doping the wafer to 0.3
Create a p-type layer thinner than a micron. Further processing is required to create the terminals and expose the n-type silicon sandwiched here in the center.

この方法は小型の電気構成成分の製造には理想的である
が、含まれる工程は太陽電池のパネルの価格を発生する
電力の1キロワット当り12.OOOドル以上すなわち
(1973ドル)とする。
Although this method is ideal for manufacturing small electrical components, the steps involved make solar panels cost 12.5 million yen per kilowatt of power generated. It is assumed to be more than OOO dollars, that is, (1973 dollars).

製造の理想的コストは製造の技術および大量生産の改善
に従い減少されることが期待されるが、価格は宇宙船の
ような遠隔地域以外の電力の生成のために商業的に使用
される太陽電池のパネルについてはなお数桁大き過ぎる
。また、多くの場合において、生産において消費される
エネルギーは太陽電池の期待される寿命から回収するこ
とができない。
Although the ideal cost of manufacturing is expected to decrease as manufacturing technology and mass production improve, prices will be lower than solar cells used commercially for the generation of power in non-remote areas such as spacecraft. It is still several orders of magnitude too large for the panel. Also, in many cases the energy consumed in production cannot be recovered from the expected lifetime of the solar cell.

半導体装置、例えば、太陽電池を他の手段により製造す
るいくつかのシステムが提案された6例えば、米国特許
第4,003.770号(Janowieck、et 
 al、)(また、United  5tates  
Patent  0ffice  Voluntary
  Protest  Program  Docum
ent  No、B  65105)は、pまたはnド
ープシリコン粒子をプラズマ流中に注入し、その中で粒
子を蒸発させることからなる、太陽電池の製造法を開示
している9次いで、加熱された粒子をプラズマ流から基
板上へ研出して多結晶質のシリコンフィルムを形成する
。加熱およびスプレーの1111、適当な雰囲気を準備
して粒子を囲んで酸化を防ぐ、しかしながら、米国特許
第4,003,770号は、この技術をシリコンの精製
に使用することを示唆していない、米国特許第2.53
7.255号(Walter  H,Brattain
)は、水素と四塩化ケイ素との混合物を使用する、シリ
コン光りemf電池のためのシリコンの析出を開示して
いる。しかしながら、この初期の技術はこれらの太陽電
池の製造および冶金学的等級のシリコンの半導体等級の
シリコンへの精製のいずれについても電磁流体力学的効
果を使用することを開示していない。
Several systems have been proposed for manufacturing semiconductor devices, e.g. solar cells, by other means.6 See, for example, U.S. Pat.
al,) (Also, United 5tates
Patent Office Voluntary
Protest Program Docum
ent No. B 65105) discloses a method for the production of solar cells, consisting of injecting p- or n-doped silicon particles into a plasma stream, in which the particles are evaporated.9 Then the heated particles is polished from the plasma stream onto the substrate to form a polycrystalline silicon film. 1111 of heating and spraying, providing a suitable atmosphere surrounding the particles to prevent oxidation; however, U.S. Pat. No. 4,003,770 does not suggest using this technique for the purification of silicon; U.S. Patent No. 2.53
No. 7.255 (Walter H, Brattain
) discloses the deposition of silicon for silicone emf cells using a mixture of hydrogen and silicon tetrachloride. However, this early technology does not disclose the use of magnetohydrodynamic effects for either the production of these solar cells or the purification of metallurgical grade silicon to semiconductor grade silicon.

米国特許ff13,916,034号(Tsuchim
oto)は、プラズマ流中の半導体を基板上へ移送する
方法を開示している。プラズマは磁場により薄いフィル
ムの基板上へ向けられる。米国特許第3,916,03
4号は、従来の電磁流体力学的(magnet oga
sdynami c)方法の代表である。その電磁流体
力学的方法において、大量の利用効率(mass  u
tilization  efficiency)は低
く、この方法を大量のシリコンの精製には無効とする。
U.S. Patent No. FF13,916,034 (Tsuchim
oto) discloses a method for transferring a semiconductor in a plasma stream onto a substrate. The plasma is directed onto the thin film substrate by a magnetic field. U.S. Patent No. 3,916,03
No. 4 is a conventional magnetohydrodynamic (magnet oga
This is a representative of the sdynamic c) method. In the magnetohydrodynamic method, mass utilization efficiency (mass u
tilization efficiency) is low, making this method ineffective for purifying large quantities of silicon.

また、電磁流体力学的アークを使用する析出システムを
作ることが可能であり、ここで磁気ノズルを&i気ココ
イルよび/または放電の自己磁場によりつくる。この磁
気ノズルはプラズマジェット中に高いイオン濃度を可能
とし、ジェット中のシリコンの分布を良好とする。陽極
付属装置を電磁(jXB)力の間拡散させるかあるいは
急速に回転させ、陽極を均一に浸食させることができる
It is also possible to create a deposition system using a magnetohydrodynamic arc, where the magnetic nozzle is created by a co-coil and/or by the self-magnetic field of the discharge. This magnetic nozzle allows a high ion concentration in the plasma jet and a good distribution of silicon in the jet. The anode attachment can be diffused or rapidly rotated during the electromagnetic (jXB) force to uniformly erode the anode.

しかしながら、このシステムは「モードの(m。However, this system is limited to "modes of (m.

dal)J性能を提供し、ここで質量流速の小さい変化
はこのシステムの電圧の要件に臨界的に影響を及ぼす、
このシステムにおいて、IJA極と陰極とのltHの絶
縁体は、浸食されるか、あるいはプラズマ装置の作動中
に被覆されることにより放゛道をショートさせることが
ある。
dal) J performance, where small changes in mass flow rate critically affect the voltage requirements of this system,
In this system, the IJA electrode and cathode ltH insulators can erode or become coated during operation of the plasma device, thereby shorting the radiation path.

したがって1本発明の目的は、シリコンを精製する方法
および装置、とくに冶金学的等級のシリコンをより純粋
な形態のシリコンに精製して半導体等級のシリコンを製
造する方法および装置を提供することである。
It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for refining silicon, in particular for refining metallurgical grade silicon into a purer form of silicon to produce semiconductor grade silicon. .

本発明の他の目的は、大きい面積の薄いフィルムの形態
の半導体等級の材料を製造し、これによりシリコン光電
太陽電池を作るための安価な基礎製品を提供することで
ある。
Another object of the invention is to produce semiconductor grade materials in the form of large area thin films, thereby providing an inexpensive base product for making silicon photovoltaic solar cells.

本発明のさらに他の目的は、電磁流体力学的技術を用い
てシリコンのような材料を精製する方法を提供すること
である。
Yet another object of the present invention is to provide a method for purifying materials such as silicon using magnetohydrodynamic techniques.

したがって、本発明のなお他の目的は、桂の分離に従来
の化学的還元法、従来の触媒法、蒸気移送法、レーザー
加熱、微分イオン化法(d i f ferentia
l   1onization)、  電子ビーム加熱
または溶融結晶引上げ法に依存しない、材料を分離する
新規な改良された方法を提供することである。しかしな
がら、本発明のそれ以上の目的は、選択的イオン化およ
び磁場の加速による電磁分離の新規な改良された手段を
提供することである。とくに、現在の分離装置に関して
コストが低くかつ運転のための電力が低い方法および装
置を提供することが目的である。
Therefore, still another object of the present invention is to use conventional chemical reduction methods, conventional catalytic methods, vapor transfer methods, laser heating, differential ionization methods for the separation of Katsura.
To provide a new and improved method of separating materials that does not rely on electron beam heating or fused crystal pulling methods. However, a further object of the invention is to provide a new and improved means of electromagnetic separation by selective ionization and acceleration of magnetic fields. In particular, it is an aim to provide a method and a device that is low in cost and requires low power for operation with respect to current separation devices.

本発明の他の目的は、太陽電池、とくに大きい面積のシ
リコンの太陽電池に使用される大きい面積のシリコンフ
ィルムを、経済的に実施されかつ電力消費が低い方法で
形成する手段を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a means for forming large area silicon films for use in solar cells, particularly large area silicon solar cells, in an economically viable and low power consumption manner. be.

本発明のなお他の目的は、太陽電池の生産コスト、とく
に生産の電力消費のコストが、太陽電池の寿命のIIJ
I、太陽電池により生成されることが期待される電力の
値によりも有意に低い、地球上の用途において使用され
る太陽電池のためのシリコンを精製することである。
Still another object of the present invention is to reduce the production cost of solar cells, especially the cost of power consumption during production, by a factor of IIJ over the lifetime of the solar cell.
I, to refine silicon for solar cells used in terrestrial applications, which is significantly lower than the power values expected to be produced by solar cells.

したがって、本発明は、その1つの面において、材料を
層状に電着により析出して半導体装2tを形成する装置
に関する。陰極、陽極、陽極に隣接する加速磁石および
収束磁石からなる電磁流体力学的発生器により、プラズ
マスプレーを真空室内で磁気的に加速する。収束磁石は
束のパターンを有する。プラズマスプレーがプラズマ発
生器から放出されるとき、この束のパターンを回転させ
てプラズマスプレーを異る方向に向けることができる0
本発明の1つの面において、材料をプラズマ中に注入し
てプラズマ流を発生させる手段が設けられる。これらの
注入される材料は、望ましくない不純物をプラズマスプ
レー中のシリコンから分離するために使用するキャリヤ
ーを含むことができる。また、注入される材料は、半導
体のドーj        プ層を析出させるためのド
ーパントを含むことができる。ドープ層は、いかなる所
望の厚さであることもできる。
Accordingly, one aspect of the present invention relates to an apparatus for depositing material in layers by electrodeposition to form a semiconductor device 2t. A magnetohydrodynamic generator consisting of a cathode, an anode, an accelerating magnet adjacent to the anode, and a focusing magnet magnetically accelerates the plasma spray within the vacuum chamber. A focusing magnet has a pattern of flux. When the plasma spray is emitted from the plasma generator, this bundle pattern can be rotated to direct the plasma spray in different directions.
In one aspect of the invention, means are provided for injecting material into the plasma to generate a plasma stream. These implanted materials can include carriers used to separate unwanted impurities from the silicon in the plasma spray. The implanted material may also include a dopant for depositing a doped layer of the semiconductor. The doped layer can be of any desired thickness.

他の面において、収束磁石をジンバル上に配置して収束
磁石の磁束場を回転させ、これにより材料をターゲット
区域の種々の部分上に均一に析出させることができる。
In another aspect, a focusing magnet can be placed on a gimbal to rotate the magnetic flux field of the focusing magnet, thereby uniformly depositing material onto different portions of the target area.

さらに、本発明の他の面において、装置を使用して基板
を析出した後、半導体材料を析出させる。
In yet another aspect of the invention, the apparatus is used to deposit the substrate and then deposit the semiconductor material.

なお他の面において、本発明は半導体等級のシリコンの
ような半導体材料を真空の環境において製造する方法に
関する。プラズマを陰極と陽極との間に発生させる。プ
ラズマ加速磁石で加速し、ターゲット区域上に位置する
析出区域上に収束磁石で収束させる。半導体材料1例え
ば、シリコンをプラズマ中に配置し、これによりプラズ
マ波を形成し、そしてキャリヤー物質をプラズマ流中に
注入して、半導体材料がプラズマ中に存在する聞手導体
材料を精製する。
In yet another aspect, the invention relates to a method of manufacturing semiconductor materials, such as semiconductor grade silicon, in a vacuum environment. Plasma is generated between a cathode and an anode. The plasma is accelerated by an accelerating magnet and focused by a focusing magnet onto a deposition area located above the target area. Semiconductor material 1, for example silicon, is placed in a plasma, thereby forming a plasma wave, and a carrier material is injected into the plasma stream to purify the conductor material in which the semiconductor material is present in the plasma.

析出区域をターゲット区域に沿って、収束磁石の束の配
向を変化させることにより動かすことができる。
The deposition area can be moved along the target area by changing the orientation of the focusing magnet flux.

なお他の面において、完成された半導体フィルムをター
ゲット区域からロボット手段により取り出して、引き続
いて、新しいフィルムを形成するごとに真空室をボンピ
ングすることを必要としないで、半導体フィルムを形成
することができる。
In yet another aspect, it is possible to remove the completed semiconductor film from the target area by robotic means to subsequently form a semiconductor film without the need for bombing a vacuum chamber each time a new film is formed. can.

なお他の面において、本発明は、半導体等級のシリコン
のような材料を精製する方法、とくに真空の環境を準備
し、そしてプラズマを加速磁石で加速し、収束磁石でタ
ーゲット区域上へ収束することからなるシリコンの精製
に関する。精製すべき材料をプラズマ中に配置し、これ
によりプラズマ流を形成する。キャリヤー物質は精製す
べき材料中の不純物と結合する。したがって、材料はタ
ーゲット区域上へ析出され、同時に材料中に存在する不
純物はキャリヤー物質と一緒に、主としてキャリヤー物
質との化合物として、真空ポンプ手段により除去される
。適当な材料、例えば。
In yet another aspect, the present invention provides a method for refining materials such as semiconductor grade silicon, in particular providing a vacuum environment and accelerating a plasma with an accelerating magnet and focusing it onto a target area with a focusing magnet. Concerning the purification of silicon consisting of. The material to be purified is placed in the plasma, thereby forming a plasma stream. The carrier substance binds impurities in the material to be purified. The material is thus deposited onto the target area and at the same time the impurities present in the material are removed together with the carrier substance, primarily as a compound with the carrier substance, by means of a vacuum pump. Suitable materials, e.g.

ドーパントの添加により、精製された材料をプラズマ流
中で、材料がターゲット区域上に析出されるとき、変成
することができる。
The addition of dopants allows the purified material to be transformed in the plasma stream as the material is deposited onto the target area.

また、本発明は、アイソトープを優先的に分離する手段
を提供する。また、はとんどの化合物の分離は精製など
のために実施する。
The present invention also provides a means to preferentially separate isotopes. In addition, separation of most compounds is carried out for purposes such as purification.

第1図を参照すると、本発明による電磁流体力学的析出
装置1は真空ハウジング11内に含有されている。電磁
流体力学的析出装置1の上部13内に加速磁石17によ
り取り囲まれたアーク形成区画15が存在し、そして電
磁流体力学的析出装置lの下部は析出室19を形成する
。装置1の中央部21は収束磁石23により取り囲まれ
ている。析出室19はアークの真下に位置する。アーク
形成区画15内のプラズマは加速磁石17により下方に
加速されることができる。収束磁石23は25で全体的
に衷示される則いカラム内で、プラズマが析出室19へ
到達するまで、プラズマを維持する傾向をもつ。
Referring to FIG. 1, a magnetohydrodynamic deposition apparatus 1 according to the present invention is contained within a vacuum housing 11. As shown in FIG. In the upper part 13 of the magnetohydrodynamic deposition device 1 there is an arc-forming section 15 surrounded by accelerating magnets 17, and the lower part of the magnetohydrodynamic deposition device l forms a deposition chamber 19. The central part 21 of the device 1 is surrounded by a focusing magnet 23 . The deposition chamber 19 is located directly below the arc. The plasma in the arc forming section 15 can be accelerated downward by an accelerating magnet 17. Focusing magnet 23 tends to maintain the plasma in a regular column generally indicated at 25 until it reaches deposition chamber 19 .

カラム25内のイオンの一部分が析出室19中へ投射さ
れうるように、真空ハウジング11内で真空を維持して
、プラズマのカラム25内のイオンがアーク形成区画1
5と析出室19との間で他の流体により妨害されないよ
うにすることが必要である。好ましい実施態様において
、非常に高い真空を維持して、圧力が10−’)ル以下
にする 10−10の真空を維持することが好ましいが
、これはとくに実質的な量のキャリヤー物質を使用する
場合非経済的であることが明らかにされた。これらの高
い真空を達成するために、従来の低温ポンプおよびイオ
ンポンプを使用して、低温ポンプとイオンポンプとの組
み合わせを使用する。
A vacuum is maintained within the vacuum housing 11 such that a portion of the ions within the column 25 can be projected into the deposition chamber 19 so that the ions within the column 25 of the plasma can be projected into the arc forming section 1.
5 and the precipitation chamber 19, it is necessary to avoid interference by other fluids. In a preferred embodiment, a very high vacuum is maintained such that the pressure is less than 10-'), especially when using a substantial amount of carrier material. It has been shown that this is uneconomical. To achieve these high vacuums, conventional cryo-pumps and ion pumps are used, and a combination of cryo-pumps and ion pumps is used.

キャリヤー物質の追加の抽出は、液体窒素−冷却コイル
のアセンブリー31により達成される。
Additional extraction of carrier material is accomplished by a liquid nitrogen-cooling coil assembly 31.

コイルのアセンブリー31を中央部21に位置させて、
プラズマのカラム25を取り囲む0次いでカラム25内
のプラズマから逃げるガスは、コイルのアセンブリー3
1上で凝縮する。
positioning the coil assembly 31 in the central portion 21;
The gas surrounding the column 25 of plasma and escaping from the plasma within the column 25 is then transferred to the coil assembly 3.
Condensate on 1.

第2図に示すように、アーク形成区画15は棒様陰極4
1と円筒形陽極43からなる。インゼクタ−45は陰極
に隣接して取り付けられており、注入された流体は陰極
の上を通ることができる。
As shown in FIG.
1 and a cylindrical anode 43. An injector 45 is mounted adjacent to the cathode to allow injected fluid to pass over the cathode.

アークが陰極41と陽極43との間において確立された
とき、アークの付近の流体はイオン化され、こうしてイ
オン化されたプラズマを形成する。
When an arc is established between cathode 41 and anode 43, the fluid in the vicinity of the arc is ionized, thus forming an ionized plasma.

第1図を再び参照すると、アーク形成区画15において
イオン化された流体は加速磁石17により加速され、そ
して収束磁石23により収束されてプラズマの細いカラ
ム25を形成する。しかしながら、インゼクタ−45に
より注入される流体は異るイオン化ポテンシャルの元素
および化合物から構成されているかあるいはそれらを形
成する場合、最高のイオン化ポテンシャルをもつ元素ま
たは化合物は、イオン化される場合、磁力により影響を
受け、それゆえプラズマのカラム25内のより低いイオ
ン化ポテンシャルをもつ元素または化合物と置換する傾
向をもつであろう、ざらに。
Referring again to FIG. 1, the ionized fluid in arc forming section 15 is accelerated by accelerating magnet 17 and focused by focusing magnet 23 to form a narrow column 25 of plasma. However, if the fluid injected by the injector 45 is composed of or forms elements and compounds of different ionization potentials, the element or compound with the highest ionization potential will be more influenced by the magnetic force when ionized. ions and will therefore tend to replace elements or compounds with lower ionization potentials in the column 25 of the plasma.

イオン性化合物よりはむしろ二成分系化合物が形成され
る場合、これらの化合物はプラズマ流からそれら自体非
常に急速に分離する傾向がある。こうして、このような
二成分系化合物は急速に抽出されうる。換言すると、イ
ンゼクタ−45で流体を注入することにより形成された
イオンは加速磁石17および収束磁石23により形成さ
れた電磁場の影響のもとにあり、そして制限された軌道
をたどる。電磁場の影響下にない原子はプラズマ流から
自由に拡散して出る。異る軌道は材料の種を分離する手
段を提供する。
If binary compounds rather than ionic compounds are formed, these compounds tend to separate themselves from the plasma stream very rapidly. Thus, such binary compounds can be rapidly extracted. In other words, the ions formed by injecting the fluid with the injector 45 are under the influence of the electromagnetic field formed by the accelerating magnet 17 and the focusing magnet 23 and follow a restricted trajectory. Atoms not under the influence of the electromagnetic field are free to diffuse out of the plasma stream. Different trajectories provide a means to separate species of material.

異る材料の再使用可能な異るイオン化ポテンシャルのた
め、材料は材料のすべてをイオン化することにより分離
することもできる。生ずるイオンは異る質驕およびイオ
ン化ポテンシャルをもち、それゆえ加速磁石17および
収束磁石23の電磁場の影響を受けるとき、異る軌道を
有するであろう。
Because of the reusable different ionization potentials of different materials, materials can also be separated by ionizing all of the materials. The resulting ions have different quality and ionization potential and therefore will have different trajectories when influenced by the electromagnetic fields of accelerating magnet 17 and focusing magnet 23.

後述するように、好ましい実施態様において、四塩化ケ
イ素はインゼクタ−45を通して注入される主材料であ
ろう0元素状シリコンがアーク形成区画において化合物
から分離されるようになり、これにより塩素および不純
物含有塩化物が残る。ここで装置は真空ハウジングll
内の分圧(塩素の)は適切に低い値(10−’ )にと
どまることをなお確保する間、塩素をシリコンから分離
する技術を組み込まなくてはならない、シリコンと塩素
のイオン化ポテンシャルは異るため、アークはシリコン
を優先的にイオン化するであろう、シリコンのイオンは
加えられた磁場により捕捉され、そして塩素はイオンの
細いカラム25から拡散して出るであろう、コイルのア
センブリー31は低温ポンピンング塔における主要な機
素を構成する。イオンのカラム25とコイルのアセンブ
リー31との間にバッフル51が存在する。このバッフ
ル51はコイルのアセンブリー31を保護し、かつコイ
ルのアセンブリー31がプラズマの細いビームを乱すの
を防止するはたらきをする。
As discussed below, in a preferred embodiment, silicon tetrachloride is injected through the injector 45 so that the primary material, elemental silicon, is separated from the compound in the arc forming zone, thereby removing chlorine and impurity-containing compounds. Chloride remains. Here the device is a vacuum housing
The ionization potentials of silicon and chlorine are different, and techniques must be incorporated to separate chlorine from silicon while still ensuring that the partial pressure (of chlorine) in Because the arc will preferentially ionize silicon, the silicon ions will be trapped by the applied magnetic field and the chlorine will diffuse out of the narrow column of ions 25 because the coil assembly 31 is at a low temperature. It constitutes the main element in the pumping tower. A baffle 51 is present between the ion column 25 and the coil assembly 31. This baffle 51 serves to protect the coil assembly 31 and prevent it from disturbing the narrow beam of plasma.

プラズマの細いビーム25が析出室へ入るとき、イオン
はターゲット53上にイオンの細いビームを残し、こう
して層すなわち半導体装置を形成する。究極的に半導体
材料は装21の外側で使用されることが望まれるので、
半導体装置、例えば、シリコンはターゲット区域から取
り出し可能でなくてはならない、これを達成するいくつ
かの方法が存在する: 1、シリコンが接着しない半永久的層または一時的な層
をターゲット区域にわたって配置することができる。こ
の型の材料の1例は窒化ホウ素である。界面温度に依存
して、窒化ホウ素はある程度分解し、そしてホウ素は窒
化ホウ素上1         ′°析出に′1°″“
″4中1拡散する1あろう、これは高度のドーピングを
生じ、シリコンの底面を導電性(はぼ=to−’オーム
/am)とする、これにより、底面は半導体材料から形
成されるであろう半導体装置のための裏面導体(bac
k  conductor)として作用することができ
る。
When the narrow beam 25 of plasma enters the deposition chamber, the ions leave a narrow beam of ions on the target 53, thus forming a layer or semiconductor device. Ultimately, it is desired that the semiconductor material be used outside the package 21, so
The semiconductor device, e.g. silicon, must be removable from the target area; there are several ways to achieve this: 1. Place a semi-permanent or temporary layer over the target area to which the silicon does not adhere; be able to. One example of this type of material is boron nitride. Depending on the interfacial temperature, boron nitride decomposes to some extent, and boron precipitates on boron nitride by 1'°''.
There will be 1 in 4 diffused, which will result in a high degree of doping and make the bottom surface of the silicon conductive (to-' ohm/am), so that the bottom surface can be made of semiconductor material. backside conductor (bac) for semiconductor devices
k conductor).

2、耐火材料、例えば、モリブデンまたはタングステン
の再使用回走な支持シート上にシリコンを析出させるこ
とができる。支持体の熱サイクルを適切に制御すること
により、その上に析出されたシリコンは、2種類の材料
の熱膨張の差により、耐火性シートから破壊して開放さ
せることができる。
2. Silicon can be deposited on a reusable support sheet of refractory material, such as molybdenum or tungsten. By properly controlling the thermal cycling of the support, the silicon deposited thereon can be broken free from the refractory sheet due to the difference in thermal expansion of the two materials.

3、シリコンは高密度の「レーキ(l ake)」、す
なわち、スズのような低い蒸気圧の液体金属の表面上に
析出させることができる。
3. Silicon can be deposited on the surface of a dense "lake", ie, a low vapor pressure liquid metal such as tin.

シリコンを固体材料上へ析出させる場合(1および2の
場合のように)、ターゲット材料にみぞを刻んで、ター
ゲット材料上に析出する金属結晶の方向をもった生長を
促進させることが望ましいことがある。これらのみぞは
深さが5〜19ミクロン、幅が5〜10ミクロンであり
、隣接みぞ間の中心対中心の分離が10〜15ミクロン
であることができる。これはシリコンの析出間に形成す
る結晶の核化中心の整列を促進し、これにより大きい結
晶またはさらには単結晶フィルムを生成させる。
When depositing silicon onto a solid material (as in cases 1 and 2), it may be desirable to groove the target material to promote oriented growth of the metal crystals deposited on the target material. be. These grooves can be 5 to 19 microns deep, 5 to 10 microns wide, and the center-to-center separation between adjacent grooves can be 10 to 15 microns. This promotes alignment of the nucleation centers of the crystals that form during silicon precipitation, thereby producing large crystals or even single crystal films.

ドーパントの−・ ドーパント材料をプラズマ流中に注入して、ドープ層の
深さおよび密度を制御しながら、半導体材料上にドープ
層を形成することが可1后である。これはドーパントを
主要な半導体材料と同時に、同一の注入口からあるいは
別々に、注入することにより実施する。こうして、半導
体イオンが析出するとき、プラズマの細いカラム25内
に配置されるドーパントは、シリコンがターゲット53
上へ析出するとき、シリコン中へ拡散する。
Dopant--The dopant material can then be injected into a plasma stream to form a doped layer on the semiconductor material, controlling the depth and density of the doped layer. This is accomplished by implanting the dopant at the same time as the primary semiconductor material, either through the same injection port or separately. Thus, when semiconductor ions are deposited, the dopants placed in the narrow column 25 of the plasma are silicon-based at the target 53.
As it precipitates upward, it diffuses into the silicon.

また、前述のように、シリコンを窒化ホウ素上へ析出さ
せるとき、シリコンのホウ素のドーピングは、ことにシ
リコンと窒化ホウ素との間の界面付近において起こる。
Also, as mentioned above, when silicon is deposited onto boron nitride, doping of the silicon with boron occurs particularly near the interface between the silicon and boron nitride.

支持体およびフィルムの温度はホウ素の濃度およびシリ
コン中へのホウ素の浸透を決定するであろう。
The temperature of the support and film will determine the concentration of boron and its penetration into the silicon.

下表はこのシステムにより注入される種々の材料の物理
的性質を記載する。理想的には、注入される材料は液体
の形態である。析出させるべき元素のイオン化ポテンシ
ャルは比較的高く、そしてキャリヤー材料のイオン化ポ
テンシャルは比較的低くあるべきである。材料の融点お
よび8点は、低温材料をコイルのアセンブリー31に通
過させることにより材料を抽出する目的に対して重要で
ある。
The table below describes the physical properties of various materials injected by this system. Ideally, the injected material is in liquid form. The ionization potential of the element to be deposited should be relatively high and the ionization potential of the carrier material should be relatively low. The melting point and point of the material is important for the purpose of extracting the material by passing the cold material through the assembly 31 of coils.

イオン化ポ  塩化物および/ ■   材料   −立王ユー−ニヱ之ヱ基  または
水−JJjSi  シleコy    28.06  
 8.L2  (融点=t4zo℃:C1114素  
   35.46  12.95    Cl2H水素
      1.00  13.53    H2N 
 窒素     14.01  14.48    N
2塩化水素   36−46   N、A、     
MCl−1皿上ヱー 1、  テト5’)ao  168.29  N、A、
   SiC1mシラン 2、   ト+)クロロシ 135.44  N、A、
   5iHC13ラン 3、 ジクロロシラ 100.99  N、A、   
5iH2C12ン 4、 クロロシラン  66.54  N、A、   
5iH1C15、シラ7     32.09  N、
A−5iH46、クシ5ン    62.17  N、
A、   Siz Ha7、  )IJシ5y    
92.24  N、A、   5i3Hs8、 テトラ
シラン 122.32  N、A、   Si*H+。
Ionized Po Chloride and/ ■ Materials - Ritou Yu-Nienno Group or Water - JJjSi Silecoy 28.06
8. L2 (melting point = t4zo℃: C1114 element
35.46 12.95 Cl2H Hydrogen 1.00 13.53 H2N
Nitrogen 14.01 14.48 N
Hydrogen dichloride 36-46 N, A,
MCl-1 on plate E-1, Tet5') ao 168.29 N, A,
SiC1msilane2, t+)chlorosi 135.44 N, A,
5iHC13 Run 3, Dichlorosilica 100.99 N, A,
5iH2C12-4, Chlorosilane 66.54 N, A,
5iH1C15, Shira 7 32.09 N,
A-5iH46, Kushi 5in 62.17 N,
A, Siz Ha7, ) IJ S5y
92.24 N, A, 5i3Hs8, Tetrasilane 122.32 N, A, Si*H+.

融点      沸点     ノに気圧−一一一工一
      、”c         、トルー101
.6    −34.7  10”−259,14−2
52,8103 −209,86−195,8760 −112−83,71,5XIO−5 −7057,57N、A。
Melting point Boiling point
.. 6 -34.7 10”-259,14-2
52,8103 -209,86-195,8760 -112-83,71,5XIO-5 -7057,57N,A.

−13433,ON、A。-13433, ON, A.

−1128,3N、A。-1128,3N,A.

−118,1−30,4N、A。-118,1-30,4N,A.

−185−118,8N、A。-185-118,8N,A.

132.5    −14..5   N、A。132.5 -14. .. 5 N, A.

−177,452,9N、A。-177,452,9N,A.

−93,580N、A。-93,580N,A.

・すの自f   − 1つの真空ポンプ−ダウン操作(vacuumpump
−down  operation)で多数平方メート
ルの半導体等級のシリコンのフィルムを製造するために
、支持体および/またはターゲット材料を動かすある方
法を案出しなくてはならない、固体の支持体をターゲッ
ト区域に使用する実施態様において、ターゲット53上
に析出される太陽電池のフィルムをターゲット53から
取り出し、真空ハウジングll内に貯蔵し、これにより
引き続くフィルムがターゲット53上に析出されるよう
にする。
・Suno f - 1 vacuum pump - down operation (vacuumpump
In order to produce films of multiple square meters of semiconductor grade silicon in -down operations, some method of moving the support and/or target material must be devised, using a solid support in the target area. In embodiments, a film of solar cells deposited on target 53 is removed from target 53 and stored in a vacuum housing 11 so that subsequent films can be deposited on target 53.

ロボット55を使用して引き続くフィルムをターゲット
53から持ち上げる0次いで、複数の完成されたフィル
ム57をロボット55により析出室19内においてター
ゲラ)531−3よびプラズマのカラム25かも離れた
ところに貯蔵する。完成されたフィルム57の貯蔵は装
置lが引き続くフィルムを連続して析出できるようにさ
せることが理解できるであろう。
The robot 55 is used to lift successive films from the target 53.The completed films 57 are then stored by the robot 55 in the deposition chamber 19 away from the target film 531-3 and the plasma column 25. It will be appreciated that the storage of the finished film 57 allows the device I to deposit successive films in succession.

”1tHkによる各フィルムの析出前に、ターゲット5
3上に予備成形された支持体(図示せず)をターゲット
53に配置させることも可能である。
“Before deposition of each film with 1 tHk, target 5
It is also possible to place a preformed support on target 53 (not shown) on target 53 .

こうして、完成されたフィルム57の各々はそれら自体
のための支持体を宥し、各支持体はフィルムとともに持
ち上げられるか、あるいは後にフィルムから分離される
ことができる。
Each of the completed films 57 thus has a support for itself, and each support can be lifted with the film or later separated from the film.

シリコンが液体金属の表面上に析出される場合において
、ロボット55を使用してフィルムを液体の表面に沿っ
て引くことができる。フィルムは連続的に析出され、そ
して切断手段、例えば。
In cases where silicon is deposited onto the surface of a liquid metal, the robot 55 can be used to draw a film along the surface of the liquid. The film is deposited continuously and cut by means of cutting, e.g.

レーザー(図示せず)を使用してフィルムを所望の・長
さに裁断し、次いで裁断されたものを完成されたフィル
ム57として貯蔵する。
A laser (not shown) is used to cut the film to the desired length, and the cuts are then stored as finished film 57.

−扱立一 第3図を参照すると、シリコンを精製する方法はシステ
ム中に注入される異る材料、ならびにアーク制御および
プラズマ収束のパラメーターを注意して制御することに
より実施される。圧力制御装置61からの圧力を四塩化
ケイ素源63へ加える。四塩化ケイ素をアーク形成区画
15へ蒸発器および流れ制御装置65により注入する。
- Handling - Referring to Figure 3, the method for refining silicon is carried out by carefully controlling the different materials injected into the system, as well as the arc control and plasma focusing parameters. Pressure from pressure controller 61 is applied to silicon tetrachloride source 63. Silicon tetrachloride is injected into arc forming section 15 by evaporator and flow control device 65 .

水素源77からの水素を注入して、追加のキャリヤーガ
スを供給して不純物を除去しかつプラズマスプレーの形
成を促進することができる。アーク形成区画15におい
て形成される種々のガスは真空ポンプ区画79において
抜き出される。アーク形成区画15から放出されるイオ
ンは優先的にイオン化されて、ブロック81により表わ
される工程においてターゲーyトs3(第x図)に析出
されるべきシリコンおよび他の材料を向ける。これは真
空ポンプ区画79ならびに収束磁石23によりなされる
ガス放出により達成される。収束磁石は、工程83によ
り表わされるように、析出室19内のj       
 ターゲット53ヘイオンを向ける。工程85において
、支持体を準備してイオンのカラム25を受ける。この
工程は支持体を熱加工して、適切な温度において支持体
を、必要に応じて、析出した材料へ接着させるかあるい
はそれから徐々に分離させる。これはブロック87によ
り支持体の加工の一部分として表わされている。イオン
は、ターゲットへ衝突すると、工程89で表わされる結
晶質フィルムを形成する。77において供給される水素
を使用してプラズマを形成し、シリコンを熱加工し、か
つシリコン層を受容するようにシリコンを鵡領すること
ができる。これはブロック91で表わされている。
Hydrogen from a hydrogen source 77 can be injected to provide additional carrier gas to remove impurities and facilitate formation of the plasma spray. The various gases formed in the arc forming section 15 are extracted in the vacuum pump section 79. Ions emitted from arc forming section 15 are preferentially ionized and direct silicon and other materials to be deposited on target s3 (FIG. x) in the step represented by block 81. This is accomplished by gas evacuation performed by vacuum pump section 79 as well as focusing magnet 23. The focusing magnet is placed in the deposition chamber 19, as represented by step 83.
Aim at target 53 Heion. In step 85, a support is prepared to receive the column 25 of ions. This step thermally processes the support to cause it to adhere to or gradually separate from the deposited material, as desired, at a suitable temperature. This is represented by block 87 as part of the processing of the support. When the ions impact the target, they form a crystalline film, represented by step 89. The hydrogen provided at 77 can be used to form a plasma, thermally process the silicon, and deposit the silicon to receive the silicon layer. This is represented by block 91.

最後の処理はブロック97において実施される。この処
理は薄いヒ素の層を析出して、得られる光電池の感光特
性を改良することを包含できる。最後に工程99におい
て、最後のシリコンフィルムが形成した後、完成された
フィルム57を析出室19から取り出す。
Final processing is performed at block 97. This treatment can include depositing a thin layer of arsenic to improve the photosensitivity properties of the resulting photovoltaic cell. Finally, in step 99, the completed film 57 is removed from the deposition chamber 19 after the last silicon film has been formed.

一磁l迎21造− 大きい面積のフィルム支持体を望む場合、ターゲット5
3をプラズマの細いカラム25に関して統合することが
必要である。この統合(articulation)は
、プラズマのカラム25を屯に拡散できるようにするよ
りも大きいスプレーのパターンをターゲット53上に提
供する。
21 pieces of single-magnetic support - If a large area film support is desired, target 5
3 with respect to a thin column 25 of plasma. This articulation provides a larger spray pattern on the target 53 that allows the column 25 of plasma to spread out.

前述のように、プラズマの細いカラム25を液体金属の
支持体上へ収束する場合において、ロボット55を使用
して析出した材料を液体金属の「レーキ」に沿って引き
、こうしてプラズマの細いカラム25に関してターゲッ
ト53を効果的に取り出すことができる。
As previously mentioned, in focusing the narrow column 25 of plasma onto a support of liquid metal, the robot 55 is used to pull the deposited material along the liquid metal "rake", thus focusing the thin column 25 of plasma. The target 53 can be effectively taken out.

しかしながら、固体の支持体を使用するとき、ターゲッ
ト53またはプラズマのカラム25を動かすことが必要
である。ターゲット53を特定した位置に保持しようと
する場合、プラズマの細いカラム25は収束磁石23の
磁場をシフトさせることにより統合することができる。
However, when using a solid support, it is necessary to move the target 53 or the column of plasma 25. If the target 53 is to be held in a specific position, the narrow column 25 of plasma can be integrated by shifting the magnetic field of the focusing magnet 23.

これは収束磁石23の統合部分101を設けることによ
り達成することができる。統合部分101は収束磁石2
3の一部分として機能するが、その磁石の軸をシフトさ
せるかあるいはその束のパターンをシフトさせて、プラ
ズマがターゲット53へ到達するとき、プラズマの細い
ビーム25を角度的にそらす   −ことができる、こ
れは統合部分101の一部分を選択的に活かすか、ある
いは統合部分101をジンバル装置上で物理的に回転さ
せることにより実施することができる。
This can be achieved by providing an integral part 101 of the focusing magnet 23. The integrated part 101 is the converging magnet 2
3, but can shift the axis of its magnet or shift its flux pattern to angularly deflect the narrow beam 25 of the plasma as it reaches the target 53. This can be accomplished by selectively activating portions of integrated portion 101 or by physically rotating integrated portion 101 on a gimbal device.

本発明を好ましい実施態様であると信じられるものを記
載したが、それ以上の変更を行って電磁流体力学的精製
技術の操作効率を増大することがが考えられる0例えば
、サンドイッチに似た方式でフィルムの間に可動の支持
体または使い捨ての支持体を配置させてターゲット53
上に複数のシリコンフィルムを析出させることが可能で
ある。
Although the present invention has been described in what is believed to be a preferred embodiment, it is contemplated that further modifications may be made to increase the operational efficiency of the magnetohydrodynamic purification technique. For example, in a sandwich-like manner. A movable or disposable support is placed between the films to create a target 53.
It is possible to deposit multiple silicon films on top.

他の元素状半導体、例えば、ゲルマニウムをシリコンの
代わりに使用することができる。したかって1本発明は
好ましい実施態様に従い説明されたが、それにより限定
されない。
Other elemental semiconductors, such as germanium, can be used in place of silicon. Thus, while the invention has been described in accordance with preferred embodiments, it is not limited thereby.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は1本発明による電磁流体力学的装置の略図であ
る。 第2図は、本発明の好ましい実施5g様のアーク形成区
域の略図である。 第3図は1本発明による半導体フィルムを形成する方法
を表わすブロック線図である。 1 電磁流体力学的析出装置 11 K空ハウジング 13 上部 15 アーク形成区画、ホール電流加速装置。 冷たいシリコンまたは熱いタングステンの陽極 17 加速磁石 19 析出室 21 中央部 23 収束磁石 25  IBいカラム 31 液体窒素−冷却コイルのアセンブリー41 棒様
陰極 43 円筒形陽極 45 インゼクター 51 バッフル 53 ターゲット 55 ロボット 57 完成されたフィルム 61 圧力制御装置 63 四塩化ケイ素源 65 蒸発器+ソニックオリフィスまたは質量流検知装
置 77 水素源、H2槽 79 真空ポンプ区画、低温ポンプ、支持体におけるバ
ックグラウンド<10−4 81 微分イオン化+場内のシリコンの捕捉83 ビー
ムの直径+低温ポンプを通って析出室へ入るチャンネル
のイオンのW1 85 支持体の処理 87 支持体の熱処理 89 シリコンフィルムを析出させて大きい多結晶10
〜30μを形成する 91 シリコンフィルムをH2で熱処理する97 被膜
の析出 99 完成されたフィルムの取り出し 101  収束磁石の統合部分 手続補正書(方式) 昭和59年 9月27日 特許庁長官  志 賀  学   殿 1、事件の表示 特願昭5s−tvoost号 乙発明の名称 材料の分離および析出の電磁流体力学的装置お工び方法 3、補正をする名 事件との関係  特許出願人 4、代 理 人〒107
FIG. 1 is a schematic diagram of a magnetohydrodynamic device according to the invention. FIG. 2 is a schematic diagram of the arc forming area according to a preferred embodiment 5g of the present invention. FIG. 3 is a block diagram illustrating a method of forming a semiconductor film according to the present invention. 1 Magnetohydrodynamic deposition device 11 K empty housing 13 Upper part 15 Arc forming section, Hall current accelerator. Cold silicon or hot tungsten anode 17 Accelerator magnet 19 Deposition chamber 21 Central section 23 Focusing magnet 25 IB column 31 Liquid nitrogen-cooling coil assembly 41 Rod-like cathode 43 Cylindrical anode 45 Injector 51 Baffle 53 Target 55 Robot 57 Completed film 61 Pressure control device 63 Silicon tetrachloride source 65 Evaporator + sonic orifice or mass flow sensing device 77 Hydrogen source, H2 tank 79 Vacuum pump compartment, cryo pump, background in support <10-4 81 Differential ionization + Capture of silicon in situ 83 Beam diameter + W1 of ions in the channel entering the precipitation chamber through the cryo-pump 85 Treatment of the support 87 Heat treatment of the support 89 Precipitating the silicon film to form large polycrystals 10
Forming ~30μ 91 Heat-treating silicon film with H2 97 Deposition of film 99 Retrieval of completed film 101 Amendment of integrated partial procedure for focusing magnet (method) September 27, 1980 Manabu Shiga, Commissioner of the Patent Office 1. Indication of the case Patent application No. 5 S-TVOOST No. 2 Name of the invention Method of manufacturing a magnetohydrodynamic device for separating and depositing materials 3. Relationship with famous case for amendment Patent applicant 4. Agent 〒 107

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空中で磁気的に加速されたプラズマスプレーを使
用することにより半導体材料を精製する装置であって、 a)真空室および関連する真空ポンプ装置;b)電磁流
体力学的ホール効果のそれ以上のプラズマ発生器、ここ
でこのプラズマ発生器はさらに、 陰極と、 陽極と、 前記陽極に最も近い陰極の部分に隣接して位置する加速
磁石と、 少なくともその一部分が前記陰極に関して陽極を越えて
位置する収束磁石と、 からなる; c)プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構造
体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持してい
る; d)前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここで
この電力は主として直流であり、そして電力は前記プラ
ズマ発生器にプラズマを発生することができるようにさ
せる; e)ターゲット表面、ここでこのターゲット表面は陰極
および陽極に関して収束磁石を越えて位置する; f)材料をプラズマ中に注入してプラズマ流を発生させ
る手段; g)外部から真空室内に接近可能とする改め口、ここで
この改め口は密閉手段を有し、それによって前記注入さ
れた材料は前記プラズマ発生器により優先的にイオン化
され、これにより材料中の不純物はプラズマ流中に存在
する間に分離される; からなることを特徴とする装置。 2、材料をプラズマ中に注入する手段はキャリヤー材料
を受け取ることができ、前記キャリヤー材料はプラズマ
流中の半導体材料中に存在する不純物と結合して、半導
体材料がターゲット区域において析出する前に、半導体
材料から不純物を分離するために有効であり、こうして
半導体材料は析出前の半導体材料の純度より大きい純度
の状態で析出することができる特許請求の範囲第1項記
載の装置。 3、材料をプラズマ中に注入する手段はさらにドーパン
ト材料を注入することができ、これにより前記ドーパン
ト材料は、半導体材料がターゲット区域へ適用されると
き、半導体材料へ適用される特許請求の範囲第2項記載
の装置。 4、ドーパントはキャリヤー材料と混合される特許請求
の範囲第3項記載の装置。 5、ロボット手段をさらに含み、そしてこのロボット手
段は材料をターゲット区域へ動かしかつそこかり取り出
すために操作することができる特許請求の範囲第2項記
載の装置。 6、陰極は熱イオン陰極である特許請求の範囲第5項記
載の装置。 7、元素状シリコンを、装置の運転の間に、プラズマ発
生器中に液体として注入する特許請求の範囲第2項記載
の装置。 8、材料を注入する手段は材料を陰極に隣接させて注入
する特許請求の範囲第2または3項記載の装置。 9、陰極は熱イオン陰極である特許請求の範囲第1また
は3項記載の装置。 10、装置の運転の間にシリコンをプラズマ発生器へ注
入する特許請求の範囲第1または2項記載の装置。 11、シリコンは液体化合物として注入される特許請求
の範囲第10項記載の装置。 12、シリコンは陽極に注入される特許請求の範囲第1
0項記載の装置。 13、シリコンは陰極に注入される特許請求の範囲第1
0項記載の装置。 14、真空ポンプ装置は低温真空ポンプおよびイオン真
空ポンプ装置からなる特許請求の範囲第1または2項記
載の装置。 15、注入される材料はシリコンからなり、そして優先
的イオン化および半導体材料からの不純物の分離はター
ゲット表面に析出される半導体等級のシリコンを生成す
る特許請求の範囲第1項記載の装置。 16、コイルアセンブリーがプラズマ流から逃げる材料
を凝縮させるために設けられている特許請求の範囲第1
または15項記載の装置。 17、プラズマ発生器は加速磁石により取り囲まれてお
り、この加速磁石はプラズマを加速し、これによりプラ
ズマ中の材料はプラズマ発生器から離れる方向に移送さ
れる特許請求の範囲第1または15項記載の装置。 18、真空中で磁気的に加速されたプラズマスプレーに
より半導体接合装置の形成に使用する半導体金属を精製
する装置であって、 a)真空室および関連する真空ポンプ装置;b)電磁流
体力学的ホール効果のプラズマ発生器、ここでこのプラ
ズマ発生器は、さらに、熱イオン陰極と、 陽極と、 前記陰極に隣接して位置する加速磁石と、 収束磁石、ここでこの収束磁石の少なくとも一部分は前
記陰極に関して前記陽極を越えて位置している、 からなる; c)プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構造
体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持してい
る; d)前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここで
この電力は主として直流であり、そして電力は前記プラ
ズマ発生器に前記熱イオン陰極からのイオンを有するプ
ラズマ流を発生することができる; e)半導体材料を前記プラズマ発生器へ供給する手段、
ここでこの半導体材料は半導体に要求される純度より低
い純度を有する; f)ターゲット区域、ここでこのターゲット区域は真空
室内に位置し、これによりプラズマ流は前記プラズマ発
生器により排出され、次いで前記プラズマ流中の材料は
ターゲット区域において析出することができる; g)キャリヤー材料をプラズマ流中に注入する手段; h)真空室の改め口、ここでこの改め口は真空室の外部
から真空室内に接近可能としかつ密閉手段を有し、ここ
で前記キャリヤー材料は、前記キャリヤー材料および半
導体材料がプラズマ流中に存在するとき、半導体材料中
の不純物と結合し、そして前記材料は優先的にイオン化
され、これにより不純物は前記材料がプラズマ流中に存
在する間に半導体材料から分離される; からなることを特徴とする装置。 19、ロボット手段をさらに含み、ここでこのロボット
手段は材料をターゲット区域へ動かしかつそこかり取り
出すために操作することができる特許請求の範囲第18
項記載の装置。 20、半導体材料はシリコンであり、そしてシリコンは
陽極に注入される特許請求の範囲第18項記載の装置。 21、半導体材料はシリコンであり、そしてシリコンは
陰極に隣接して注入される特許請求の範囲第18項記載
の装置。 22、真空ポンプ装置は低温真空ポンプおよびイオン真
空ポンプ装置からなる特許請求の範囲第18項記載の装
置。 23、プラズマ発生器へ供給される半導体材料は冶金学
的等級のシリコンであり、そして優先的イオン化および
半導体材料からの不純物の分離はターゲット区域に析出
される半導体等級のシリコンを生成する特許請求の範囲
第18項記載の装置。 24、コイルアセンブリーがプラズマ流から逃げる材料
を凝縮させるために設けられている特許請求の範囲第1
8または23項記載の装置。 25、プラズマ発生器は加速磁石により取り囲まれてお
り、この加束磁石はプラズマを加速し、これによりプラ
ズマ中の材料はプラズマ発生器から離れる方向に移送さ
れる特許請求の範囲第18または23項記載の装置。 26、真空中で磁気的に加速されたプラズマスプレーに
より半導体接合装置の形成に使用する半導体金属を精製
する装置であって、 a)真空室および関連する真空ポンプ装置;b)電磁流
体力学的プラズマ発生器、ここでこのプラズマ発生器は
、さらに、 陰極と、 陽極と、 前記陽極に最も密接した前記陰極の部分に隣接して位置
する加速磁石と、 収束磁石、ここでこの収束磁石の少なくとも一部分は前
記陰極に関して前記陽極を越えて位置する、 からなる; c)プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構造
体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持してい
る; d)前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここで
この電力は主として直流であり、そして電力は前記プラ
ズマ発生器にプラズマを発生することを可能とする; e)ターゲット表面、ここでこのターゲット表面は前記
陰極および前記陽極に関して前記収束磁石を越えて位置
する; f)材料を前記プラズマ中に供給してプラズマ流を発生
させる手段; g)外部から改め室の内部に接近可能とする改め口、こ
こでこの改め口は密閉手段を有する;h)コイルアセン
ブリー、ここでこのコイルアセンブリーは前記収束磁石
内に実質的に同心的に位置しかつ前記プラズマから逃げ
るガスを冷却しこれにより前記ガスを凝縮する;および i)バッフルアセンブリー、ここでこのバッフルアセン
ブリーは前記コイルアセンブリー内に実質的に同心的に
位置しかつ前記プラズマを取り囲んで前記コイルアセン
ブリーを前記プラズマから保護しかつ前記プラズマから
分離する; からなることを特徴とする装置。 27、真空中で磁気的に加速されたプラズマスプレーに
より半導体接合装置の形成に使用する半導体金属を精製
する装置であって、 a)真空室および関連する真空ポンプ装置;b)電磁流
体力学的プラズマ発生器、ここでこのプラズマ発生器は
さらに、 熱イオン陰極と、 陽極と、 前記陰極に隣接して位置する加速磁石と、 収束磁石、ここでこの収束磁石の少なくとも一部分は前
記陰極に関して前記陽極を越えて位置する、 からなる; c)プラズマ発生器の支持構造体、ここでこの支持構造
体は真空室内において前記プラズマ発生器を支持してい
る; d)前記プラズマ発生器に電力を供給する手段、ここで
この電力は主として直流であり、そして電力は前記プラ
ズマ発生器に前記熱イオン陰極からのイオンを有するプ
ラズマを発生することを可能とする; e)ターゲット区域、ここでこのターゲット区域は真空
室内に位置し、これによりプラズマ流は前記プラズマ発
生器により排出され、次いで前記プラズマ流中の材料は
ターゲット区域において析出することができる; f)材料をプラズマ流中に注入する手段; g)真空室の改め口、ここでこの改め口は真空室の外部
から真空室内に接近可能としかつ密閉手段を有する; h)コイルアセンブリー、ここでこのコイルアセンブリ
ーは前記収束磁石内に実質的に同心的に位置しかつ前記
プラズマから逃げるガスを冷却しこれによりこのガスを
凝縮する;および i)バッフルアセンブリー、ここでこのバッフルアセン
ブリーは前記コイルアセンブリー内に実質的に同心的に
位置しかつ前記プラズマを取り囲んで前記コイルアセン
ブリーを前記プラズマから保護しかつ前記プラズマから
分離する; からなることを特徴とする装置。 28、真空中で磁気的に加速されたプラズマスプレーに
より金属を精製する装置であって、a)真空室; b)電磁流体力学的プラズマ発生器、ここでこのプラズ
マ発生器は、 1)陰極と、 2)陽極と、 3)前記陰極に隣接して位置するプラズマ加速手段と、 4)プラズマ収束手段、ここでこの収束手段は前記陰極
に関して前記陽極を越えて少なくとも部分的に位置する
、 5)前記プラズマ発生器は前記真空室内において支持さ
れている; からなる; c)前記プラズマ発生器に電力を供給し、これにより前
記プラズマ発生器にプラズマ流を発生することを可能と
する手段; d)真空室内に位置して前記プラズマ流中に含有される
材料を受け取るターゲット区域; e)材料をプラズマ流中に注入する手段;および h)コイルアセンブリー、ここでこのコイルアセンブリ
ーは前記プラズマ流に関して取り囲まれて位置しかつ前
記プラズマから逃げるガスを冷却し、これにより前記ガ
スを凝縮する; からなることを特徴とする装置。 29、前記陰極は熱イオン陰極からなる特許請求の範囲
第28項記載の装置。 30、前記プラズマ加速手段は磁石からなる特許請求の
範囲第28項記載の装置。 31、前記プラズマ収束手段は磁石からなる特許請求の
範囲第28または30項記載の装置。 32、前記電力は主として直流からなる特許請求の範囲
第28項記載の装置。 33、真空室の改め口をさらに含み、ここでこの改め口
は真空室の外部から真空室内に接近可能としかつ密閉手
段を含む特許請求の範囲第28または32項記載の装置
。 34、バッフルアセンブリーをさらに含み、ここでこの
バッフルアセンブリーは前記コイルアセンブリー内に実
質的に同心的に位置しかつ前記プラズマ流を取り囲んで
前記コイルアセンブリーを前記プラズマ流から保護しか
つ前記プラズマ流から分離する特許請求の範囲第28項
記載の装置。 35、前記コイルアセンブリーは前記収束手段内に実質
的に同心的に位置する特許請求の範囲第28または34
項記載の装置。 36、前記収束手段は磁石からなる特許請求の範囲第3
5項記載の装置。 37、前記加速手段は磁石からなる特許請求の範囲第3
6項記載の装置。 38、半導体材料を精製する方法であって、a)真空の
環境を準備し; b)陽極と陰極との間にプラズマを確立し;c)プラズ
マを加速磁石で加速し; d)半導体金属を含有する物質をプラズマ中に配置し、
これによりプラズマ流を形成し; e)プラズマ流を収束磁石で析出区域上へ収束し; f)キャリヤー物質をプラズマ流中に注入し、ここでこ
のキャリヤー物質はプラズマ流中の半導体材料中に存在
する不純物と化学的に結合し、これにより半導体金属は
前記析出前にプラズマ流中の不純物から解離される; ことを特徴とする方法。 39、半導体材料をプラズマ中へ注入する特許請求の範
囲第38項記載の方法。 40、半導体材料を液体の形態の元素として注入する特
許請求の範囲第39項記載の方法。 41、半導体材料をプラズマ中に熱イオン陰極の形態で
配置する特許請求の範囲第38項記載の方法。 42、半導体材料はシリコンである特許請求の範囲第3
8項記載の方法。 43、シリコンを精製する方法であって、 a)真空の環境を準備し; b)陰極と陽極との間にプラズマを確立し;c)プラズ
マを加速磁石で加速し; d)プラズマをターゲット区域に位置する析出区域上へ
収束磁石でへ収束し: e)半導体材料をプラズマ中に配置し、これによりプラ
ズマ流を形成し; f)キャリヤー物質をプラズマ流中に注入し、ここでこ
のキャリヤー物質はプラズマ流中の半導体材料中に存在
する不純物と化学的に結合し;g)キャリヤー物質およ
び不純物を真空室から真空ポンプにより抜き出す; ことを特徴とする方法。 44、陰極を前記半導体材料から作られた熱イオン陰極
として形成することにより、半導体材料をプラズマ中に
配置する特許請求の範囲第43項記載の方法。 45、半導体材料を注入手段によりプラズマ中に配置す
る特許請求の範囲第43項記載の方法。 46、真空ポンプは低温ポンプとイオンポンプとの組み
合わせからなる特許請求の範囲第43または45項記載
の方法。 47、半導体材料はシリコンである特許請求の範囲第4
5項記載の方法。 48、ドーパントをプラズマ流中に選択的に注入する工
程をさらに含み、これにより精製されたシリコンがドー
プ層を有するようにする特許請求の範囲第47項記載の
方法。
[Claims] 1. An apparatus for purifying semiconductor materials by using magnetically accelerated plasma spray in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping equipment; b) magnetohydrodynamics. further comprising a cathode, an anode, an accelerating magnet located adjacent to a portion of the cathode closest to said anode, and at least a portion of which is connected to said cathode. a focusing magnet positioned beyond the anode with respect to; c) a support structure for a plasma generator, wherein the support structure supports said plasma generator in a vacuum chamber; d) said plasma generator. means for supplying electrical power to the plasma generator, where the electrical power is primarily direct current, and which enables the plasma generator to generate a plasma; e) a target surface, where the target surface is a cathode and an anode; f) means for injecting material into the plasma to generate a plasma stream; g) an opening allowing access into the vacuum chamber from the outside, where the opening has sealing means; wherein the implanted material is preferentially ionized by the plasma generator, thereby separating impurities in the material while in the plasma stream. 2. The means for injecting material into the plasma may receive a carrier material, said carrier material combining with impurities present in the semiconductor material in the plasma stream, before the semiconductor material is deposited in the target area. Apparatus according to claim 1, which is effective for separating impurities from a semiconductor material, so that the semiconductor material can be deposited in a state of purity greater than the purity of the semiconductor material before deposition. 3. The means for injecting material into the plasma may further inject a dopant material, whereby said dopant material is applied to the semiconductor material when it is applied to the target area. The device according to item 2. 4. The device of claim 3, wherein the dopant is mixed with a carrier material. 5. The apparatus of claim 2 further comprising robotic means operable to move material to and remove material from the target area. 6. The device according to claim 5, wherein the cathode is a thermionic cathode. 7. The apparatus of claim 2, wherein elemental silicon is injected as a liquid into the plasma generator during operation of the apparatus. 8. The device according to claim 2 or 3, wherein the means for injecting the material injects the material adjacent to the cathode. 9. The device according to claim 1 or 3, wherein the cathode is a thermionic cathode. 10. The device according to claim 1 or 2, wherein silicon is injected into the plasma generator during operation of the device. 11. The apparatus of claim 10, wherein the silicon is injected as a liquid compound. 12.Claim 1 in which silicon is implanted into the anode
The device described in item 0. 13.Claim 1 in which silicon is implanted into the cathode
The device described in item 0. 14. The device according to claim 1 or 2, wherein the vacuum pump device comprises a low temperature vacuum pump and an ion vacuum pump device. 15. The apparatus of claim 1, wherein the implanted material comprises silicon and the preferential ionization and separation of impurities from the semiconductor material produces semiconductor grade silicon deposited on the target surface. 16. Claim 1, wherein the coil assembly is provided for condensing material escaping from the plasma stream.
or the device according to item 15. 17. The plasma generator is surrounded by an accelerating magnet, which accelerates the plasma, thereby transporting the material in the plasma away from the plasma generator. equipment. 18. An apparatus for purifying semiconductor metals for use in the formation of semiconductor bonding devices by magnetically accelerated plasma spray in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping equipment; b) a magnetohydrodynamic hole. effect plasma generator, wherein the plasma generator further comprises: a thermionic cathode, an anode, an accelerating magnet located adjacent to the cathode, and a focusing magnet, wherein at least a portion of the focusing magnet is connected to the cathode. c) a support structure for a plasma generator, wherein the support structure supports the plasma generator in a vacuum chamber; d) a support structure for the plasma generator; means for supplying electrical power to said plasma generator, wherein said electrical power is primarily direct current, and said electrical power is capable of generating a plasma stream having ions from said thermionic cathode in said plasma generator; means for supplying the generator;
wherein the semiconductor material has a purity lower than that required for semiconductors; f) a target area, wherein the target area is located within a vacuum chamber, whereby a plasma stream is ejected by said plasma generator and then said The material in the plasma stream can be deposited in the target area; g) means for injecting carrier material into the plasma stream; h) a break in the vacuum chamber, where the break enters the vacuum chamber from outside the vacuum chamber; accessible and sealing means, wherein the carrier material combines with impurities in the semiconductor material when the carrier material and the semiconductor material are present in the plasma stream, and the material is preferentially ionized. , whereby impurities are separated from a semiconductor material while said material is in a plasma stream. 19. Claim 18 further comprising robotic means, wherein the robotic means is operable to move material to and remove material from the target area.
Apparatus described in section. 20. The device of claim 18, wherein the semiconductor material is silicon and the silicon is implanted in the anode. 21. The device of claim 18, wherein the semiconductor material is silicon and the silicon is implanted adjacent to the cathode. 22. The device according to claim 18, wherein the vacuum pump device comprises a low temperature vacuum pump and an ion vacuum pump device. 23, the semiconductor material supplied to the plasma generator is metallurgical grade silicon, and the preferential ionization and separation of impurities from the semiconductor material produces semiconductor grade silicon deposited in the target area. The device according to scope item 18. 24. Claim 1, wherein the coil assembly is provided for condensing material escaping from the plasma stream.
8 or 23. 25. The plasma generator is surrounded by accelerating magnets, the flux magnets accelerating the plasma so that the material in the plasma is transported away from the plasma generator, as claimed in claim 18 or 23. The device described. 26. An apparatus for purifying semiconductor metals for use in the formation of semiconductor bonding devices by magnetically accelerated plasma spray in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping equipment; b) magnetohydrodynamic plasma. A generator, wherein the plasma generator further comprises: a cathode, an anode, an accelerating magnet located adjacent to a portion of the cathode closest to the anode, and a focusing magnet, wherein at least a portion of the focusing magnet. is located beyond the anode with respect to the cathode; c) a support structure for a plasma generator, wherein the support structure supports the plasma generator in a vacuum chamber; d) the plasma generator means for supplying electrical power to said plasma generator, where said electrical power is primarily direct current, and which electrical power enables said plasma generator to generate a plasma; e) a target surface, where said target surface is connected to said cathode and located beyond the focusing magnet with respect to the anode; f) means for supplying material into the plasma to generate a plasma stream; g) a break opening allowing access to the interior of the break chamber from the outside, where the break the mouth has sealing means; h) a coil assembly, wherein the coil assembly is located substantially concentrically within the focusing magnet and cools gas escaping from the plasma, thereby condensing the gas; and i) a baffle assembly, wherein the baffle assembly is located substantially concentrically within the coil assembly and surrounds the plasma to protect and isolate the coil assembly from the plasma. A device characterized by comprising; 27. Apparatus for purifying semiconductor metals for use in the formation of semiconductor bonding devices by magnetically accelerated plasma spray in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber and associated vacuum pumping equipment; b) magnetohydrodynamic plasma. A generator, wherein the plasma generator further comprises: a thermionic cathode, an anode, an accelerating magnet located adjacent to the cathode, and a focusing magnet, wherein at least a portion of the focusing magnet focuses the anode with respect to the cathode. c) a support structure for a plasma generator, the support structure supporting said plasma generator within a vacuum chamber; d) means for supplying electrical power to said plasma generator; , where this power is primarily direct current and which enables the plasma generator to generate a plasma with ions from the thermionic cathode; e) a target area, where this target area is in a vacuum; located within a chamber so that a plasma stream can be ejected by the plasma generator and material in the plasma stream can then be deposited in a target area; f) means for injecting material into the plasma stream; g) a vacuum. a chamber aperture, wherein the aperture is accessible into the vacuum chamber from outside the vacuum chamber and has sealing means; h) a coil assembly, wherein the coil assembly is substantially concentric within the focusing magnet; and i) a baffle assembly, wherein the baffle assembly is located substantially concentrically within the coil assembly and cools gas escaping from the plasma, thereby condensing the gas; An apparatus comprising: surrounding the plasma to protect and isolate the coil assembly from the plasma. 28. An apparatus for refining metals by magnetically accelerated plasma spray in vacuum, comprising: a) a vacuum chamber; b) a magnetohydrodynamic plasma generator, wherein the plasma generator comprises: 1) a cathode; 2) an anode; 3) plasma acceleration means located adjacent to said cathode; 4) plasma focusing means, wherein said focusing means is located at least partially beyond said anode with respect to said cathode; 5) said plasma generator is supported within said vacuum chamber; c) means for supplying electrical power to said plasma generator, thereby enabling said plasma generator to generate a plasma stream; d) a target area located within the vacuum chamber to receive material contained in the plasma stream; e) means for injecting material into the plasma stream; and h) a coil assembly, wherein the coil assembly is configured to Apparatus according to claim 1, characterized in that: cooling a gas surrounding and escaping from said plasma, thereby condensing said gas. 29. The apparatus of claim 28, wherein said cathode comprises a thermionic cathode. 30. The apparatus according to claim 28, wherein said plasma accelerating means comprises a magnet. 31. The apparatus according to claim 28 or 30, wherein the plasma focusing means comprises a magnet. 32. The apparatus of claim 28, wherein said electrical power consists primarily of direct current. 33. Apparatus according to claim 28 or 32, further comprising a break in the vacuum chamber, the break in making the vacuum chamber accessible from outside the vacuum chamber and including sealing means. 34, further comprising a baffle assembly, wherein the baffle assembly is located substantially concentrically within the coil assembly and surrounds the plasma flow to protect the coil assembly from the plasma flow and 29. Apparatus according to claim 28 for separation from a plasma stream. 35. Claim 28 or 34, wherein said coil assembly is located substantially concentrically within said focusing means.
Apparatus described in section. 36. Claim 3 in which the focusing means comprises a magnet
The device according to item 5. 37. Claim 3 in which the acceleration means comprises a magnet
The device according to item 6. 38. A method for purifying a semiconductor material, comprising: a) preparing a vacuum environment; b) establishing a plasma between an anode and a cathode; c) accelerating the plasma with an accelerating magnet; d) purifying a semiconductor metal. placing the contained substance in the plasma,
e) focusing the plasma stream onto the deposition area with a focusing magnet; f) injecting a carrier substance into the plasma stream, where the carrier substance is present in the semiconductor material in the plasma stream; chemically bonding with impurities in the plasma stream, whereby the semiconductor metal is dissociated from the impurities in the plasma stream prior to said deposition. 39. The method of claim 38, wherein the semiconductor material is injected into the plasma. 40. The method of claim 39, wherein the semiconductor material is implanted as the element in liquid form. 41. The method of claim 38, wherein the semiconductor material is placed in the plasma in the form of a thermionic cathode. 42. Claim 3 in which the semiconductor material is silicon
The method described in Section 8. 43. A method for purifying silicon, comprising: a) preparing a vacuum environment; b) establishing a plasma between a cathode and an anode; c) accelerating the plasma with an accelerating magnet; d) directing the plasma to a target area. e) placing a semiconductor material in the plasma, thereby forming a plasma stream; f) injecting a carrier material into the plasma stream, where the carrier material chemically combining with impurities present in the semiconductor material in the plasma stream; g) extracting the carrier material and the impurities from the vacuum chamber by means of a vacuum pump; 44. The method of claim 43, wherein the semiconductor material is placed in the plasma by forming the cathode as a thermionic cathode made from the semiconductor material. 45. The method of claim 43, wherein the semiconductor material is placed in the plasma by injection means. 46. The method according to claim 43 or 45, wherein the vacuum pump is a combination of a cryogenic pump and an ion pump. 47. Claim 4 in which the semiconductor material is silicon
The method described in Section 5. 48. The method of claim 47, further comprising the step of selectively injecting a dopant into the plasma stream so that the purified silicon has a doped layer.
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