NO140019B - Tak dekket med taksten og fremgangsmaate for fremstilling av slike tak - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til kontinuerlig fremstilling av tynne båndformede énkrystaller.

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av énkrystaller i form av tynne bånd. Mer bestemt angår oppfinnelsen fremstilling av énkrystaller av et stoff med forholdsvis høy overflatespenning, som f. eks. germanium i båndform.

Kjente fremgangsmåter til fremstilling

av énkrystallmaterialer er forbundet med forskjellige ulemper som foreliggende oppfinnelse har til hensikt å overvinne. Ek-sempler på kjente fremgangsmåter er beskrevet i tysk patent nr. 1 044 768, britisk

patent nr. 706 858 og U.S. patent nr.

2 927 008. Ingen av disse fremgangsmåter har de fordeler som oppnås ved foreliggende oppfinnelse som karakteriseres ved utøvelse av trykk på en smelte av krystall-materiale for å få smeiten til å strømme inn i en smal spalte og får materialet til å størkne i spalten til et sammenhengende bånd festet til en kimkrystall, mens kjø-lende strømmer av en gass som er inert i forhold til det smeltede materiale rettes mot motstående sider av det utløpende bånd, hvoretter trykket på smeiten avpasses slik at det fører smeltet materiale til spalten med samme hastighet som det båndformede krystall størkner og kommer ut av spalten. Fig. 1 viser et delvis snitt sett fra siden av en form for et apparat som er egnet for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, fig. 2 viser apparatet på fig. 1 sett ovenfra og fig. 3 viser i forstørret måle-stokk en del av apparatet på fig. 1. En del av foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte til fremstilling av en I strimmel med en på forhånd bestemt tverr-isnittsform og areal av et énkrystall-mate-iriale. Fremgangsmåten omfatter i korthet I først frembringelse av en smelte av ma-iterialet, hvoretter et trykk utøves på smel-iten slik at en del av denne ekstruderes Igjennom en begrensende passasje eller en i dyse med et bestemt tverrsnitt og en be-I stemt tverrsnittsform. En kimdannende ! innretning som fortrinsvis kan være kan-iten av en tynn flat utgangskrystall av materialet er, riktig orientert, i kontakt med iden smeltede masse i dyseåpningen og en ;kjølende strøm av inert gass er rettet mot et punkt nær ved utløpet av dysen for at -det smeltede materiale skal størkne på et nivå i passasjen nær ved dennes utløp. Etterhvert som énkrystallene dannes nær ved utgangskrystallene trekkes utgangskrystallen tilbake med en på forhånd bestemt hastighet for å vokse til en sammenhengende strimmel av en énkrystall festet til utgangskrystallen.

Kjølestrømmen av gass rettes fortrinsvis mot begge sider av den utløpende strimmel på en bestemt måte, og hastigheten på uttrekningen i forhold til hastigheten på tilførselen av smeltet materiale til dysen avpasses slik at man får det ønskede tverrsnitt og den ønskede tverrsnittsform, og et trykk utøves kontinuerlig på smeiten for kontinuerlig å føre stadig mer materiale inn i dyseåpningen som erstat-ning for det materiale som vokser over i krystallen.

På tegningen er like deler betegnet med de samme henvisningstall på de forskjellige figurer.

Apparatet til utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan, som vist på tegningen, omfatte et oppvarmet reservoar som inneholder en passende mengde smeltet materiale og har en dyse eller en innsnevret passasje ved en ende, anordninger for ekstrudering av smeltet materiale med en ønsket hastighet gjennom passasjen, innretninger for størkning av det smeltede materiale når det forlater dysen og innretninger for understøttelse og videreføring av den båndliknende krystall som dyrkes.

Innretningen som skal inneholde det smeltede materiale kan omfatte en kulldyse 2 understøttet i en opprettstående stilling på en bærer 4 som på sin side hviler på en grunnplate 5. Ved den øvre ende av sylinderen sitter en kulldyse 6 med en rektangulær passasje 8 hvis lengde er 3,96 mm og bredde er 0,15 mm. Den øvre ytre del av sylinderen 2 er gjenget, og en gjenget kapseldel 9 er anordnet for å holde dysen 6 på plass på toppen av sylinderen. Sylin-derreservoaret har en innvendig diameter på 9,52 mm. Kulldysen og dens innhold varmes opp ved hjelp av en høyfrekvens-varmespole 10 som omgir i det minste den øvre del av sylinderen.

Innretninger for ekstrudering av det smeltede materiale gjennom dyseåpningen omfatter et kullstempel 12 som passer tett i boringen i kullsylinderen 2. Drivanordnin-ger for stemplet omfatter en drivaksel 14 hvis øvre ende støter mot den nedre ende av stemplet og hvis nedre ende er gjenget eller forsynt med en tannstang. Den øvre del av drivakselen stikker gjennom en hylse 16 i grunnplaten 5. I inngrep med den gjengede del av drivakselen ' står et snekkehjul 18 som drives fra koniske tann-hjul 20, 22 fra en ikke vist motor som har variabel hastighet. Rotasjon av snekkehjulet i en retning eller den annen retning bevirker opp eller nedad rettet bevegelse av drivakselen.

Anordningene for størkning av det smeltede materiale når det forlater dysen omfatter to gassmunnstykker 24 og 26, hvis åpninger står på motstående sider av ut-løpet fra dysepassasjen. Disse åpninger står aksialt perpendikulært på den største dimensjon av dysepassasjen og der diame-teren er fortrinsvis betydelig mindre enn denne største dimensjon. Munnstykkene er ved hjelp av en ledning 28 koplet til en ikke vist gasskilde.

Innretninger for videreføring av den ferdige krystall omfatter to ruller 30, 32 som står et kort stykke over dyseutløpet og er tilsluttet anordninger for drift av rullene ved en ønsket hastighet. Denne an-ordning omfatter en aksel 33 hvis nedre ende er forbundet med snekkehjulet 18 og hvis øvre ende ved hjelp av ikke vist tann-hjul er tilsluttet i det minste rullen 30. Det kan også være anordnet ytterligere anordninger (ikke vist) som fører hjulene ettergivende mot hverandre. Rullene kan for-synes med ettergivende flater. For bedre å kontrollere den atmosfære som omgir apparatet er dette anordnet i et hus 34 som hviler på grunnplaten 5 og som har en åp-ning 36 på toppen. Åpningen er forsynt med en lukkedel som kan omfatte et stykke gummiliknende plast 38 med en spalte 39 hvorigjennom krystallbåndet kan føres.

Virkemåten for apparatet for fremstilling av en germaniumkrystall er som følger: en viss mengde germanium 40 som har den ønskede ledningsevne og renhet overføres til smeltet tilstand i sylinderen 2 ved tilførsel av energi til høyfrekvens-varmespolen 10. Det smeltede germanium bringes opp til en temperatur som ligger noe over smeltepunktet. Toppen av stemplet 12 vil ved begynnelsen av operasjonen akkurat såvidt stikke inn i den nedre ende av sylinderen. Drivakselen 14 føres der-etter frem ved rotasjon av snekkehjulet 18, slik at akselen beveges opp et kort stykke, noe som på sin side beveger stemplet opp et tilsvarende kort stykke og trykker noe av det smeltede germanium opp i dysepassasjen 8 slik at materialet ligger om-trent i flukt med det øvre utløp av passasjen.

En kant av en lang, tynn, flat utgangskrystall som er orientert på en på forhånd bestemt måte, senkes på forhånd ned slik at den nedre kant akkurat berører væsken i dysepassasjen. Den øvre del av utgangskrystallen ligger mellom rullene 30 og 32. Gass under trykk blir i mellomtiden tilført slik at en strøm av forholdsvis inert gass (f. eks. nitrogen) ved romtemperatur kommer ut fra gassmunnstykker 24 og 26. Denne kjølegass trekker hurtig varme fra utgangskrystallen og hindrer utgangskrystallen fra å smelte og dryppe ned i det smeltede germanium. Kjølegassen fører også til at det smeltede germanium begynner å størkne festet til utgangskrystallen, og så snart størkningen begynner, settes rullene 30 og 32 i langsom drift slik at utgangskrystallen heves fra dysen og slik at en germaniumkrystall 42 kontinuerlig vokser festet til den nedre ende av utgangskrystallen.

Strømmene av kjølende kvelstoff som kommer fra munnstykkene 24 og 26 er rettet mot midten av de motstående flater av krystallbåndet 42 i en høyde såvidt over dysepassasjens 8 utløp. Midten av strim-melen blir derved avkjølt hurtigere enn kantene. Dette fører til at størkningen av den voksende krystall finner sted i en lavere høyde i det sentrale parti av krystallbåndet enn ved kantene, og skilleflaten 44 mellom flytende og fast materiale i den voksende krystall blir derved konkav nedad i den største tverrdimensjon av dyse og bånd. På grunn av formen på denne skilleflate forhindrer man enhver tilbøye-lighet til uønskede kimdannelser ved kantene av båndet. Ferdige krystaller som kan begynne å vokse vil vokse utad og vil øye-blikkelig bli stanset ved kantene av båndet. Videre er som vist på tegningene skilleflaten 44 mellom væske og fast materiale (fig. 3) konkav nedad også sett fra båndets kant. I det eksempel som er vist på tegningen får den voksende krystall samme tverrsnittsform og størrelse som ut-løpet av dysepassasjen. Samtidig med at krystallen vokser ved kontinuerlig å trekke germanium fra dyseåpningen, meddeles stemplet 12 en kontinuerlig bevegelse opp-ad med en hastighet som er beregnet på akkurat å holde væskenivået tett opptil dysens lavere utløp. Ved hjelp av drivakselen 33 som forbinder snekkehjulet 18 og rullene 30 kan matningshastigheten for det smeltede germanium til dysen og bevegel-seshastigheten for båndet 42 tilpasses hverandre etter ønske. Det nøyaktige punkt der væsken størkner må passes på meget nøyaktig ved forsiktig tilpasning mellom matningshastigheten for det smeltede germanium til dysen, hastigheten på frem-matningen av krystallen og den hastighet hvormed varme fjernes fra krystallen. Hvis den hastigheten hvormed varme fjernes er for lav, vil væskenivået stige over dyseut-løpet og tverrsnittsformen på båndet vil bli deformert på grunn av overflatespen-ningen som virker på væskesøylen. Hvis varme fjernes for hurtig vil skilleflaten mellom væske og fast materiale stikke for langt ned i dysepassasjen, slik at krystallen vil størkne for langt ned og vil tilstoppe dysen.

Selv om krystallbåndet i det eksempel som er beskrevet ovenfor fikk det samme tverrsnitt og samme tverrsnittsform som dysepassasjens utløp, er det mulig å frem-stille smalere bånd med det samme apparat. Dette kan gjøres ved å øke fremfør-ingshastigheten for båndet noe uten tilsvarende økning i matningshastigheten for det smeltede materiale til dysen. Denne virkning fører til at det utløpende bånd så å si blir strukket slik at det får en bredde som er noe mindre enn lengden av dysepassasjens utløp.

Med det apparat som er vist har man fremstilt krystaller så hurtig som 2,54 cm/ min. og det antas at denne hastighet kan økes betydelig om det er ønskelig.

Krystaller kan fremstilles kontinuerlig inntil germaniumet i reservoaret i sylinderen er uttømt. Krystallbåndet som fremstilles er temmelig fleksibelt og kan vikles opp i en rull om det ønskes. Båndet kan fremstilles med meget ensartet tverrsnitt ved nøyaktig kontoll med de forskjellige faktorer som er nevnt.

Lengden av båndet som fremstilles kan økes bare ved å øke størrelsen av sylinde-rens boring.

Båndkrystallen som fremstilles svarer på alle måter til det ferdige materiale som brukes i halvlederanordninger når dette materiale skjæres opp i skiver fra store barrer, når man ser bort fra at materialet som er fremstilt i henhold til oppfinnelsen byr på den ytterligere fordel at det har en langt mer ensartet elektrisk motstand. På grunn av den hurtige fremstilling av krystallen har segregasjonskonstantene for de urenheter som finnes liten virkning på inn-holdet av urenheter som finnes i væsken sammenliknet med den mengde som går over til fast form.

Selv om dysen i det beskrevne eksempel hadde en bredde på 0,15 mm kan denne bredde økes ytterligere, og dysen kan lages av andre materialer som f. eks. kvarts som kan poleres meget nøye og derved benyttes til fremstilling av krystaller som har glat-tere overflater samtidig med at dysene er meget slitesterke.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig fremstilling av tynne båndformede énkrystaller med på forhånd bestemt tverrsnitt av et materiale med forholdsvis høy overflatespenning, spesielt germanium, som holdes i smeltet tilstand, karakterisert ved at et trykk utøves på smeiten så at en del av denne strømmer inn i en

smal spalte, hvoretter en kimkry stall bringes i kontakt med den nevnte del av smeiten, hvilken krystall .trekkes vekk med en på forhånd ibestemt hastighet samtidig med at en kjølende strøm av gass, som er toert i forhold til det nevnte materiale, rettes mot utløpet av spalten for derved å bevirke at det smeltede materiale .størkner i spalten og" idanner et kontinuerlig utlø-pende énkrystallbånd med det ,på forhånd bestemte tverrsnitt og festet til den nevnte kimkrystall, hvoretter trykk fortsatt utøves: på smeiten for å tilføre smelet materiale til

den nevnte spalte med den samme hastighet hvormed båndet størkner.

2. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at gass tilføres i strømmer med en diameter som er betydelig mindre enn bredden av flatene, hvorved varme trekkes hurtigere fra de sentrale deler av flatene enn fra båndets kanter.