PL101699B3 - A method of controllable introducing admixture materials into crystalline semiconductors at the zone fusion without crucible - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowanego wprowadzania materialów domieszkowych do pólprze¬ wodników krystalicznych przy beztyglowym topieniu strefowym.

Znany jest z patentu glównego nr 94444 sposób sterowanego wprowadzania materialów domieszkowych przy beztyglowym topieniu strefowym polegajacy na umieszczeniu w szczelnym pojemniku, zamocowanego pionowo na swych obu koncach preta pólprzewodnika krystalicznego, gdzie strefa topienia wytwarza sie indukcyjna cewka grzewcza otaczajaca pret pólprzewodnika, a material domieszkowy doprowadza sie bezposrednio do strefy topienia, w której jako zródlo materialu domieszkowego stosuje sie pret pólprzewodnika krystalicznego wykonany w formie cienkiego preta dajacego mozliwosc stalego domieszkowania, przy czym ten cienki pret odpowiednio do pozadanego stopnia domieszkowania zbliza sie z okreslona szybkoscia posuwu do strefy topienia i tam przetapia sie w pret pólprzewodnika.

Wedlug sposobu opisanego w patencie glównym, cienki pret domieszkowy doprowadza sie przewodem rurowym do szczelnego pojemnika od strony strefy topienia, przy czym dla jej wytworzenia zastosowana jest plaska, indukcyjna cewka grzewcza, zaopatrzona we wkladke rurowa dla doprowadzenia cienkiego preta domieszkowego.

Przez zastosowanie cienkiego preta domieszkowego jako zródla materialu domieszkowego, mozna dokladnie dozujac nastawic domieszkowanie danego preta pólprzewodnika przy beztyglowym topieniu strefowym w atmosferze gazu ochronnego lub tez w prózni. Domieszkowanie zalezy od domieszkowania cienkiego preta, od grubosci wzglednie przekroju cienkiego preta i od szybkosci posuwu cienkiego preta domieszkowego. Poniewaz te trzy parametry mozna dokladnie nastawic, mozna wiec równiez w prosty sposób przeprowadzic sterowane domieszkowanie preta pólprzewodnika krystalicznego.

Celem wynalazku jest ulepszenie znanego z patentu glównego sposobu, które zagwarantowaloby jednorodny rozklad materialu domieszkowego w wyciaganym strefowo precie pólprzewodnika krystalicznego zarówno w kierunku osiowym jak i w promieniowym. Cel ten osiagnieto sposobem wedlug wynalazku, polegajacy na tym, ze cienki pret domieszkowy doprowadza sie do strefy topienia przez wydrazony pret zasobnikowy.2 101699 Jako pret zasobnikowy stosuje sie gruboscienna rure z odpowiedniego materialu pólprzewodnikowego.

W precie zasobnikowym wykonuje sie otwór o srednicy dopasowanej do srednicy cienkiego preta domieszkowe¬ go. Przez dokladne dopasowanie uzyskuje sie mozliwosc bardzo dokladnego nastawienia domieszkowania.

Cienki pret domieszkowy ma srednice w zakresie od 2 do 10 mm, jego szybkosc posuwu w pólprzewodni¬ kowym precie zasobnikowym mozna celowo nastawic na zakres od 1 do 10 mm/min. Proces domieszkowania przeprowadza sie korzystnie w atmosferze gazu ochronnego, zwlaszcza w atmosferze argonu przy niewielkim nadcisnieniu dla uniknieciu przebicia pomiedzy cewka i pretem.

Aby uzyskac jeszcze lepsze przemieszanie w stopiwie, zaleca sie cienki pret domieszkowy lub wydrazony pret zasobnikowy lub tez oba te prety wprawic w ruch obrotowy dookola ich osi podluznych.

Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku.

W szczelnym pojemniku 1 do beztyglowego topienia strefowego znajduje sie zamocowany pionowo w górnym uchwycie 2 na razie jeszcze nie domieszkowany pólprzewodnikowy pret zasobnikowy 3 z krzemu, który ma otwór wzdluzny 4 o srednicy okolo 5 mm. W dolnym uchwycie 5 zamocowany jest zarodek krysztalu 7 zatopiony na monokrysztale 6 krzemu. Indukcyjna plaska cewka grzewcza 8, wytwarza strefe topienia 9, z której wyciagany jest domieszkowany pret monokrysztalu 6 krzemu. Przez wydrazony pret zasobnikowy 3, jak tez przez jego uchyt 2 i przez wydrazony, umocowany w uchwycie 2 wal 10 wprowadza sie szczelnie do pojemnika 1 domieszkowy cienki pret krzemowy 11, który sklada sie z preta krysztalu krzemowego z domieszkowym fosforem o grubosci ok. 4 mm i o elektrycznym oporze wlasciwym wynoszacym 0,7 ft cm.

Cienki pret domieszkowy 11 laczy sie w swym górnym koncu z ferromagnetycznym rdzeniem 12, który pokryty jest warstwa izolujaca 13. Ferromagnetyczny rdzen 12 sprzega sie ze znajdujacym sie na zewnatrz szczelnego pojemnika 1 elektromagnesem zabierakowym tak, ze cienki pret domieszkowy 11 mozna doprowadzic z okreslona szybkoscia posuwu do strefy topienia 9 w niej stapiac. Ponadto domieszkowy cienki pret krzemowy 11 mozna równiez dodatkowo obracac (patrz.,strzalki 15) dookola jego osi podluznej. Otwór w wydrazonym wale 10 dla domieszkowego preta cienkiego 11 zamkniety jest gazoszczelna pokrywa 16.

Na szczelnym pojemniku 1 znajduje sie manometr'17, który wskazuje cisnienie gazu panujace w szczelnym pojemniku, które jest wytwarzane z nie przedstawionej na rysunku butli z argonem, polaczonej doprowadzeniem 18. W szczelnym pojemniku 1 podczas domieszkowania jest nastawione i stale utrzymane niskie nadcisnienie atmosfery argonu wynoszace 0,15 at.

Przyklad wykonania. Do wytworzenia preta monokrysztalu krzemowego 6 o srednicy 50 mm i domieszko¬ waniu fosforu o odpowiednim elektrycznym oporze wlasciwym wynoszacym okolo 110 12 cm stosuje sie cienki pret krzemowy o srednicy 4 mm który ma domieszkowany fosfor o oporze 0,7 I2/cm (3,4 • 10l5at/g). Cienki pret 11 stapia sie przy posuwie o szybkosci 6 mm/min. W strefie topienia nie domieszkowanego wysokoomowego preta krzemowego 3 (o srednicy zewnetrznej 50 mm z otworem wzdluznym o srednicy 5 mm p > 2000 12/cm) i podczas beztyglowego topienia strefowego nastawia sie szybkosc wyciagania, która wynosi 3 mm/min. Z wagi stopionego wydrazonego krzemowego preta zasobnikowego 3 (140 g) na minute i wagi stopionego cienkiego preta domieszkowego 11 (1,75 g) na minute, oblicza sie ze wspólczynnikiem rozrzedzenia 0,0125 i efektywnym wspólczynnikiem rozkladu wynoszacym 0,47 domieszkowanie w monokrysztal wynoszace 2* 10l5at/g Si.

Uzyskanemu domieszkowaniu odpowiada zatem opór wlasciwy wynoszacy okolo 100 ftcm.

Claims (6)

Zastrzezenie patentowe

1. Sposób sterowanego wprowadzania materialów domieszkowych przy beztyglowym topieniu strefowym znajdujacego sie w szczelnym pojemniku, zamocowanego pionowo na swych obu koncach preta pólprzewodnika krystalicznego, w której strefa topienia wytwarzana jest cewka nagrzewania indukcyjnego otaczajaca pret pólprzewodnika i material domieszkowy doprowadza sie bezposrednio do strefy topienia, w której jako zródlo materialu domieszkowego stosuje sie pret pólprzewodnika krystalicznego wykonany w formie cienkiego preta i zaopatrzony w stale domieszkowanie, przy czym ten cienki pret odpowiednio do pozadanego stopnia domieszkowania zbliza sie z okreslona szybkoscia posuwu do strefy topienia i tam przetapia sie w pret pólprzewodnika wedlug patentu 94444, znamienny tym, ze cienki pret domieszkowy doprowadza sie do strefy topienia przez wydrazony pret zasobnikowy, przy czym jako pret zasobnikowy stosuje sie rure gruboscienna z odpowiedniego materialu pólprzewodnikowego z otworem wzdluznym o srednicy dopasowanej do srednicy cienkiego preta domieszkowego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym,, ze stosuje sie cienki pret domieszkowy o srednicy w granicach od 2 do 10 mm.101 699 3

3. Sposób wedlug zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie pret domieszkowy o elektrycznym oporze wlasciwym w zakresie od 10 3 do 10 ficm.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze szybkosc posuwu cienkiego preta domieszkowego w pólprzewodnikowym precie zasobnikowym wynosi od 1 do 10 mm/min.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces domieszkowania przeprowadza sie w atmosferze gazu ochronnego, zwlaszcza w atmosferze argonu, przy niskim nadcisnieniu.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze cienki pret domieszkowy i/lub wydrazony, pólprzewodnikowy pret zasobnikowy wprawia sie w ruch obrotowy.