DE1202984B

DE1202984B - Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Metall-Legierungen

Info

Publication number: DE1202984B
Application number: DES80366A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Georg Rosenberger
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-07-12
Filing date: 1962-07-12
Publication date: 1965-10-14

Description

Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Metall-Legierungen Zur Darstellung von elementarem Bor ist es bekannt, diesen Stoff aus einer aus BC13 bzw. BBr3 bestehenden, gegebenenfalls mit Wasserstoff versetzten Atmosphäre auf einem glühenden Wolframdraht niederzuschlagen. Es ist ferner bekannt, Halbleiterkristalle, z. B. aus Silizium oder Germanium, dadurch zu dotieren, daß man diese Kristalle in einer BCl3- oder BBr3-haltigen, insbesondere mit Wasserstoff versetzten Atmosphäre auf eine unterhalb ihres Schmelzpunktes liegende Temperatur erhitzt und das unter diesen Bedingungen frei werdende elementare Bor in die Kristalle eindiffundieren läßt. Schließlich war es auch bekannt, an Stelle von festen Halbleiterkristallen flüssige Halbleiterschmelzen durch Einwirken einer borhaltigen Gasatmosphäre zu dotieren.
Ferner konnte man Gold-Bor-Legierungen über den Umweg einer Gold-Magnesium-Legierung herstellen, indem im Hochvakuum bei etwa 2000°C reines Bor eingebracht und das gesamte Magnesium abgedampft wird. Außerdem bestand die Möglichkeit, eine Aluminium-Bor-Legierung über eine Magnesium-Bor-Legierung zu erzeugen.
Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Metall-Legierungen, insbesondere von Gold-Bor- oder Aluminium-Bor-Legierungen, unter Verwendung eines aus Wasserstoff und Borhalogenid, vorzugsweise Bortribromid oder Bortrijodid, bestehenden Reaktionsgases und ist dadurch gekennzeichnet, daß das über seinen Schmelzpunkt hinaus auf eine konstante Temperatur erhitzte Metall mit dem Reaktionsgas so lange in Berührung gebracht wird, bis die dabei gebildete schmelzflüssige Legierung erstarrt.
Die Herstellung von Boriden und Borlegierungen stößt bekanntlich auf erhebliche Schwierigkeiten, weil ; das Element Bor wegen seines hohen Schmelzpunktes und auch wegen der Anwesenheit einer sehr stabilen Oxydhaut nur unter großen Schwierigkeiten mit Metallen zusammengeschmolzen werden kann. Versucht man, die Legierung durch Einwirkung von Bordampf auf feste oder flüssige Metalle vorzunehmen, so scheitert ein solches Verfahren einmal daran, weil Bor wegen seines geringen Dampfdruckes auch bei Temperaturen in der Nähe von 1000°C und darüber nur in verschwindenden Mengen in die Dampfphase übergeführt und damit auch von dem Metall aufgenommen werden kann und weil andererseits bei Temperaturen, bei denen Bor in merklicher Menge zum Verdampfen gebracht werden kann, die gewünschten Legierungen bzw. Verbindungen in den meisten Fällen nicht ; existenzfähig sind und sich daher auch nicht bilden können. Aus den genannten Gründen enthält die Literatur nur wenig Beispiele von Boriden bzw. Borlegierungen, die bezüglich ihrer Eigenschaften bekannt sind.
Da man zum Dotieren von Germanium- und Siliziumkristallen oder auch von Germanium- und Siliziumschmelzen mit Bor auf den Halbleiter Gase mit einer Borkonzentration anwendet, die im allgemeinen keinesfalls geringer als die Borkonzentrationen sind, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden, ist es überraschend, daß bei Anwendung der gleichen Borkonzentration auf ein flüssiges Metall von diesem erhebliche Mengen- von Bor aufgenommen werden können, die in keinerlei Vergleich zu den Mengen stehen, welche von einem Halbleiterkristall oder von einer Halbleiterschmelze aufgenommen werden. Dieses unterschiedliche Verhalten ist auf eine Art katalytische Wirkung der Metalloberfläche zurückzuführen, die nicht nur die Abscheidung des Elementes Bor erheblich erleichtert, sondern gleichzeitig auch die .Aufnahme des quasi gasförmigen Bors durch das Metall und damit die Bildung der betreffenden Borlegierung oder Borides erheblich beschleunigt.
Ausführungsbeispiel Zur Herstellung einer Gold-Bor-Legierung wird Gold auf etwa 1070°C (etwas über dem Schmelzpunkt) erhitzt und ein Wasserstoffstrom, der durch Überleiten über eine flüssige Borbromidoberfläche, etwa bei Zimmertemperatur, mit etwas Borbromiddampf versetzt wurde, mit dem erhitzten flüssigen Gold in Berührung gebracht. Bereits nach kurzer Zeit erstarrt das flüssige Gold infolge der Aufnahme von Bor. Will man größere Mengen Bor in das Gold einbringen, so empfiehlt es sich, die Temperatur weiter zu erhöhen, da dann durch die erhöhte Beweglichkeit der Goldatome die Lösungsfähigkeit des Goldes für Bor bzw. Goldborid entsprechend gesteigert wird. Man hat es deshalb in der Hand, durch Wahl des Temperaturunterschiedes zwischen Behandlungstemperatur und Schmelzpunkt die Menge an aufgenommenem Bor zu steuern und auf diese Weise Gold-Bor-Legierungen in jedem Verhältnis herzustellen.
In gleicher Weise lassen sich Aluminium-Bor-Legierungen und Silber-Bor-Legierungen herstellen.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Metall-Legierungen, insbesondere von Gold-Bor-oder Aluminium-Bor-Legierungen, unter Verwendung eines aus Wasserstoff und Borhalogenid, vorzugsweise Bortribromid oder Bortrijodid, bestehenden Reaktionsgases, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das über seinen Schmelzpunkt hinaus auf eine konstante Temperatur erhitzte Metall mit dem Reaktionsgas so lange in Berührung gebracht wird, bis die dabei gebildete schmelzflüssige Legierung erstarrt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1107 769, 1126 147; deutsche Auslegeschriften Nr. 1114 941, 1132 340.