DE976672C

DE976672C - Verfahren und Einrichtung zum tiegellosen Schmelzen von stabfoermigen Koerpern

Info

Publication number: DE976672C
Application number: DES32196A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Henker
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-02-15
Filing date: 1953-02-15
Publication date: 1964-03-12

Description

Verfahren und Einrichtung zum tiegellosen Schmelzen von stabförmigen Körpern Es ist bekannt, Leiter, vorzugsweise Metall, durch induktive Erhitzung zu schmelzen. Für Halbleiter ist dieses Verfahren bisher nicht angewandt worden, weil man annahm, daß die Elektronenbeweglichkeit in diesen Stoffen nicht dazu ausreichen würde, um zum Schmelzen genügend große Wirbelströme zu erzeugen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum tiegellosen Schmelzen von stabförmigen Körpern aus reinstem Halbleitermaterial für Halbleiterbauelemente unter Verwendung von Hochfrequenzenergie, bei dem eine geschmolzene Zone durch einen nur an seinen Enden gehalterten Halbleiterstab geführt wird. Gemäß der Erfindung wird der Halbleiterstab am Ort der zu erzeugenden Schmelzzone zunächst durch eigens hierfür vorzusehende Mittel vorgewärmt und dann nur mittels Hochfrequenzenergie an der vorgewärmten Stelle aufgeschmolzen.
Durch die Vorerwärmung wird erreicht, daß der Widerstand des Körpers zunächst auf eine so hohe Leitfähigkeit gebracht wird, daß die Wirbelstromheizung dazu ausreicht, um die erreichte Temperatur noch weiter zu steigern und die Temperatur des Schmelzpunktes zu erreichen.
Die Vorerwärmung kann entweder durch eine mechanische Wärmeübertragung, z. B. durch Anwendung eines heißen Gasstromes, oder durch Strahlung erreicht werden. Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens wird auch die Vorerwärmung mit elektrischen Mitteln erzielt, nämlich entweder durch direkten Stromdurchgang oder durch eine kapazitive Vorerwärmung.
Das Zonenschmelzverfahren besteht bekanntlich darin, daß ein längs erstreckter, beispielsweise stabförmiger Körper aus halbleitendem Material am einen Ende längs einer verhältnismäßig schmalen Zone geschmolzen wird; die Schmelzzone wird dann allmählich durch den ganzen Körper derart hindurchgezogen, daß sich die Schmelzzone allmählich weiterschiebt und jeweils die vorhergehende Schmelzzone wieder zum Erstarren kommt. Durch dieses Verfahren kann einerseits eine Reinigung des halbleitenden Materials von Verunreinigungen erzielt und andererseits ein Einkristall laufend aus der sich durch den Stab fortschiebenden Schmelzzone gezogen werden, wenn in die erste Schmelzzone am Anfang des Stabes ein räumlich entsprechend orientierter Impfkristall eingeführt wird.
Bei der Ausbildung des Schmelzverfahrens nach der Erfindung als Zonenschmelzverfahren braucht nur die erste Zone vorerhitzt zu werden, weil die jeweils benachbarte Stelle des Stabes, die anschließend zur Schmelzzone wird, bereits durch Wärmeleitung genügend vorgewärmt ist. Hierbei ergibt sich der besondere Vorteil, daß bei einer entsprechenden Ausbildung des elektrischen Feldes die jeweils geschmolzene Zone durch das elektrische Feld frei schwebend im Raum gehalten wird, so daß der Stab beispielsweise nur an den Enden gehaltert zu werden braucht und keiner Führung bzw. keines Schmelztiegels, Röhrchens, Schiffchens od. d'gl. bedarf. Bei diesem Verfahren können also keinerlei Verunreinigungen durch Gefäßwände in die geschmolzene Substanz mehr gelangen.
Bei einer Ausführungsform zur Verwirklichung des Verfahrens nach der Erfindung wird beispielsweise ein Metall- oder Kohlering verwendet, der durch Widerstandserhitzung mittels galvanischen Stromes zum Glühen gebracht wird und durch Strahlung die aufzuschmelzende Zone des Halbleiterstabes auf eine gewisse Temperatur erhitzt, bei der der Widerstand des halbleitenden Materials auf einen gewissen Bruchteil, beispielsweise ein Zehntel des Betrages bei Zimmertemperatur, gesunken ist. Nach erfolgter Vorerwärmung wird unter Entfernung des Metall- oder Kohlerings das Halbleitermaterial durch eine Induktionsspule weitererhitzt und zum Schmelzen gebracht. Die Schmelzzone wird dann allmählich durch den Stab verschoben. Einer Vorerwärmung der benachbarten Zone bedarf es nicht mehr, da diese bereits durch die erste Schmelzzone durch Wärmeleitung hinreichend vorgewärmt wird.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von reinstem Germanium, Silizium oder anderen Halbleitern, in die gegebenenfalls Halbleiterzonen entgegengesetzten oder anderen Leitfähigkeitstyps eingeschmolzen werden und die sich zur Herstellung von Transistoren, Phototransistoren, Varistoren, Richtleitern od. dgl. eignen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE i. Verfahren zum tiegellosen Schmelzen von stabförmigen Körpern aus reinstem Halbleitermaterial für Halbleiterbauelemente unter Verwendung von Hochfrequenzenergie, bei dem eine geschmolzene Zone durch einen nur an seinen Enden gehalterten Halbleiterstab geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterstab am Ort der zu erzeugenden Schmelzzone zunächst durch eigens hierfür vorzusehende Mittel vorgewärmt und dann nur mittels Hochfrequenzenergie an der vorgewärmten Stelle aufgeschmolzen wird.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i zum Ziehen von Einkristallen aus der Schmelze mittels eines oder mehrerer Impfkristalle.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwärmung eine Strahlungsquelle, beispielsweise ein direkt oder indirekt geheizter Heizring, vorgesehen ist.