CH436090A - Process for making shaped bodies from silicon carbide - Google Patents

Process for making shaped bodies from silicon carbide

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CH436090A
CH436090A CH7148159A CH7148159A CH436090A CH 436090 A CH436090 A CH 436090A CH 7148159 A CH7148159 A CH 7148159A CH 7148159 A CH7148159 A CH 7148159A CH 436090 A CH436090 A CH 436090A
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silicon
silicon carbide
hydrogen
graphitic
approx
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CH7148159A
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Eduard Dr Enk
Julius Dr Nickl
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Wacker Chemie Gmbh
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C01B32/956Silicon carbide
    • C01B32/963Preparation from compounds containing silicon

Description

  

  Verfahren     zur    Herstellung geformter Körper aus     Siliziumearbid       Die     technische        Herstellung    von     Siliziumcarbid    für       die    üblichen Verwendungszwecke ist in     hinreichendem     Masse als gelöst zu betrachten.

   Das     anfallende    Produkt  eignet sich aber nicht ohne weiteres für Halbleiter  zwecke, bei denen     bestimmte    elektrische und optische  bzw.     kris:tallografische    Eigenschaften     verlangt    werden,  besonders dann     nicht,        wenn    die Teile     bestimmte,    defi  nierte     Formen    besitzen .sohlen. Das übliche Silizium  carbid     lässt    sich nur     in    Stücken     herstellen,    deren Form  nur schwer zu     bestimmen        ist.     



  Es wurde     gefunden,        dass    sich     beiliebige    Formen aus       Siliziumcarbid,    insbesondere     hochreinem        S:iliziumcarbid,     herstellen lassen, wenn man elementares oder chemisch  gebundenes Silicium auf einen     erhitzten,    Graphit ent  haltenden Körper einwirken     lässt.    Dabei kann von tech  nischem     Siliziumcarbid    oder     vorgereinigtem    und vorge  formtem Graphit     ausgegangen    werden.

   Geht man von  technischem     Siliziumcarbid    aus, .so werden die     meist    un  förmigen     Stücke    zu Plättchen, Stangen oder Scheibchen  durch Brechen oder Schleifen     geformt.    Da sich Graphit       bekanntlich    leicht zu     Hohlkörpern        verarbeiten    lässt, ge  stattet das     Verfahren    auf     einfache    Weise auch kompli  zierte     Körper    wie Rohre, Gefässe usw. aus reinstem       Siliziumcarbid    herzustellen.  



  Aus     technischem        Siliziumcarbid        hergestellte    Körper  können von Silizium bei über 1000  mit Chlor oder       Siliziumtetrahalogeniden    ganz oder :teilweise befreit wer  den.

   Bei     dieseln    Vorgang können gleichzeitig     alle    stören  den     Verunreinigungen    aus dem     Kristallgefüge        ausgetrie-          ben    werden.

       Entfernt    man das     ganze        Silizium,    so hinter  bleibt     ,schliesslich    reinster Graphit mit dem     Habitus        des          vorgegebenen        Siliziumcarbidkörpers.    Dieser ganz oder  teilweise     siliziumfreie    und hochreine Körper kann dann  in einer     Gasatmosphäre,    z. B. Kohlenmonoxyd, bis zur  vollständigen     Siliziumcarbidbildung    wieder     siliziert    wer  den.

   Dies kann     folgendermassen    geschehen:  1.     Siliziumdampf,    hergestellt durch     Verdampfen    von  Silizium, wirkt     auf    den     graphitischen        Körper    ein.  



  2. a)     Silizium        wird        durch        thermische        Zersetzung    von       wasserstoffhaltigen        Siliziumhalogeniden,    z. B. S:ilizium-         chloroform,        gegebenenfalls    in Gegenwart von Wasser  stoff oder     Wasserstoff        liefernden    Verbindungen, wie z. B.       Kohlenwasserstoffe,        Hydride,    auf den     graphitischen    Kör  per     niedergeschlagen    und mit ihm reagieren gelassen.  



  2. b) Ein     Gemisch        aus    nicht     wasserstoffhaltigen        Sili-          ziumhalogenIden    wird mit Wasserstoff oder Wasserstoff       abspaltenden        Stoffen,    wie z.

   B.     Kohlenwasserstoffen,          Hydriden    oder     Siliziumchloroform    zur     Reaktion    ge  bracht und     das    daraus entstehende     Silizium        unmittelbar     auf den     graphitischen    Körper     niedergeschlagen    und mit  ihm zu     S:iliziumcarbid    umgesetzt.  



  2. c)     Siliziumsubhalogenid,    z. B.     Siliziumdichlorid,          wird        aus        Silizium    und     Siliziumtetrachlorid    erzeugt und  dieses     Dihalogenid    auf dem     graphitischen    Körper zu  Silizium und     Siliziumtetrahalogenid        disproportioniert,     wobei das     Silizium    mit dem     graphitischen    Körper zu       Siliziumcarbid    reagiert.  



  Im     letzteren    Falle arbeitet man in einem nicht     iso-          thermem        Reaktionsgefäss    (2), das     in        einer        Erhitzungs-          quelle    (1) ruht, wie es die beiliegende     Abbildung        zeigt.     Auf -der einen Seite des     Reaktionsgefässes    befindet sich  der     graphitische,        vorgereinigte    Körper (4)

   bei einer tiefe  ren     Temperatur        T2        ails        das    von ihm     räumlich    getrennte       hochgereinigte        Silizium    (3) mit einer     Temperatur        T,    Als       Überträgermaterval    für     Silizium    (3)     zum        graphitischen     Körper (4)

       benützt    man     vorzugsweise        Siliziumroetrahalo-          genid.    An der     heisseren        Stelle        bildet    sich aus     Silizium     und     beispielsweise        Siliziumtetrachloriddampf    gasförmi  ges     Siliziumdichlorid,

      das     durch        Konvektion    und Diffu  sion zum kälteren     graphitischen        Körper    gelangt und dort  in     Silizium    und     Siliziumtetrachlorid        zerfällt.    Das     zurück-          gebildete        Sihziumtetrahalogenid        bildet    dann     mit    dem       heisseren        Silizium    (3)     erneut        Siliziumdichlorid.     



  Das     ausgeiallene,        im        stabus        nascendi        reagierende,     Silizium.     bildet        sofort    mit     denn        graphifschen        Körper        Sili-          ziumearbid.    Führt :

  man     dieses        Verfahren        in    einem     Quarz-          rohr    durch, so kann     die        Sämerunig    genau     beobachtet     und .in dem     Augenblick        unterbrochen    werden, wenn die       Siliziumcarbidbildung        vollständig    ist.     Das    gleiche er  reicht man mit einer     dynamischen        Anordnung,    d. h.

   man           lässt    einen     Sliziumtetrachloridstrom        :gegebenenfalls    mit  Wasserstoff zuerst über     hochgereinigtes    und hocherhitz  tes     Silizium        strömen    zum     Zwecke    der     Siliziumdichlorid-          bildung,    um dann das     Gasgemasch    aus     Siliziumdichlorid     und     Siliziumtetrachlomid    bei etwas     tieferer        Temperatur     mit dem     graphitischen    Körper zur Reaktion zu bringen.

      <I>Beispiel 1</I>  In einem     senkrecht    stehenden     Quarzglasrohr    oder  einem Rohr aus hoch     tempera6urfesteT    Keramik mit  einem Durchmesser von ca. 50 mm     befindet    .sich inner  halb der Rohrachse ein etwa 10 mm starker     S.ilizium-          stab.    Der     Siliziumstab        berührt    die Rohrwand     nicht.    Er  wird nur an seinem     unteren    Ende gehalten und kann  mittels     dieser        Haltevorrichtung        vertikal    in der Rohr  achse verschoben     

  werden.    Sein oberes Ende liegt etwa  bei der halben Rohrlänge. Oberhalb des     S:iliziumstabes          befindet    sich frei aufgehängt ein Graphitstab oder daran       befestigt    ein     graphitisches    Stück, das durch     Chlorierung     aus einem     Sliziumoarbidkris:tall    oder     Siliziumcarblds.tück     gewonnen wurde.

   Dieses     Graphtstück        besitzt    den Habi  tus des ehemaligen     Siliziumcarbidstückes    oder     Silizium-          carbidkristalles.    Der Abstand zwischen     Silizium    und  Graphit     schwankt    zwischen     einigen        Millimetern    bis zu  einigen     Zentimetern.     



       Die        Anlage    wird nun     evakuiert    bis auf einen Druck  von 10-3 mm     HB-Säule.    Dann wird     mittels    elektrischer       Hochfrequenzenergie    von aussen her der     Siliziumstab    an  seinem oberen Ende     ,aufgeschmolzen,    bis eine     wohlaus-          gebildete        Schmelzkuppe    entsteht.

       Gleichzeitig    wird der       Graphitstab    an seinem unteren Ende oder das daran be  festigte     graphitiische    Stück     ebenfalls    mit     elektrischer          Hochfrequenzenergie    auf ca.

   1500-l800  C     aufgeheizt.     Dar aus der     Schmelzkuppe    entweichende     Siliziumdampf     strömt gegen den     erhitzten        Graphitstab    oder gegen das  erhitzte     graphitische    Stück und bildet dort     wohlausge-          bildete        Siliziumcarbidkristalle.    Die     einzelnen        Kristalle     haben     wohlausgebildete        Kristallflächen    und eignen sich  für     Halbleiterzwecke.    Es wurde     beobachtet,

      dass bei  hoher     Temperatur        grössere        Kristalle    wachsen als bei  tieferer     Temperatur.    Es ist     deishalb    auch möglich,

       bei     Temperaturen     um    2000  C zu     arbeiten.    Unterhalb       1200     C bilden     sich    nur     drusenhaft    ausgebildete Kri  stalle mit winzig kleinen     Kristallflächen.    Als günstigstes  Arbeitsgebiet     wurde    somit der Bereich von 1200 bis  2000 C und     einem    Druck von 10-1     mm    HB-Säule und  kleiner gefunden.

       Arbeitet    man bei höherem Druck, so       dauert    es oft Tage,     bis    die notwendige     Silziummenge    an  den zu     silizierenden        Kohlenstoff        herangeführt    wird. Die       Temperatur    des :g     schmolzenen        Siliziums    lag bei etwa  1450  C.

   Eine höhere     Temperatur        konnte    nicht erreicht  werden, weil das     flüssige    Silizium .stets     mit    dem     festen          Silizium    im Temperaturgleichgewicht stand. Es ist aber  auch möglich, die     Temperatur    des     Siliziums    zu steigern  und damit den abgegebenen     Sihziumdampf    zu vermeh  ren,     wenn    das     Silizium        freischwebend    als Tropfen im  Rohr sich befindet.  



  <I>Beispiel 2</I>       Anordnung    von     Beispiel    1, jedoch     mit    folgenden  Änderungen:     Anstelle    des     freistehenden        Siliziumstabes     mit     aufgeschmolzener    Kuppe wird das     Silizium    aus       einem        Quarztiegel,    der     wiederum        in        einem        graphitischen     Tiegel     ruht,

          ausgedampft.    Dieser     Graphlttiegel    wird mit       elektrischer        Hochfrequenz    oder     mittels        Widerstands-          heizung        erhitzt.    Der     zu        silizierende        Körper    ist     in        diesem     Falle ein     Kohlestäbchen,

          mit        quadratischem    Querschnitt  von 3 mm     Seitenlänge.    Dieses wird     mittels    direktem         Stromdurchgang        erhitzt.    Der Druck bei dieser Arbeits  weise     liegt    bei etwa     10--1    mm     HB-Säule,    die     Silizium-          Temperatur    bei 1480-l500  C und die Temperatur des  zu     silizierenden        Graphitstäbchens    zwischen 1400 bis  1600  C.

   Es wird     ein        polykristalliner,    leicht     transparen-          mer        Siliziumearbädsroab    in     annähernd        quadratischer    Form  erhalten.    <I>Beispiel 3</I>  Unter einer Glocke aus Quarzglas mit einem lichten  Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 0,7 m  befinden     @s:ich    2 hochreine, senkrecht stehende Graphit  stäbe mit einem Durchmesser von ca. 6 mm und einer  Länge von ca. 0,5 m. An den oberen Enden sind die  Graphitstäbe miteinander mit einem ca. 5-10 mm star  ken     Graphitsmab    verbunden.

   Die unteren Enden der  langen Stäbe ruhen in wassergekühlten Metallkontakten,  über die der     elektrische    Strom (Gleich- oder Wechsel  strom) zur     Aufheizung    -der Stäbe     zugeführt    wird. Der       Abstand    der Stäbe beträgt 20-40 mm.     Die    Apparatur  wird mit reinem     wasser-    und sauerstofffreiem     Wasser-          stoff        gefüllt    und     die    Stäbe auf 1500  C + 100  C     aufge-          heizt.    Nach etwa     1/2    Stunde wird dem Wasserstoff ca.

    1-10     Voll.        o/o        Siliziumchloroform    zugesetzt. Die stünd  lich     durchgesetzte        Wasserstoffmenge    liegt     zwischen    0,5       bis    3     Nms.    Der     Druck    beträgt :etwa l,05-1,2 Atmosphä  ren.

   Auf     -diese    Weise     gelingt    es, die einsgesetzten Gra  phitstäbe in     polykristallines        Siliziumcarbid        überzuführen,     die     bei    der     Spektralanalyse    keinerlei Verunreinigungen  zeigen.  



  <I>Beispiel 4</I>  Ein     unreiner        Sializiumcarbidkrismall    mit einer Länge  von ca. 3 cm, einer Breite von etwa 1 cm und einer  Stärke von etwa 2-3 mm wird durch     Chlorieren    bei  1300  C und 1 Atmosphäre Druck     nahezu    von     Silizium          befreit.        Dieser        teilweise        entisflizierte        Silziumcarbidkri-          stall    wird in einer Quarzglocke     mittels    elektrischer     Hoch-          frequenzenemge    mit ca.

   6 MHz auf 1250 C + 100  C  erhitzt. über diesen     erhitzten    Körper strömt dann ein       Gemisch        aus        ca.        99        Vol.        %        Wasserstoff,        0,9        Vol.   RTI ID="0002.0220" WI="4" HE="4" LX="1917" LY="1711">  o/o        Di-          chlorsilan    und ca. 1     Vol.        o/o        Silikochloroform    und ca.

    0,01     Vol.         /o    Stickstoff mit einer     Geschwindigkeit    von  0,1-0,3     m/sec.    Der Druck in der Apparatur liegt bei  etwa 1 Atmosphäre. Auf diese Weise gelingt es, einen  transparenten, grünen     Siliziumcarbidkristall        herzustellen,     dessen Habitus etwa dem des unreinen     Siliziumcarbid-          krisballs    entspricht.  



  <I>Beispiel 5</I>  Wie in Beispiel 4     wird    bei     einem    Druck von ca. 0,05  Atmosphären     ein    völlig     entsi'lizierte;r        Siliziumcarbidkri-          stall    mit     einem        Gemisch    aus 70     Vol.        o/o        Wasserstoff,    20       Vol.        1/o    Argon und ca.

   10     Vol.        o/o        Silikobromoform    in       einem        transparenten,        nahezu    wasserklaren     Siliziumkri-          stall        überführt.     



  <I>Beispiel 6</I>  In     einem        Quarzrohr    mit ca. 80 mm Durchmesser  wird     ein        graphitisches    Rohr mit einer Wandstärke von  ca. 2,7 mm und 23 mm     Aussendurchmesser    .auf einer  Strecke von 100 mm auf l500  C   100  C gleichmäs  sig mittels     elektrischer        Hochfrequenzenergie    erhitzt und       gleichzeitig        ein    Gemisch von 90     Vol.        1/o    Wasserstoff und  10     Vol.        1/o        Siliziumtetrachlorid    bei einem Druck von 0,

   8       Atmosphären        vorbeigeleitet.    Auf diese Weise     gelingt    es,  das     graphitische    Rohr in ein     polykristallines        -Siliziumear-          bidrohr    zu überführen.      <I>Beispiel 7</I>  In einem     liegenden    Quarzrohr mit einem     Dumchmes-          ser    von ca. 40 mm befindet sich innerhalb der Rohr  achse ein     stabförmiges    Stück Silizium mit einer Länge  von ca. 4 cm und einem Durchmesser von ca. 1 cm.

   Das       Siliziumstück        berührt,die        Rohrwand    nicht. In etwa 0,5  bis 1 cm     Entfernung    davon liegt, wie in Beispiel 4 näher  beschrieben, ein     ents:

  ilizierter        Siliziumcarbidkristall,    der  in     einen        hochreinen        Siliziumcarbidkristall    erneut     veTwan-          delt        wind.    Mittels     elektrischer        Hochfrzquenzenergie        wird     das     Siliziumstück    auf 1380-l400  C und der     entsilizierte          Siliziumc:arbid:

  körper    auf     1300-1350 Cerhitzt.Nachein-          gestellter    Temperatur     lässt    man bei mässig     erniedrigtem     Druck von ca. 0,75 Atmosphären ein Gemisch aus ca.

    4-6     Vol.        1/o        Siliziumtetrabromid    oder     S.iliziumtetrachlo-          rid    und Argon zuerst über das     erhitzte    Silizium und dann  den zu     silizierenden        Körper        mit    einer     Geschwindigkeit     von ca.

   1-10     cm/sec        .streichen.    Anstelle der     Silizium-          tetrahalogenide    können teilweise oder ganz     reine    Halo  genide     oder        Halogenwa!sseTstoffe    benutzt werden. Das       Silizium    wird vom     Gasstrom    mitgeführt und der     entsili-          zierte    Körper wieder in     grobkristallines,    hochreines     Sili-          ziumcarbid        verwandelt.     



  <I>Beispiel 8</I>  Es     wird        die    gleiche Anordnung wie in Beispiel 7 be  nutzt. Das Silizium befindet sich aber     diesmal    in einem  Schiffchen aus Quarzglas und hat eine Temperatur von  etwa 1450-1500  C. Der zu     silizierende    Körper hat  ebenfalls eine     Temperatur    von ca. 1350-1400  C.

   Als  strömendes Gas wird ein     Gemisch    aufs 2     Vol.        o/o    Brom  und ca. 3     Vol.        o/o        Bromwasserstoff    benutzt.     Auch        hier          beobachtet    man, dass der     entsilizierte    Körper wieder aus       hochreinen    wohlausgebildeten     Siliziumcarbidkristallen          besteht.     



  <I>Beispiel 9</I>  In einem Quarzrohr von ca. 80 mm     Durchmesser          wird    ein dünnes     Graphitrohr        mit    einem     Durchmesser    von  30 mm und     .einerWandstärke    von 2 mm auf     eine    Strecke  von 50 mm     mittels    elektrischer Hochfrequenz auf ca.

    1600  C erhitzt. Über das erhitzte     Graphitrohr    .strömt  auf der     Innen-    und Aussenseite ein Gemisch aus  70     Vol.        o/o    Methan und 30     Vol.        o/o        Siliziumchloroform,     bei einem     Druck    von 0,15     Atmosphären.     



  Dabei wird beobachtet, dass das     Graphitrohr    auf  eine Strecke von ca. 40 mm in     polykristallines    Silizium  carbid     verwandelt        wird.    Auf der     Oberfläche    des Rohres  befinden     sich    innerhalb der heissen Zone     wohlausgebil-          dete    transparente     Siliziumcar!bidkristalle.    Die gleichen         Ergebnisse        werden    erhalten,     wenn,das    Rohr in     .direktem     Stromdurchgang erhitzt wird.  



  <I>Beispiel 10</I>  Wie bei Beispiel 9 wird eine     quadratische        Platte    von  1 mm Stärke und 25     man    Seitenlänge ,auf     rund    1700  C       erhitzt    und bei :

  einem Druck von 0,1-0,05     Atmosphären          mit    einem Gasgemisch aus 10     Vol.        1/o        Sihziumtetrabromid     und 90     Vol.        o/o        Methan        behandelt.    In     diesem        Falle        wird          eine        Siliziumcarbidplatte        erhalten,    die wohlausgebildete.       Siliziumcarbidkristalle    zeigt.



  Process for the production of shaped bodies from silicon carbide The technical production of silicon carbide for the usual purposes is to be regarded as solved to a sufficient extent.

   However, the resulting product is not necessarily suitable for semiconductor purposes, for which certain electrical, optical or crystallographic properties are required, especially not when the parts have certain, defined shapes. The usual silicon carbide can only be produced in pieces, the shape of which is difficult to determine.



  It has been found that any desired forms of silicon carbide, in particular high-purity silicon carbide, can be produced if elemental or chemically bonded silicon is allowed to act on a heated body containing graphite. This can be based on technical silicon carbide or pre-cleaned and pre-formed graphite.

   If one starts from technical silicon carbide, the mostly un-shaped pieces are shaped into platelets, rods or discs by breaking or grinding. Since graphite is known to be easy to process into hollow bodies, the method also makes it easy to manufacture complex bodies such as pipes, vessels, etc. from the purest silicon carbide.



  Bodies made from technical silicon carbide can be completely or partially freed from silicon at over 1000 with chlorine or silicon tetrahalides.

   In this process, all the disruptive impurities can be expelled from the crystal structure at the same time.

       If all the silicon is removed, what remains is the purest graphite with the habit of the given silicon carbide body. This completely or partially silicon-free and highly pure body can then be in a gas atmosphere, e.g. B. carbon monoxide, until complete silicon carbide formation again silicated who the.

   This can be done as follows: 1. Silicon vapor, produced by evaporating silicon, acts on the graphitic body.



  2. a) Silicon is obtained by thermal decomposition of hydrogen-containing silicon halides, e.g. B. S: silicon chloroform, optionally in the presence of hydrogen or hydrogen-yielding compounds, such as. B. hydrocarbons, hydrides, deposited on the graphitic body and allowed to react with him.



  2. b) A mixture of non-hydrogen-containing silicon halides is mixed with hydrogen or hydrogen-releasing substances, such as

   B. hydrocarbons, hydrides or silicon chloroform brought to the reaction and the resulting silicon is deposited directly on the graphitic body and converted with it to silicon carbide.



  2. c) silicon subhalide, e.g. B. silicon dichloride is produced from silicon and silicon tetrachloride and this dihalide is disproportionated on the graphitic body to form silicon and silicon tetrahalide, the silicon reacting with the graphitic body to form silicon carbide.



  In the latter case, one works in a non-isothermal reaction vessel (2) which rests in a heating source (1), as shown in the accompanying illustration. On one side of the reaction vessel is the graphitic, pre-cleaned body (4)

   at a lower temperature T2 ails the spatially separated highly purified silicon (3) with a temperature T, as a transfer material for silicon (3) to the graphitic body (4)

       one preferably uses silicon tetrahalide. At the hot point, silicon and silicon tetrachloride vapor, for example, form gaseous silicon dichloride,

      which arrives at the colder graphitic body through convection and diffusion, where it breaks down into silicon and silicon tetrachloride. The re-formed silicon tetrahalide then forms silicon dichloride again with the hotter silicon (3).



  The precipitated silicon that reacts in the stabus nascendi. Immediately forms silicon carbide with the graphical body. Leads :

  If this process is carried out in a quartz tube, the Sämerunig can be observed closely and interrupted at the moment when the silicon carbide formation is complete. The same is achieved with a dynamic arrangement, i.e. H.

   A stream of silicon tetrachloride is allowed to flow: optionally with hydrogen first over highly purified and highly heated silicon for the purpose of silicon dichloride formation, in order to then bring the gas mixture of silicon dichloride and silicon tetrachlomide to react with the graphitic body at a slightly lower temperature.

      <I> Example 1 </I> In a vertical quartz glass tube or a tube made of high temperature resistant ceramic with a diameter of approx. 50 mm there is an approximately 10 mm thick silicon rod within the tube axis. The silicon rod does not touch the pipe wall. It is only held at its lower end and can be moved vertically in the pipe axis by means of this holding device

  will. Its upper end is about half the length of the pipe. Above the silicon rod there is a freely suspended graphite rod or attached to it a graphitic piece that was obtained by chlorination from a silicon carbide crystal or silicon carbide piece.

   This piece of graphite has the habit of the former piece of silicon carbide or silicon carbide crystal. The distance between silicon and graphite varies between a few millimeters to a few centimeters.



       The system is now evacuated to a pressure of 10-3 mm HB column. Then the silicon rod is melted at its upper end by means of electrical high-frequency energy from the outside until a well-formed melting tip is formed.

       At the same time, the graphite rod at its lower end or the graphite piece attached to it is also heated to approx.

   Heated up to 1500-1800 C. The silicon vapor escaping from the melting tip flows against the heated graphite rod or against the heated graphitic piece and forms well-formed silicon carbide crystals there. The individual crystals have well-formed crystal faces and are suitable for semiconductor purposes. It was observed

      that larger crystals grow at high temperatures than at lower temperatures. It is therefore also possible

       to work at temperatures around 2000 C. Below 1200 C, only crystals formed like drusen with tiny crystal surfaces are formed. The most favorable working area was found to be the range from 1200 to 2000 C and a pressure of 10-1 mm HB column and smaller.

       If you work at a higher pressure, it often takes days until the necessary amount of silicon is brought to the carbon to be siliconized. The temperature of the: g molten silicon was around 1450 C.

   A higher temperature could not be reached because the liquid silicon was always in temperature equilibrium with the solid silicon. But it is also possible to increase the temperature of the silicon and thus to multiply the emitted Sihziumdampf when the silicon is freely floating as drops in the tube.



  <I> Example 2 </I> Arrangement of Example 1, but with the following changes: Instead of the free-standing silicon rod with a melted tip, the silicon is made from a quartz crucible, which in turn rests in a graphitic crucible,

          evaporated. This graph crucible is heated with electrical high frequency or by means of resistance heating. In this case, the body to be siliconized is a carbon stick,

          with a square cross-section with a side length of 3 mm. This is heated by means of direct current passage. The pressure in this way of working is around 10--1 mm HB column, the silicon temperature is 1480-1500 C and the temperature of the graphite rod to be siliconized is between 1400 and 1600 C.

   A polycrystalline, slightly transparent silicon arbor is obtained in an approximately square shape. <I> Example 3 </I> Under a bell made of quartz glass with a clear diameter of 100 mm and a height of 0.7 m are @s: I 2 high-purity, vertical graphite rods with a diameter of approx. 6 mm and a length of approx. 0.5 m. At the upper ends, the graphite rods are connected to one another with an approx. 5-10 mm thick graphite rod.

   The lower ends of the long rods rest in water-cooled metal contacts through which the electrical current (direct or alternating current) is supplied to heat the rods. The distance between the bars is 20-40 mm. The apparatus is filled with pure anhydrous and oxygen-free hydrogen and the rods are heated to 1500 C + 100 C. After about 1/2 hour, the hydrogen is approx.

    1-10 full. o / o silicon chloroform added. The hourly amount of hydrogen passed through is between 0.5 and 3 Nms. The pressure is: about 1.05-1.2 atmospheres.

   In this way it is possible to convert the inserted graphite rods into polycrystalline silicon carbide, which do not show any impurities in the spectral analysis.



  <I> Example 4 </I> An impure silicon carbide crystal with a length of approx. 3 cm, a width of approx. 1 cm and a thickness of approx. 2-3 mm is almost freed of silicon by chlorination at 1300 C and 1 atmosphere pressure . This partially disinfected silicon carbide crystal is placed in a quartz bell by means of an electrical high frequency quantity with approx.

   6 MHz heated to 1250 C + 100 C. A mixture of approx. 99 vol.% hydrogen, 0.9 vol. RTI ID = "0002.0220" WI = "4" HE = "4" LX = "1917" LY = "1711"> above then flows over this heated body / o dichlorosilane and approx. 1 vol. o / o silicochloroform and approx.

    0.01 vol. / O nitrogen at a speed of 0.1-0.3 m / sec. The pressure in the apparatus is around 1 atmosphere. In this way it is possible to produce a transparent, green silicon carbide crystal, the habit of which roughly corresponds to that of the impure silicon carbide crystal.



  <I> Example 5 </I> As in example 4, at a pressure of approx. 0.05 atmospheres, a completely desiccated silicon carbide crystal is produced with a mixture of 70 vol. O / o hydrogen, 20 vol. 1 / o argon and approx.

   10 vol. O / o silicon bromoform transferred in a transparent, almost water-clear silicon crystal.



  <I> Example 6 </I> In a quartz tube with a diameter of approx. 80 mm, a graphitic tube with a wall thickness of approx. 2.7 mm and an outer diameter of 23 mm is uniform over a distance of 100 mm to 1500 ° C. 100 ° C. heated by means of high-frequency electrical energy and at the same time a mixture of 90 vol. 1 / o hydrogen and 10 vol. 1 / o silicon tetrachloride at a pressure of 0,

   8 atmospheres bypassed. In this way it is possible to convert the graphitic tube into a polycrystalline silicon alloy tube. <I> Example 7 </I> In a lying quartz tube with a diameter of approx. 40 mm there is a rod-shaped piece of silicon with a length of approx. 4 cm and a diameter of approx. 1 cm within the tube axis.

   Touches the silicon piece, but not the pipe wall. At a distance of about 0.5 to 1 cm, as described in more detail in Example 4, there is a des:

  ilated silicon carbide crystal, which is transformed again into a high-purity silicon carbide crystal. By means of high-frequency electrical energy, the piece of silicon is heated to 1380-1400 C and the desiliconized silicon is:

  The body is heated to 1300-1350 C. After the temperature has been set, a mixture of approx.

    4-6 vol. 1 / o silicon tetrabromide or silicon tetrachloride and argon first over the heated silicon and then over the body to be siliconized at a speed of approx.

   Stroke 1-10 cm / sec. Instead of the silicon tetrahalides, partially or completely pure halides or halogenated water can be used. The silicon is carried along by the gas flow and the desiliconized body is converted back into coarsely crystalline, high-purity silicon carbide.



  <I> Example 8 </I> The same arrangement as in Example 7 is used. This time the silicon is in a boat made of quartz glass and has a temperature of around 1450-1500 C. The body to be siliconized also has a temperature of around 1350-1400 C.

   A mixture of 2 vol. O / o bromine and approx. 3 vol. O / o hydrogen bromide is used as the flowing gas. Here, too, it can be observed that the desilicated body again consists of highly pure, well-formed silicon carbide crystals.



  <I> Example 9 </I> In a quartz tube with a diameter of approx. 80 mm, a thin graphite tube with a diameter of 30 mm and a wall thickness of 2 mm is heated over a distance of 50 mm by means of electrical high frequency to approx.

    1600 C heated. A mixture of 70 vol. O / o methane and 30 vol. O / o silicon chloroform flows over the heated graphite tube on the inside and outside at a pressure of 0.15 atmospheres.



  It is observed that the graphite tube is transformed into polycrystalline silicon carbide over a distance of approx. 40 mm. Well-formed transparent silicon carbide crystals are located on the surface of the tube within the hot zone. The same results are obtained when the pipe is heated in direct current flow.



  <I> Example 10 </I> As in example 9, a square plate 1 mm thick and 25 man sides is heated to around 1700 C and at:

  a pressure of 0.1-0.05 atmospheres with a gas mixture of 10 vol. 1 / o Sihziumtetrabromid and 90 vol. o / o methane. In this case, a silicon carbide plate which is well formed is obtained. Shows silicon carbide crystals.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung geformter Körper aus Sili- ziumcarbid, :dadurch gekennzeichnet, @dasis man elemen- tares oder chemisch @gebundenes Silizium auf einen er- hmtzten, Graphit enthaltenden Körper einwirken läsest. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Process for the production of shaped bodies from silicon carbide, characterized in that elementary or chemically bonded silicon is allowed to act on a heated body containing graphite. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Pafentanspruch, dadurch gekenn- ,zeichnet,dass der graphitische Körper in einer Gas- atmosphäre, bestehend aus wasserstoffhaltigen Silizium halogeniden, gegebenenf U in Anwesenheit von Wasser- stoff oder Wasserstoff abspaltenden Verbindungen, Method according to patent claim, characterized in that the graphitic body in a gas atmosphere, consisting of hydrogen-containing silicon halides, optionally in the presence of hydrogen or hydrogen-releasing compounds, zum Zwecke der Siliziumearbäldbildung behandelt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass oder graphitische Körper in einer Gas- atmosphäre, bestehend aus einem Gemisch nicht was- isersto; is treated for the purpose of silicon cluster formation. 2. The method according to claim, characterized in that or graphitic bodies in a gas atmosphere, consisting of a mixture of non-hydrogen; ffhaltiger Siliziumhalogenide mit Wasserstoff oder wasserstoffabspaltenden Stoffen, zurr Zwecke der Sili- ziumearbiidbüdung behandelt wird. 3. silicon halides containing hydrogen or hydrogen-releasing substances are treated for the purpose of silicon carbide formation. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass der graphitische Körper in, einer silizium- isubhalogenidhaltigen Gasatmosphäre zum Zwecke der Sidiziumcarbidbildung behandelt wird. 4. Method according to patent claim, characterized in that the graphitic body is treated in a silicon-isubhalide-containing gas atmosphere for the purpose of silicon carbide formation. 4th Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass ein vorgeformter Körper aus technischem Siliziumcarbid vor der eigentlichen Umsetzung mittels Chlor oder Siliziumtetrahalagenid oberhalb 1000 C von Silizium mindestens teilweise befreit wird. Method according to claim, characterized in that a preformed body made of technical silicon carbide is at least partially freed from silicon by means of chlorine or silicon tetrahalogenide above 1000 C before the actual conversion. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Unter- anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass .der herge- stellte graphitische Körper nach dem Verfahren eines ider Unteransprüche 2 bis 4 behandelt wird. 5. The method according to patent claim and sub-claim 4, characterized in that the graphitic body produced is treated according to the method of one of the sub-claims 2 to 4. 6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn- zeichnet, Basis die Überführung des graphiitischen Kör- pers in Siliziumcarbid durch Niederschlagen von Silizium auf diesen Körper in ein und demselben Gefäss durchge- 6. The method according to claim, characterized in that the basis is the conversion of the graphitic body into silicon carbide by depositing silicon on this body in one and the same vessel. führt wird. will lead.
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