CH437224A - Verfahren zum Umschmelzen eines kristallinen Mehrkomponentenstoffes in einem abgeschlossenen System - Google Patents

Description

  Verfahren zum Umschmelzen eines kristallinen     Mehrkomponentenstof%s     in einem abgeschlossenen System    Das Herstellen von     Mehrkomponentenstoffen    in kri  stalliner Form durch Zusammenschmelzen der     Kompo-          nenten    in einem abgeschlossenen System, bei dem im  Gleichgewicht der     Partialdampfdruck    mindestens einer  der Komponenten über der Schmelze wesentlich höher  als der     Partialdruck    der :anderen Komponenten ist, ist  bekannt.

   Es wurde auch vorgeschlagen, Einwaage und       Temperaturführung    so zu wählen, dass einerseits die  Schmelze den notwendigen Anteil an den leichtflüchtigen  Komponenten aus der Dampfphase aufnehmen kann und  dass anderseits der Rest dieser Komponenten     gerade    aus  reicht zur Bildung der     Gleichgewichtsdampfphase    über  der Schmelze und so kein Bodenkörper der leichtflüchti  gen Komponenten zurückbleibt.  



  Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft  ein Verfahren zum Umschmelzen eines     kristallinen          Mehrkomponentenstoffes    in einem abgeschlossenen Sy  stem, wobei im Gleichgewicht der     Partialdampfdruck     mindestens einer der Komponenten über der     Schmelze     wesentlich höher als der     Partialdampfdruck    der anderen  Komponente bzw. Komponenten ist.

   Dabei wird so ver  fahren, dass zusätzlich zu dem     umzuschmelzenden    Stoff  eine Einwaage aus der leichtflüchtigen Komponente  bzw. den leichtflüchtigen Komponenten in solcher  Menge eingegeben und die Temperaturführung beim  Umschmelzen so     gewählt    wird, dass sich eine der  Schmelze entsprechende     Gleichgewichtsdampfphase    über  der Schmelze einstellt, ohne dass ein Bodenkörper der  leichtflüchtigen     Komponente    bzw. Komponenten zu  rückbleibt.  



  Falls bei einem     Mehrkomponentenstoff    mehrere  Komponenten über der     Schmelze    eine gasförmige Ver  bindung bilden, soll der     Partialdampfdruck    der leicht  flüchtigen Komponente bzw.     Komponenten    über der       Schmelze    auch wesentlich     höher    sein als der Partial  druck dieser     gasförmigen    Verbindung.

      Das erfindungsgemässe Verfahren     ist    besonders ge  eignet zum Umschmelzen von     AIrzBv-Verbindungen     - das     sind    Verbindungen aus einem Element der       III.    Gruppe und einem Element     der    V.

   Gruppe des  Periodischen Systems - oder auch von     AirBvz-Verbin-          dungen    - das sind Verbindungen aus einem     Element     der     1I.    Gruppe und einem Element der     VI.    Gruppe  des Periodischen Systems - soweit die Komponenten  die oben angegebenen Bedingungen     erfüllen.    Dabei tre  ten die Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren  besonders in Erscheinung,     wenn    die leichtflüchtige Kom  ponente Arsen, Phosphor, Selen oder Schwefel ist; fer  ner auch bei Quecksilber.  



       Die    praktische Durchführung des Verfahrens nach  der Erfindung sei ,am Beispiel des     Umschmelzens    von       Galliumphosphid        (GaP)    erläutert.  



  Besitzt z. B. die Ampulle, in der ein     GaP-Um-          schmelzprozess        durchgeführt    wird,     ein.    Volumen von  100     cm3,    so werden zusätzlich etwa 1,3 g Phosphor       in    die Ampulle eingeschmolzen. Eine zusätzliche     Ga-          Einwaage    ist nicht erforderlich, da der     Ga-Anteil    an  der     Gleichgewichtsd'ampfphase        vernachlässigbar    klein  ist.

   Die Ampulle wird nun so erhitzt, dass die     kälteste     Stelle eine Temperatur von etwa 650  C aufweist; da  bei verdampft der eingewogene Phosphor vollkommen       und        bildet    einen     Phosphordampfdruck    von etwa 8     at,     der dem Gleichgewichtsdampfdruck des Phosphors über  dem geschmolzenen     GaP    entspricht.     Jetzt    kann der       Umschmelzprozess,    z. B. ein     Zonenschmelzprozess,        in.          bekannter    Weise durchgeführt werden, ohne dass sich die  Schmelze hersetzt.  



  Bei einer weiteren Ausbildungsform des Verfahrens  nach der Erfindung weicht die     Zusammensetzung    der  Schmelze von der Zusammensetzung der     erstarrten    Ver  bindung oder Legierung ab. Voraussetzung hierfür ist,  dass die umzuschmelzende Verbindung oder Legierung      aus einer Schmelze abweichender Zusammensetzung  kristallisieren kann. Dies ist im allgemeinen dann der  Fall, wenn das Konzentrationsgebiet der     betreffenden     Verbindung oder     Legierung    sehr eng ist bzw. wenn es  - im Grenzfall - überhaupt nur eine     :einzige        stöchio-          metrische        Zusammensetzung    gibt.

   Unter dieser Voraus  setzung wird erreicht, dass man in     manchen    Fällen mit       Drucken    im     Schmelzprozess    arbeiten kann, die erheb  lich     unter    dem Gleichgewichtsdampfdruck der Verbin  dung oder der Legierung an deren Schmelzpunkt liegen.

    Bei dieser     Ausführungsart    werden     Einwaage    und     Tem-          peraturführung    beim Umschmelzen so gewählt, dass  die Schmelze an den leichtflüchtigen Komponenten so  weit verarmt, dass sich einerseits eine     Schmelze    bildet,  welche die leichtflüchtigen Komponenten in     einer    kleine  ren Konzentration     enthält,    als sie der Zusammensetzung  des umzuschmelzenden Stoffes entspricht und ander  seits sich im Dampfraum der dieser     Schmelze    ent  sprechende     Partialdruck    der leichtflüchtigen Kompo  nente bzw. Komponenten einstellt, ohne dass ein Boden  körper dieser Komponente bzw.

   Komponenten zurück  bleibt, worauf durch langsames Kristallisieren des um  zuschmelzenden Stoffes und Aufnahme der leichtflüchti  gen Komponente bzw. Komponenten aus der Dampf  phase in die Schmelze die ursprüngliche Zusammenset  zung des     Mehrkomponentenstoffes    erhalten wird.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich ins  besondere auch zum Umschmelzen mit gerichtetem Er  starren, zum     Zonenschmelzen    oder zum Einkristall  ziehen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Umschmelzen eines kristallinen Mehrkomponentenstoffes in einem abgeschlossenen Sy stem, wobei im Gleichgewicht der Partialdampfdruck mindestens einer der Komponenten über der Schmelze wesentlich höher als der Partialdampfdruck der anderen Komponente bzw. Komponenten ist, dadurch gekenn zeichnet, dass zusätzlich zu dem umzuschmelzenden Stoff eine Einwaage aus der leichtflüchtigen Komponente bzw.

   den leichtflüchtigen Komponenten in solcher Menge ein gegeben und die Temperaturführung beim Umschmelzen so gewählt wird, dass sich eine der Schmelze entspre chende Gleichgewichtsdampfphase über der Schmelze einstellt, ohne dass ein Bodenkörper der leichtflüchtigen Komponente bzw. Komponenten zurückbleibt. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Einwaage und die Temperatur führung beim Umschmelzen so gewählt werden, dass die Schmelze an der leichtflüchtigen Komponente bzw.

   den leichtflüchtigen Komponenten so weit verarmt, dass sich einerseits eine Schmelze bildet, welche die leicht flüchtige Komponente bzw. leichtflüchtigen Komponen ten in einer kleineren Konzentration enthält, als sie der Zusammensetzung des umzuschmelzenden Stoffes ent spricht und anderseits sich im Dampfraum der dieser Schmelze entsprechende Partialdampfdruck der leicht flüchtigen Komponente bzw. Komponenten einstellt, ohne dass ein Bodenkörper dieser Komponente bzw. Komponenten zurückbleibt, worauf durch langsames Kristallisieren des umzuschmelzenden Stoffes und Auf nahme der leichtflüchtigen Komponente bzw.

   Kompo nenten aus der Dampfphase in die Schmelze die ur sprüngliche Zusammensetzung des Mehrkomponenten stoffes erhalten wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Umschmelzen mit gerichtetem Erstarren durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Umschmelzen als Zonenschmel zen durchgeführt wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Umschmelzen mit dem Ziehen eines Einkristalls verbunden wird. PATENTANSPRUCH 11 Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zum Umschmelzen von AIIIBv-Verbindungen.