Es ist bekannt, Rohre oder Scheiben aus Silicium oder Siliciumkarbid herzustellen. Silicium und Siliciumkarbid vertragen hohe Temperaturen und sind gegenüber chemisch aggressiven Stoffen weitgehend unempfindlich. Silicium weist als zusätzliche wertvolle Eigenschaft eine ausgeprägte optische Filterwirkung auf. Sollen Rohre oder Scheiben aus Silicium oder Siliciumkarbid z. B. in chemischen, vakuumtechnischen Apparaturen oder optoeleketronischen Einrichtungen verwendet werden, so ergibt sich das Problem, diese Teile mit anderen Teilen der genannten Einrichtungen gasdicht oder vakuumdicht zu verbinden. Hierzu sind bisher vor allem kraft- oder formschlüssige Verbindungen bekanntgeworden. Zu den kraftschlüssigen zählen Dichtungen mit einem unter Druck stehenden Dichtungsmaterial, wie z. B.
Gummi oder Kunststoff, zu den kraft- und formschlüssigen kann man Konusschliffe rechnen, die meist mit fettartigen Mitteln gedichtet werden müssen. Formschlüssige Verbindungen erhält man z. B. durch Umgiessen mit aushärtbaren Kunststoffen. Keine dieser Verbindungen erfüllt jedoch die Forderung, dass sie gleichzeitig dicht und unempfindlich gegen hohe Temperaturen ist. Viele dieser Verbindungen können, insbesondere bei hohen Temperaturen auch nicht mechanisch belastet werden, ohne dass ihre Dichtigkeit nachlässt. Weiterhin sind durch Verschmelzungen, Verschweissen oder Verlöten gebildete Dichtungen bekanntgeworden, nicht jedoch bei Silicium oder Siliciumkarbid.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer gasdichten Verbindung bei aus kristallinem Silicium oder Siliciumkarbid bestehenden Teilen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein einfaches Verfahren zum Herstellen einer gasdichten und mechanisch belastbaren Verbindung anzugeben, die die genannten Nachteile der bekannten Verbindungen nicht aufweist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an das Teil aus Silicium oder Siliciumkarbid ein Glaskörper angeschmolzen wird, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient von dem des Siliciums oder Siliciumkarbids bis 300 "C um höchstens :i: 20% abweicht.
Zweckmässigerweise werden aus Borosilikatgas bestehende Glaskörper verwendet. Für aus Silicium bestehende Teile eignen sich auch aus einem Alumoborosilikatglas bestehende Glaskörper. Sind das Teil und der Glaskörper ein Rohr, so kann der Glaskörper stumpf an das Teil stossend an dieses angeschmolzen werden. Der Glaskörper kann jedoch auch an der Aussenseite oder an der Innenseite des Rohres angeschmolzen sein. Ist das Teil scheibenförmig und der Glaskörper rohrförmig ausgebildet, so kann der Glaskörper am Rand oder an einer der beiden Flachseiten des Teiles an dieses angeschmolzen sein. Vorteilhafterweise wird -ias Teil mit dem Glaskörper mittels einer oxydierenden flamme verschmolzen. Der Glaskörper kann jedoch auch an das Teil mittels elektrisch erzeugter Wärme angeschmolzen sein.
Es empfiehlt sich, das Teil vor dem Anschmelzen des Glaskörpers mit einer Glasmasse gleicher Zusammensetzung zu beschichten.
Es sind bereits im grossen Umfang Metall-Glasverschmelzungen bekanntgeworden. Bei solchen Verschmelzungen besteht die Forderung, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall einerseits und Glas andererseits im ungünstigsten Fall um höchstens + 10010 voneinander unterscheiden dürfen. Eine grössere Abweichung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist lediglich dann zulässig, wenn das Glas auf Druck beansprucht wird oder wenn das Metallteil elastisch ausgeführt wird und daher die beim Erwärmen oder Abkühlung der Verschmelzungsstelle auftretenden Spanw nungen aufnehmen kann.
Durch die Erfindung wird gezeigt, dass in überraschender, für den Fachmann nicht vorherzusehender Weise eine gasdichte Verbindung von Silicium oder Siliciumkarbid und Glas noch möglich ist, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient von Silicium einerseits und Glas andererseits um bis zu 20% nach oben oder unten abweicht, ohne dass die Anschmelzstelle oder einer der beiden Teile zerstört wird. Dies ist besonders überraschend, da Silicium ein sehr spröder Stoff ist, der kaum Verformungsarbeit aufnehmen kann.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 9 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 4 die Verbindung eines rohrförmigen Teiles aus Silicium oder Siliciumkarbid mit einem rohrförmigen Glaskörper,
Fig. 5 und 6 die Verbindung eines scheibenförmigen Teiles aus Silicium oder Siliciumkarbid mit einem rohrförmigen Glaskörper,
Fig. 7 den Schnitt durch eine erste Einrichtung, bei der die Erfindung verwendet werden kann,
Fig. 8 den Schnitt durch eine weitere Einrichtung, bei der die Erfindung anwendbar ist und
Fig. 9 den Schnitt durch eine andere Anordnung, bei dem die Erfindung verwendet werden kann.
In Fig. list ein rohrförmiges Teil aus Silicium oder Siliciumkarbid mit 1 und ein rohrförmiger Glaskörper mit 2 bezeichnet. Beide Teile haben etwa den gleichen Durchmesser.
Der Glaskörper 2 wird mittels eines Brenners 18 an das Teil 1 angeschmolzen, indem der Glaskörper auf seine Schmelztemperatur erhitzt wird. Dabei bildet sich eine Anschmelzstelle 3. Es ist zweckmässig, wenn der Brenner 18 eine oxydierende Flamme liefert, d. h. mit Sauerstoffüberschuss arbeitet. Diese begünstigt die Bildung von Siliciumdioxid auf dem Teil 1 und sorgt für eine gute Verbindung zwischen dem Teil 1 und dem Glaskörper 2. Da auf Silicium und Siliciumkarbid an Luft immer Siliciumdioxid vorhanden ist, kann der Glaskörper auch mittels elektrisch erzeugter Wärme an das Teil 1 angeschmolzen werden. Eine Reduktion der auf dem Teil 1 befindlichen Schicht aus Siliciumdioxid muss aber vermieden werden. Das Anschmelzen des Glaskörpers kann z. B. durch induktive Erhitzung, durch Widerstandserhitzung, durch dielektrische Erhitzung oder durch Strahlungserhitzung erfolgen.
In Fig. 2 hat der rohrförmige Glaskörper grösseren Durchmesser als das rohrförmige Teil 1. Der Glaskörper 2 wird, z. B. wieder mit einer oxydierenden Flamme, an die Aussenseite des rohrförmigen Teiles 1 angeschmolzen. Die Anschmelzstelle ist auch hier mit 3 bezeichnet.
In den Fig. 3 und 4 hat der rohrförmige Glaskörper 2 wesentlich grösseren bzw. kleineren Durchmesser als das rohrförmige Teil 1. Der rohrförmige Glaskörper wird hier von aussen bzw. von innen stumpf an die Wand des rohrförmigen Teiles 1 angeschmolzen.
In Fig. 4 ist die Verbindung eines scheibenförmigen Teiles 4 aus Silicium oder Siliciumkarbid mit dem rohrförmigen Glaskörper 2 gezeigt. Hier ist der rohrförmige Glaskörper an eine der beiden Flachseiten des scheibenförmigen Teiles 4 angeschmolzen. In Fig. 6 ist gezeigt, dass auch eine Verschmelzung des rohrförmigen Glaskörpers 2 mit dem Rand des scheibenförmigen Teiles 4 möglich ist.
Die Abmessungen der miteinander zu verbindenden Teile aus Silicium oder Siliciumkarbid mit dem Glaskörper sind völlig unkritisch. Die Durchmesser, Wandstärken der Rohre oder Dicke der Scheiben können völlig frei gewählt werden. Es können alle bekannten Möglichkeiten der Glasapparate-Technologie ausgenutzt werden. Als Glassorten kommen Borosilikatgläser für Teile aus Silicium oder Siliciumkarbid oder Alumoborosilikatgläser für Teile aus Silicium in Frage. Deren thermische Ausdehnungskoeffizienten dürfen bis 300 "C um nicht mehr als + 5. 10-7 cm/ C von dem des Si liciums bzw. um nicht mehr als i 12 10-7 cm/ C von dem des Siliciumkarbids abweichen. Die Gläser werden je nach ihrer Zusammensetzung bei 900 bis 1100 "C angeschmolzen.
Der Schmelzpunkt der Gläser' kann, falls gewünscht, in bekannter Weise durch Zusätze von Blei enthaltenden Verbindungen herabgesetzt werden. Weitere Glassorten, die diese Bedingungen erfüllen, lassen sich den Listen der bekannten Glasfirmen entnehmen.
Um eine leichtere Verbindung des Glaskörpers mit dem aus Silicium oder Graphitkörper bestehenden Teilen zu erreichen, werden diese Teile vor dem Anschmelzen der Glaskörper zweckmässigerweise mit Glas gleicher Zusammensetzung belegt. Dies kann z. B. durch Umwickeln der rohrförmigen Teile mit einem Glasfaden oder durch Beschichten einer Glas enthaltenden Suspension und nachfolgender Erwärmung auf den Schmelzpunkt des Glases geschehen.
Die beschriebene Verbindung zwischen Silicium oder Siliciumkarbid und Glas kann vielfältig für solche Einrichtungen benutzt werden, bei denen mindestens ein Teil aus Silicium besteht. Z. B. können rohrförmige Wandteile oder scheibenförmige Fenster verwendet werden, um bei optischen oder optoelektrischen bzw. optoelektronischen Einrichtungen Ultrarotstrahlung, deren Wellenlänge grösser ist als die der Absorptionskante von Silicium, in die Einrichtung hinein- oder aus dieser herauszulassen. Hierzu zählen z. B. Glühlampen, Fotozellen und Fotoelemente, Thermoelement, Bolometer, Fernsehaufnahmeröhren usw. Ferner ist es möglich, Silicium als Strahlungsdurchtrittsfenster in Röntgenröhren zu verwenden.
Verbindungen zwischen Glas und Silicium oder Siliciumkarbid können auch mit Vorteil dort benutzt werden, wo die hohe Wärmeleitfähigkeit und die Resistenz des Siliciums oder Siliciumkarbids gegen chemische aggressive Stoffe ausgenutzt werden soll. Als Beispiel zu nennen sind hier Kühler und Wärmeaustauscher z. B. für Königswasser.
Verbindungen zwischen Glas und Silicium oder Siliciumkarbid können vorteilhafterweise z. B. auch für Diffusionsgefässe zur Dotierung von für Halbleiterbauelemente zu verwendende Siliciumscheiben gebracht werden. Bei der Diffusion kommt es darauf an, dass die mit den zu dotierenden Siliciumscheiben in Berührung kommenden Werkstoffe von ähnlicher Reinheit sind wie diese. Hierzu eignet sich Silicium oder Siliciumkarbid hervorragend. Ausserdem hat Silicium und Siliciumkarbid einen hohen Schmelzpunkt, so dass eine solche Einrichtung bei den hohen, für die Diffusion in Frage kommenden Temperaturen zwischen 1000 und 1390 "C nicht erweicht. Die Verbindung zwischen Silicium oder Siliciumkarbid und Glas ist vakuumdicht, so dass beim Diffusionsvorgang keinerlei schädliche Stoffe in das Innere des Diffusionsgefässes eindringen können.
In Fig. 7 ist im Schnitt ein Wärmetauscher für aggressive Stoffe gezeigt, bei dem von der Verbindung zwischen Silicium- oder Siliciumkarbidteilen und Glaskörpern Gebrauch gemacht wird. Der Wärmetauscher weist ein äusseres Rohr 5 und ein inneres Rohr 6 aus Silicium oder Siliciumkarbid auf.
An das Rohr 5 sind an den Enden Glasrohre 9 und 10 und an das Rohr 6 Glasrohre 7 und 8 angeschmolzen. Die Anschmelzstellen sind auch hier mit 3 bezeichnet. An die Glasrohre 9 und 10 ist ein weiteres Glasrohr 11 angeschmolzen, das die äussere Hülle für den Wärmetauscher bildet. Das Glasrohr 11 ist mit zwei Rohrstutzen 12 und 13 versehen.
Das Glasrohr 9 weist einen Rohrstutzen 16 und das Glasrohr 10 einen Rohrstutzen 17 auf. Das Rohr 7 weist eine Austrittsöffnung 14 und das Rohr 8 eine Eintrittsöffnung 15 auf.
In die Eintrittsöffnung 15 wird das zu kühlende aggressive Medium, z. B. Königswasser eingeleitet. Das Kühlmittel, z. B.
Wasser wird in die Rohrstutzen 13 und 16 eingeleitet und tritt durch die Rohrstutzen 12 bzw. 14 aus dem Kühler aus.
Da das Silicium eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, sie ist etwa 130mal grösser als die von Glas, kommt es zu einer raschen Abkühlung oder Erwärmung der zu kühlenden bzw. zu erwärmenden Flüssigkeit.
In Fig. 8 ist im Schnitt eine Anordnung zur Diffusion von Halbleiterscheiben gezeigt. Diese Anordnung weist ein Rohr 20 aus Silicium oder Siliciumkarbid auf, das teilweise in einem Diffusionsofen 21 steckt. Im Rohr 20 sind zu dotierende Halbleiterscheiben 22 untergebracht, die z. B. in einer ebenfalls aus Silicium oder Siliciumkarbid bestehenden Horde 23 gehalten werden. Der Dotierstoff, z. B. gasförmiges Phosphorpentoxyd mit einem Trägergas, wird durch ein weiteres Rohr 24 aus Silicium oder Siliciumkarbid zugeführt.
An das Rohr 20 ist ein Glasrohr 25 und an das Rohr 24 ein Glasrohr 26 angeschmolzen. Die Anschmelzstellen sind auch hier mit 3 bezeichnet. Der gasförmige Dotierstoff tritt durch einen am Glasrohr 25 angeschmolzenen Rohrstutzen 27 aus dem Diffusionsgefäss wieder aus. Für eine leichte Beschikkung des Diffusionsgefässes mit Halbleiterscheiben ist das Glasrohr 25 mit einem Flansch 28 versehen, auf dem über eine Dichtung 34 ein Deckel 29, z. B. auch aus Glas aufgesetzt ist. Der Deckel 29 wird über z. B. aus Stahl bestehende Ringe 30 und 31, über Schrauben 32, 33 an den Flansch 28 angepresst. Das Rohr 25 könnte jedoch auch zugeschmolzen sein.
In Fig. 9 ist im Schnitt eine Infrarotlampe gezeigt. Diese weist einen aus Silicium bestehenden Kolben 46 auf. Dieser Kolben ist mit einem aus Borosilikatglas oder Alumoborosilikatglas bestehenden Sockel 37 verschmolzen. Die Schmelzstelle ist wieder mit 3 bezeichnet. Im Inneren der Lampe ist eine Wendel 38 angeordnet, deren Anschlüsse 39 und 40 mittels zweier Durchführungen 41 bzw. 42 durch den Sockel der Lampe geführt sind. Der Sockel der Lampe weist einen Abpumpstutzen 43 auf, durch den das Innere der Lampe evakuiert werden kann. Die Lampe strahlt auf Grund einer ausgeprägten Filterwirkung des Siliciums nur Strahlung im Infrarotbereich ab.
Die für die beschriebenen Einrichtungen verwendeten Rohre aus Silicium können in bekannter Weise durch thermische Zersetzung von z. B. Silicochloroform SiHCI3 in Anwesenheit von molekularem Wasserstoff H2 an einem auf eine Temperatur zwischen 1050 und 1250 0C aufgeheizten Graphit körper hergestellt werden. Das Silicochloroform zersetzt sich auf der erhitzten Oberfläche des Trägerkörpers in Silicium und Chlorwasserstoff. Die Abscheidung wird solange fortgesetzt, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist.
Dann wird nach dem Abkühlen der Graphitkörper herausgezogen.
Rohre aus Siliciumkarbid können auf ähnliche Weise z. B. durch thermische Zersetzung von Methyldichlorsilan oder Methyltrichlorsilan in Anwesenheit von Wasserstoff erzeugt werden. Die benötigten Abscheidetemperaturen liegen hier zwischen 1200 und 1600 "C. Auch hier kann ein Trägerkörper aus Graphit verwendet werden. Die Abscheidung muss unter Sauerstoffabschluss erfolgen, da sonst der Graphitkörper verbrennen würde.
It is known to manufacture tubes or disks from silicon or silicon carbide. Silicon and silicon carbide can withstand high temperatures and are largely insensitive to chemically aggressive substances. As an additional valuable property, silicon has a pronounced optical filter effect. Should tubes or disks made of silicon or silicon carbide z. B. be used in chemical, vacuum-technical equipment or optoelectronic devices, the problem arises of connecting these parts to other parts of the said devices in a gas-tight or vacuum-tight manner. For this purpose, primarily non-positive or positive connections have become known so far. The non-positive include seals with a pressurized sealing material, such as. B.
Rubber or plastic, tapered cuts can be counted among the non-positive and form-fitting ones, which usually have to be sealed with grease-like agents. Positive connections are obtained z. B. by encapsulating with curable plastics. However, none of these compounds meet the requirement that they are both tight and insensitive to high temperatures. Many of these connections cannot be mechanically stressed, especially at high temperatures, without their tightness deteriorating. Furthermore, seals formed by fusions, welding or soldering have become known, but not in the case of silicon or silicon carbide.
The invention relates to a method for producing a gas-tight connection in parts made of crystalline silicon or silicon carbide.
The object on which the invention is based consists in specifying a simple method for producing a gas-tight and mechanically loadable connection which does not have the disadvantages mentioned of the known connections.
The invention is characterized in that a glass body is melted onto the part made of silicon or silicon carbide, the coefficient of thermal expansion of which differs from that of silicon or silicon carbide up to 300 "C by at most: i: 20%.
Glass bodies made of borosilicate gas are expediently used. For parts made of silicon, glass bodies made of an aluminoborosilicate glass are also suitable. If the part and the glass body are a tube, the glass body can be fused butt against the part. The glass body can, however, also be melted on the outside or on the inside of the tube. If the part is disk-shaped and the glass body is tubular, the glass body can be fused to the part at the edge or on one of the two flat sides. The part is advantageously fused to the glass body by means of an oxidizing flame. The glass body can, however, also be fused to the part by means of electrically generated heat.
It is advisable to coat the part with a glass mass of the same composition before melting the glass body.
Metal-glass fusions have already become known on a large scale. With such fusions there is the requirement that the thermal expansion coefficients of metal on the one hand and glass on the other hand may differ from each other in the worst case by a maximum of + 10010. A larger deviation in the thermal expansion coefficient is only permissible if the glass is subjected to pressure or if the metal part is made elastic and can therefore absorb the stresses that occur when the fusion point is heated or cooled.
The invention shows that a gas-tight connection of silicon or silicon carbide and glass is still possible in a surprising manner that cannot be foreseen by the person skilled in the art if the thermal expansion coefficient of silicon on the one hand and glass on the other hand deviates by up to 20% up or down without the melting point or one of the two parts being destroyed. This is particularly surprising, since silicon is a very brittle substance that can hardly absorb any deformation work.
The invention is explained in more detail using a few exemplary embodiments in conjunction with FIGS. 1 to 9. Show it:
1 to 4 the connection of a tubular part made of silicon or silicon carbide with a tubular glass body,
5 and 6 show the connection of a disk-shaped part made of silicon or silicon carbide with a tubular glass body,
7 shows the section through a first device in which the invention can be used,
8 shows the section through a further device in which the invention can be used and
Figure 9 is a section through another arrangement in which the invention can be used.
In FIG. 1, a tubular part made of silicon or silicon carbide is designated by 1 and a tubular glass body by 2. Both parts are about the same diameter.
The glass body 2 is melted to the part 1 by means of a burner 18 by heating the glass body to its melting temperature. A melting point 3 is formed in the process. It is expedient if the burner 18 supplies an oxidizing flame; H. works with excess oxygen. This favors the formation of silicon dioxide on part 1 and ensures a good connection between part 1 and glass body 2. Since silicon dioxide is always present on silicon and silicon carbide in air, the glass body can also be fused to part 1 by means of electrically generated heat will. A reduction in the silicon dioxide layer on part 1 must, however, be avoided. The melting of the glass body can, for. B. by inductive heating, by resistance heating, by dielectric heating or by radiant heating.
In Fig. 2, the tubular glass body has a larger diameter than the tubular part 1. The glass body 2 is, for. B. again with an oxidizing flame, fused to the outside of the tubular part 1. The melting point is also denoted by 3 here.
In FIGS. 3 and 4, the tubular glass body 2 has a significantly larger or smaller diameter than the tubular part 1. The tubular glass body is butt fused to the wall of the tubular part 1 from the outside or from the inside.
In Fig. 4 the connection of a disk-shaped part 4 made of silicon or silicon carbide with the tubular glass body 2 is shown. Here the tubular glass body is fused onto one of the two flat sides of the disk-shaped part 4. In Fig. 6 it is shown that a fusion of the tubular glass body 2 with the edge of the disk-shaped part 4 is possible.
The dimensions of the silicon or silicon carbide parts to be connected to the glass body are completely uncritical. The diameter, wall thickness of the pipes or the thickness of the discs can be chosen completely freely. All known possibilities of glass apparatus technology can be used. Borosilicate glasses for parts made of silicon or silicon carbide or aluminoborosilicate glasses for parts made of silicon come into question as types of glass. Their thermal expansion coefficients must not differ by more than + 5.10-7 cm / C from that of silicon or by more than 12.10-7 cm / C from that of silicon carbide up to 300 "C. The glasses are each melted at 900 to 1100 "C according to their composition.
The melting point of the glasses can, if desired, be reduced in a known manner by adding compounds containing lead. Other types of glass that meet these requirements can be found in the lists of well-known glass companies.
In order to achieve an easier connection of the glass body with the parts made of silicon or graphite, these parts are expediently covered with glass of the same composition before the glass body is melted. This can e.g. B. done by wrapping the tubular parts with a glass thread or by coating a suspension containing glass and subsequent heating to the melting point of the glass.
The described connection between silicon or silicon carbide and glass can be used in many ways for those devices in which at least a part consists of silicon. For example, tubular wall parts or disk-shaped windows can be used in the case of optical or optoelectronic or optoelectronic devices to allow ultrared radiation, the wavelength of which is greater than that of the absorption edge of silicon, into or out of the device. These include B. incandescent lamps, photocells and photo elements, thermocouples, bolometers, television tubes, etc. It is also possible to use silicon as a radiation window in X-ray tubes.
Connections between glass and silicon or silicon carbide can also be used to advantage where the high thermal conductivity and resistance of silicon or silicon carbide to chemically aggressive substances is to be used. Examples are coolers and heat exchangers such. B. for aqua regia.
Connections between glass and silicon or silicon carbide can advantageously, for. B. can also be used for diffusion vessels for doping silicon wafers to be used for semiconductor components. With diffusion, it is important that the materials that come into contact with the silicon wafers to be doped are of a similar purity as these. Silicon or silicon carbide are ideally suited for this. In addition, silicon and silicon carbide have a high melting point, so that such a device does not soften at the high temperatures between 1000 and 1390 "C, which are suitable for diffusion. The connection between silicon or silicon carbide and glass is vacuum-tight, so that no harmful substances can penetrate into the interior of the diffusion vessel.
In FIG. 7, a heat exchanger for aggressive substances is shown in section, in which use is made of the connection between silicon or silicon carbide parts and glass bodies. The heat exchanger has an outer tube 5 and an inner tube 6 made of silicon or silicon carbide.
Glass tubes 9 and 10 are fused onto tube 5 and glass tubes 7 and 8 are fused onto tube 6. The melting points are also denoted by 3 here. Another glass tube 11 is fused to the glass tubes 9 and 10 and forms the outer shell for the heat exchanger. The glass tube 11 is provided with two pipe sockets 12 and 13.
The glass tube 9 has a pipe socket 16 and the glass tube 10 has a pipe socket 17. The pipe 7 has an outlet opening 14 and the pipe 8 has an inlet opening 15.
In the inlet opening 15, the aggressive medium to be cooled, for. B. aqua regia initiated. The coolant, e.g. B.
Water is introduced into the pipe sockets 13 and 16 and exits the cooler through the pipe sockets 12 and 14, respectively.
Since silicon has a relatively high thermal conductivity, which is about 130 times greater than that of glass, the liquid to be cooled or heated is rapid cooling or heating.
In Fig. 8, an arrangement for diffusion of semiconductor wafers is shown in section. This arrangement has a tube 20 made of silicon or silicon carbide, which is partially inserted in a diffusion furnace 21. In the tube 20 to be doped semiconductor wafers 22 are housed, the z. B. be held in a tray 23 also made of silicon or silicon carbide. The dopant, e.g. B. gaseous phosphorus pentoxide with a carrier gas is fed through another tube 24 made of silicon or silicon carbide.
A glass tube 25 is melted onto the tube 20 and a glass tube 26 is melted onto the tube 24. The melting points are also denoted by 3 here. The gaseous dopant emerges from the diffusion vessel through a pipe socket 27 fused to the glass tube 25. For easy loading of the diffusion vessel with semiconductor wafers, the glass tube 25 is provided with a flange 28 on which a cover 29, for. B. is also made of glass. The lid 29 is z. B. rings 30 and 31 made of steel, pressed against the flange 28 via screws 32, 33. The tube 25 could, however, also be fused shut.
In Fig. 9, an infrared lamp is shown in section. This has a piston 46 made of silicon. This piston is fused to a base 37 made of borosilicate glass or aluminum borosilicate glass. The melting point is again designated by 3. A filament 38 is arranged in the interior of the lamp, the connections 39 and 40 of which are passed through the base of the lamp by means of two bushings 41 and 42, respectively. The base of the lamp has a pump-out connection 43 through which the interior of the lamp can be evacuated. The lamp only emits radiation in the infrared range due to the pronounced filter effect of the silicon.
The silicon tubes used for the facilities described can be produced in a known manner by thermal decomposition of z. B. Silicochloroform SiHCl3 in the presence of molecular hydrogen H2 on a heated to a temperature between 1050 and 1250 0C graphite body are produced. The silicochloroform decomposes on the heated surface of the carrier body into silicon and hydrogen chloride. The deposition is continued until the desired layer thickness is reached.
Then the graphite body is pulled out after cooling.
Silicon carbide tubes can be produced in a similar manner e.g. B. be generated by thermal decomposition of methyldichlorosilane or methyltrichlorosilane in the presence of hydrogen. The required deposition temperatures are between 1200 and 1600 "C. Here, too, a support body made of graphite can be used. The deposition must take place in the absence of oxygen, otherwise the graphite body would burn.