DE1109142B

DE1109142B - Verfahren zur Herstellung geformter Koerper

Info

Publication number: DE1109142B
Application number: DEW23077A
Authority: DE
Inventors: Dr Eduard Enk; Dr Julius Nickl
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 1958-04-03
Filing date: 1958-04-03
Publication date: 1961-06-22

Description

Verfahren zur Herstellung geformter Körper Die Bildung von hochreinen Stoffen in Form von Körnern und Klumpen ist bekannt. Es mangelt jedoch an einem Verfahren, mit welchem geformte Körper aus extrem reinen Stoffen hergestellt werden können.
Es ist zwar ein Verfahren vorbeschrieben, mit welchem katalytisch wirkende Metalle auf Trägersubstanzen niedergeschlagen werden.
Eine weitere Veröffentlichung bringt außerdem ein Verfahren zum Auftragen von Stoffen, aus denen der zu formende Körper bestehen soll, auf einen festen Trägerkörper. Dabei gelingt es z. B., metallische Formen dadurch herzustellen, daß nach dem Metallspritzverfahren über eine Form Metallschichten versprüht werden, die mit dem galvanisch aufzubringenden Metall nicht verwachsen.
Aber auch das Niederschlagen von schwer schmelzbarem Material aus der Gasphase ist bekannt. Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung geformter Körper aus Halbleiterelementen und -verbindungen durch Abscheidung des formgebenden Materials aus der Gasphase in fester und polykristalliner Form auf einem Träger gefunden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger verwendet wird, der mit einer dünnen Trennschicht aus andersartigem Material überzogen ist.
Die Durchführung des Verfahrens soll am Beispiel der Herstellung eines leicht konischen Rohres aus Silizium gezeigt werden.
Ein ganz leicht konisches Rohr aus reinem Quarzglas wird auf der Innenseite mit einer gleichmäßigen, hauchdünnen, glänzenden Kohlenstoffschicht von einigen tausendstel Millimeter Schichtstärke belegt. Solche Schichten können in bekannter Weise durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen gebildet werden.
Durch thermische Zersetzung von Siliziumchloroform bei einer Quarzrohrtemperatur von etwa 500 bis 1100° C wird auf diese dünne Kohlenstoffschicht Silizium gleichmäßig abgeschieden. Dabei zeigt sich, daß es vorteilhaft ist, wenn das Quarzrohr während der Abscheidung langsam um seine Längsachse gedreht wird. Man erhält auf diese Weise eine glatte und porenfreie Siliziumabscheidung. Sobald die Schicht die gewünschte Stärke, z. B. 5 mm, erreicht hat, wird die Temperatur etwas abgedrosselt und das Siliziumrohr mittels eines Quarzstabes aus dem leicht konischen Quarzrohr ausgestoßen oder in den Bereich größeren Durchmessers verschoben. Dort verbleibt es längere Zeit, um langsam und spannungsfrei abzukühlen.
Der Kohlenstoff wird nach dem Abkühlen, wenn nötig, durch geeignete Maßnahmen, wie z. B. Behandeln mit Lauge oder einem Gemisch aus Flußsäure und Salpetersäure, durch Abschleifen, Oxydieren mit oxydablen Gasen, entfernt. Gegebenenfalls kann er aber auch eingebrannt werden.
Die beschriebene Arbeitsweise kann auch beim Aufbringen einer Schicht auf die Außenseite eines Quarzrohres angewandt werden. Man scheidet dann auf der mit Kohlenstoff belegten Außenfläche, gegebenenfalls gleichzeitig auch der Innenfläche, den reinen Stoff ab. Auf diese Art können ebenfalls Rohre hergestellt werden, wobei als Ausgangsform ein Rohr oder ein leicht konischer Stab aus dem gleichen oder einem anderen Material benutzt wird. Dabei zeigt sich überraschend, daß es zu keiner Verwachsung zwischen Stab und aufgewachsenem Rohr kommt, wenn der Kohlenstoff-Film ausreichend stark und porenfrei ist. Es ist fernerhin zu beachten, daß die Temperatur möglichst so gewählt wird, daß die einzelnen Kristallite porenfrei miteinander verwachsen, wenn dicht geformte Körper gewünscht werden.
Als Trennschicht eignet sich neben Kohlenstoff weiterhin ein im Hochvakuum aufgedampfter Film, z. B. Silizium, der gegebenenfalls nachträglich ganz oder teilweise zu dem entsprechenden Oxyd, im angezogenen Falle zu Siliziumdioxyd, oxydiert werden kann.
Außerdem eignet sich als Trennmittel ein aufgedampftes Gemisch von Metall und Metalloxyd. Auch Carbide wie Metallcarbide der Il. bis VIII. Gruppe des Periodischen Systems lassen sich als Trennschicht mit Vorteil benutzen.
Mit gutem Erfolg lassen sich ebenso Salze als Trennschicht einsetzen, die gegebenenfalls auf das Trägermaterial durch eine chemische Reaktion oder im Hochvakuum aufgebracht werden können, insbesondere stark polare Metallhalogenide wie Calciumfluorid und Natriumchlorid. Auch kombinierte Trennschichten aus den angeführten Substanzen, etwa stark polare Metallhalogenide mit Kohlenstoff oder den obengenannten Carbiden, sowie gemischte Schichten aus Carbiden mit Kohlenstoff und hochschmelzende Siliziumverbindungen mit Kohlenstoff können angewendet werden.
Legt man keinen besonderen Wert auf eine glatte Oberfläche des zu erzeugenden geformten Körpers, so ist auch ein Auftragen einer Siliziumdioxydschicht ausreichend, die man durch Verbrennen von Siliziumhalogeniden wie Siliziumchloroform oder Siliziumtetrachlorid mit Wasserstoff erzeugt.
Das Verfahren ist anwendbar für alle verdampfbaren Stoffe, die, gegebenenfalls im Verlaufe einer chemischen Reaktion, einen festen Stoff abscheiden. Als besonders günstige Ausgangsprodukte eignen sich Hydride der III., IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems. Aber auch Carbonyle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems können mit Erfolg eingesetzt werden. Ebenso können Halogenide der III., IV., V., VI., VII. und VIII. Gruppe des Periodischen Systems im Gemisch mit Wasserstoff oder Wasserstoff abspaltenden Gasen wie Methan benutzt werden.
Die Trennschichten werden entweder auf dem Trägerkörper mittels einer chemischen Reaktion erzeugt oder als fertige Substanz niedergeschlagen, gegebenenfalls im Hochvakuum.
Mit dem Verfahren gelingt es gleichermaßen, geformte Körper herzustellen, die einen schichtenförmigen Aufbau besitzen; so ist es z. B. möglich, zuerst etwa eine 1 mm dicke Germaniumschicht abzuscheiden, um dann ein anderes Material, beispielsweise Bor, Titan, Arsen oder Antimon, aufzutragen. Ferner können auf diese Weise chemische Verbindungen unmittelbar während des Formprozesses erzeugt und niedergeschlagen werden. So können z. B. geformte Körper aus Natriumchlorid dadurch hergestellt werden, daß abwechslungsweise Natrium aufgedampft und Chlor einwirken gelassen wird.
In vielen Fällen können die geformten Körper ohne besonderen Aufwand von der Trägersubstanz abgehoben werden. Es ist aber auch möglich, den geformten Körper von dem Trägerkörper dadurch zu trennen, daß die Trennschicht durch geeignete Maßnahmen, wie Auflösen mit entsprechenden Lösungsmitteln, entfernt wird. Gelegentlich ist es vorteilhaft, wenn der Trägerkörper nach der Herstellung des geformten Körpers entfernt wird. Dies wird durch Ausschmelzen, Verdampfen oder Herauslösen erreicht. So kann z. B. als Trägerkörper dichtes Natriumchlorid verwendet werden, das einen dünnen Kohlenstoff-Film trägt. In diesem Falle wird das Natriumchlorid nach der Herstellung des geformten Körpers durch Wasser herausgelöst.
Das beschriebene Verfahren ist in Verbindung mit bereits bekannten. Arbeitsweisen größter Anwendung zugänglich, was für die Metallurgie höchstreiner Metalle von besonderer Bedeutung ist. Ferner eignet sich diese Arbeitsweise zum Aufbau von thermostromliefernden Systemen. So kann z. B. zuerst ein Rohr aus Silizium hergestellt werden - eventuell zonengeschmolzen - und darauf eine Schicht hochreinen Kupfers galvanisch abgeschieden werden. Dieser Vorgang wird beliebig oft wiederholt und dadurch eine Batterie von Thermoelementen aufgebaut.
Die geformten Körper können anschließend einer zusätzlichen bekannten Reinigungsbehandlung wie Zonenschmelzen unterzogen werden, bei der das Gefüge verdichtet und der polykristalline Zustand teilweise oder ganz in einen einkristallinen übergeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 907 770; Blücher-Winkelmann, Auskunftsbuch für die chemische Industrie, 1948, S. 330, letzter Absatz; Vapor Plating, 1949, S. 318, 319, 332.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung geformter Körper aus Halbleiterelementen und -verbindungen durch Abscheidung des formgebundenen Materials aus der Gasphase in fester und polykristalliner Form auf einen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger verwendet wird, der mit einer dünnen Trennschicht aus andersartigem Material überzogen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennschicht Kohlenstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennschicht Metalle und/oder Metalloxyde verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennschicht Metallcarbide der II. bis VIII. Gruppe des Periodischen Systems verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennschicht polare Metallhalogenide verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper verwendet wird, auf dem verschiedene Schichten aufgebracht sind.