DE1419738A1 - Verfahren zum Zuechten von duennen,flachen dendritischen Einkristallen - Google Patents
Verfahren zum Zuechten von duennen,flachen dendritischen EinkristallenInfo
- Publication number
- DE1419738A1 DE1419738A1 DE19611419738 DE1419738A DE1419738A1 DE 1419738 A1 DE1419738 A1 DE 1419738A1 DE 19611419738 DE19611419738 DE 19611419738 DE 1419738 A DE1419738 A DE 1419738A DE 1419738 A1 DE1419738 A1 DE 1419738A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- melt
- crystal
- dendritic
- twin
- seed crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/36—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/08—Germanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/64—Flat crystals, e.g. plates, strips or discs
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/901—Levitation, reduced gravity, microgravity, space
- Y10S117/902—Specified orientation, shape, crystallography, or size of seed or substrate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/107—Melt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
Westinghouse p u 1q
Electric Corporation ±- I4 iy
Pittsburgh, Pa, USA pLA 6o/g258 v0/Rd
U19738
Neue Beschreibung
Verfahren zum Züchten von dünnen, flachen dendritischen
Einkristallen.
Zusatz zu Patent (Anmeldung W 29 567 IVc/12c; Gase 32 685;
PLA 61/8229)
Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren zur Züchtung dendritischer
Halbleiterkristalle aus der Schmelze eines Stoffes, der im kubischen Gitter vom Diamanttyp kristallisiert. Dabei wird
eine Schmelze des Stoffes mit einem Keimkristall in Berührung gebracht, der drei innere Zwillingsebenen mit gegenseitigen Abständen
von 0,5 bis 5 μ und von 0,5 bis 30 ρ aufweist, welche sich
parallel zu einer kristallographischen (111)- bzw. (TTT)-Ebene
des Keims mindestens bis zu derjenigen Keimfläche erstrecken, die in Berührung mit der Schmelze steht. Ferner wird der Keimkristall
so orientiert, daß auf den beiderseits der Zwillingsebene befindlichen (111)- bzw. (TTT)-Flächen des Keims durch Ätzen erzeugte
dreieckige Ätzfiguren mit einer Spitze in Ziehrichtung weisen. Der Keim wird bei Unterkühlung der Schmelze mit einer Geschwindigkeit
aus dieser gezogen, welche mit dem Ausmaß der Unterkühlung
909831/1065
- 1 - 25.3.68
PLA 60/9258
H19738
derart verknüpft ist, daß das geschmolzene Material am Keim als fester Portsatz auskristallisiert, so daß sich ein langgestreckter
flacher dendritischer Kristall ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren nach dem Hauptpatent zu verbessern. Es sollen dendritische Halbleiterkristalle
genau steuerbarer Dicke und bestimmter innerer Zwillingsebenenstruktur gezüchtet werden. Das soll durch Impfen der unterkühlten
Halbleiterschmelze mit einem Kristallkeim bestimmter und ausgewählter innerer Zwillingsebenenstruktur durch Übertragung
auf den gezüchteten Dendriten ausgeführt werden. Ea sollen ferner Kristallkeime geschaffen werden, mit denen flache dendritische
Kristalle aus einem Halbleitermaterial, welches in der kubischen Diamantgitterstruktur kristallisiert, aus einer Schmelze des
Materials gezüchtet werden können. Die Kristallkeime sollen drei sich durch sie erstreckende Zwillingsebenen besitzen.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Züchten
909831/1065
vC/Rd - 2 - 25.3.68
PLA 60/9258
von dünnen, flachen dendritischen Einkristallen eines in der kubischen
Gitterstruktur des Diamanten kristallisierenden Halbleitermaterials, vorzugsweise aus der Gruppe des Siliziums, Germaniums
und der stöchiometrischen Verbindungen mit im Mittel vier Valenzelektronen pro Atom, die eine genau steuerbare Dicke, zwei
im wesentlichen ebene, parallele Oberflächen und eine bestimmte innere Zwillingsstruktur besitzen, bei dem ein dendritischer
Keimkristall Verwendung findet, der drei innere Zwillingsebenen besitzt, die sich vollständig durch ihn erstrecken, und der so
orientiert ist, daß eine <111>
-Richtung parallel zur Oberfläche der Schmelze und eine ^ 211 >
-Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schmelze verläuft, so daß der dendritische Kristall, wenn er
geätzt wird, auf beiden Flächen dreieckige Ätzvertiefungen aufweist,
von denen je eine Ecke bezüglich der Oberfläche der Schmelze senkrecht nach oben gerichtet ist, und die gegenüberliegende
Seite zur Oberfläche der Schmelze liegt, und bei dem der Keimkristall aus der Schmelze, die eine Temperatur, die den
Schmelzpunkt praktisch kaum übersteigt, besitzt, mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von wenigstens 2,5 cm/min
gezogen wird, so daß ein dendritischer Kristall entsteht, der die gleiche innere Zwillingsebenenstruktur wie der Keimkristall
vO/Rd
- 3 - 25.3.68
909831/1065
PIA 60/9258
besitzt. Dabei besteht die Erfindung darin, daß ein Keimkristall
verwendet wird, bei dem die eine der Zwillingsebenen 1,7 Mikron und die andere der Zwillingsebenen etwa 5 Mikron von der mittleren
Zwillingsebene entfernt ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Q-runde, daß die Verwendung
von Kristallkeimen, welche drei innere Zwillingsebenen besitzen, die einen bestimmten seitlichen Abstand voneinander haben und
sich bis zu den Kanten des Keims erstrecken, flache dendritische Kristalle ermöglicht, die aus einer unterkühlten Schmelze
eines festen Materials, welches dem des Kristallkeims entspricht, gezogen sind. Für den erfolgreichen Beginn des Wachstums von
dendritischen Kristallen, die eine gleichmäßige Dicke und parallele Flächen besitzen, ist die Struktur des Kristallkeims
kritisch. Diese flachen dendritischen Kristalle können mit relativ großer Ziehgeschwindigkeit der Größenordnung von 100 mal
oder noch mehr als die lineare Ziehgeschwindigkeit, die früher in der Technik verwendet wurde, aus der Schmelze des Materials
gezogen oder gezüchtet werden. Die Dicke der Kristalle kann leicht gesteuert und die Oberflächenunvoll-
909831/1065
vC/Rd - 4 - 25.3.68
H19738
PA 21/1000/9/1 - 5 -
kommenheiten verringert oder reduziert werden.
Im Besonderen wird bei der Durchführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung eine Schmelze des Materials, aus dem ein flacher dendritischer Kristall gezogen werden soll, bei einer (Temperatur
zubereitet, die etwas höher liegt als seine Schmelztemperatur. Die Oberfläche der Schmelze wird mindestens mit einer
Spitze eines vorher zubereite ten Kristallite imes in Verbindung
gebracht, der drei innere Zwillingsebenen besitzt, die im Inneren einen ausgewählten seitlichen Abstand voneinander haben. Die
drei inneren Zwillingsebenen erstrecken sich vollständig durch die Spitze des Keimes, welche mit der Schmelze in Verbindung
steht, wie nachher hier noch erläutert wird. Der Kristallkeim ist mit einer (211) Hichtung senkrecht zu der Oberfläche der
Schmelze orientiert. Andere notwendige oder erwünschte kristallographische und physikalische Eigenschaften des Kristallkeimes
werden nachher hier noch im einzelnen erläutert. Der Kristallkeim v/ird eine genügende Zeit lang in die Oberfläche der Schmelze
eingetaucht, um die untere Fläche des Keimes zu benetzen, gewöhnlich ist eine Zeitdauer von einigen Sekunden bis zu einer
Minute ausreichend, und dann v/ird die Schmelze schnell unterkühlt, worauf der Kristallkeim mit einer Geschwindigkeit in der
Größenordnung von 2,5 bis 25 cm/min, von der Schmelze v/eggezogen v/ird. Unter einigen Bedingungen können bedeutend niedrigere
Ziehger.chwindigkeiten als 2,5 cm/min., beispielsweise 0,5 cm/min,
angewendet v/erden. Ziehgeschwindigkeiten von 10 - 20 cra/min haben
909831/1065
BAD OfNGiNAL
PA 21/1000/9/1 ' - 6 --
besonders gute Resultate ergeben, obgleich grüsaere Gcocmvindigkeiten
von bis eu 63?5 cn/iain. verwendet werden können
Der Grad der Unterkühlung und die Ziehgeschwindigkeit können leicht so aufeinander abgestimmt werden, daß der von der Schmelze
weggezogene Kristallkeim erstarrtes Sehmelzenmaterial von genau gewünschter Dicke an sich hat. welches die gewünachte
kristallographische Orientierung und die innere Zv/illingsebenenstruktur
des.Kristallkeimes in sich fortsetzt- Eine ins einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Kristallkeimstruktur
wird später noch gegeben.
Die vorliegende Erfindung ist besonders bei festen Materialien anwendbar, welche in der kubischen Diamantgitterstruktur kristallisieren.
Beispiele für solche Materialien sind die Elemente Silizium und Germanium. Stöchiometrische Verbindungen, welche
einen Mittelwert von vier Va.lenzelektronen haben, sprechen ebenfalls
genügend auf das Kristallzüchtungsverfahren an. Solche
Verbindungen, die mit ausgezeichneten Ergebnissen verarbeitet worden sind, enthalten im wesentlichen äquimolare Anteile eines
Elementes der Gruppe III des Periodischen Systems, besonders Aluminium, Gallium und Indium, welches verbunden ist mit einem
Element der Gruppe V deo Periodischen Systems, besonders Phosphor,
Arsen und Antimon. Verbindungen, welche atöchiometrische Verhältnisse
von Elementen der Gruppe II und der Gruppe VI, beispielsweise ZnSe und ZnS, enthalten,können verarbeitet werden»
— 7 — 909831/1065
U19738
?Λ 21/1000/9/1 · - 7 -
Diese Materialien, die in der kubischen Diamantgitterstruktur
kristallisieren, sind für verschiedene Üalbleiteranwendungen
besonders zufriedenstellend. Ferner können die Materialien mit kubischer Diainantgitterstruktur rein sein oder mit einer
oder mehreren Verunreinigungen dotiert sein, um halbleitende Materialien vom η-leitenden Typ oder p-leitenden Typ herzustellen.
Das Kristallzüchtungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann bei all diesen verschiedenen Materialien angewendet werden.
Zum besseren Verständnis des Verfahrens der Erfindung wird auf die Figur 1 der Zeichnungen verviiesen, in der eine Vorrichtung
10 zur durchführung des Verfahrens dargestellt ist. Die Vorrichtung besitzt eine Grundplatte 12, die einen Untersatz H
trägt für einen Schmelztiegel. 16 aus einem hitsebests-\lig<jn
Material wie Graphit zum Aufnehmen einer Schmelze des Materials-,
aus der flache dendritische Kristalle mit einer bestimmten Kristallorientierung tmd inneren Zwillingsebenenstruktur gezogen
werden sollen. Das geschmolzene Material 18, beispielsweise Germanium, wird in dem Schmelztiegel 16 durch geeignete Heismittel,
wie beispielsweise eine um den Schmelztiegel herum angeordnete Induktionsheizspule 20, im geschmolzenen Zustand gehaltenNicht
dargestellte Steuereinrichtungen werden dazu verwendet, um der Induktionsspule 20 einen elektrischen Wechselstrom
zuzuführen und damit eine fein regulierbare Temperatur im Hauptteil
der Schmelze 18 aufrocht zu erhalten. Die Temperatur soll
909831/1 OSS ßÄD ori
PA 21/1000/9/1 - θ -
leicht regulierbar sein, um in der Schmelze cine Temperatur von
einigen Grad oberhalb des Schmelzpunktes zu halten und außerdem, um die Hitzezufuhr so zu verringern, daß die Temperatur in einigen Sekunden, beispielsweise in 5 bis 10 Sekunden auf eine Temperatur
von mindestens ein Grad unter die Schmelzpunktstemperatur sinkt und um vorzugsweise die Schmelze um 5 bis 100C oder weniger
zu unterkühlen. Ein Deckel 22, der eng auf das Oberteil des
Schmelztiegels 16 paßt, kann vorgesehen werden, um oberhalb der Schmelze einen niedrigen Temperaturkoeffizienten aufrecht zu
erhalten. Durch eine Öffnung 24 in dem Deckel 22 läuft ein bevorzugter Kristallkeim 26, der drei innere Zwillingsebenen besitzt,
die einen solchen seitlichen Abstand voneinander haben, daß eine Zwillingsebene von 0,1 bis 5 Mikron und vorzugsweise
0,25 bis 4 Mikron von der mittleren Zwillingsebene und die andere Zwillingsebene auf der anderen Seite der mittleren Zwillingsebene 0,1 bis 30 IJikron und vorzugsweise 0,25 bis 15 Mikron
davon entfernt 1st- Der Keim ist kristallographisch so orientiert wie hier noch im Einzelnen erläutert wird. Der Kristall 26
ist an einem Ziehstab 28 mit Hilfe einer Schraube 30 oder ähnlichen
befestigt. Der Ziehstab 28 wird durch einen Mechanismus angetrieben, um seine Aufwärtsbewegung mit einer gewünschten
gleichmäßigen Geschwindigkeit, gewöhnlich mehr als 2,5 cm/min., zu steuern. Sine Schutzumhüllung 32 aus <*las oder anderem geeignetem
Material ist um den Schmelztiegel herum angebracht mit einem Deckel 34, der deren Oberteil mit Ausnahme der öffnung 36
abschließt, durch die der Ziehstab 28 läuft,
— 9 "~
909831/1065
BAD ORIGINAL
H19738
PA 21/1000/9/1 - 9 -
Im Inneren der Umhüllung 32 iat eine geeigentc ochutsatmosphüro
vorgesehen, die durch eine Zuleitung 40 eintritt, und wenn ea notwendig sein sollte, kann eine Abzugsleitung 42 für die Zirkulation
eines Stromes einer solchen Schutzatmosphäre vorgesehen
v/erden. Abhängig von den in der Anordnung zu verarbeitenden Material
kann die Schutzatmosphäre ein Edelgas, wie Helium odor
Argon oder ein Reduktionsgas, wie Wasserstoff oder Mischungen von Wasserstoff und Stickstoff oder Stickstoff oder ähnliches
oder Mischungen von zwei oder mehreren Gasen enthalten. In einigen
Fällen kann der Raum um den Schmelztiegel herum auf ein Hochvakuum evakuiert werden, um Kristalle aus Materialien herzustellen,
die frei von irgendwelchen Gasen sind.
In dem Pail, daß das Verfahren bei Verbindungen angewendet
wird, die eine Komponente mit einem hohen Dampfdruck bei der Temperatur der Schmelze haben, kann ein getrenntes die Komponente
enthaltendes Heizgefäß in der Umhüllung 32 angeordnet werden, um darin einen Dampf einer solchen Verbindung bei einem Partialdruck
aufrecht zu erhalten, der ausreicht, eine Verarmung der Schmelze oder de3 gezüchteten Kristalls hinsichtlich der Komponente
zu verhindern. Auf diese Weise kann eine Atmosphäre aus Arsen vorgesehen werden, wenn Kristalle aus Galliumarsenid gezogen
werden. Die Umhüllung 32 kann in geeigneter Weise, zum Beispiel durch einen elektrisch beheizten Mantel erhitzt werden,
uri ihre Wandung auf einer Temperatur oberhalb der Temperatur des
getrennt erhitzten Gefässes, welches dao Arsen enthält, zu halten
und damit eine Kondensation deo Arsens daran zu verhindern.
90983171065 .
■ BAD
PA 21/1000/9/1 - 10 -
In Figur 2 ist in stark vergrößerter Ansicht oin Teil einec.
Kristallkeimes 26 mit drei inneren Zv/illingsobenen dargestellt
Solche Kristallkeime kann man auf verschiedene Art und \'lo±ne
erhalten, beispielsweise durch Unterkühlung einer Schmelze au:j
festem halbleitenden Material auf eine Temperatur, bei der ein Teil davon erstarrt. In diesem Zeitpunkt v/erden einige dendritische
Kristalle, die drei innere Zwillingsebenen mit einem bevorzugten Abstand besitzen, gebildet und können au3 der Schmelze
entfernt v/erden. Obwohl diese Kristalle an den Oberflächen nicht so gleichmäßig sind, wie es in Figur 2 dargestellt ist, 3ind sie
doch für Keimzwecke geeignet. Ebenso kann man von einem großen Kristall einen Teil abschneiden, der zur Verwendung als Kristallkeim
geeignet ist'. Es gibt jedoch Kristallkeime von vorher gezüchteten Dendriten,und solche Keime werden normalerweise bei
der Durchführung des Verfahrens verwendet. Der Kristallkeim der
Figur 2 ist ein Teil eines vorher gezüchteten Dendrit3 und wird als Keim verwendet-
Der Kristallkeim 26 besitzt zwei relativ ebene parallele Flächen 50 und 52 mit drei in der Mitte liegenden inneren Zv/illingsebenen
54? 56, 58, die sich durch ihn erstrecken. Eine Untersuchung zeigt, daß die kristallographische Struktur des bevorzugten Kei~
me3 an den beiden Flachen 50 und 52 so ist, wie es durch die kri3tallographischen Richtungspfeile an der rechten beziehungsweise
linken Fläche der Figur dargestellt ist. Es wird darauf
- 11 -
909831/1065 bad
H19738
PA 21/1000/9/1 ' - 11 -
hingewiesen, daß die horizontalen Richtungen senkrocht zu den
ebenen Flächen 50 und 52 und parallel zu der Schmelzonoberflache
(111) sind. Die Richtung des Wachstums des dendritischen Kristalls liegt in einer kristallographischen (211) Richtung
".Venn die Flächen 50 und 52 des dendritischen Kristalls 26 vorzugsweise
in den (111) Ebenen geätzt werden mit einem Silbernitrat-Salpetersäureätzmittel,
den meisten anderen Salpetersäure ätzmitte In oder einem Eisen-zyankaliumätzmittel, werden beide
gleichseitig-dreieckige Atzvertiefungen 60 aufweisen, d eren
Scheitel 62 aufwärts gerichtet sind, während ihre Basen parallel zu der Oberfläche der Schmelze liegen. V/enn die Flächen 50 und
52 mit einem Superoxyd-Ätzmittel oder einen Wasserstoffperoxid
Ätzmittel geätzt wurden, werden abgerundete Ätzvertiefungen, die eine grob dreieckige iOrm haben, gebildet. Da jedoch die
Scheitel abwärts zeigen und die Basen im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Schmelze liegen, sind diese nicht die
scharf zugespitzten·dreieckigen Ätzvertiefungen, auf die hier als geeignet zur Bestimmung der Keimrichtungen Bezug genommen
wird. Es ist ein wichtiges Merkmal der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, daß die Ätz-Vertiefungen auf
den beiden Flächen 50 und 52 des Kristallkeiraes 26, die durch Ätzen mit einem Silbernitrat-Salpetersäure-Atzmittel, einem geeigneten Salpetersäure-Ätzmittel oder einem Eisensyankaliuraätzmittel
gebildet sind, mit ihren Scheiteln nach oben zeigen, Ein
keine Zwillingsebenen aufweisender Kristall oder ein Kristall
- 12 -909831/1065 bad orjüinal
PA 21/1000/9/1 - 12 -
dor zwei Zwillingsebenen besitzt oder eine gerade Anzahl davon
zeigt auf einer i'läche dreieckige Ätzvertiefungen;, deren Scheitel
entgegengesetzt zu der Richtung der Scheitel auf der anderen i'läche zeigen, unter der Annahme natürlich, daß beide Piachen
mit einem Ätzmittel der gleichen Sorte geätzt wurden
Die Abstände oder Schichten zwischen den aufeinanderfolgenden;,
benachbarten Zwillingsebenen 54?· 56 und 58 sind auch in den besten
Kristallkeimen gewöhnlich nicht gleichmäßig. Der lamellenartige Zwischenraum "A" zwischen den Zwillingsebenen 54 und 56
und "B" zwischen den Zwillingsebenen 56 und 58 liegt in der Größenordnung von Mikron, das heißt von weniger als ein Mikron
bis annähernd 30 Mikron. Ein guter Kristallkeim soll drei innere
Zwillingsebenen enthalten, wobei die Lamelle zwischen einem Satz von zw«i benachbarten Zwillingsebenen dünn genug sein soll,
um ein Wachstum falscher Richtung zu verhindern, jedoch nicht so dünn, daß sie sich durch zu leichte Begrenzung mit einem Beginn
der Impfung einmischt. Eine geeignete Lamelle ist eine solche, die eine Breite von 0,1 bis 5 Mikron und vorzugsweise
eine solche von 0,25 Mikron bis 4 Mikron besitzt. Die Lamelle
zwischen dem anderen Satz von benachbarten Zwillingoebenen (die mittlere Zwillingsebene 56 ist beiden Sätzen gemeinsam) soll
nicht so breit sein, daß sie sich in das V/achstuia einmischt, oder
daß sie ungewöhnlich empfänglich ist für Korngrenzenentartungen<
■^ine geeignete Lamelle ist eine solche, die eine Breite von 0,1
Mikron bis 30 Mikron und vorzugsweise eine solche von 0,25 Mikron
909831/1085 BAD
bis 15 Mikron besitzt. Der beste Kriatallkeiin iat ein solcher.;
dor drei 2\villing3ebenen beoitzt, die durch Lamellen von
etwa 1,7 beziehungsweise 5 Mikron getrennt sind. Im allgemeinen
ist es nicht erwünscht, einen Keim zu verwenden, der einen gleichen -kamellenabstand zwischen den Zwillingsebenen besitzt,
aber Keime, die gleiche Laiaellenab3tände von weniger al3 5 Mikron
haben, können einwandfrei verwendet v/erden..
Wenn ein Kristallkeim mit einer ungeeigenten Konfiguration von
drei Zwillingsebenen, insbesondere mit außerhalb der angegebenen Bereiche liegenden Abständen, in der vorhin beschriebenen Art
und Weise in die Schmelze eingeführt wird, kann"eine Vielzahl
von Dendriten mit einer unkontrollierbaren äußeren Form und in , mehreren oder allen erlaubten kristallographischen Richtungen
wachsen. Einige dieser Dendriten würden eine Zv/illingsebene verlieren.
Wenn ein Dendrit aus einem Keim gezüchtet wird, in dem der geringere Zwillingsebenenabstand 5 Mikron überschreitet,
hat eine der (111) ^lachen einen mittleren Streifen von Verwerfungen
und ißt nicht geeignet für die Herstellung von Anordnungen.
Von den Kristallkeimen sind auch einige einwandfreie Dendrite gewachsen, die eine gerade Anzahl von Zv/illingsebenen haben,
weil jedoch eine Konfiguration mit gerader Anzahl von Zwillingsebenen keine Bevorzugung einer einzigen Wachstumsrichtung zeigt,
ergibt sich häufig ein unerwünschtes seitliches Wachstum, wenn
909831/1085
- 14 -BAD ORiGiNAL
solche Keime verwendet v/erden. Solche Probleme treten nicht auf
mit Keimen einer Konfiguration mit drei Zwillingsebenen gemäß der vorliegenden Erfindung-
ein Dendrit richtig geimpft v/ird mit einem Keim, der drei Zwillingsebenen besitzt, welche durch lamellen der bevorzugten
Breite voneinander getrennt sind, behält er die Zy/illingsebencn
und ihren Abstand wie in dem Keim durch sein eigenes anschließendes
Wachstum und schließt eine Panne aus· Dieser Abstand v/ird durch Wachstum oder Wärmezustände nicht merklich verändert
In allen fällen erstrecken sich in einem guten Kristallkeim alle
Zwillingsebenen vollständig durch den Keim, üenn eine oder
mehrere der Zwillingsebenen im Inneren des Keimes enden und sich nicht bis zu den Kanten hin erstrecken, verhalt sich der Keim uo;
als ob überhaupt keine solche Zwillingsebene vorhanden wäre, insofern als man das Ziehen von Dendriten aus der Schmelze betrachtet.
Wenn zwei von den drei Zwillingsebenen in einem Dendrit, der drei Zwillingsebenen besitzt, vollständig in dem Kristall
eingeschlossen sind, v/ach sen keine einwandfreien Dendriten, \7enn
der Xristall geschnitten, zurückgeschmolzen, gebrochen oder auf andere Art und Weise bearbeitet wird, so--daß er. alle drei Zwillingsebenen
an wenigstens einer Kante oder einer Oberfläche, die mit der Schmelze in Verbindung steht, zeigt, dann können damit
einwandfreie Dendriten gezogen werden» '
BAD ORIGINAL
909831/1085
ΡΛ 21 /1000/9/1 - 15 -
Es wurde gefunden, daß es durch den mikroskopisch !'.feinen Iainellenartigen
Abstand zwischen den ^willingsebenen, besonders
bei den bevorzugten Keimen mit drei Zwillingsebenen;, sehr
schwierig iet, zu bestimmen, ob eine oder mehr als eine ^willingsebene
in einem Dendrit oder Kristallkeim vorhanden ist. Eine Technik zur Bestimmung der Anzahl von in einem Dendrit
vorhandenen Zwillingsebenen umfasst das Anreissen einer Linie, die quer zu der Länge'des Dendrits liegt, das Abbiegen des
Dendrits an der angerissenen Linie,um ihn an der angerissenen Linie so lange umzubiegen, bis er dort bricht und, ohne
Polieren oder andersartige Bearbeitung an der Bruchfläche, sein rrüfen unter einem Mikroskop bei einer Vergrösserung von mindestens
100 fach und vorzugsweise 200 fach bis 500 fach. Das Brechen ergibt relativ ebene Flächen und zeigt bei aufeinanderfolgenden
Lamellen bei verschiedenen Winkeln zueinander,
welche unter Beleuchtung deutlich hervorstehen. Ebenso macht es das Ätzen eines polierten Querschnitts, vorzugsweise einos
unter einem Winkel zu der ebenen Fläche geläppten Querschnitts, so wie zum selektiven Wegätzen der Lamellen voneinander, möglich,
die einzelnen Zwillingsebenen klar zx unterscheiden.
Die Richtung des Herausziehens des Kristallkeimes 26 mit drei Zwillingsebenen aus der Schmelze 18 muß mit der aufwärts gerichteten
Richtung der Scheitel 58 der Ätzvertiefung übereinstimmen und' die Basen müssen im wesentlichen parallel zu der
-16-909831/1065 bad original
U19738
PA 21/1000/9/1 - 16 -
Oberfläche der Schmelze liegen. Diese Mchtun^sangabe paßt für
Atzvertiefungen, die bei Verwendung eineu Silbernitrat-Salpcatcrsäure-Ätzmittels,
eines Salpetersäure-Atsinittels oder eineu
Eisenzyankalium-Ätzmittels gebildet werden. Wenn der Kristallkeim
nicht von einem Dendrit stammt und keine ebene (111) Fläche
besitzt, dann sollte die Richtung seiner Kristallachoen an den
Flächen der Zv/illingsebenen bestimmt werden, wo die richtige
(211) Orientierung festgestellt werden kann. Wenn man so ziehtv
dann erstarrt die Schmelze an der Unterseite des Kristalls in ausreichender Verlängerung. Wenn der Kristallkeim 26 so in die
Schmelze eingeführt wird, daß die Scheitel 58 nach unten gerichtet sind, dann werden sehr unregelmäßig gewachsene Kristalle
erzeugt, die nicht nur unregelmäßige Abmessungen haben, sondern sowohl in einem Winkel von 120 zu dem Keim wachsen als auch
irregulären Spinki hervorrufen und im allgemeinen unbefriedigend
sind.
Wenn ein relativ kalter, flacher Kristallkeim in die Schmelze
eingeführt wurde, die sich auf einer Temperatur von nur einigen Grad oberhalb des Schmelzpunktes des Materials befindet, dann
löst die Schmelze die Spitze des Kristallkeimes auf. Es bildet
sich jedoch eine meniskusartige Verbindung zwischen dem Kristallkeim und dem Hauptteil der Schmelze aus. Eine solche Verbindung sollte durch Festhalten der Temperatur der Schmelze nahe
bei dem Schmelzpunkt des Materials aufrechterhalten werden-
909831/1065
PA 21/1000/9/1 - 17 -
Nach der Verringerung der Energieaufuhr au der Heizwicklung
hin sum Zwecke der Unterkühlung der Schmelze (oder Verringerung
der Hitze, v/enn andere Arten der Hitzezuführung als induktive Erhitzung angewendet wird) erfolgt in einem Zeitraum in der
Größenordnung von 5 Sekunden nachdem die Hitzeaufuhr zu einem Schmelztiegel von etwa 5 cm Durchmesser und einer länge von
5 cm, v/enn die Unterkühlung etwa 80G beträgt, den Beginn eines
verlängerten hexagonalen Wachstums oder einer Vergrößerung an der Oberfläche der.Schmelze bei der Spitze des ^ristallkeimes
Das hexagonale Oberflächenwachstum nimmt flächenmäßig so au, das annähernd 10 Sekunden nachdem die Hitzezufuhr verringert wurde
seine Fläche drei mal so groß ist wie der Querschnitt des KristallkeimeSc
In diesem Zustand zeigt sich, daß aus den zwei gegenüberstehenden hexagonalen Scheiteln, die in der Ebene des
Keimes liegen, Spitzen wachsen. Diese Spitzen scheinen mit einer
Geschwindigkeit von annähernd zwei Millimetern pro Sekunde zu wachsen. Wenn die Spitzen eine Länge von zwei bis drei Millimetern
besitzen, wird der Kristallkeimzi-ehapparat in Betrieb gesetzt, um den Kristall mit der gewünschten Geschwindigkeit aus
der Schmelze zu ziehen. Pur beste Ergebnisse bestimmt sich der Beginn des Ziehens durch das Erscheinen und Wachsen der Spitzen-
Nach dem Aufwärtsziehen des Kristallkeimes aus der unterkühlten Schmelze beobachtet man, daß der flache, feste, rautenförmige
Flächenteil an dem Kristallkeim haftet und daß sich an jedem
en Ende des verlängerten rautenförmigen Fläcfififeiles ein sich abwärts
BAD
909831/1065
H19738
PA 21/1000/9/1 - 18 -
erstreckender, an die Spitze angrenzender dcndritiucher Krijtaxl
gebildet hat. Dementsprechend können aus einem einzigen Kristallkeim mit einem Mal leicht zwei dendritische Kristalle au:;
der Schmelze gezogen werden. Durch Fortsetzung des Ziehens
können die beiden dendritischen Kristalle bis zu jeder gewünuch ten Länge verlängert v/erden.
können die beiden dendritischen Kristalle bis zu jeder gewünuch ten Länge verlängert v/erden.
Wenn der Kristallkeim so angeordnet wird, daß sich eine Kante näher an dem Wärmezentrum des Schmelztiegels befindet als die
andere Kante, ist es möglich, entweder die Ziehgeschwindigkoit
oder die Temperatur der Schmelze kurz zu erhöhen. Durch diene Veränderungen hört der am v/eitesten von dem Wärme Zentrum entfernte
oder in einer heißeren Zone befindliche dendritische
Kristall auf zu wachsen, und danach hängt nur ein einziger denurx· tischer Kristall an dem Keim und wächst von diesem aus. Venn dor an dem ursprünglichen Kristallkeim hängende doppelte dendritische Kristallkeim in die gleiche oder eine andere Schmelze ein geführt wird, die sich etwas oberhalb der Schmelztemperatur be findet, bilden sich nach Unterkühlung der Schmelze beim Ziehen des doppelt dendritischen Kristalls von der Oberfläche zwei
rautenförmige Bereiche, die an den Dopperdendriten hängen; und es werden vier dendritische Kristalle gezogen, von denen je zwei an jedem ursprünglichen. Dendrit hängen. Auf diese Weise wurden in einem Beispiel vier Germaniumdendrite, von denen jeder
13 cm lang war, aus der Schmelze gezogen. Obwohl mehr als vier
Kristall auf zu wachsen, und danach hängt nur ein einziger denurx· tischer Kristall an dem Keim und wächst von diesem aus. Venn dor an dem ursprünglichen Kristallkeim hängende doppelte dendritische Kristallkeim in die gleiche oder eine andere Schmelze ein geführt wird, die sich etwas oberhalb der Schmelztemperatur be findet, bilden sich nach Unterkühlung der Schmelze beim Ziehen des doppelt dendritischen Kristalls von der Oberfläche zwei
rautenförmige Bereiche, die an den Dopperdendriten hängen; und es werden vier dendritische Kristalle gezogen, von denen je zwei an jedem ursprünglichen. Dendrit hängen. Auf diese Weise wurden in einem Beispiel vier Germaniumdendrite, von denen jeder
13 cm lang war, aus der Schmelze gezogen. Obwohl mehr als vier
- 19 909331/1065 ßAD
PA 2V-000/9/1 - ι9 -
dendritische Kristalle aus einer Schmelze gezogen werden können,-können
sich dabei Störungen und andere Momente ergeben, die solche Wachatunssehwierigkeiten hervorrufen.
Ίίβηη der Kristallkeim 26 mit einer langsam ansteigenden Geschwindigkeit
gesogen wird, gerade dann, wenn die Unterkühlung d.es Schmelztiegels durch Verringerung der Hitzezufuhr in Gang
gebracht ist, so daß nach Ablauf' von etwa 5 bis 10 Sekunden die volle Geschwindigkeit vorhanden ist, dann hängt an dem Kristallkeim
gewöhnlich nur-ein dendritischer Kristall.
2er Kristallkeim muß nicht flach sein. So lange seine Kristallorientierung
und die Konfiguration der Zwillingsebenen der in -^igur
2 dargestellten entspricht, kann er irgend eine geeignete Größe oder Form haben· Gewöhnlich ist ein Teil eines früher gezogenen
dendritischen Kristalls, der die gewünschte Zwillingsebeuenü-.konfiguration
besitzt, durchaus genügend für die Verwendung als Keim, und im allgemeinen wird ein Teil eines solchen
Dendriten als Kristallkeim verwendete Soweit die Größe betrachtet wird, braucht der gezogene dendritische kristall keine direkte
Beziehung zu dem Kristallkeim zu haben. Der gezogene dendritische Kristall hat eine Größe und Form, die von den Ziehbedingungen abhängt
.
Beim Züchten von mit genügend ebenen Flächen 'versehenen dendritischen
Kristallen gemäß der vorliegenden Erfindung können die
909831/1065
H19738
ΡΛ 2 i/1000/9/1 - 20 -
Schmolzen der Materialien 30 bia 40 C unter ihren Schmelzpunkt
unterkühlt werden. In der Praxis hat jedoch zum Beiapiel mit
Germanium und Indiumantimonid eine Unterkühlung von 5 bio 15 C
beste Ergebnisse gebracht. Ein höherer Grad an Unterkühlung erfordert
höhere Geschwindigkeiten beim Ziehen des Kristalls aus der Schmelze sowie genauere Regelung der Ziehgeschv/indigkeit.
Dendritische Kristalle aus Germanium und Indiumantimonid wurden befriedrigend gezogen bei Geschwindigkeiten von 10 cm bis 30 cm/min*
aus Schmelzen, die 50C.bis 150C unterkühlt waren. Beispielsweise
hatten diese Kristalle eine sehr gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,075 bis 0,5 mm und eine Breite von 1 bis 4 Millimetern-Die
Länge dieser Kristalle ist einzig und allein durch den ver wendeten Ziehapparat begrenzt« Beim Ziehen von Kristallen einer
Länge von beispielsv/eise 100 Meter in einem etwas abgeänderten Kristallziehofen, wie er normalerweise in der Technik verwendet
wird, hatte man keine Schwierigkeiten«
Im allgemeinen haben die gezogenen dendritischen Kristalle eine Dicke von der Größenordnung 0,025 bis 0,63 mm, und die Breite
kann über die ebenen Flächen hinweg 0,5 bis 5 mm und auch mehr betragen. Die Oberfläche der ebenen Flächen zeigt im wesentlichen
perfekte (111) Orientierung. Die gezüchteten dendritischen Kristalle dieser Erfindung sind im wesentlichen Zwillingsobenenkristalle,
die keine Einkristallstruktur besitzen. Hichtig gezüchtete Kristalle haben Flächen, die auf jeder Seite flache Bereiche
besitzen, diejpro Zentimeter Länge innerhalb einer Wellenlänge von
Natriumlicht parallel und planar sind.
" - 21 -
909831/1065 BADORiGlNAL
PA 21/1000/9/1 - 21 -
Während die dendritischen Kristalle ein gewisses Maß an Kantonauszackungen
aufweisen, vmrden dendritische Kristalle mit völlig
gleichmäßigen Kanten und einem Minimum an zackigem Äußeren erzielt»
Die ausgezackten Kanten erstrecken sich nur über einen kleinen Teil des Kristalls und können leicht entfernt oder von
den Würfeln unberührt gelassen werden, weil sie die Eigenschaften
des Mittleren oder Hauptteils des Dendrits nicht beeinflussen
Die flachen dendritischen Kristalle der vorliegenden Erfindung
sind relativ biegsam, und Kristalle mit einer -^icke von 0,18 mm
können ohne zu brechen mit einem Radius von der Größenordnung 10 cm oder auch weniger gebogen werden. Polglich können, wenn es
erwünscht ist, aus der Schmelze kontinuierlich Kristalle gezogen und in unbegrenzter Länge auf einen Zylinder mit einem Radius
dieser Größe aufgewickelt werden. Die dünneren Kristalle können naheliegenderweise mit einem kleineren Radius als die Kristalle
größerer. Dicke gewickelt werden.
Die gezüchteten Kristalle der vorliegenden Erfindung haben Oberflächen
solcher Vollkommenheit, daß sie im Fall von Halbleitermaterialien
für Halbleiteranwendungen einfach Anbringen von legierungen oder lot auf ihren Flächen ohne dazwischenliegendes
Polieren, Schleifen oder Ätzen verwendet v/erden können * In der
Tat ergeben Atzungen allgemein eine Herabsetzung der Vollkommenheit der Kristallfläche. In allen Fällen haben'die so gezüchteten
Kristalloberflächen eine perfekte (111) Orientierung. Zur -Verar-
909831/1065
- 22 BAD OfHGiNAL
PA 21/1000/9/1 . - 22 -
beitung solcher Anordnungen zu Dioden, Translatoren,
und anderen ähnlichen Haibleiteranordnungen uind die (111) Oberflächen
eine besonders erv/ünsehte Orientierung
Ein v/eiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dai'in
daß die '"'ürfel für Halbleiter und andere Anwendungafülle aus den
gezüchteten dendritischen Kristallen durch einen sehr einfachen Arbeitsvorgang hergestellt werden.können, der nicht die Verwendung
von Sägen, Ultraschallablösung oder andere verwickelte Schneidverfahren'erfordert. Um eine gewünschte konvexe polyfon ί'Ιο
Form aus einem flachen dendritischen Kristall zu erzeugen, ist
es nur notwendig, die Oberfläche leicht, beispielsweise mit einem Diamanten, anzuritzen. Nach einem leichten Biegen bricht der Dendrit
längs der angeritzten Markierung und ergibt dabei die ge wünschte Würfelform.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung:
In einer Anordnung, die der in Figur 1 dargestellten ähnlich ist;
wird ein eine Kenge Germanium enthaltender Graphitschmelztiegei
durch die Induktionsspule auf eine Temperatur von einigen Grad oberhalb des Schmelzpunktes von Germanium erhitzt, wobei die Temperatur
der Schmelze etwa 93O0C beträgt, bis die gesamte Maße
eine Schmelze bildet. Ein dendritischer Kristallkeim, der drei innere Zwillingsebenen, die 5 Mikron beziehungsweise 1.7 Mikron
BAD ORlGiNAL „ 2? -
909831/1065
U19738
PA 21/1000/9/1 - 23 ~
voneinander entfernt sind, sich vollständig durch ihn und 30 orientiert sind wie es in der Figur 2 der Zeichnung dar-·
^eatolit ist, wird abwärts bewegt; Mb sein unteres Ende die
üoerflache des geschmolzenen Germaniums berührt. Der Kontakt
και den geschmolzenen Germanium wird so lange aufrecht erhalten
bis ein kleiner Teil von dem Ende des dendritischen Kristallice imes abgeschmolzen ist* Danach wird die Temperatur der Schmoll0
innerhalb von 5 Sekunden plötzlich durch Verringerung des Stromes
zu der Spule 20' auf eine Temperatur von 8°C unterhalb des
Schmelzpunktes des Germaniums erniedrigt, so daß die Schmelze unterkühlt i3t (etwa 9280C). Nach einem Zeitraum von annähernd
iO Sekunden bei dieser Temperatur wird der Germaniumkristallkeim mit einer Geschwindigkeit von 18 cm/min, aufwärts gezogen-An
dem Keim hingen zv/ei dendritische Kristalle und jeder hatte eine Dicke von 0,18 mm und war annähernd 2 mm breit. Die gezüchteten
dendritischen Kristalle hatten von einem Ende zum anderen ebene und sehr parallele Flächen mit (111) Orientierung.
Ss wurde gefunden, daß die so gezogenen dendritischen Germaniumkristalle
mit Ausnahme einer Anzahl mikroskopischer Stufen, die um e τν/a 50 Angström differierten, keine Oberflächenunvollkommenheiten
aufwiesen und von einer für Halbleiteramvendungen geeigneten Qualität waren. Die so gezüchteten resultierenden Dendrite
hatten drei Zwillingsebenen, die sich über ihre Länge hin erstreckten und 5 Mikron beziehungsweise 1.7 Mik-ron voneinander
entfernt waren.
BAD 909831/1065
U19738
PA 21/1000/9/1 - 24 -
In ähnlicher V/eise wurden Dendrite erfolgreich unter Verwendung
von Keinen gezogen, die drei Zwillingsebenen hatten.: wobei der lamellenartige Zwischenraum zwischen aufeinderfolgenden Zvviliingsebenen
im Bereich von 0.1 bis 4 Mikron für eine und von 0 1 bis 15 Mikron für die andere lag. Die auf diese Art und
V/eise gezogenen Dendrite hatten alle drei Zv/illingsebenen, die sich durch die Länge des Dendrits erstreckten.
Der Vorgang des. Beispiels I v/urde mit Ausnahme dessen wiederholt,
daß der verwendete Keim drei innere Zv/illingsebenen besaß;
die 30 Mikron bzw. 1.7 Mikron voneinander entfernt waren und sich vollständig durch den Keim erstreckten.
Die sich daraus ergebenden Dendriten hatten, so wurde gefunden,
entlang der Kanten einige Korngrenzenentartungen. Ein Teil dieses Dendritens konnte nicht als Keim verwendet werden bis die
Entartungsbereiche entfernt waren. Dies zeigt die Tatsache, daß
der 30-Mikron-Abstand etv/a die Grenze für den Zwischenraum
zwischen Zwillingsebenen ist.
Obwohl die obige Beschreibung die Anwendung der vorliegenden Er
findung bei Halbleitermaterial betont, ist es selbstverständlich; daß sie auch verwendet werden kann zur Herstellung gezogener
dendritischer Kristalle aus irgendeinem Metall oder einer Legierung oder einer Verbindung, die Zinkblendenstruktur besitzt
- 25 -
909831/1065 BAD or?qwaL
U19738
?Λ 2'1/1000/9/1 - 25 -
and aus einer Schmelze ziehbar ist- Bei Anv/cndung der vorliegenden
Erfindung können durch die hierin offenbarte Arbeitsweise
des Verfahrens flache Kristalle mit hoher Vollkommenheit der
Orientierung hergestellt werden= Keine der heute bekannten Techniken oder Anordnungen Ϊ3ΐ geeignet; die Genauigkeit der Orientierung
der hier offenbarten, gezogenen Kristalle nachzuahmen
Es Ϊ3ΐ selbstverständlich, daß die obige Beschreibung und die
Zeichnung nur erläuternd und nicht einschränkend sind-
2 Figuren
1 Patentanspruch.
- 26 909831/1065 bad
Claims (1)
- Westinghouse P 14 1Q-738 7Electric Corporation
Pittsburgh, Pa, USA piA 50/9258 vC/RdNeuer
PatentanspruchVerfahren zum Züchten von dünnen, flachen dendritischen Einkristallen eines in der kubischen Gitterstruktur des Diamanten kristallisierenden Halbleitermaterials, vorzugsweise aus der Gruppe des Siliziums, Germaniums und der stöchiometrischen Verbindungen mit im Mittel vier Valenzelektronen pro Atom, die eine genau steuerbare Dicke, zwei im wesentlichen ebene, parallele Oberflächen und eine bestimmte innere Zwillingsstruktur besitzens bei dem ein dendritischer Keimkristall Verwendung findet, der drei innere Zwillingsebenen besitzt, die sieh vollständig durch ihn erstrecken, und der so orientiert ist, daß eine <£111> -Richtung parallel zur Oberfläche der Schmelze und eine £211> -Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schmelze verläuft, so daß der dendritische Kristall, wenn er geätzt wird, auf beiden Flächen dreieckige Ätzvertiefungen aufweist, von denen je eine Ecke bezüglich der Oberfläche der Schmelze senkrecht nach oben gerichtet ist und die gegenüberliegende Seite parallel zur Oberfläche der Schmelze liegt, und bei dem der Keimkristall aus der Schmelze, die eine Temperatur, die den Schmelzpunkt praktisch kaum übersteigt, besitzt, mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von wenigstens 2,5 cm/min gezogen wird, so daß ein dendritischer Kristall entsteht, der die gleiche innere Zwillinggebenenstruktur wie der Keimkristall besitzt, nach Patent ..... (Anmeldung W 29 567 IVc/12c)5 dadurch gekennzeichnet, daß ein Keimkristall- 26 - 25.3.68909831/1065Neue üaieiiagen yw.7δlAi*2Nr.1««^3dβ8Ändβrunβ8g«s.y.4.9.1967^BADΪΙΔ 60/9258verwendet wird, "bei dem die eine der Zwillingseftenen 1,7 Mikron und die andere der Zwillingsebenen etwa 5 Mikron von der mittlerenentfernt ist.909831/1065 vG/Hd- 27 - 25.3.68Leerseite
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1638460A | 1960-03-21 | 1960-03-21 | |
US79680A US3130040A (en) | 1960-03-21 | 1960-12-30 | Dendritic seed crystals having a critical spacing between three interior twin planes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1419738A1 true DE1419738A1 (de) | 1969-07-31 |
Family
ID=26688537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19611419738 Pending DE1419738A1 (de) | 1960-03-21 | 1961-12-21 | Verfahren zum Zuechten von duennen,flachen dendritischen Einkristallen |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3130040A (de) |
CH (1) | CH412819A (de) |
DE (1) | DE1419738A1 (de) |
FR (2) | FR1284358A (de) |
GB (2) | GB913678A (de) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3278342A (en) * | 1963-10-14 | 1966-10-11 | Westinghouse Electric Corp | Method of growing crystalline members completely within the solution melt |
US3427211A (en) * | 1965-07-28 | 1969-02-11 | Ibm | Process of making gallium phosphide dendritic crystals with grown in p-n light emitting junctions |
US3547708A (en) * | 1967-01-13 | 1970-12-15 | Ibm | Surface finish and dimension controlled and parallel faceted semiconductor crystals and growing process |
US4140570A (en) * | 1973-11-19 | 1979-02-20 | Texas Instruments Incorporated | Method of growing single crystal silicon by the Czochralski method which eliminates the need for post growth annealing for resistivity stabilization |
DE2547905C2 (de) * | 1975-10-25 | 1985-11-21 | Hoechst Ag, 6230 Frankfurt | Lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial |
US4121965A (en) * | 1976-07-16 | 1978-10-24 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration | Method of controlling defect orientation in silicon crystal ribbon growth |
US4239583A (en) * | 1979-06-07 | 1980-12-16 | Mobil Tyco Solar Energy Corporation | Method and apparatus for crystal growth control |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB769426A (en) * | 1953-08-05 | 1957-03-06 | Ass Elect Ind | Improvements relating to the manufacture of crystalline material |
NL241834A (de) * | 1958-08-28 | 1900-01-01 |
-
1960
- 1960-12-30 US US79680A patent/US3130040A/en not_active Expired - Lifetime
-
1961
- 1961-02-13 GB GB5330/61A patent/GB913678A/en not_active Expired
- 1961-03-20 FR FR856185A patent/FR1284358A/fr not_active Expired
- 1961-03-20 CH CH330161A patent/CH412819A/de unknown
- 1961-12-12 GB GB44433/61A patent/GB951348A/en not_active Expired
- 1961-12-21 DE DE19611419738 patent/DE1419738A1/de active Pending
- 1961-12-29 FR FR883563A patent/FR80975E/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR80975E (fr) | 1963-07-12 |
GB913678A (en) | 1962-12-28 |
CH412819A (de) | 1966-05-15 |
FR1284358A (fr) | 1962-02-09 |
US3130040A (en) | 1964-04-21 |
GB951348A (en) | 1964-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1291320B (de) | Verfahren zum Ziehen dendritischer Kristalle | |
DE2654063A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines bandes aus polykristallinem halbleitermaterial | |
AT398582B (de) | Verfahren zur kristallzüchtung | |
DE112013005434B4 (de) | Verfahren zum Herstellen von Silicium-Einkristallen | |
DE1217348B (de) | Verfahren zur Herstellung von reinstem Silicium | |
DE60307497T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zum züchten mehrerer kristalliner bänder aus einem einzigen tiegel | |
DE1254131B (de) | Verfahren zur Regelung der Dicke flacher, dendritischer Kristalle aus Silicium, Germanium oder Halbleiterverbindungen beim kontinuierlichen Ziehen aus einer Schmelze | |
DE112016003796T5 (de) | Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls und Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls | |
DE1034772B (de) | Verfahren zum Ziehen von spannungsfreien Einkristallen fast konstanter Aktivatorkonzentration aus einer Halbleiterschmelze | |
DE2059713A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Halbleiter-Einkristallen nach der Czochralski-Methode | |
DE69129709T2 (de) | Polykristalliner Silicium-Stab für das Zonenziehen und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE112006002595T5 (de) | Herstellungsvorrichtung und Herstellungsverfahren für ein Einkristall-Halbleiter | |
DE69403275T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalles | |
DE2450930A1 (de) | Thermische wanderung metallreicher fluessiger draehte durch halbleitermaterialien | |
DE69414652T2 (de) | Verbessertes Verfahren zur Bildung von Siliconkristallen | |
DE1419738A1 (de) | Verfahren zum Zuechten von duennen,flachen dendritischen Einkristallen | |
DE2931432C2 (de) | Verfahren zum Eindiffundieren von Aluminium in Silizium-Halbleiterscheiben | |
DE3111657C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Magnetschichten auf Substraten mit Granatstruktur | |
DE1901752A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Einkristalles in einem nichtmonokristallinem Substrat | |
DE112018001046T5 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristall-Ingots und Siliziumeinkristall-Wachstumsvorrichtung | |
DE2517252A1 (de) | Halbleiterelement | |
DE1544338A1 (de) | Zuechtung von Lithiumniobat-Kristallen | |
DE2659303A1 (de) | Verfahren zum herstellen von halbleiterelementen | |
DE1246683B (de) | Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten, dendritischen Halbleiterkoerpers | |
DE1519869B1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Faserstruktur in einem Koerper aus einer halbleitenden Verbindung |