DE1544278B2 - Verfahren und vorrichtung zum zuechten von einkristallen nach der flammenlosen verneuil-methode - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum zuechten von einkristallen nach der flammenlosen verneuil-methodeInfo
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Description
IO
Kammer eingesetzt wird, daß er an seiner Oberfläche durch Einwirkung der durch einen konzentrisch angeordneten
elektrischen Widerstand erzeugten Wärme aufschmilzt, wobei das zu schmelzende Material
der aufgeschmolzenen Oberfläche des Trägerkristalls zugeführt und gleichzeitig der Trägerkristall mit dem
im Abkühlungsbereich einkristallin darauf aufgewachsenen Material nach unten gezogen wird, wobei
die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls und die Zuführung des zu schmelzenden Materials entsprechend
der Bildungsgeschwindigkeit des Einkristalls gewählt wird.
Das zu schmelzende Material wird bei den bekannten Verfahren, wie bereits erwähnt, stets in
Form eines Pulvers, und zwar als fein gesiebtes Pulver zugeführt. Dieses Zuführen kann entweder so
erfolgen, daß das Pulver in einem Gasstrom in die Schmelzzone eingebracht wird. Es ist jedoch auch
möglich, das Pulver einfach von oben in den Schmelzbereich hineinrieseln zu lassen.
Selbstverständlich ist es bei diesem Verfahren schwierig, genaue Bedingungen einzuhalten, selbst
wenn vorheriges Dosieren des Pulvers erfolgt, da immer die Möglichkeit besteht, daß Pulverteilchen
nicht auf den aufgeschmolzenen Bereich des Kristall- *5
keims auftreffen, so daß Verluste und unter Umständen auch Unregelmäßigkeiten im Kristallwachstum
auftreten können.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, das Züchten von synthetischen Einkristallen
mit Hilfe der ohne Flamme arbeitenden Schmelzmethode nach Verneuil zu vervollkommnen, um
Einkristalle ohne Fehler in für Laser erwünschten Abmessungen zu erhalten. Die Lösung dieser Aufgabe
ist ein Verfahren zum Züchten von Einkristallen nach der flammenlosen Verneuil-Methode, wobei
in eine, eine kontrollierte Atmosphäre enthaltende Kammer, die in einen oberen Schmelzbereich und einen
darunterliegenden Abkühlbereich unterteilt ist, ein einkristalliner Trägerkristall so eingesetzt wird,
daß er an seiner Oberfläche durch Einwirkung der durch einen konzentrisch angeordneten elektrischen
Widerstand erzeugten Wärme aufschmilzt, wobei das zu schmelzende Material der aufgeschmolzenen Oberfläche
des Trägerkristalls zugeführt und gleichzeitig der Trägerkristall mit dem im Abkühlbereich einkristallin
darauf aufgewachsenen Material nach unten gezogen wird, wobei die Ziehgeschwindigkeit des
Einkristalls und die Zuführung des zu schmelzenden Materials entsprechend der Büdungsgeschwindigkeit
des Einkristalls gewählt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das zu schmelzende Material in Form
vorher gebildeter Sinterprodukte und/oder in Form von Kügelchen, die einen Durchmesser in der Größenordnung
von Millimetern haben, zugegeben wird.
Bei Verwendung von Kügelchen, deren Durchmesser beispielsweise zwischen 0,1 und 2 mm liegen
kann, werden diese vorteilhaft nacheinander auf die Oberfläche der Schmelzzone an der Spitze des in Bildung
befindlichen Einkristalls aufgebracht. Das zugeführte Material kann zweckmäßig vor Erreichen
des Schmelzbereichs vorgewärmt werden.
Das gesinterte Material kann auch in Form von Stäben zugeführt werden, die im Maße des Aufschmelzens
ihres unteren Endes während des Eindringens in den Schmelzbereich nachgeführt werden.
Die dabei am unteren Ende des Stabs gebildete Schmelze kann vorteilhaft ohne Diskontinuität auf
die Spitze des in Bildung befindlichen Einkristalls auffließen.
Es wird unter geregeltem Druck und in einer geregelten Inertgasatmosphäre gearbeitet, beispielsweise
in einer Argon-Atmosphäre bei Drücken, die unterhalb oder oberhalb des atmosphärischen Drucks
liegen. Der sich bildende Einkristall kann ebenso wie der zu schmelzende Materialstab in Rotation versetzt
werden, wobei die Rotationsgeschwindigkeiten von Einkristall und Stab gleich oder verschieden sein können.
Vorzugsweise wird bei dem beanspruchten Verfahren ein aus Tonerde und Chromoxyd bestehendes
Sinterprodukt zugegeben.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen
aus einem Ofen mit einer Schmelzkammer und einer Abkühlkammer, die über einen mit einer öffnung
versehenen Wärmeschild in Verbindung stehen und einer oberhalb der Schmelzkammer angeordneten
Zuführungseinrichtung für das zu schmelzende Material. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung
so ausgebildet ist, daß die Zuführung des Materials als aufeinanderfolgende Kügelchen
über eine zwischen Zuführeinrichtung und Schmelzkammer angeordnete Vorwärmeeinrichtung
für diese Kügelchen ermöglicht ist. Die Vorrichtung enthält darüber hinaus in an sich bekannter Weise
Mittel zur Aufrechterhaltung der gewünschten Atmosphäre, zum Tragen des in seiner Bildung befindlichen
Einkristalls, zW Sicherstellung seiner Längsverschiebung
und/oder seiner Drehbewegung einen konzentrisch um die Spitze des in Bildung befindlichen
Einkristalls angeordneten Heizwiderstand, sowie Mittel, die in Längsrichtung den oberen Teil der
Schmelzkammer begrenzen und verhindern, daß Wärme nach außen dringt.
Wird das zu schmelzende Material in Form von Stäben zugeführt, so werden diese zweckmäßig durch
Mittel gehalten, die ihren progressiven Vorschub nach unten und/oder ihre Rotation ermöglichen.
Um Wärmeverluste der Schmelzkammer zu vermeiden, ist es zweckmäßig, diese mit einer Reihe von
sich in Längsrichtung erstreckenden, kreisförmigen Abschirmungen zu versehen und nach oben durch
eine Reihe von horizontalen, durch axiale öffnungen durchbrochene Abschirmungen zu begrenzen.
Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Hierin
zeigt
F i g. 1 und 2 im Querschnitt und in Draufsicht
Teilansichten des Ofens zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;
F i g. 3 einen Querschnitt einer Vorrichtung zum Verteilen von Kügelchen aus dem zuzuführenden Material;
F i g. 4 und 5 schematisch und im Schnitt Vorrichtungen zum Vorwärmen der Kügelchen und
F i g. 6 schematisch im Schnitt eine Vorrichtung zum Vorwärmen von stabförmig zugeführtem Material.
Fig. 1 zeigt im Schnitt den oberen Teil eines Ofens mit Heizwiderständen. Dieser Ofen ist in einen
zylindrischen Vakuumbehälter 1 mit vertikaler Achse eingeschlossen, der an seinen Enden über Platten verschlossen
ist, von denen lediglich die obere Platte dargestellt ist und der über eine öffnung 3 großen
Durchmessers mit einer nicht dargestellten Pumpeinrichtung verbunden ist, mit der ein Vakuum von
i O HeH: Z, / O
ΙΟ"6 mm Hg erreicht werden kann. Der Behälter 1
und seine Endplatten sind doppelwandig (1 und 10, 2 und 2Oj für Kühlwasserumlauf gestaltet.
In der Achse des Vakuumbehälters 1 ist in einer konischen Lagerung 51 ein Einkristall 4 zentriert.
Das Lager 51 bildet das obere Ende einer vertikalen Molybdänstange 5, deren Durchmesser so klein wie
möglich ist, um Wärmeverluste zu verhindern. Das untere Ende der Stange steht mit einer nicht dargestellten
Einrichtung für Rotations- und Translations- ίο bewegungen des Kristalls in Verbindung.
Durch das in F i g. 2 dargestellte Seitenfenster 6 des Behälters 1, das mit einer Quarzplatte verschlossen
ist, kann das Ende des Kristalls, seine Speisung und sein Wachsen beobachtet werden.
In dem mittleren Teil des Behälters 1 und koaxial zu ihm sind Heizwiderstände 7 und 8 angeordnet,
die voneinander über eine Abschirmung 9 getrennt sind und die auf jeweils einer Seite dieser Abschirmung
die Schmelzkammer und die Abkühlkammer begrenzen. Der Heizwiderstand 7 aus Wolfram oder
Tantal wird über die Anschlüsse 71 und 72 gespeist, die über die Hohlleiter 73 und 74 mit der unteren
Platte des Behälters 1 verbunden sind. Der Heizwiderstand 8 ist ein zylindrisches Tantalband, zackenartig
über Sägezahnschnitt 80 aufgeschnitten und koaxial zum Heizwiderstand 7 unterhalb der Abschirmung
9 angeordnet; er ist über Radialanschlüsse 81, 82 und vertikale Hohlleiter 83, 84 mit innerem Kühlwasserumlauf
gespeist, die an der unteren Platte des Behälters 1 befestigt sind.
Um einen Wärmeverlust durch Strahlung zu vermeiden, umgeben zylindrische Schirme 11 die
Schmelz- und Abkühlkammern; diese Schirme, die konzentrisch zu den äußeren Schirmen angeordnet
sind, können beispielsweise aus einer Nickellegierung aus 80% Nickel, 14% Chrom und 6% Eisen bestehen,
während die mittleren Abschirmungen aus Molybdän und die den Kammern am meisten benachbarten
Abschirmungen aus Tantal bestehen. Jeder Schirm 11 ist durch horizontal an seinem Ende
angeordnete Schirme vervollständigt. Die am oberen Ende der Schirme 11 angeordneten Schirme 12 sind
an der oberen Platte 2 über Distanzstücke 13 befestigt und in ihrer Mitte mit einem kreisförmigen Loch
versehen.
F i g. 3 zeigt im Schnitt den Verteiler 30 für die Kügelchen mit dem Körper 31 aus poliertem, nicht
oxydierendem Stahl, dessen oberer Teil zylindrisch ausgebildet ist und dessen Basis 32 eine Platte bildet,
die an ihren Rändern in ein Lager mit einem Sockel 33 eingreift, der auf der oberen Platte 2 des Behälters
befestigt ist. Die metallische Glocke 34 ist auf dem Sockel 33 über die Dichtung 35 befestigt.
Der Körper 31 weist in seinem mittleren Teil ein zylindrisches Lager mit chromierten und polierten
Wänden auf, in dem ein zylindrischer Rotor 36 gelagert ist, der in gleicher Weise chromiert und poliert
sein kann und dessen Durchmesser etwa 1 mm kleiner ist als der Durchmesser des Lagers. Der Rotor 36
ist mit der Welle eines nicht dargestellten Elektromotors verbunden. In regelmäßigem Abstand sind in
die Umfangszone des Rotors 36 zylindrische Taschen 361 eingeschnitten, deren Öffnung und Tiefe etwas
größer ist als der Durchmesser der Kügelchen.
In den oberen Teil des Lagers des Rotors 36 mündet ein Trichter 37, der in den Körper 31 des Verteilers
30 eingeschnitten ist und die Rubinkügelchen 38 enthält. Sobald sich eine Tasche 361 des Rotors
36 vor der Öffnung des Trichters 37 befindet, wird ein Kügelchen 38 dort aufgenommen und mit dem
Rotor 36 weiter transportiert, bis die Tasche 361 am Kanal 39, der am Fuß des Körpers 31 angeordnet
ist und die Verbindung zum Behälter 1 des Ofens herstellt, angekommen ist. Die Achse des Kanals 39,
die mit der Achse des Körpers 31 zusammenfällt, ist in der Verlängerung der Achse der Vorwärmeeinrichtung
40 angeordnet.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorwärmeeinrichtung 40 besteht aus einem zylindrischen Körper aus Tantal
und ist über den Kragen 41 an der obersten Abschirmung 12 befestigt. Zylindrische Kanäle 42 und
43, die in regelmäßigem Abstand voneinander und gegenüber der Horizontalen wechselweise um 30°
in dem einen und in dem spiegelbildlich entgegengesetzten Sinn geneigt sind und von denen jeweils der
eine in den anderen mündet, sind in den Zylinder 40 eingeschnitten. Die trichterförmige Axialöffnung 44
mündet in den ersten Kanal 42, der letzte, schräge Kanal in den axialen Ausgangskanal 45.
Verläßt ein Kügelchen den Verteilen durch den Kanal 39, so fällt es direkt in die trichterförmige
Axialöffnung 44 der Vorwärmeeinrichtung 40, folgt dann einer unterbrochenen Linie, die von Teilen der
jeweiligen Geraden gebildet ist, die untereinander Winkel von 60° bilden und die sich in mehr und
mehr erhitzten Zonen befinden, bis es schließlich soweit erwärmt durch den Kanal 45 auf das geschmolzene
Ende des Kristalls 4 fällt, daß dessen Oberflächenbelag nicht unter seinen Schmelzpunkt abgekühlt
wird.
Die verschiedenen Phasen der Züchtung eines synthetischen Einkristalls mit der bisher beschriebenen
Vorrichtung werden nachfolgend beschrieben.
1. Erstes Entgasen des Behälters 1.
Nachdem der Verteiler mit Kristallkügelchen gefüllt ist, wird der Behälter bis auf 5,10~6 mm Hg evakuiert, gleichzeitig werden die beiden Heizelemente 7 und 8 2h auf 2000° C erhitzt. Der Ofen wird dann unter Aufrechterhaltung des Vakuums langsam abgekühlt.
Nachdem der Verteiler mit Kristallkügelchen gefüllt ist, wird der Behälter bis auf 5,10~6 mm Hg evakuiert, gleichzeitig werden die beiden Heizelemente 7 und 8 2h auf 2000° C erhitzt. Der Ofen wird dann unter Aufrechterhaltung des Vakuums langsam abgekühlt.
2. Einführung des Kristallkeims 4.
Nach Einbringen des Kristallkeims 4 in die Lagerung 51 wird er durch Drehen der Molybdänstange
5 genau zentriert. Die Stange 5 folgt dann einer vertikalen Translationsbewegung,
bis das obere Ende des Kristallkeims bis auf 1 mm über die Ebenen des Wärmeschilds
9, das die Schmelzkammer von der Abkühlkammer trennt, hinausragt.
3. Zweites Entgasen des Behälters 1.
Hierbei wird der Behälter bis auf 10~6mmHg
evakuiert und die beiden Heizelemente 7 und 8 werden auf 1000° C erhitzt. Sobald
das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird der elektrische Strom unterbrochen, so daß der
Ofen abkühlt.
4. Einführung von Argon.
Das aus einer Flasche entnommene Argon wird zunächst unter Beseitigung von Feuchtigkeitsspuren
gereinigt. Das den Behälter 1 ausfüllende inerte Gas muß weniger als 5 ppm
Wasserstoff und Wasser enthalten, da nicht
7 8
nur die Verunreinigung des Kristalls, sondern ^verkleidung 53, die über einen Stift 56 auf dem
auch eine Beschädigung aller heißen Ofen- Zylinder 50 befestigt ist, umgibt den Zylinder 50 auf
teile vermieden werden muß. Das Argon wird der gesamten Länge der Nut 511. Eine axial angesolange
in den Behälter 1 eingeführt, bis ein ordnete, bauchige Öffnung 54, die in den Zylinder 50
Druck von 850 mm Hg erreicht ist, worauf 5 eingeschnitten ist, befindet sich oben an der schrauman
mit etwa 2 l/min spült. benlinienförmigen Nut 511, die am unteren Ende des
5. Herstellung des Kristalls 4. Zylinders 50 in einem axial angeordneten Ausgangs-Nachdem
der Motor für die Umdrehung des kaiial 55 endet. Die Abmessungen des Zylinders 50
Kristalls eingeschaltet ist, werden die beiden und die Ganghöhe der Schraubenlinie sind in AbHeizelemente
7 und 8 auf hohe Temperatur 10 hängigkeit von den abgestuften Temperaturen zwigebracht,
bis das Innere der Abkühlkammer sehen seinen beiden Enden so berechnet, daß die
eine Temperatur von etwa 1950° C hat. Die Kügelchen die Schmelzkammer bei optimaler Tem-Temperatur
der Schmelzkammer wird dann peratur erreichen. Die zentrale öffnung des Wärmeebenfalls
erhöht, bis bei etwa 2050° C am Schilds 9, in der der Kristall 4 im Verlauf seines
äußersten Ende des Kristalls 4 ein Schmelzen *5 Wachsens erscheint, ist durch einen Ring 60 aus Rheder
Oberfläche eintritt. Dieser Vorgang wird nium, der mit einem auf dem Rand aufliegenden Kradurch
das Vergrößerungsglas beobachtet. Ei- gen 61 versehen ist, kalibriert.
nige Grad Celsius vor diesem Schmelzen wird F i g. 6 zeigt eine Vorrichtung für den Fall, daß
der Teil des Kristalls 4, der sich in der der Kristall mittels eines zylindrischen Stabs 92 aus
Schmelzkammer befindet, sehr glänzend und 2° einem durch Sintern gebildeten Gemisch aus Tonerde
seine nach außen vorspringenden Kanten sin- und Chromoxyd gebildet wird,
ken ein. Beim weiteren Schmelzen wird der Der Stab 92 wird von einer Stange 94 aus Molyb-
Kristall 4 von Hand bewegt, bis sich sein obe- dän gehalten, deren unteres Ende ein zylindrisches
res Ende etwa 2 mm oberhalb des Wärme- Lager 91 trägt, in dem er mittels einer Schraube 93
Schilds 9 befindet. Nach und nach nimmt der *5 aus Molybdän befestigt ist.
obere Teil des Kristalls 4 das Aussehen einer Der außerhalb des Ofens befindliche Teil" der Stan-
Kugelkalotte an. Wenn diese sauber abge- ge 94 steht mit einer Vorrichtung für die vertikalen
grenzt ist, ohne daß ein Fließen festgestellt Translations- und Rotationsbewegungen in Verbin-
wird, wird der Motor für die Translations- dung, der andere Teil ist über eine wasserdichte Dich-
bewegung der Stange 5 und gleichzeitig der 3o tung 90 in den Ofen und dort in ein Rohr 96 einge-
Verteiler für die Kügelchen eingeschaltet und führt, das ebenfalls aus Molybdän besteht. Die Stan-
die Temperatur in der Schmelzkammer auf ge wird von einem Kragen 95 in einem Teil 32 ge-
etwa 2100° C erhöht, um die beim Schmel- halten, das fest mit der oberen Platte 2 des Ofens
zen auftretende, durch die Zuführung der Kü- durch den Sockel 33 und die metallische Glocke 34
gelchen hervorgerufene Abkühlung des Kri- 35 verbunden ist.
stalls zu kompensieren. Eine solche Abküh- Das untere Ende des Rohrs 96 hat eine innere
lung könnte, wie schon ausgeführt wurde, ein Verengung 97, die eine genaue Führung des Stabs 92
teilweises Verfestigen des Kristallendes und in der Achse des Kristalls 4 sicherstellt und mit der
damit Störungen der kristallinen Struktur her- Schmelzkammer des Ofens in Verbindung steht,
vorrufen. Nach Bildung des Einkristalls wird 4<>
Der Kristall 4 rotiert beispielsweise mit 10 UpM
die Stromzufuhr zu den Heizelementen 7 und wird im Verhältnis zur Wachstumsgeschwindig-
und 8 langsam bis zur Abkühlung des Kri- keit mit etwa 12 mm/h bei einem Kaliber von 6 mm
stalls auf die Umgebungstemperatur reduziert. nacn unten bewegt. Auch der Stab 92, dessen Kaliber
in der Größenordnung von 3 mm liegen kann, wird
F i g. 5 zeigt eine andere Vorrichtung zum Vor- 45 um sich selbst gedreht, um Temperaturungenauigkei-
wärmen der Kügelchen. Der Zylinder 50 aus Molyb- ten im Inneren der Schmelzkammer auszugleichen,
dän ruht mittels eines Kragens 52 auf der obersten Die relativen Geschwindigkeiten der Antriebsmo-
Abschirmung 12. Unterhalb des Kragens 52 ist der tore für die Rotation und die Längsbewegung von
Umfang des Zylinders 50 nach Art einer schrauben- Kristall und Stab können in Abhängigkeit von der
linienförmigen Nut 511 mit quadratischem Quer- 50 beobachteten Einschnürung der schmelzenden Kri-
schnitt ausgebildet, deren Seitenlänge etwas größer stallmasse zwischen den Enden des Stabs und des
ist als der Durchmesser eines Kügelchens. Eine Tan- Kristalls eingestellt werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Züchten von Einkristallen nach der flammenlosen Verneuil-Methode, wobei
in eine, eine kontrollierte Atmosphäre enthaltende Kammer, die in einen oberen Schmelzbereich
und einen darunterliegenden Abkühlbereich unterteilt ist, ein einkristalliner Trägerkristall so eingesetzt
wird, daß er an seiner Oberfläche durch Einwirkung der durch einen konzentrisch angeordneten
elektrischen Widerstand erzeugten Wärme aufschmilzt, wobei das zu schmelzende Material
der aufgeschmolzenen Oberfläche des Trägerkristalls zugeführt und gleichzeitig der Trägerkristall
mit dem im Abkühlbereich einkristallin darauf aufgewachsenen Material nach unten gezogen
wird, wobei die Ziehgeschwindigkeit des Einkristalls und die Zuführung des zu schmelzenden
Materials entsprechend der Bildungsgeschwindigkeit des Einkristalls gewählt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das zu schmelzende Material in Form vorher gebildeter
Sinterprodukte und/oder in Form von Kügelchen, die einen Durchmesser in der Größenordnung
von Millimetern haben, zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Tonerde und Chromoxyd bestehendes Sinterprodukt zugegeben wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem
eine Schmelzkammer und eine damit über einen Wärmeschild in Verbindung stehende, darunter
angeordnete Abkühlkammer aufweisenden Ofen und einer oberhalb der Schmelzkammer angeordneten
Zuführungseinrichtung für das zu schmelzende Material, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuführungseinrichtung (30) so ausgebildet ist, daß die Zuführung des Materials als aufeinanderfolgende
Kügelchen über eine zwischen Zuführungseinrichtung und Schmelzkammer angeordnete
Vorwärmeeinrichtung (40) ermöglicht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung (30)
einen im Körper (31) horizontal gelagerten zylindrischen Rotor (36) mit in seine Umfangszorie
eingeschnittenen Taschen (361) und einen über dem Rotor angeordneten Trichter (37) aufweist,
die über den Kanal (39) mit der Vorwärmeinrichtung in Verbindung stehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeeinrichtung
aus einem zylindrischen Köper (41) mit um 30 und um 150° gegenüber der Horizontalen geneigte,
wechselweise ineinander übergehende Kanäle (42, 43), besteht, deren Ausgang (45) unmittelbar über der Spitze des Einkristalls in der
Schmelzkammer mündet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeeinrichtung
aus einem von einem Hohlzylinder (S3) umgebenen Massivzylinder (50) besteht, an dessen
Peripherie eine schraubenlinienförmige Nut (511), die den Eingang (54) mit dem unmittelbar über
der Spitze des Einkristalls in der Schmelzkammer mündenden Ausgang (55) verbindet, angeordnet
ist.
Das klassische Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Einkristalls, bekannt unter der Bezeichnung
»Verfahren von V e r η e u i 1«, besteht darin, einen an der Oberfläche mittels einer Flamme
aus einem Knallgasbrenner geschmolzenen Kristallkeim dadurch zu vergrößern, daß man in die Flamme
ein pulverisiertes Gemisch aus Tonerde und Chromoxyd einführt. Es ist auf diese Weise aber nicht möglich,
mit ausreichender Wiederholbarkeit Einkristalle
ίο für Laser zu züchten, da die durch dieses Verfahren
erhaltenen Kristalle eine große Anzahl von Fehlern hinsichtlich der Struktur, der Reinheit und der Homogenität
aufweisen.
Es wurde schon versucht, Einkristalle hoher Qualität
dadurch herzustellen, daß unter geregelter Atmosphäre die bei Verneuil übliche Brennerflamme
durch das Bild eines elektrischen Lichtbogens im Inneren eines abgedichteten Ofens ersetzt wurde
(siehe F. A. Halden und R. Sedlacek »Ver-
ao neuil Crystal Growth in the Arc-Image Furnace« veröffentlicht in »The Review of Scientific Instruments«,
Bd. 34, Nr. 6, Juni 1963, S. 622 bis 626). Bei der dort beschriebenen Einrichtung ist die von
dem Lichtbogen herrührende Wärme über eine Spiegelanordnung auf die Oberfläche des Kristallkeims
konzentriert, während die den Einkristall bildenden Materialien in Pulverform mit einer Korngröße von
10 bis 75 μ zugeführt werden. Der Kristall wird während des Wachsens über zusätzliche Mittel, die dann
auch ein langsames und gleichmäßiges Abkühlen ermöglichen, auf einer Temperatur nahe seinem
Schmelzpunkt gehalten. Durch den notwendigen Austausch der Kohleelektroden des elektrischen Lichtbogens,
die bei diesem Verfahren verwendet werden, treten aber schwierige Probleme auf, und außerdem
sind die Spiegel zum Konzentrieren der Wärme oft durch Ablagerungen von verdampftem oder feinverteiltem
Zufuhrmaterial, die die Temperatur in der Brennzone herabsetzen, verschmutzt, so daß eine
kontinuierliche Produktion und damit ein Wachsen der Kristalle bis zu einer für Laser notwendigen Größe
ohne Fehler nicht möglich ist.
Ein anderes Verfahren für die Herstellung von Einkristallen aus Metalloxyden nach dem Verfahren
von Verneuil ist aus der deutschen Patentschrift
8 33 920 bekannt. Hierbei wird, um die für das Schmelzen der Metalloxyde notwendige Wärme zu
erzeugen, mindestens ein elektrischer Widerstandsofen in Form einer Röhre, die aus Kohle besteht,
eingesetzt, während das zum Kristallwachstum erforderliche Metalloxyd wiederum in Form eines Pulvers
verwendet wird. Dieses Pulver wird mit einem indifferenten Gas als Leitgas zugeführt, und gleichzeitig
wird durch den Mantel des "Brenners Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd als reduzierendes Gas in die
Röhre des Ofens geleitet.
Die Herstellung von Halbleitern nach der Methode von Verneuil ist auch aus der deutschen Patentschrift 9 68 581 bekannt. Hierbei wird das Halblei-
termaterial in Form eines Pulvers auf die Oberfläche eines reinen Blocks des Halbleiterstoffs aufgebracht,
wo sie in dünner Schicht schmilzt. Gegebenenfalls kann dann in besonderer Weise gekühlt werden, bis
ein Kristall gewünschter Größe erreicht ist.
All diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß ein einkristalliner Trägerkristall so in eine, eine
kontrollierte Atmosphäre enthaltende und in einen Schmelzbereich und einen Abkühlbereich unterteilte
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