Verfahren zur Reinigung von Metallen und Halbleitern und zur Herstellung
von Einkristallen durch Zonenschmelzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Reinigung von Metallen und Halbleitern und zur Herstellung von Einkristallen, insbesondere
beim tiegelfreien Zonenschmelzen unter Verwendung eines Impfkristalles und unter
Ausnutzung des Peltier-Effektes, indem ein Gleichstrom durch das umzuschmelzende
stabförmige Material geleitet wird, Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung
von Einkristallen bekannt, bei dem ein Gleichstrom durch den umzuschmelzenden Stab
geleitet wird, der dem Peltier-Koeffizienten-des Materials und der vorgesehenen
Wandergeschwindigkeit der Phasengrenzen entspricht, wobei für die Herstellung von
Halbleitereinkristallen ein äußerer Heizer, z, B, eine HF-Spule, entsprechend der
vorgesehenen Geschwindigkeit der Phasengrenzen relativ'zum Stab bewegt wird, . Die
Anwendung des Feltier-Effektes-bewirkt eine Verbesserung der Kristallperfektion,
Die Ursache hierfür ist, daß erstens die Kristallisationswärme infolge der Peltierkühlung
unmittelbar an der Kristallisationsfront absorbiert wird und das zweitens der Peltier-Effekt
die ebene Ausbildung der Kristallisationsfront fördert, Zwar kann mit diesem Verfahren
die Kristallperfektion . verbessert werden, jedoch ist auoh bei den so hergestellten
Kristallen noch eine große Zahl von Versetzungen und Inhomogenitäten vorhanden,
Es ist bekannt, daß der Peltier-Effekt anisotrop ist,
Das hat zur Folget daß
beim Zonenschmelzen an der Kristallisationsfront in verschiedenen dort vorliegenden
kristallographisohen Richtungen unterschiedliche Kristallisationsgesohwindigkeiten
auftreten,,
Es ist ein Verfahren zur Einkristallherstellung bekannt$ bei dem die Anisotropie
des Peltier-Effektes ausgenutzt werden soll: indem man einen
Gleichstrom durch den umzuschmelzenden Stab leitet
und die flüssige
Zone mehrmals durch den Stab wandern läßt, Dabei soll sich die
kristallographisohe Richtung, In der
der größte Peltier-Effekt auftritt,
spontan einstellen, Bei. der Durchführung dieses Verfahrens stellt
sich der
Binl@istallbildung der Umstand noch heiftend entgegen,
daß sich der Anisotropie-Effekt nur In der Ziehrichtung
des
Kristalls auswirkt, Die spontan auftretenden Kristallbereiche sind
deshalb meist nur in der Vaohstumsriohtung durch die
Anisotropie
in ihrer Orientierung bestimmt, Zweck der Erfindung ist die
Erzielung einer größeren Kristall perfektiön sowie die Steigerung der
Umsohmelzgesohwindigkeit beim Zonenschmelzen, Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrundes die Kristallisationsbedingungen
beim Zonenschmelzen durch Ausnutzung der Anisotropie des Peltier-$ffektes
zu verbessern.Process for cleaning metals and semiconductors and for producing single crystals by zone melting is passed through the rod-shaped material to be remelted, A method for the production of single crystals is already known in which a direct current is passed through the rod to be remelted, which corresponds to the Peltier coefficient of the material and the intended migration speed of the phase boundaries of semiconductor single crystals, an external heater, e.g. an RF coil, is moved relative to the rod in accordance with the intended speed of the phase boundaries. The application of the Feltier effect brings about an improvement in the crystal perfection.The reason for this is that firstly the heat of crystallization due to the Peltier cooling is absorbed directly at the crystallization front and secondly the Peltier effect promotes the even formation of the crystallization front, although this method can be used the crystal perfection. be improved, but is AUOH at the thus-produced crystals still a large number of dislocations and inhomogeneities present, it is known that the Peltier effect is anisotropic, that has to: follow that different when zone melting at the crystallization front in various present there kristallographisohen directions Kristallisationsgesohwindigkeiten occur ,, It is a method for Einkristallherstellung known $ wherein the anisotropy of the Peltier effect is to be exploited: by passing a direct current through the remelted rod and the liquid zone several times migrate through the rod can, besides to the kristallographisohe direction , In which the greatest Peltier effect occurs, adjust spontaneously , at. performing this procedure is the fact istallbildung still heiftend contrary, that the anisotropy effect affects only in the pulling direction of the crystal, the crystal regions spontaneously occurring are therefore usually determined only in the Vaohstumsriohtung by the anisotropy in orientation, the purpose of BinL @ The invention is the achievement of a larger crystal perfectiön and the increase of the Umsohmelzgesoh Speed during zone melting. The object of the invention is to improve the crystallization conditions during zone melting by utilizing the anisotropy of the Peltier effect.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, -Ydaß ein
Impf-
kristall irerwendet wird, bei dem diejenige kristallographisohe
Richtung In Stabriohtung weist, die den größten
Peltierkoeffizienten
hat,
-Bei Halbleitermaterialien ist zusätzlich ein äußerer Heizer
mit
einer Geschwindigkeit» die bei gegebener Stromdichte
der Kristallisationsgesohwindigkeit
In der Richtung des
größten Peltierkoeffizienten entspricht,
mit der flüssigen
Zone mitzubewegen, Die Ausrichtung
des Impfkristalls in der Richtung des
größten Peltierkoßffizienten
wirkt sich so aus,.daß StöreInflüsseg die zur Bildung andersorientierter
Bereiche In
Stab und zu Gitterbaufehlern führ4nn weitgehend
unterdrückt werden, Die Kristallperfektion wird dadurch wesentlich
größer
als bei bekannten Einkristallen. weiterhin läßt
sich die größtmögliche
Wandergesohwindigkeit erreichen
da bei gleicher Stromstärke
des Gleiohstromes die Kristallisationsgeschwindigkeit in der 'Richtung
des größten Feltier-Koeffisienten größer als in Jeder anderen-kristallographischen
Richtung ist,
Nach diesem Verfahren erfolgt die Reinigung-von
Metallen
und Halbleitern mit der größten bisher bekannten
Geschwindig-
keit, Weiterhin wirkt es sich positiv aus, daß
die bei der
Anwendung des Peltiereffektes auftretenden Wirkungen
(z,B, Ebenhalten der Kristallisationsfront) maximal ausgenutzt
werden, According to the invention this is achieved by, -Ydaß a vaccine is irerwendet crystal, comprises at which that kristallographisohe direction In Stabriohtung, which has the largest Peltier coefficient, -In semiconductor materials in addition, an external heater at a speed "which, for a given current density of the Kristallisationsgesohwindigkeit In the direction of the largest Peltier coefficient corresponds mitzubewegen with the liquid zone, the orientation of the seed crystal in the direction of the largest Peltierkoßffizienten affects such StöreInflüsseg .that the differently oriented to form areas in rod and lattice defects führ4nn be largely suppressed, the crystal perfection is thereby substantially larger than known single crystals. Furthermore, the maximum Wandergesohwindigkeit can be achieved since with the same current intensity of the Gleiohstromes the crystallization speed in the 'direction of the largest Feltier-Koeffisienten greater than in any other crystallographic direction, According to this method, the purification of metals and semiconductors made with the largest known Travel speed, Furthermore, it has a positive effect that the effects occurring during the application of the Peltier effect (e.g., B, layer holding the crystallization front) can be utilized to the maximum,