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Herstellung von Einkristallen durch gerichtete Erstarrung einer Schmelze

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017532D
Original Publication Date: 2001-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 29K

Publishing Venue

Siemens

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Berthold Thomas: AUTHOR

Abstract

Bei der Herstellung von einkristallinen Wafern ist das Verhältnis von Arbeitsschritten zur damit erreichbaren Anzahl der fertigen elektronische Bauelemente kostenentscheidend. Aus diesem Grund werden möglichst große Kristalle angestrebt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis der bekannten Technik der gerichteten Erstarrung ist es möglich, aus allen kongruent schmelzenden organischen oder anorganischen Materialien kostengünstig große Einkristalle, aber auch eutektischen Komposits mit einfachem Gerät herzustellen, aus denen sich beliebige Formen schneiden lassen. Im Stand der Technik werden für die gerichtete Erstarrung Gefäße verwendet, die in der Regel so tief sind wie breit. Die Zufuhr der Schmelzwärme erfolgt über die Wände und die Schmelzoberfläche, die Wärmeabfuhr über den erzeugten Kristall. Zu Beginn der Kristallzüchtung wird ein kleiner Keimkristall vorgelegt, der sorgfältig gekühlt werden muss während das Rohmaterial aufgeschmolzen wird, damit der Keim nicht auch komplett schmilzt. Dies bedeutet eine Wärmesenke mit geringer Ausdehnung, die Oberfläche des wachsenden Kristalls richtet sich in der Regel senkrecht zur Richtung des Wärmeflusses aus. Dadurch wird eine unerwünschte und nur schwer korrigierbare oder mit einer Qualitätsminderung einhergehende Krümmung der Wachstumsfläche bewirkt. Als aktives Kühlmittel an dem relativ kleinen Tiegelboden wird meist Helium eingesetzt.

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Bauelemente

Herstellung von Einkristallen durch gerichtete Erstarrung einerSchmelze

Idee: Berthold Thomas, München

Bei der Herstellung von einkristallinen Wafern ist das Verhältnis von Arbeitsschritten zur damiterreichbaren Anzahl der fertigen elektronische Bauelemente kostenentscheidend. Aus diesemGrund werden möglichst große Kristalle angestrebt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrensauf Basis der bekannten Technik der gerichteten Erstarrung ist es möglich, aus allen kongruentschmelzenden organischen oder anorganischen Materialien kostengünstig große Einkristalle, aberauch eutektischen Komposits mit einfachem Gerät herzustellen, aus denen sich beliebige Formenschneiden lassen.

Im Stand der Technik werden für die gerichtete Erstarrung Gefäße verwendet, die in der Regel sotief sind wie breit. Die Zufuhr der Schmelzwärme erfolgt über die Wände und dieSchmelzoberfläche, die Wärmeabfuhr über den erzeugten Kristall. Zu Beginn der Kristallzüchtungwird ein kleiner Keimkristall vorgelegt, der sorgfältig gekühlt werden muss während dasRohmaterial aufgeschmolzen wird, damit der Keim nicht auch komplett schmilzt. Dies bedeuteteine Wärmesenke mit geringer Ausdehnung, die Oberfläche des wachsenden Kristalls richtet sichin der Regel senkrecht zur Richtung des Wärmeflusses aus. Dadurch wird eine unerwünschte undnur schwer korrigierbare oder mit einer Qualitätsminderung einhergehende Krümmung derWachstumsfläche bewirkt. Als aktives Kühlmittel an dem relativ kleinen Tiegelboden wird meistHelium eingesetzt.

Für den erfindungsgemäßen Kristallisationsprozess wird ein Standardofen verwendet, z.B. einpassender Umluftofen (O) mit Umluftventilator (U). In diesen wird eine Wanne (W) aus gegen dieSchmelze inertem Material (oder einer Kombination geeigneter Materialien) gestellt. Die Wannekann von außen durch eine Stützmasse umgeben werden. In eine oder mehrere im Wannenboden(WB) eingelassene Keimmulden (KM) mit Abdeckung (KA) können Keimkristalle mit ggf. unter-schiedlicher Orientierung gegeben werden. Die Abdeckung (KA) besitzt dabei eine Aussparung.Die Keimmulden ragen in eine Kühlplatte (KP) mit Kühlkanälen (KK) hinein, auf welcher dieWanne aufliegt. Zu Beginn des Kristallzüchtungsprozesses wird die Wanne mit Rohmaterialgefüllt. Durch Erwärmung (10 –...