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Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung großer kristalliner Körper

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017535D
Original Publication Date: 2001-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 3 page(s) / 110K

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Thomas Berthold: AUTHOR

Abstract

Für die industrielle Fertigung von Komponenten aus Einkristallen sind in der Regel große Rohkristalle vorteilhaft, sei es, daß die Komponenten selbst verhältnismäßig groß sein müssen, oder daß die Weiterverarbeitung großer Kristalle wirtschaftlicher ist. Zur Herstellung großer Einkristalle wird beispielsweise die Czochralski-Technik angewandt. Dabei werden sehr große Kristallvolumina erzielt. Diese Methode benötigt jedoch aufwendige Zieh- und Kontrolleinrichtungen. Große Einkristalle werden auch mit Hilfe der Methode der gerichteten Erstarrung erzeugt. Diese Methode hat hingegen den Nachteil, daß Verunreinigungen leichter in den Kristall eingebaut werden und daß es durch den Kontakt zwischen Tiegel und gewachsenem Kristall zu Problemen wie Rissbildung kommen kann.

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Bauelemente

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung großer kristalliner Körper

Idee: Dr. Thomas Berthold, München

Für die industrielle Fertigung von Komponenten aus Einkristallen sind in der Regel großeRohkristalle vorteilhaft, sei es, daß die Komponenten selbst verhältnismäßig groß sein müssen,oder daß die Weiterverarbeitung großer Kristalle wirtschaftlicher ist. Zur  Herstellung großerEinkristalle wird beispielsweise die Czochralski-Technik angewandt. Dabei werden sehr großeKristallvolumina erzielt. Diese Methode benötigt jedoch aufwendige Zieh- undKontrolleinrichtungen. Große Einkristalle werden auch mit Hilfe der Methode der gerichtetenErstarrung erzeugt. Diese Methode hat hingegen den Nachteil, daß Verunreinigungen leichter inden Kristall eingebaut werden und daß es durch den Kontakt zwischen Tiegel und gewachsenemKristall zu Problemen wie Rissbildung kommen kann.

In der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges Verfahren zur Herstellung großer Kristallevorgestellt. Die Apparatur ist einfach aufgebaut und kostengünstig. Einen Kontakt zwischen demwachsenden Kristall und einem Schmelzbehälter oder Tiegel gibt es nicht, der Kristall liegtlediglich auf einer ebenen Platte auf. Am Ort der Kristallisation befindet sich nur ein geringesSchmelzvolumen, das laufend ergänzt wird. Dabei wird ein gewisser Überschuß an Schmelzeeingesetzt, der abläuft. Verunreinigungen mit einer niedrigen Einbaurate fließen mit derüberschüssigen Schmelze ab. Der ständige Austausch mit der Schmelze ermöglicht die Züchtungvon Kristallen inkongruent schmelzender Stöchiometrie mit homogener Zusammensetzung überbeliebig große Züchtungslängen. Durch getrennte Vorgabe von verschiedenenSchmelzkomponenten ist auch die Herstellung von Gradientenwerkstoffen undKompositwerkstoffen in ein- oder vielkristalliner Form möglich. Dazu ist die Kristallisationsfrontsehr leicht für Kontrollbeobachtungen zugänglich.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der zu kristallisierende Stoff in einer Vorrichtung (Tiegel)aufgeschmolzen, welche von der Kristallisationseinrichtung (Platte) getrennt ist. DieSchmelzvorrichtung besteht aus einem oder mehreren beheizbaren – eventuell austauschbaren -Tiegeln mit Auslaßventilen an der Unterseite, die über den Schmelzpunkt des zu kristallisierendenStoffes beheizt werden. Die zu kristallisierenden Stoffe können in einem Tiegel gemischt/synthetisiert oder auch in getrennten Tiegeln vorgelegt werden, um sie erst zumKristallisationsprozess zu vereinigen.

Zur Kristallisation wird die Substanz durch das Auslaßventil des Tiegels auf eine horizontaleTrägerplatte gegeben, wo sie sich gleichmäßig ausbreitet (Abb. 1). Die Oberfläche der Platte mußgegen die Schmelze inert sein und ist im günstigen Fall nicht von ihr benetzbar. Falls erwünscht,kann sie mit Kristallisationskeimen verschiedener Art versehen werden. Die Trî..