172435. lajstromszámú szabadalom • Eljárás lapalakú szilicium polikrisztályok előállítására
3 172435 4 azonban legfeljebb 1420C°-on, vagy ha ez az olvadékfelület egy további öntőforma-felülettel érintkezik, legfeljebb 1200C°-on tartjuk. A találmány szerinti eljárásnál alkalmazott szilíciumot például kvarctégelyben vákuum vagy inert gáz környezetében olvasztjuk meg, és a lemez alakú testnek megfelelő formába öntjük ki, ahol az olvadt szilícium hőmérséklete az öntésnél előnyösen 1450-1600 C°. Öntőforma céljára elvileg nyitott vagy zárt formákat alkalmazhatunk. Az eljárás szempontjából az olvadási folyékonyságot elért szilíciumot egy felül nyitott, üstszerű kokillába öntjük, amelynek alsó felülete a beöntött olvadék két legnagyobb határolófelületének egyikével érintkezik, és hőmérséklete alkalmas módon, például hűtőfolyadékkal átáramoltatott fémlemez alkalmazásával maximálisan 1200 C°-os, előnyösen azonban 600—1000 C°-os, míg az olvadék szabad felső felületét, amely a másik legnagyobb felülete például hősugárzás útján, egy megfelelőképpen izzított grafitlap közelítésével legalább 200-1000 C°-kal, előnyösen azonban 200-800 C°-kal az öntőforma alsó, hűtött felületénél magasabb, azonban a szilícium olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten tartjuk. Ha a sugárzási hőt egy megfelelőképpen izzított grafitlap biztosítja, úgy célszerűnek mutatkozik, hogy a szorosan az olvadék szabad felülete fölött elhelyezett grafitlap hőmérséklete 1400-1550 C° legyen. Hogy a ..nedvesedést" meggátoljuk, előnyösnek mutatkozott, hogy az öntőformának az olvadék legnagyobb határolófelületével szomszédos érintkező oldalfelületeit, 1200 C° alatti hőmérsékleten azonban a hűtött legnagyobb érintkező felületnél célszerűen magasabb hőmérsékleten tartsuk, hogy a megdermedő szilíciumkristálynak az oldal felületétől befelé orientált növekedését lehetőség szerint korlátozzuk, még abban az esetben is, ha nagyobb lemezek esetében ez annak csupán a keskeny peremrészeit érintené. Az oldalfelületeket előnyösen 1100—1200 C0 közötti hőmérsékleten tartjuk. Öntőforma anyagaként például szilíciumnitrid, szilíciumdioxiddal preparált szilíciumnitrid vagy előnyösen grafit választható. A találmány szerinti eljárás egy másik változata szerint olyan öntőformát alkalmazunk, amely az olvadék mindkét szemközti- legnagyobb határolófelületével érintkezik, előnyösen úgy, hogy ezek a felületek függőlegesen helyezkednek el, azaz a két legnagyobb felület oldalfelület, és a szilíciumolvadékot az öntőforma e két felülete között elhelyezkedő résen keresztül öntjük a formába. Ennél az öntőforma kivitelnél, amely előnyösen ugyancsak grafitból alakítható ki, az öntőformának az olvadékkal érintkező legnagyobb felületei közül a melegebbik hőmérsékletét is célszerűen 1200C’0 alatti hőmérsékleten tartjuk, hogy az olvadékkal való „nedvesítést” elkerüljük. Ha ennek az érintkezőfelületnek a hőmérsékletét pontosan 1200 C0 hőmérsékleten tartjuk, akkor ajánlatos — mivel másrészről mind a két érintkező felület közötti hőmérsékletesés a találmány szerint 200—1000 C° között van — hogy a másik legnagyobb érintkező felületet 200-1000 C° hőmérsékletre, előnyösen azonban kb. 400-800 C° hőmérsékletre hűtsük le. Az oldal-> felületek temperálását emellett teljesen nyitott öntőformáknál való szabályozás szabályai szerint végezzük. Elvileg oltókristályokkal való kristálynövesztés is lehetséges, ahol az öntőformának az olvadékkal való hűtött érintkező felületét a szilícium olvadéknak a beöntését megelőzően egy vékony, ezt az érintkező felületet kitöltő lap alakú, a kívánt krisztallográfiai paraméterekkel rendelkező szilíciumkristállyal töltjük ki. A találmány szerinti eljárás egy további foganatosításának módja az. hogy a nyitott öntőformába — amelynél az olvadék legnagyobb határoló felületei közül csak az egyik érintkezik az öntőformával, mégpedig annak hűtött alsó felületével — rétegesen vagy folyamatosan szilíciumolvadékot adagolunk, úgy hogy a mindenkor megdermedő szilíciumréteg az utánatöltött olvadék kristálynövekedési feltételeit egy krisztallográfiailag előnyös orientáció szerint határozza meg, és a lap alakú szilícium-kristályokat tuskó vagy rúd alakban növeszti. A hőmérsékletet emelett alkalmas mechanikus vagy elektromos programadó segítségével folyamatosan szabályozzuk előnyösen a találmány szerinti határok között. Ha a folyamatosan adagolt szilíciumolvadék felületét megfelelő hősugárzó test alkalmazásával kb. 1400 C° hőmérsékleten tartjuk, akkor az öntőforma eredeti alsó felületét a szilícium tuskók felhalmozódása során folyamatosan erősebben kell hűtenünk, hogy a dermedési front, amely az utána öntött szilíciumolvadékkal érintkezik 400 és maximálisan 1200C0 közötti hőmérsékletű legyen. Az öntőforma oldalfelületeinek temperálását megfelelő módon szabályozni kell, úgy hogy mindenkor a folyékony szilícium olvadékkal érintkező zónákat célszerűen 1100 és legfeljebb 1200 C° közötti hőmérsékleten tartsuk. A találmány szerinti eljárással készített szilíciumkristályok meghatározott „szennyezését” úgy végezzük, hogy a szilícium-olvadékot az öntőformába való beöntése előtt megfelelő „szennyező” anyagokkal, például borral, alumíniummal, galliummal, indiummal vagy arzénnal, antimónnal vagy foszforral dúsítjuk. Adott kristályorientálású lap alakú szilíciumkristályok előállítását a hőmérsékleti paraméterek pontos betartásával végezzük. Ugyanígy állíthatunk élő más félvezető típusú anyagokat is. amelyek olyan tulajdonságúak, hogy a dermedéskor kitágulnak, mint például a germánium, galliumarzenid vagy galliumfoszfid. A találmány szerinti eljárással előállított lap alakú szilíciumkristályok a kristály rövidebb tengelye irányában kialakuló egykristály zónájú, kristallográfiailag előnyös orientációjú oszlopos struktúrájú kristályszerkezetűek és félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek. Ha az olvadékhoz az öntőformában való öntést megelőzően „szennyező” anyagokat adagolunk, akkor az a szilíciumban rendkívül homogén módon oszlik el, anélkül, hogy radiális vagy axiális irányú gradiensei lennének. A félvezető iparban az elektronikus kapcsolási elemekhez elsősorban olyan szilícium kristályok használhatók, amelyek előállítása során az olvadékhoz annyi dopoló anyagot adagolnak, hogy a szilíciumkristály 5x10*4 - 5xl0‘8 köbcentiméterenkénti atom-dopoló anyagot tartalmazzon. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5S 60 65
