198232. lajstromszámú szabadalom • Eljárás 1-20 atomszázalék germánium tartalmú, egykristályos szerkezetű germánium-szilícium vegyeskristály előállítására
kristályos szerkezet épségét, a művelet sikerét, ezért az elektronsugaras zónaolvasztást a gyakorlatban ritkán használják. A homogén egykristály készítését nagymértékben elósegitené, ha a függözónás eljárásnál a zóna fólé helyezett rúd egy már homogén GeSi polikristály lenne. Ilyen polikristály előállítható a Ge és Si gázhalmazállapotú vegyületei kívánt arányú keverékének termikus bontásával, vagy porkohászat! úton {lásd Dietz és Hermann már idézett cikkét). Az előbbi eljárás olyan speciális felszereltséget igényel, ami csak nagybani gyártásnál fizetődik ki, erre egyelőre nem látszik igény. A porkohászati eljárás nem tudja a szükséges tisztaságot biztosítani a présporok igen nagy fajlagos felületén megkötött szennyezések miatt. A komponensek olvadékának cseppenkénti, szakaszos, vagy folytonos öntésén alapuló úgynevezett Wacker-eljárással, vagy a 167.198 lajstromszámú magyar szabadalom szerinti eljárással készített polikristályok - mivel általában aprított anyagból indulnak ki - szintén szennyezettek és kisfokú inhomogenitásuk miatt zónainstabilitást is mutatnak. A találmány célja olyan eljárás kialakítása, amely viszonylag egyszerű eszközökkel kivitelezett lépésekből áll, amik biztosítják, hogy a nagytisztaságú kiinduló anyagok ne szennyeződjenek el a kővetkező lépésben el nem távolítható módon, biztosítják a következő lépéshez szükséges homogenitást, így végül a jó minőségű egykristály gazdaságosabb létrejöttét. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy az öntéses polikristály előállítási eljárások bár a homogenitás rovására, de vezethetők oly módon, hogy eljárás közben a szennyeződés elkerülhető, vagy csak átmeneti legyen, hogy az így a szokottnál inhomogénebb polikristály elektronsugaras zónaolvasztással megtisztítható a szerzett szennyeződésektől és kielégítően homogenizálható, végül, hogy az Így előállított polikristály nagyfrekvenciásán olvasztott zónával egykristály o s itható. A kitűzött célt a találmány szerinti eljárással azzal érjük el, hogy au) az alkotók olvadékának előállításához használt szilíciumot és germániumot egy-egy, vagy kevés számú darabban, adott esetben felülettisztítás, célszerűen maratás után helyezzük egy kvarc olvasztóedénybe, valamely ismert módon vákuumban, vagy indifferens gázatraoszférában megolvasztjuk és a kívánt polikristály átmérőjének megfelelő öntőformába öntve az olvadékot, utánfűtés nélkül megszilárdítjuk, majd b.) az elkészült öntött polikristályt célszerűen felülettisztítás után önmagában ismert elektronsugaras fűtésű függözónás berendezésben zónázással tisztítjuk és/vagy homogenizáljuk oly módon, hogy a rúd alján a megolvasztandó első zóna helyére 3-60 atX Ge tartalmú GeSi vegyeskristályt, vagy annyi tiszta germániumot helyezünk, hogy a kialakuló zóna Ge tartalma által meghatározott liquiduspont a zónázandó rúd Ge tartalma által meghatározott solidusponttal megegyezzék, c.) a tisztított és/vagy homogenizált polikristályos rudat célszerűen felülettisztítás után önmagában ismert nagyfrekvenciás fűtésű függözónás berendezésben GeSi, vagy Si egykristálymagra ültetve, vákuumban, vagy indifferens gázatmoszférában egykristállyá húzzuk, amelynek során 20 mm/óra értéknél kisebb, célszerűen 5 mm/óra körüli húzássebességet és 0,5 b'1 értéknél nagyobb forgássebességet alkalmazunk. A találmány szerinti eljárás célszerű változatánál a polikristályoB rúd öntéséhez felhasznált sziliciumdarab(ok) hengeres alakú(ak) és átmérője(jük) 0,5-1 mm-rel kisebb(ek) a szintén henger alakú, alul 1-2 mm átmérőjű nyílással rendelkező kvarc olvasztóedény belső átmérőjénél, amelybe a sziliciumd arab (ok) tetejére helyezzük a germánium darabo(ka)t és nagyfrekvenciás tekerccsel felülről lefelé végezzük az olvasztást, miközben az olvasztóedényt forgatjuk és/vagy rázzuk. Az eljárás egy foganatosítási módja szerint az öntött polikristályos rúd felületéről egy 0,1-0,5 mm vastag réteget eltávolítunk, ezt célszerűen száraz módszerrel, mint csiszolás köszörülés, homokfúvás, vagy ilyenek kombinációjával végezzük, majd gázsugárral portalanitjuk. Az eljárás egy további változatánál a polikristályos rúd tisztítására, homogenizálására, két, vagy több, egymással ellentétes irányban végighúzott, elektronsugárral olvasztott zóna kb. 20 mm/óra sebességű áthúzását 0,3-0,35 s'1 forgatás mellett alkalmazzuk és legalább az első zónaáthúzást kővetően a rúd felületét nedves eljárással, célszerűen maratással tisztítjuk. Egy további előnyős változatnál a nagyfrekvenciás tekerccsel olvasztott zónával történő egykristályosítást közvetlenül megelőzve a polikristályos rudat oxigénben, vagy oxigéntartalmú atmoszférában 700-1100 °C-ra izzítjuk néhány percig, majd az egykristályosítást vákuumban végezzük. A továbbiakban a könnyebb érthetőség kedvéért az eljárást egy példán mutatjuk be: 27 mm belső átmérőjű (és 30 mm külső átmérőjű) és kb. 150 mm hosszú kvarccsőbe, amelynek alja egy 0 1,5 mm központi lyuk kivételével be van fenekelve (továbbiakban olvasztóedény) 26 mm átmérőjű és 38,14 mm hosszú, nagy fajlagos ellenállású (kb. 2000 Ohmcm) p-típusú sziliciumdarabot helyezünk, miután mindkettőnek felületét a félvezetőtechnikában ismert marószerekkel (pl. HN03 : HF : GHsCOOH = 2:1:1 arányú keverékével) megtisztítottuk, ioncserélt vízzel 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
