145327. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagytisztaságú szilicium előállítására és ily módon készült félvezető anyag
o Megjelent: 1959. szeptember 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 145.327. SZÁM 12. i. 33—40. OSZTÁLY ~ EE-425. ALAPSZÁM SZOLGALATI TALÄLMÄNY Eljárás nagy tisztaságú szilícium előállítására és ily módon készült félvezető anyag Egyesült Izzólámpa és Villamossági rt., Budapest Feltalálók: Pintér János Ede, a Távközlési Kutató Intézet 2. laboratóriumának munkatársa és Sallay Béla mérnök, az Egyesült Izzólámpa és Villamossági rt. munkatársa, mindketten budapesti lakosok A bejelentés napja: 1956. szeptember 28. Találmányunk nagytisztaságú különösen félvezető testek gyártására alkalmas szilicium előálítására vonatkozik. Találmányunk kiterjed ezen eljárással előállított félvezető testekre, mint pl. diódákra, tranzisztorokra stb. Mint ismeretes,, újabban felismerést nyert a szilíciumnak a germániummal szembeni bizonyos területekben való előnyösebfo tulajdonsága, pl. kisebb hőérzékenysége, nagyobb zárófeszültség stb., ami a felhasználás kiszélesítését teszi lehetővé. Ezért újabban germániumdiódák és tranzisztorok helyett szilieiumdiódák és tranzisztorok kerülnek előtérbe. Ennek többek között még az az oka is van, hogy a szilicium, a germániummal szemben lényegesen olcsóbb és hozzáférhetőbb. Az említett célokra különleges tisztaságú szilíciumra van szükség, amelyet azután utólag látnak el megfelelő félvezető tulajdonságokat adó adalékanyagokkal, ún. doppoló anyagokkal, mint amilyenek pl. a periodikus rendszer III. vagy V. csoportjába tartozó elemek. Nagytisztaságú szilícium előálítására eddig több módszer vált ismeretessé. Az egyik ismert megoldás szerint Si02 -ből C-vel és Cl 2 -al SiCl 4 -t állítanak elő, imajd ezt az aránylag eléggé szennyezett folyadékot frakcionált desztillálással tisztítják. Az ilyen módon nyert aránylag tiszta SiC!4 -t termikus redukciónak vetik alá, redukáló anyagként gőzfázisban levő Zn-t használnak. A Zn tisztasága a késztermék tisztaságát döntően befolyásolja. Egy másik ismert módszer szerint ferrosziliiciumból indulnak ki és.azt ásványi savas ismételt kezeléssel tisztítják meg a szennyezések nagy részétől. Ezután megolvasztják és amennyiben nem eléggé tiszta, úgy porítás után a tisztítási folyamatot megismétlik. E tisztítási folyamatot egészen addig folytatják, amíg a kívánt tisztasági fokot el nem érik. Ezzel az eljárással azonban nem lehet olyan tiszta anyagot előállítani, mint az előbbi eljárással. Az isimert eljárásoknak közös hátrányuk az, hogy meglehetősen hosszadalmasak, drága tűz- és saválló és idegen szennyező anyag bevitelét megakadályozó berenidezéseket igényelnek, ami az eljárást meglehetősen megdrágítja. Ezenfelül az elérhető tisztaság mértéke nem mindig kielégítő. A találmányunk szerinti eljárás elsősorban ezen hátrányokat kívánja kiküszöbölni. A találmányunk szerinti eljárás egy másik célja mindjárt meghatározott minőségű és mennyiségű idegen anyaggal ellátott, de különben nagytisztaságú szilicium előállítása. Találmányunk egy ismét másik célja olyan szilícium előállítása, amely közvetlenül felhasználható félvezető testek, mint pl. diódák és tranzisztorok készítésére. Találmányunk azon felismerésen alapul, hogy a szilíciumban levő szennyező anyagok oldhatósága különböző fémekben változó és így olvasztott fémekből való kiikristályosítás által a szenynyező anyagok eltávolíthatók. Egy imásik felismerésünk, amin a találmány alapszik, pedig az, hogy ha a kikristályosítást olyan fémömledékből végezzük, amely ömlesztett fém a szilíciumban félvezető tulajdonságokat tud létrehozni, úgy a kikristályosítás révén mindjárt félvezető testek gyártásához közvetlenül felhasználható szilíciumot nyerünk. A találmányunk szerinti eljárás ezek szerint azzal van jellemezve, hogy a legalább technikai tisztaságú szilíciumot valamilyen fémben feloldjuk és abból kikristályosítjuk. A kikristályosításra célszerűen mindjárt olyan fém olvadékát használjuk fel, amelyik a szilicium doppingolására alkalmas, vagy legalábbis a kikristályosító fémolvadékba ilyen anyagot adagolunk. Találmányunk értelmében tehát legalábbis technikai tisztaságú szilíciumból, pl. ferrosziliciumbol indulunk ki. E kiindulási anyagot fémolvadékban feloldjuk és abból kikristályosítjuk. A szennyezések az olvadt fémben dúsulnak fel, imivei oldhatóságuk az oldó fémben nagyobb, mint a szilíciumban. Amennyiben az oldó fémet úgy választjuk meg, hogy annak a szilíciumban való oldhatósága kicsiny legyen és továbbmenően az esetleg beépülő fématomok vákuumban való átolvasztással könnyen elpárologtathatok legyenek, úgy teljesen tiszta, doppolatlan szilíciumot nyerhetünk. Amennyiben az oldó fém maga doppolásra alkalmas, úgy a kikristályosítás megfelelő szabályozásával változtatható mennyiségű doppoló- anyagot vihetünk be a szilieiumba. Ez megoldható úgy is, hogy az oldó fém indifferens, ahhoz azonban meg/
