145327. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagytisztaságú szilicium előállítására és ily módon készült félvezető anyag
145,327 felelő koncentrációban doppolásra alkalmas anyagot adagolunk. Megfigyeléseink szerint a kívánt célra oldó fémként elsősorban alacsony forráspontú fémek, így pl. a cink alkalmas, amely azonban doppoló tulajdonságokkal nem rendelkezik. Ezért alkalmazhatunk pl. olyan ötvözeteket, melyek egyik komponense alkalmas doppolásra, pl. egy cink-alumínium ötvözetet, vagy cink-alumínium olvadékot. Természetesen más férnék is használhatók oldóanyagként, pl. a földalkálifémek, ideértve a magnéziumot is, ón, króm stb., akár önmagukban, akár doppoló anyaggal elegyítve, vagy ötvözve. Használhatók természetesen fémötvözetek is, pl. cinkmagnézium, vagy kalcium-magnézium ötvözet. Alkalmazhatunk azonban tiszta alumíniumot, vagy alumínium-gallium, alumínium-indium ötvözetet is, amikoris maga az oldó fém egyben doppingolásra is alkalmas, „n" típusú jelleg elérésére ezenfelül pl. cink^antimon, vagy cink-arzén stb. ötvözeteket, vagy olvadt elegyeket alkalmazhatunk oldófémként. A találmányt részletesebben egy kiviteli példa kapcsán ismertetjük: 120 g ferroszilicium, 30 g alumínium ás 1000 g cink keverékét szárított nitrogén öblítés alatt elektromos kemencében 700—1200 C° közötti hőmérsékleten megolvasztjuk. A kiindulási alumíniumnak és cinknek lehetőleg nagytisztaságúnak kell lennie. Az olvadékot olvadt állapotban nitrogén öblítés alatt álni hagyjuk, miközben a beadagolt ferroszilicium oldatba ímegy. A keletkező salakot az olvadékról eltávolítjuk, majd a kemence hőmérsékletét lassan csökkentjük. A hűtést fokozatosan dermedésig végezzük, a hűtés ideje 2—3 óra, a kívánt kristálynagyiságtól függően. A hűtés során a kialakult szilícium feristálygócok lassú növekedése biztosítja azt, hogy az eredeti szennyezések, mint pl. vas, réz, mangán, szén, földalkálifémek stb. az oldó fémben feldúsulnak és a kikristályosodó sziliciuim nagyságrendekkel tisztább lesz, mint a kiindulási anyag. Ugyanakkor az oldó fém nyomai (legfeljebb század százalék) a kiváló szilícium kristályba a doppoló alumíniummal együtt beépülnek. A kikristályosított nagytisztaságú szilícium kinyerése céljából ezután hígított sósavval az oldó fémet, illetve fémötvözetet feloldjuk a szennyezésékkel együtt. Az oldhatatlan maradék a szilícium, mely szép tűalafcú kristályokban lesz jelen. E kristályok felülete oldófémben dúsabb lesz, mint belsejében. Az oldófém maradékok eltávolítására intenzív savas mosást alkalmazunk. Ennek során először sósavval, vizes mosás után fluorsavval mossuk, végül pedig salétromsavas fluorsavval öblítjük a kristályokat. A savas mosások szükség szerint esetleg több óráig végzendők, befejezésül pedig többször desztillált vízzel mossuk le a kristályokat. A hűtés sebességétől függően több-kevesebb bezáródott oldófémet szükség esetén vákuumlban való forralással távolíthatjuk el. Ezen vákuum forralással a doppoló anyag -visszamaradó menynyisége is szabályozható. A találmányunk szerinti eljárással az eredeti szennyezésekre nézve 99.9999-es szilícium állítható elő, mely csupán az oldófémnék a vákuumforralás alkalmazásától függően 10-4 —10 _8 -as koncentrációban visszamaradó nyomait, továbbá a doppoló anyag megfelelő mennyiségét fogja tartalmazni. Megjegyzendő, hogy a hűtés sebességétől függően kétféle végterméket nyerhetünk, éspedig, amennyiben a hűtést lassan végezzük, úgy készíthetünk közvetlen félvezető testekként felhasználható kristályokat, amelyékből jóminőségű diódák állíthatók elő, amennyiben pedig a hűtést gyorsan végezzük, úgy többnyire csupán a vákuumforralás, ill. vákuumban való átolvasztás révén nyerhetünk közvetlenül felhasználható szilíciumot. Ámbár a fentiekben a találmányt csupán egyetlen példa kapcsán ismertettük, arra nem. korlátozzuk magunkat, mert a találmány értelemszerűen sokféle változatban vitelezhető ki. így nem korlátozzuk magunkat sem az alkalmazandó oldófém, sem a doppoló anyag milyensége, ill. unenynyisége tekintetében, sem pedig a kiindulási szilícium imilyensége tekintetében. Oldófémként ugyanis más, a leírásban ismertetett és azokkal egyenértékű egyéb fémet, fámelegyet, vagy ötvözetet, doppoló anyagként pedig bármely más, erre a célra ismert elemet használhatjuk. Az eljárás megismétlésével pedig tovább növelhetjük a szilicium tisztaságát. Szabadalmi igénypontok: 1. Eljárás nagytisztaságú, különösen félvezető testek gyártására alkalmas szilícium előállítására, azzal jellemezve, hogy a legalábbis technikai tisztaságú szilíciumot oly fémben, amely a szilicium doppingolására önmagában alkalmas, vagy amely a szilicium doppingolására alkalmas adalékot tartalmaz, feloldjuk és aíbból kikristályosítjuk. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az oldófém a következő fémek legalább egyike: cink, alumínium, ón, magnézium, földalkálifémek, króm, vagy ezen anyagok egymással, vagy doppoló anyaggal való elegye, vagy ötvözete. 3. Az 1.—2. igénypontok szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kiindulási anyagot, előnyösen ferrosziliciumot az oldófémben indifferens gázatmoszférában feloldjuk, majd hűtés révén kikristályosítjuk, ezt követően, az oldófémet, vagy fémeket oldószerrel feloldjuk és a visszamaradó kristályos szilíciumot felületileg oldószerekkel az oldófémtől megtisztítjuk. 4. Az 1.—3. igénypontok szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a megtisztított kristályokat vákuumolvasztással tovább tisztítjuk. 5. Félvezető test, azzal jellemezve, hogy az 1.—4. igénypontok szerinti eljárással készült. A kiadásért felel a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó Igazgatója 2416. Terv Nyomda, 1959. - Felelős vezető: Gajda László
