DE1419730A1 - Doping process - Google Patents
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/08—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the molten zone
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Description
Es 1st bekannt, Silicium dadurch zu dotieren, daß auf einem Si-Stab ein borhaltiger Glasfaden der Länge.nach aufgeschmolzen und der so präparierte Stab zonengeschmolzen wird. Aus dem borhaltigen Glas gelangte Bor in das Silicium und verleiht dem Stab p-Leitung und je nach Borgehalt einen entsprechenden spezifischen elektrischen Widerstand.It is known to dope silicon in that on a Si rod is a boron-containing glass thread that is melted lengthwise and the rod prepared in this way is zone-melted. From the Boron-containing glass, boron got into the silicon and gives the rod p-conduction and, depending on the boron content, a corresponding one electrical resistivity.
Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß mit dem Dotierstoff auch andere parasitäre Stoffe in das zu dotierende Material gelangen können, z.B. Alkalimetalle und Sauerstoff. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Oberfläche des Si verschlackt und dadurch das Kristallwachstum gehemmt und gestört wird.This procedure has the disadvantage that with the dopant other parasitic substances can also get into the material to be doped, e.g. alkali metals and oxygen. aside from that there is a risk that the surface of the Si will become slagged and the crystal growth will be inhibited and disrupted as a result.
Es wurde nun ein Verfahren zum Dotieren von Elementen, intermetallischen Verbindungen und Legierungen durch Aufbringen des Dotierstoffes auf den zu dotierenden Körper in Form der reinen Dotiersubstanz oder des vordotierten, dem zu dotierenden, abgesehen von der Dotierung gleichen Materials und anschließendes Zonenschmelzen gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß auf den zu dotierenden Körper der Dotierstoff aufgedampft wird.There has now been a method of doping elements, intermetallic Compounds and alloys by applying the dopant to the body to be doped in the form of the pure Doping substance or the predoped material to be doped, apart from the doping, and then the same Zone melting found, which is characterized in that the dopant is vapor-deposited onto the body to be doped will.
Dabei ist unter Dotierkörper ein Körper zu verstehen, der die Dotierstoffe enthält und mit welchem die Dotierstoffe an den zu dotierenden Körper herangebracht werden.In this context, doping bodies are to be understood as meaning a body which contains the dopants and with which the dopants are attached to doping bodies are brought up.
Unterlagen m.i ********** des **"-- * * *' ^Documents with ********** of the ** "- * * * '^
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Dae Verfahren kann beim Zonenschmelzen im Tiegel bzw. Schiffchen und beim tiegelloaen Zonenschmelzen angewandt werden. Beim Arbeiten im Schiffchen legt man z. B. auf einen Germaniumrohling als Dotierkörper einen gleiohlangen Germaniums tab, der Aluminium, Bor oder Phosphor enthält, mit einem kleineren Durchmesser und schmilzt ihn zusammen mit dem Rohling zonenweise auf.The process can be used for zone melting in a crucible or boat and for zone melting without a crucible. When working in the shuttle you place z. B. on a germanium blank as a doping body a germanium tab of equal length, which contains aluminum , boron or phosphorus, with a smaller diameter and melts it zone by zone together with the blank.
Beim tiegellosen Zonenschmelzen wird z. B. ein 20 mm starker und 300 mm langer äilioiumstab mit einem weiteren 3 mm starken und gleich· langen box»-oder phosphorhaltlgen Si-Stab zonengezogen, wobei die SohmelKzone sioh über den Querschnitt des AusgangestabeB und des Dotierkörpers erstreckt. Der 3 mm starke Dotieretab liegt während des Zonenschmelzen parallel zur Längsachse des Ausgangs Stabes und so eng wie möglich auf dessen Oberfläche auf. Beide Stäbe werden zusammen ein oder mehrere Male zonengesohmolzen. Man erhält einen über die Stablänge gleichmäßig verteilten spezifischen elektrischen Widerstand, der vom Mittelwert beispielsweise weniger als 1 # ab» weicht. ;; In the crucible zone melting z. B. a 20 mm thick and 300 mm long ailioium rod with a further 3 mm thick and equally long box or phosphorus-containing Si rod zoned, the SohmelKzone sioh extends over the cross section of the starting rod and the doping body. During the zone melting, the 3 mm thick doping tab lies parallel to the longitudinal axis of the starting bar and as close as possible to its surface. Both bars are zone melted together one or more times. A specific electrical resistance is obtained that is uniformly distributed over the length of the rod and deviates from the mean value by less than 1 #, for example. ;;
Voraussetzung für diese gleiohmfiTige Verteilung des spezifioohen elektrischen Widerstandes ist u. a. eine gleichmäßige Dotierstoffverteilung im Dotierkörper. Besitztz· B. der Dotierkörper ein bestimmtes v/iderstandBprofil, so erscheint dies im abgeschwächten Maße in dem zu dotierenden Körper» weil er einen größeren Querschnitt besitzt ale der Dotierkörper. Ee gelingt so, durch Vorgabe einer bestimmten Dotierstoffverteilung im Dotierkörper eine bestimmte, vorhersagbare Verteilung im zu dotierenden Körper zu erzeugen.Prerequisite for this consistent distribution of the specific electrical resistance is inter alia. a uniform dopant distribution in the doping body. For example, the doping body has a specific one v / resistance profile, this appears to be less pronounced in the body to be doped because it has a larger cross-section than the doping body. Ee succeeds in this way by specifying a certain Dopant distribution in the doping body a certain, predictable To generate distribution in the body to be doped.
Das Anheften der Dotierkörper an den zu dotierenden Körper vor dem Zonenschmelzen kann duroh bekannte Maßnahmen erreicht werden. So bindet man den Dotierstab z. B. an seinem oberen Ende beim vertikalen Zonenschmelzen im Vakuum oder Schutzgas mit einem Edelatahlodθr iVolframdraht fest. Aber auoh gleichzeitiges Einspannen beider Körper in die obere Kaiterung des Ausgangsstubes 1st möglich. Es gelingt ferner, den Dotierkörper mit dem Ausgangskörper durchThe attachment of the doping bodies to the body to be doped before the Zone melting can be achieved by known measures. How to bind the doping rod z. B. at its upper end in the vertical Zone melting in a vacuum or protective gas with a Edelatahlodθr iTungsten wire tight. But also simultaneous clamping of both Body in the upper layer of the exit tube is possible. It also succeeds in passing through the doping body with the starting body
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Elektronenstrahlen punktförmig oder auf seiner ganzen Länge zu ver« sohweissen. An Gteile von Elektronenstrahlen eignen aioh auch fokaaierte Ionen- oder Wärmestrahlen« Das Gleiche erreicht «an mit einer elektrischen Hochfrequenzerhitzung, die die Oberfläche des Ausgange- und die Oberfläche des Dotieretabes leicht aufschmilzt. Ferner ist es möglioh, den Dotierkörper in Form einer SchweiOraupe aufzutragen» indem man zwischen Ausgangs- und Dqtierkörper einen Lichtbogen brennen läßt« Das Verschweißen ist auch durch heiße Gase intiglioh·Electron beams to be distributed punctiformly or over their entire length sohweissen. Parts of electron beams are also suitable Focused ion or heat rays “The same thing achieved” on with an electrical high-frequency heating that slightly melts the surface of the output tab and the surface of the doping tab. It is also possible to use the doping body in the form of a welding bead to apply »by placing a Lets the arc burn «Welding is also intiglioh with hot gases ·
Das Verfahren bietet den großen Vorteil, allein durch Anheften und Zonenschmelzen von ein oder mehreren Dotierkörpern an einem Auegangskörper die elektrischen, mechanischen, optischen, Magnetischen oder thermischen Eigenschaften in gezieltem Maße einzustellen· So ist es ohne weiteres möglioh, durch Anheften, von zwei gleichen Dotierkörpern beispielsweise den Widerstand um die Hälfte zu senken« Ninnt man drei gleiche Dotierkörper, so sinkt der Widerstand auf 1/3.The method offers the great advantage of simply pinning and Zone melting of one or more doping bodies on an output body, the electrical, mechanical, optical, magnetic or to adjust thermal properties to a specific degree · It is thus easily possible by attaching two identical doping bodies For example, to reduce the resistance by half. If three identical doping bodies are used, the resistance drops to 1/3.
Der Dotierkörper muß nicht immer über die ganze Lunge des Ausgangb-8tabes verteilt sein, Br kann auch nur tiöor einen Teil bzw. mehrere Teile de« Ausgangakörpera sich erstrecken, wünsch-i man s. B· in der Mitte eines Stabes eine bestimmte Strecke mit einer bestimmten Eigenschaft, so wird auf die gewünschte Länge ein entsprechend langer Dotierkörper angeheftet· Die angrenzenden Teile bleiben dann undotiert. Durch Anheften von Dotierkörpern, die entgegengesetzt wirksame Dotierstoffe enthalten, ist ee möglich, üljer die Länge dee Auagangskörpers verschieden dotierte Zonen zu erhalten. Heftet man z. B. auf die halbe Länge eines Bi-Aueßangsatabea einen Dotieretab, der Bor enthält, und angrenzend einen Stab, der Phosphor enthält, so gelingt ee, einen Stab herzustellen, der zur Hälfte p-leitend und zur anderen Hälfte η-leitend ist· *The doping body does not always have to cover the entire lung of the starting table be distributed, Br can also only tiöor a part or several Parts of the starting body extend, if one wishes see B in the In the middle of a rod a certain distance with a certain property, then a corresponding to the desired length long doping body attached · The adjacent parts then remain undoped. By attaching dopants, the opposite contain effective dopants, ee is possible, üljer the length dee To obtain Auagangskörpers differently doped zones. One staples z. B. on half the length of a Bi-Aueßangsatabea a doping tab, that contains boron, and adjoining a rod that contains phosphorus, it is possible to produce a rod that is half p-conductive and the other half is η-conductive *
Die Form der Dotierkörper ist in den meisten Fällen stabförmig. Doch 1st das Verfahren nicht an definiert geformte Dotierkörper gebunden·In most cases, the shape of the doping bodies is rod-shaped. Indeed If the process is not tied to defined shaped doping bodies
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Der Durchmesser wird vorteilhafterweise kleiner gewählt als der Ausgang ekörper. Dies ist je do oh keine Bedingung» Ss ist auoh möglich, mehrere gleioh große Stäbe eonensueohmelsen· Als geeignete Form für den Dotierkörper eignen eioh Fäden, Stangen» Rohre, Bänder oder eineeine verhältnismäßig kleine Stäbchen, Brooken, Körner oder definiert große Soheibchen, Kugeln oder Würfel.The diameter is advantageously chosen to be smaller than that Output body. This is ever do oh no condition »Ss is also possible, several equally large rods eonensueohmelsen · As a suitable shape for The doping body is suitable for threads, rods, tubes, strips or a relatively small sticks, brooks, grains or defined large pods, balls or cubes.
Die Lage der Dotierltörper auf dem AusgangskOrper kann verschieden sein und riohtet sich danach, welche Fora und welche mechanischen Eigenschaften der Dotierkörper besitst· Im einfach«ten Falle legt stan parallel zur Längsachse des Auegangskörpers einen entsprechend länglich geformten und gleioh langen Dotierkörper» Ea let aber auoh möglich, den Dotierkörper spiralig um den Auegangskörper zu winden· Verhältnismäßig kleine Dotierkörper wie Soheibchen· Kugeln, Wtlrfel, Körner oder Brooken legt man vorteilhafterweiße in einer Reihe auf die Oberfläche dee Dotierkörpers und heftet sie mit den oben genannten Verfahren an» Bei Silicium β» Β» kann man sehr exakte Widerstand awerte dadurch erreichen, daß man kleine, etwa 2 am runde und etwa 1 ma starke dotierte Soheibohen auf den Auagangakörper in gleichen Abstand auflegt, anheftet und eonenaehmilat· An Stelle von Soheibohen können aber auch gleich große Kugeln, Würfel oder eokige Plättchen benutzt werden»The position of the doping bodies on the starting body can vary and depends on which fora and which mechanical Properties of the doping body possesses. In the simplest case it is parallel to the longitudinal axis of the input body there was a correspondingly elongated and equally long doping body »Ea let but auoh possible to wind the doping body in a spiral around the output body Relatively small doping bodies such as little balls Grains or brooks are advantageously placed in a row the surface of the doping body and tacking it with the above-mentioned method »With silicon β» Β »one can achieve very exact resistance values by using small values, about 2 on the round and about 1 ma thick doped Soheibohen on the Auaganga body in same spacing hangs up, tacking and eonenaehmilat · Instead of But you can also boo balls of the same size, cubes or eokies Tokens are used »
Legt man die definiert geformten kleinen Dotierkörper in gleiohem Abstand und in einer Linie auf den Auegangekörpern (Rohr oder Stab), bo erhält man einen gradlinigen Verlauf der gewünschten Eigenschaft über die Strecke, die von den Dotierkörpern gebildet wird« Jede nicht monotone Anordnung der Ootierkörper liefert eine Schwankung, d. h·, man kann dadurch an bestimmten Stellen des Ausgangskörpers stärker oder schwächer, dotieren· Das Gleiche erreicht man mit verschieden stark dotierten und gleioh großen oder gleichmäßig dotierten und verschieden großen Dotierkörpern bei monotoner Anordnung.If you put the defined shaped small doping bodies in the same Distance and in a line on the outer bodies (tube or rod), bo one obtains a straight course of the desired property over the distance formed by the doping bodies «Every non-monotonous arrangement of the doping bodies provides a fluctuation, d. h ·, you can thereby at certain points of the starting body stronger or weaker, doping · The same can be achieved with differently heavily doped and equally large or uniformly doped and doping bodies of different sizes with a monotonic arrangement.
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Ba ist auch mcJglich, den Botierkörper auf den asu dotierenden Körper durch Aufdampfen aufzubringen· Bei erniedrigtem Druck werden die Auegangskörper einem Dampfstrahl ausgesetzt» der die Dotieretoffe enthält. Auf dem Auagangokörper scheiden eioh die Dotieretoffe als feste Schicht ab· An Hand eines Beispiels soll dies erläutert «erden· Ein Galliumarsenidstab wird waagrecht in einen Rezipienten angeordnet und durch 2 Bleche von der Unterseite so abgedeokt, daß der Ton unten aufsteigende Zinkdampf einen etwa 2 mm breiten unbedeckten Streifen auf dem Galliumarsenidβtab bestreicht» der parallel zur Längsachse des Stabes liegt· !lan erhält einen mit Zink präparierten Galliujpareenidstab, der anschließend sonengeschmolzen wird, wobei die eigentliche Dotierung und Verteilung des Dotieratoffes in Galliumarsenid erfolgt.It is also possible to apply the body to the doping body to be applied by vapor deposition · When the pressure is reduced, the outer bodies are exposed to a jet of vapor that contains the dopants contains. On the Auagango body, the dopants separate as solid layer from · This is to be explained using an example. · A gallium arsenide rod is placed horizontally in a recipient and de-eected from the underside by 2 metal sheets so that the zinc vapor rising from the bottom of the clay brushes an uncovered strip about 2 mm wide on the gallium arsenide tab, which is parallel to the longitudinal axis of the rod! lan receives a Galliujpareenid rod prepared with zinc, which is then melted by the sun. the actual doping and distribution of the dopant in Gallium arsenide takes place.
Das Zink wird aus einem geheisten Molybdänsohiffehen verdampft. Der Druck im P.ezipienten liegt bei etwa 1<j* Torr· Die Temperatur des Galliumarsenidstabes liegt bei oa. 150° C. Bei Silicium arbeitet man z. B. so, dad als Dampfquelle ein Stück Bor oder eine Bor-Sllloium-Mlsohung benutzt wird, deren Oberfläche mittels elektrischer Hoehfrequene, Elektronen- oder Ionenbombardement hooherhitst wird· Je nach Temperatur des Dotierkörpers verdampft mehr oder weniger Dotiermaterial·The zinc is evaporated from a secret molybdenum ship. Of the Pressure in the patient is about 1 <j * Torr · The temperature of the Gallium arsenide rod is oa. 150 ° C. Works on silicon one z. B. so, dad a piece of boron or a boron-Sllloium-Mlsohung is used as a steam source, the surface of which is high by means of electrical high frequencies, electron or ion bombardment Depending on the temperature of the doping body, more or less doping material is evaporated
Sinngemäß lassen oioh alle anderen oben genannten Stoffe dotieren. Diese Arbeitswelse bietet vor allem den Vorteil, daß während des Auftragens die aufgetragene Menge kontrolliert werden kann, b» B, optisch durch Farben dünner Plättohen oder nach bekannten Xontrollmethoden· Die Auf dampf methode eignet aloh bevorzugt, wenn viele Auegangskörper auf einmal dotiert werden sollen· Man läßt dann die einzelnen Körper über den Dampfquellen hlnweggleitsn und erhält so eine sehr genau dosierte Dotierung·Analogously, oioh have all the other substances mentioned above doped. The main advantage of this working environment is that during the The applied amount can be controlled, b »B, optically through the colors of thin plates or according to known control methods · The steaming method is preferred if there are many Output bodies are to be doped all at once · The individual bodies are then allowed to slide over the steam sources and thus obtained a very precisely dosed doping
Als aufdampfbarss Dotiermaterial eignen sioh Elemente, Verbindungen; Legierungen, Gemenge oder dotiertes Material»Suitable as vapor-deposited doping material are elements, compounds; Alloys, mixtures or doped material »
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Als AUBgangBkSrper eignen eich nioht nur Stäbe oder ähnlich geformte Körper· Es iet auch iaöglioh, Rohre, Bünder, FUden oder ähnlich geformte Körper danach zu dotieren.Only rods or similarly shaped bodies are not suitable as exit bodies Body · It is also iaöglioh, pipes, bundles, threads or similar to dope shaped bodies afterwards.
BAD OfIiGlNALBATHROOM OFFICIAL
8038 Mj 12528038 Mj 1252
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
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- 1961-07-04 GB GB2417261A patent/GB996589A/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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