Techniklexikon

Czochralski-Verfahren

Verfahren der Kristallzüchtung aus einem Tiegel. Beim C. werden polykristalline Siliciumstäbe (Kristallzüchtung) und Dotanten in einem Tiegel eingeschmolzen. Ein kleiner sog. Impfkristall wird mit der Schmelze in Kontakt gebracht und langsam (3 bis 6 cmh) in einer Drehbewegung (etwa 1 bis 3 Umdrehungen je min) herausgezogen. Dabei bildet sich ein stabförmiger Einkristall. Gleichmäßige Dotantenverteilung und geringe Anzahl von Kristallbaufehlern, insbesondere Versetzungen, sind Qualitätskriterien der Kristallzüchtung. Nach dem C. werden über die Hälfte aller Siliciumeinkristalle gezogen. (Zur Verbesserung der Dotantenverteilung (Schwimmtiegel-Verfahren) und für die Züchtung von Einkristallen anderer Halbleitermaterialien (z. B. LEC-Verfah-ren für Galliumarsenid) wurden Modifikationen des C. entwickelt. Verfahren zur Herstellung grosser, versetzungsfreier Einkristalle, insbesonders aus den Halbleitermaterialien Gallium und Silizium. Eine aus dem betreffenden Material bestehende Schmelze befindet sich in einem Tiegel, in welchen von oben ein stabförmiger, rotierender Einkristall desselben Materials eingetaucht wird. Die Schmelze kristallisiert an dem Einkristall. Gleichzeitig wird dieser aus der Schmelze herausgezogen. Die Ziehgeschwindigkeit wird so eingestellt, dass sie mit der Wachstumsgeschwindigkeit Schritt hält, wodurch die Kristallisation genau im Schmelzmeniskus stattfindet. Durch eine Schmelzschutzschicht ("liquid encapsulation", meist Boroxid) wird das Aufdampfen flüchtiger Komponenten aus der Schmelze unterdrückt. Da der Kristall ohne Berührung des Tiegels wächst und das Temperaturfeld und somit der Züchtungsvorgang gut steuerbar und gleichmässig sind, bietet das Verfahren günstige Voraussetzungen für die Züchtung von nahezu fehlerfreien Kristallen. (Bridgman-Verfahren)

Czochralski-Verfahren: Czochralski-Verfahren zur Züchtung von Einkristallen. 1: Keimhalter mit Rotations- und Ziehvorrichtung; 2: Keimkristall; 3: wachsender Kristall; 4: Tiegel mit Schmelze; 5: Heizvorrichtung.