Techniklexikon

Kristallzüchtung

Kristallziehen. Herstellen der in der Halblei terbauelementefertigung benötigten Einkri stalle im Zyklus 0. Ausgangswerkstoff der K. ist ein Stab aus polykristallinem Silicium (Polysilicium). Dieses wird aus Quarzsand (Quarz - eine Modifikation des Siliciumdioxid) gewonnen, der zu Tri- oder Tetrachlorsilan (SiHCl3 bzw. SiCl4) umgesetzt wird. Dieses Gas wird gereinigt und anschließend in einer Wasserstoffatmosphäre an beheizten Sili-ciumstäben zu polykristallinem Silicium reduziert. Aus diesen Stäben werden durch Tiegelzüchtungsverfahren (z. B. Czochral-ski- oder Bridgeman-Verfahren) oder tiegelfreie Züchtungsverfahren (z. B. Zonenfloating-Verfahren) Einkristalle gewonnen. Nach der K. erfolgt die Kristallbearbeitung zu Scheiben. Die K. erfolgt bei anderen Halbleitermaterialien mit entsprechend abgewandelten Verfahren. zielgerichtete Herstellung von Einkristallen für experimentelle Untersuchungen sowie für technische und andere Zwecke. Je nachdem, ob bei den Züchtungsmethoden eine oder mehrere Komponenten beteiligt sind, spricht man von einkomponentigen Methoden (z.B. aus der Schmelze oder durch Übersublimieren), bei denen die Kristallzüchtung schneller erfolgt und die Endprodukte eine grössere Reinheit haben, oder von den mehrkomponentigen Methoden (z.B. aus Lösungen oder durch thermische Zersetzung). Einkomponentige Methoden erzielen schnell Endprodukte mit grösserer Reinheit als die mehrkomponentigen Methoden, die bei niedrigen Temperaturen angewendet werden können, was von Vorteil ist, wenn die betreffende Substanz oder Modifikation bei höheren nicht beständig ist oder wenn die Entstehung von Versetzungen oder Kleinwinkelkorngrenzen durch thermische Spannungen verhindert werden soll. Bei einigen Verfahren der Kristallzüchtung wird in die Mutterphase ein kleineres, schon vorhandenes Kristallstück (Impfling, Impfkristall, Keim, Kristallisator) eingebracht (Impfung), an dem sich das kristallierende Material abscheidet. Bei anderen Verfahren lässt man nur einen einzigen oder wenige Kristallkeime entstehen bzw. weiterwachsen. Die Eigenschaften der gezüchteten Kristalle können durch die Zugaben von Fremdstoffen (Dotierung) zum Ausgangsmaterial beeinflusst werden.

Ex existiert eine Vielzahl unterschiedlichster Verfahren zur Kristallzüchtung. Ihre Wahl und apparative Gestaltung hängen weitgehend von den an den Kristall gestellten Anforderungen hinsichtlich der Abmessungen, der Reinheit und der Realstruktur ab.