PVT-METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING SINGLE CRYSTALS IN A SAFE MANNER WITH REGARD TO THE PROCESS

• Main Authors: SCHÖLER, Michael, VOGEL, Lorenz, BAUMECKER, Tomas, VIEHMANN, Karsten
• Format: Patent
• Language: English; French; German
• Published: 23.03.2023
• Subjects: AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUSPOLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR; CHEMISTRY; CRYSTAL GROWTH; METALLURGY; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITHDEFINED STRUCTURE; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITHDEFINED STRUCTURE; SINGLE-CRYSTAL-GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL ORUNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL

Um in einem PVT-Verfahren Wasserstoff als Prozessgas ein zusetzen bedarf es einer besonderen Sicherung, um das Verfahren prozesssicher durchführen zu können. Eine Apparatur zur Durchführung des PVT-Verfahrens besteht aus einer hoch erhitzbaren Wachstumszelle (1), die in einer Prozesskammer (4) angeordnet ist, deren Wandung aus einem hitzebeständigen Quarzglas besteht. Über ein Einlassventil (5) wird die Prozesskammer (4) mit Wasserstoff befüllt. Eine Heizeinrichtung (6) besteht aus einer Induktionsspule (7), die die Prozesskammer (4) auf Höhe der Wachstumszelle (1) umgibt und die Wachstumszelle (1) auf über 2.000 °C bis zu 2.400 °C erhitzt. Die Verwendung von Wasserstoff bringt aber das Problem mit sich, dass bei einem nicht ganz auszuschließenden Bruch des Quarzglases der Prozesskammer (4) der Wasserstoff sich mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft mischt, so dass ein zündfähiges Gasgemisch entsteht, das sich an den heißen Teilen der Apparatur sogleich entzünden würde. Die Prozesskammer (4) ist daher von einem Sicherheitsbehälter (8) umgeben, der mit einem Inertgas befüllt wird. The aim of the invention is to use hydrogen as a process gas in a PVT method. For this purpose, a special safeguard is required in order to be able to carry out the method in a safe manner with regard to the process. A device for carrying out the PVT method consists of a highly heatable growth cell (1) that is arranged in a process chamber (4), the wall of which consists of a heat-resistant quartz glass. The process chamber (4) is filled with hydrogen via an inlet valve (5). A heating device (6) consists of an induction coil (7) which surrounds the process chamber (4) at the height of the growth cell (1), and the growth cell (1) is heated from over 2,000 °C up to 2,400 °C. The use of hydrogen, however, presents the problem of the hydrogen mixing with the oxygen of the ambient air in the event of a possible crack in the quartz glass of the process chamber (4) such that a combustible gas mixture is produced which would be instantly ignited on the hot parts of the device. The process chamber (4) is therefore surrounded by a safety container (8) which is filled with an inert gas. L'emploi d'hydrogène comme gaz de procédé dans le cadre d'un procédé de transport physique en phase vapeur (PVT) nécessite une protection particulière pour permettre une mise en oeuvre fiable dudit procédé. Par conséquent, un appareillage permettant la mise en oeuvre du procédé PVT est composé d'une cellule de croissance (1) pouvant être portée à une température élevée, qui est disposée dans une chambre de traitement (4), dont la paroi est constituée d'un verre de silice résistant aux températures élevées. La chambre de traitement (4) est remplie d'hydrogène par l'intermédiaire d'une soupape d'admission (5). Un dispositif chauffant (6) est constitué d'une bobine d'induction (7) qui entoure la chambre de traitement (4) à la hauteur de la cellule de croissance (1) et qui chauffe la cellule de croissance (1) à une température supérieure à 2 000 °C et allant jusqu'à 2 400 °C. Cependant, le problème qui se pose avec l'utilisation de l'hydrogène est que, dans le cas où le verre de silice de la chambre de traitement (4) se briserait, ce qui n'est pas totalement à exclure, l'hydrogène se mélangerait avec l'oxygène de l'air ambiant de manière à former un mélange gazeux inflammable qui s'enflammerait instantanément sur les parties chaudes de l'appareillage. La chambre de traitement (4) est donc entourée d'un réservoir de sécurité (8) qui est rempli d'un gaz inerte.