PVT METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING SINGLE CRYSTALS IN A SAFE PROCESS

• Main Authors: SCHÖLER, Michael, VOGEL, Lorenz, EWERT, Lukas, BAUMECKER, Tomas, ECKER, Tobias, VIEHMANN, Karsten
• Format: Patent
• Language: English; French; German
• Published: 21.03.2024
• 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 ein Reaktivgas wie Wasserstoff als Prozessgas einsetzen zu können, 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, die in einer Prozesskammer angeordnet ist, deren Wandung aus einem hitzebeständigen Material wie typischerweise Quarzglas besteht. Über ein Einlassventil wird die Prozesskammer mit Wasserstoff befüllt. Eine Heizeinrichtung besteht aus einer Induktionsspule, die die Prozesskammer auf Höhe der Wachstumszelle umgibt und die Wachstumszelle auf über 2.000 °C bis zu 2.400 °C erhitzt. Die Verwendung eines Reaktivgases bringt aber das Problem mit sich, dass bei einem nicht ganz auszuschließenden Bruch der Kammerwandung der Prozesskammer sich das Reaktivgas mit der Umgebungsluft mischen kann, so dass ein zündfähiges Gasgemisch entsteht, das sich an den heißen Teilen der Apparatur sogleich entzünden würde. Die Prozesskammer ist daher von einem Sicherheitsbehälter umgeben, der mit einem Inertgas befüllt wird. To allow a reactive gas such as hydrogen to be used as a process gas in a PVT method, special safeguards have to be put in place in order that the method can be carried out in a safe process. An apparatus for carrying out the PVT method consists of a growth cell which can be heated to a high temperature and is arranged in a process chamber with a wall made of a heat-resistant material such as typically quartz glass. An inlet valve is used for filling the process chamber with hydrogen. A heating device consists of an induction coil which surrounds the process chamber at the height of the growth cell and heats the growth cell to over 2000°C to 2400°C. The use of a reactive gas entails the problem however that, in the not entirely preventable event of a rupture of the chamber wall of the process chamber, the reactive gas can mix with the ambient air and thereby produce an ignitable gas mixture, which would immediately ignite on the hot parts of the apparatus. The process chamber is therefore surrounded by a safety vessel which is filled with an inert gas. Afin de permettre l'utilisation d'un gaz réactif tel que l'hydrogène comme gaz de traitement dans un procédé PVT, des protections spéciales doivent être mises en place afin que le procédé puisse être mis en œuvre dans un processus sûr. Un appareil pour la mise en œuvre du procédé PVT est constitué d'une cellule de croissance qui peut être chauffée à une température élevée et qui est placée dans une chambre de traitement dotée d'une paroi constituée d'un matériau thermorésistant tel que typiquement du verre de quartz. Une soupape d'admission est utilisée pour remplir la chambre de traitement avec de l'hydrogène. Un dispositif de chauffage est constitué d'une bobine d'induction qui entoure la chambre de traitement à la hauteur de la cellule de croissance et chauffe la cellule de croissance à plus de 2 000 °C à 2 400 °C. L'utilisation d'un gaz réactif pose cependant un problème en cas de rupture, pas totalement évitable, de la paroi de chambre de la chambre de traitement car le gaz réactif peut se mélanger avec l'air ambiant et produire ainsi un mélange gazeux inflammable qui prend feu immédiatement sur les parties chaudes de l'appareil. La chambre de traitement est donc entourée d'une cuve de sécurité remplie d'un gaz inerte.