Langzeitstabile Generatoren sichern optimale Strukturen
Die künstliche Herstellung von Kristallen ist ein wichtiger Bestandteil zahlreicher Industrien. Langzeitstabile Prozesse ermöglichen hierbei das Zonenziehen, das Vertikalziehen und das Tiegelziehen. Die einzelnen Verfahren ermöglichen es auf unterschiedliche Art und Weise Einkristalle zu erzeugen. Das Zonenziehen erlaubt sehr reine Einkristalle zu erzeugen. Deshalb hat sich dieses Verfahren gerade im Bereich der Halbleiterherstellung gegenüber dem Tiegelziehen durchgesetzt.
Zonenziehen
Beim Zonenziehen wird ein senkrechter polykristalliner Stab an einem Ende aufgeschmolzen. Diesen schmalen Bereich lässt man langsam von einem Ende des Stabes zum anderen wandern. Beim Erstarrungsvorgang entsteht monokristallines Silizium. Der große Vorteil dieses Verfahrens: Verunreinigungen reichern sich im aufgeschmolzenen Bereich an und werden so aus dem Kristall herausgespült.
Vertikalziehen (Bridgman-Stockbarger-Verfahren)
Beim Vertikalziehen (Bridgman-Stockbarger-Verfahren) wird polykristallines Material in einem geschlossenen Tiegel erhitzt und mit geringen Abkühlraten langsam abgekühlt. Diese Methode wurde vorrangig für die Herstellung von Halbleitern entwickelt. Sie findet in zahlreichen Fällen aber auch für alkalische Halogenid- und für Flouridkristalle Anwendung.
Tiegelziehen (Czochralski-Verfahren)
Beim Tiegelziehen (Czochralski-Verfahren) wird das zu bearbeitende Material in einem Tiegel zum Schmelzen gebracht. Dann nähert man einen einkristallinen Keim der Oberfläche an und berührt diese. Die Flüssigkeit steigt durch Kapillarkräfte den Keim entlang hoch, bildet einen Meniskus und erzeugt eine dreifache Grenzfläche Flüssigkeit-Feststoff-Gas.
Der Keim wird dann langsam nach oben gezogen und bildet einen Einkristall. Dieser wächst weiter, indem man den Kristall in Drehung hält. Dadurch wird das Bad homogenisiert und die Form der Grenzfläche Feststoff / Flüssigkeit unter Kontrolle gehalten.