Способ изготовления литого микропровода

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i i 765888 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

{22) Заявлено 03.01.78 (21) 2563867/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

H 0 l В 13/06

Гесудлрстеенньй кемнтет

СССР

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 27.09.80 (53) УДК 621.315 (088.8) до делам наебретеннй н еткрмтнй

{72) Авторы изобретения

В. И. Заборовский, А. М. Иойшер и Б. П. Котруб

Кишиневский научно-исследовательский инстит электроприборостроения научно-производственн объединения «Микропровод» (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТОГО МИКРОПРОВОДЛ

Изобретение относится к технологии приборостроения, в частности к технологии изготовления литого микропровода в стеклянной изоляции.

Известен способ изготовления литого микропровода в стеклянной изоляции путем расплавления с помощью высокочастотного индуктора металлической навески, находящейся в стеклянной трубке, в которой создано разрежение, причем массу навески берут и поддерживают в процессе литья больше критической, а разрежение в трубке и на- to пряжение на индукторе равнозависимо уменьшают на 30 — 50% от значений разрежения и напряжения, соответствующих началу процесса литья )1).

Однако при использовании известных способов литой микропровод с жилой из полупроводниковых материалов, например германия, получается с электрофизическими свойствами низкого качества. В частности, удельное сопротивление германия в этом случае уменьшается вдоль длины микропровода почти на порядок..Кроме того, на поверхности жилы микропровода, изготовляемого известным способом, имеются каверны и дендритные образования. Структура жилы микропровода при этом поликристаллическая или мелкоблочная. что ухудшает такие параметры, как время жизни неосновных носителей тока и подвижность. Это ограничивает возможность применения микропроводов из полупроводниковых материалов, полученных известным способом.

Цель изобретения — повышение качества микропровода из полупроводниковых материалов, например германия.

Для достижения цели расплавляют с помощью высокочастотного индуктора навеску жилообразующего материала, находящегося в стеклянной трубке, в которой создано давление, отличающееся от атмосферного и вытягивают из трубки капилляр, заполняемый жилообразующим материалом, а кроме того, в отличие от известного способа, промывают трубку изнутри инертным газом, при непрерывном обдуве ее этИм же газом снаружи, осуществляют дополнительный подогрев навески до температуры не виже той, при которой характеристическая глубина проникновения электромагнитного поля высокочастотного индуктора в материал навески становится равной ее поперечным размерам, прекращают дополнительный по765888

3 догрев после начала плавления навески, затем, сформировав микрованну, вытягивают капилляр со скоростью, обеспечивающей на фронте кристаллизации жилы значение коэффициента распределения основных электрических активных примесей, входящих в химический состава мнкрованны близкое к 1 и одновременно оказывают на верхнюю поверхность микрованны в течение процесса литья избыточное по сравнению с атмосферным динамическое давление путем обдува этой поверхности струей инертного газа. О

На чертеже представлено устройство, реализующее способ.

Устройство содержит стеклянную трубку . 1, высокочастотный индуктор 2, газоподводящую трубку 3, защитный кожух 4, Is полукольцо 5 из силицированного графита, микрованну 6, капилляр 7, катушку 8.

Навеску полупроводникового материала, например германия, помещают в запаянную с одного конца предварительно обезжиренную, промытую и высушенную стеклянную

26 трубку 1 (для германия это обычно трубка из стекла пирекс). Под навеской понимают один или несколько кусочков жилообразующего материала, предназначенного для взвешенной плавки при помощи высокочастотного индуктора 2. Стеклянную трубку про-. мывают аргоном, который подают через газоподводную трубку 3 (например кварцевую) меньшего дна метра, помещенную внутрь первой таким образом, чтобы ее нижнее отверстие располагалось вблизи навески и струя инертного газа могла создавать динамическое давление на навеску и микрованну.

Далее включаю наружный обдув инертным газом стеклянной трубки в Области индуктора, используя защитный кожух 4 из кварцевого стекла и подогревают навеску путем облучения, например при помощи двух раскаленных полуколец 5 из силицированного графита, размещенных в поле того же высокочастотного индуктора 2 (и разогреваемого им) и охватывающих стеклянную трубку в области навески. Подогрев ведут до температуры, при которой характеристическая глубина проникновения Ь электромагнитного поля в материал навескн становится равной (или меньшей) ее поперечным размерам. Глубина проникновения определяется по формуле

Ь-= 503 (1)

)ирр1

39 где p — удельное сопротивление полупроводникового материала, зависящее от температуры, Ом м;

f — частота электромагнитного полн Гц;

„ф4 — относительная магнитная проницаемость;

Рф — магнитная проницаемость вакуума.

Для германия температура подогрева в зависимости от формы и размеров навески

450 †5 С. Для других полупроводниковых материалов эта температура рассчитывается, исходя из известных зг вис змостей электропроводности от темгературы, с использованием формулы (1) и эмпирически найденных оптимальных размеров и формы навесок и микрованны. Такой подогрев способству т в частнос -и, уменьшению KoJIH÷åñòâà примесей, попадающих в микрованну.

Практически подогрев прекращают после начала плавления навески, для чего после подогрева ее до необходимой температуры нижний конец стеклянной трубки с подогретой навеской быстро (за время менее 1 с) опускают вглубь индуктора, а затем полукольца 5 отводят От трубки и удаляют нз поля индуктора. Затем формируют микрованну 6, вытягивают стеклянный капилляр 7, наматывая его на катушку 8 при Одновременном обдуве верхней поверхности микрованны струей инертного газа, создающей избыточное, по сравнению с атмосферным, давление на микрованну. Капилляр в процессе вытяжки заполняется расплавом полупроводникового материала, который кристаллизуется ь виде монокристаллической жилы.

Скорость v вытяжки капилляра, а значит н.скорость литья микропровода поддерживают такой, чтобы иа фронте кристаллизации жилы обеспечить значение коэффициента распределения y основных электрически активных примесей, входящих в химический состав микрованны, близкое к 1. Значение этой скорости определяют экспериментально отдельно для каждого полупроводш кового материала и каждОГО сорта стекла.

Практическая скорость должна обес печивать значения у в пределах от 0,998 до 0,999. Для германиевого микропровода это имеет место при v = 6 — 8 м/мин.

8 течение всего процесса литья микропровода скорость потока инертного газа предпочтительно равномерно повышать., что позволяет компенсировать уменьшение массы расплава в микрованне, стабилизирует давление на конус растягивания капилляра> стабилизируя тем самым геометрические и некоторые электрофизические параметры.

В основном повышение качества микропровода из полупроводниковых материалов, в частности структуры и электрофизическпх параметров, достигается всей совокупностью технологических операций, представляющей существенные отличительные признаки предлагаемого способа изготовления литого мик-. ропровода.

Проведенные испытания показали, что при использовании предлагаемого способа удается стабильно изготовлять германиевый микропровод с монокристаллической жилой, диаметром 10 †2 мкм и с равномерно распределенным (разброс не более 25%) по длине удельным сопротивлением, достигающим 0,20 Ом м, что невозможно при использовании известного способа. Ос альные

5 электрофнзические параметры, такие KBK время жизни неосновных носителей, подвижность электронов н другие, также существенно улучшаются. Так, например, время жизни носителей тока возрастет в 35 раз.

Формула изобретения

l. Способ изготовления литого мнкропровода в стеклянной изоляции, включающий размещение навески жилообразующего материала внутри стеклянной трубки, расплавление трубки с навеской в поле высокочастотного индуктора, создание внутри трубки давления, воздействующего на поверхность микрованны и отличного от атмосферного, формирование микрованны вытягивание из нее капилляра, заполненного жилообразуюгцим материалом, и создание фронта кристаллизации жилы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества микропровода иа полулроводниковых материалов, до расплавления трубки в поле индуктора осуществляют нагрев навески до температу765888 ры, при которой глубина проникновения электромагнитного поля индуктора в Материал навески становится равной ее поперечным размерам, указанный нагрев пре- кращают после начала плавления навески, одновременно производят обдув стеклянной трубки инертным газом изнутри н снаружи, причем давление на поверхность микрованны создают путем упомянутого внутреннего обдува, а стеклянный капилляр вытягивают со скоростью, обеспечивающей на фронте

16 кристаллизации жилы значения коэффициентов распределения электрически активных примесей, входящих в состав микрованны, не более 1.

2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что при использовании германиевой навески нагрев ведут до температуры 450 — 550 С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость потока инертного газа в струе, воздействующей на поверхность микрованны, равнрмерно повышают в процессе литья.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 505032, кл. Н 01 В 13/06, 1973.

Составитель Е. Зиновьев

Редактор М. Ликович Техред К. Шуфрич Корректор Г. Назарова

Заказ 6826/l8 Ти ражи844 Подписное

ВНИ И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., a. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4