Die Herstellung von synthetischen Kristallen gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Für die Industrie sind insbesondere hochreine Halbleitermaterialien wie Silizium und Siliziumcarbid sowie oxidische Materialien wie Saphir von großer Bedeutung. Daraus werden Wafer oder Substrate für die Halbleiter- und Solarindustrie hergestellt.
Kristallziehen
Langzeitstabile Generatoren sichern optimale Strukturen
Floatzone-Verfahren
Bei diesem Verfahren wird ein senkrechter polykristalliner Stab (z.B. Silizium) in einem 1-windigen Induktor mit wenigen mm Durchmesser kontinuierlich abgeschmolzen (1.5-4 mm/min) und unterhalb des Induktors zu einem Einkristall mit hoher Reinheit gezogen. Die beiden Stäbe rotieren gegenläufig und kommen nicht in Kontakt mit anderen Materialien oder Tiegeln. Der übliche Durchmesser des gezogenen Kristalls liegt bei ca. 200mm. Wegen der hohen Reinheit werden die Kristalle für Leistungshalbleiter verwendet. Bei diesem Verfahren kommen TRUMPF Hüttinger Generatoren mit Röhrentechnologie zum Einsatz, da hohe Frequenzen (2-3MHz) bei großen Leistungen (80-120kW) erforderlich sind.
Czochralski-Verfahren
Das Czochralski-Verfahren ist die häufigste Technologie zur Kristallzucht. Der Einkristall wird dabei aus einer Schmelze gezogen, die sich in einem Tiegel befindet. Für Silizium wird der Tiegel widerstandsbeheizt, für höher schmelzende Kristalle (Saphir) kommen induktiv beheizte Tiegel mit Graphitmantel zum Einsatz. Mit Hilfe eines rotierenden Impfkristalls, der in die Schmelze getaucht wird, wird der Einkristall mit mehreren Millimetern pro Stunde gezogen. Dabei müssen Temperaturschwankungen vermieden werden. Der Generator muss demnach eine konstante Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum liefern. Es werden Leistungen zwischen 20 und 100kW bei Frequenzen um 15kHz benötigt.
Physikalischer Gasphasentransport (PVT-Verfahren)
Das PVT-Verfahren (Physical Vapour Transport) wird für die Herstellung von hochreinen Siliziumcarbid-Kristallen (SiC) für die Halbleiterindustrie eingesetzt. Zunächst wird im Inneren eines induktiv beheizten Graphittiegels eine Temperatur von über 2200°C erzeugt. Dadurch wird das Ausgangsmaterial in die gasförmige Phase versetzt. Die entstehenden Partikel aus Kohlenstoff und Silizium werden durch ein Trägergas, z.B. Argon, durch natürliche Transportmechanismen zum darüber befindlichen Impfkristall mit geringerer Temperatur transportiert. Dort erfolgt die Kondensation und Kristallisation zu einem hochreinen Einkristall, wobei keine chemischen Reaktionen stattfinden. Essentiell für den Erfolg des Verfahrens ist die genaue Temperaturkontrolle im Reaktor. Für die Beheizung des Reaktors kommen TRUMPF Hüttinger Generatoren im Mittelfrequenzbereich (5 – 0kHz) mit bis zu 50kW Nennleistung zum Einsatz.
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