ISBN 978-3-8439-4446-5

978-3-8439-4446-5, Reihe Werkstoffwissenschaften

Lars Fahlbusch
Hochtemperaturlösungszüchtung von Siliziumkarbid aus Si-C-Lösungen ohne Zugabe von Metallen nach der vertikalen Bridgman-Methode

127 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Zielsetzung dieser Arbeit lag darin, eine Züchtungsanlage sowie einen Lösungszüchtungsprozess nach der vertikalen Bridgman-Methode für die Siliziumkarbid-Einkristallherstellung zu entwickeln. Um metallische Verunreinigungen des Kristalls gering zu halten, sollte eine reine Siliziumschmelze als Lösungsmittel verwendet werden. Da die Kohlenstofflöslichkeit in reinem Silizium sehr gering ist, wurde eine Züchtungstemperatur von über 2000 °C benötigt. Die Arbeit beschreibt den Aufbau der Züchtungsanlage sowie die Entwicklung des Züchtungsaufbaus. Auf der Grundlage des mittels numerischer Simulation berechneten Temperaturfeldes wurde ein eindimensionales, stationäres Wachstumsmodell zur Berech¬nung der Wachstumsgeschwindigkeit entwickelt. Mit Hilfe des Modells lassen sich Einflüsse bedingt durch die Züchtungsanlage, den Isolations- und Tiegelbau sowie die Prozessführung auf die Wachstumsgeschwindigkeit vorhersagen. Der entwickelte Züchtungsaufbau ermöglicht eine Kristallzucht auf einem Keim mit einem Durchmesser von 30 mm, wobei die Kristallqualität in der Kristallmitte am höchsten ist und zum Rand hin abnimmt. Die Einflussfaktoren des Züchtungsprozesses auf die Wachstumsgeschwindigkeit und die Kristallmorphologie wurden durch Variation der Züchtungstemperatur und der Abkühlgeschwindigkeiten während der verschiedenen Wachstumsschritte ermittelt. Als kritische Faktoren stellten sich hierbei die Konzentrationsänderung der Schmelze beim Ankeimen während der Wachstumsinitiierung und die Abkühlgeschwindigkeit sowie der Konzentrationsgradient während des anschließenden Kristallwachstumssegments heraus.