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Czochralski-Verfahren


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Das Czochralski-Verfahren bezeichnet ein Verfahren der Werkstofftechnik zur von einkristallinen Werkstoffen . Es ist auch unter den Begriffen Tiegelziehen oder Ziehen aus der Schmelze bekannt. Im Tiegel wird die zu Substanz wenig über dem Schmelzpunkt gehalten. Darin der Keim (z.B. kleiner Einkristall) der zu Substanz ein. Durch drehen und langsames nach ziehen - ohne dass die Schmelze abreisst wächst der Einkristall der sich am Keim Kristallgitter .

Technik

In einem Tiegel befindet sich eine schon gereinigte Schmelze des gewünschten Materials (beispielsweise Silizium ). Ein an einem langsam rotierenden Metallstab Impfkristall wird von oben mit der Spitze die Schmelze eingetaucht. Der Impfkristall muss am exakt mit der gewünschten Kristallorientierung ausgerichtet sein er die Kristallorientierung des entstehenden Einkristalls vorgibt. Stab mit dem Einkristall wird langsam wieder oben gezogen während das Silizium an der erstarrt. Durch Variation von Ziehgeschwindigkeit und Temperatur die Säule schnell ihren gewünschten Durchmesser der Maximalfall ca. 30 cm erreichen kann. Dieser dann bis zum Ende des Ziehvorgangs sehr beibehalten werden. Die Säule kann bis über Meter lang werden.

Anwendung

Mit diesem Verfahren ist die Herstellung reinem monokristallinen Materialien möglich. Es erreicht nicht ganz Qualität des Zonenschmelzverfahrens ist jedoch kostengünstiger. Es werden unter Halbleiter (z. B. Silizium ) Metalle wie z. B. Palladium Platin Gold Silber oder auch Salze z. B. Alkalimetallhalogenide (optische Kristalle) mit dieser hergestellt.

Silizium als Einkristall wird auf diese sehr häufig hergestellt und wird beispielsweise in Mikrosystemtechnik in der Computerindustrie für integrierte Schaltungen (siehe auch Wafer ) oder in der Photovoltaik für die Herstellung von Solarzellen verwendet. Gerade für monokristalline Solarzellen hat dieses Verfahren etabliert. Zur Gewinnung der Zellen hier die entstandene zylindrische Säule noch quadratisch

Geschichte

Das Czochralski-Verfahren wurde 1916 vom polnischen Wissenschaftler Jan Czochralski ( 1885 - 1953 1904 - 1929 in Deutschland) durch ein Versehen entdeckt: tauchte seine Schreibfeder in einen Schmelztiegel mit Zinn anstatt ins Tintenfass. Daraufhin entwickelte und er das Verfahren: Er wies nach dass Einkristalle hergestellt werden können und benutzte es Kristallisationsgeschwindigkeiten abzuschätzen (Veröffentlichung von 1918 ).

Obwohl Wartenberg schon 1918 erkannte dass das Verfahren zur Kristallzüchtung werden kann kam es erst ab 1950 zur praktischen Verwendung auch in großem



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