Brevet FR2538415A1 — publié le 19840629

-2538415 L'invention concerne un creuset pour tirer des mono- cristaux, de préférence de composés semiconducteurs d'éléments des groupes principaux III et V de la classification périodique des éléments - Par le brevet Britannique 1 065 728, on connaît un creuset pour tirer des monocristaux, qui est en nitrure d'aluminium ou nitrure de bore La demande de brevet allemand DE-AS 1 289 712 décrit un vaporisateur pour le dépôt par vaporisation sous vide de couches métalliques sur des matériaux, qui est entièrement ou partiellement en nitrure d'aluminium et/ou borure d'aluminium et/ou nitrure de silicium et présente éventuellement du nitrure de bore Pour la fabrication de ce vaporisateur, on peut ajouter jusqu'à 10 % en poids de nitrure de bore afin de faciliter le façonnage Il est connu également, pour produire des qualités de grande pureté, de composés semiconducteurs a dopage particulier, d'employer des creusets de nitrure de bore pyrolitique, lesquels ont l'inconvénient qu'ils sont extrêmement onéreux et que, après chaque cycle, il s'en détache une couche par pelage, de sorte que le processus de tirage des mono= cristaux doit être adapté chaque fois aux dimensions modifiéeso À 20 L'invention vise à créer un creuset autoporteur et méca- niquement stable pour le tirage sans contamination de monocristaux de composés semiconducteurs. Selon l'invention, ce problème est résolu pour un creuset du type défini au début par le fait qu'il est en nitrure d'aluminium additionné de nitrure de bore hexagonal, ou en nitrure d'aluminium additionné d'un ou de plusieurs dioxydes des terres rares, l'addition pouvant représenter jusqu'à 5 % en poids La fraction formée par l'addition represente de préférence de 0,5 à 3 % en poids Il est avantageux qu'une addition formée d'un ou de plusieurs dioxydes des terres rares soit formée d'oxyde de gadolinium, oxyde de lanthane, oxyde de samarium et/ou oxyde d'yttrium. Un creuset réalisé selon l'invention a l'avantage qu'il est autoporteur, qu'il possède une grande résistance mécanique et qu'il peut être fabriqué économiquement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un graphique représentant la dureté du creuset en fonction de la fraction en pour cent du nitrure de bore; et la figure 2 est une coupe longitudinale d'un creuset selon un exemple de réalisation. Comme le nitrure de bore hexagonal est très mou et est utilisé à la façon de graphite comme lubrifiant ou pour diminuer la résistance mécanique, on s'attendait à ce que la variation de la dureté en fonction de la quantité de nitrure de bore ajoutée possède l'allure de la courbe 1, correspondant a une diminution progressive de la dureté à mesure que la teneur en nitrure de bore augmente La demande- resse a constaté avec étonnement que la dureté du nitrure-d'aluminium du creuset augmenteau contraire lorsqu'on y ajoute du nitrure de bore, jusqu'à une proportion représentant 5 % en poids environ, comme le montre la courbe 2 Suivant la quantité de l'addition, on obtient ainsi une densité relative très élevée Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une addition de nitrure de bore comprise entre 0,5 et 3 % en poids La dureté du matériau ainsi obtenu, sous les mêmes conditions de frittage, est accrue de 300 à 400 % comparativement au matériau non dopé L'accroissement de dureté est lié & une élévation de la densité et de la résistance mécanique Le creuset peut être fabriqué par frittage sans pression. L'emploi des dioxydes des terres rares apporte les mêmes résultats en ce qui concerne la bonne compressibilité, l'excel- lente résistance mécanique du creuset et l'absence de contamination. Exemple On broie 1000 g de mélange pulvérulent constitué de 99 % en poids de nitrure d'aluminium et de 1 % en poids de nitrure de bore pendant 25 heures dans un récipient céramique en utilisant des éléments broyeurs céramiques de 1000 g On fait passer le mélange ainsi obtenu par un tamis avec une largeur de maille de 200 lum On soumet 880 g de la poudre ainsi préparée à une compression isostatique à froid, de 2400 bars, sur un mandrin d'acier d'un diamètre de 90 mm et d'une longueur de 120 mm Apres ouverture du moule de compression et enlè- vement du creuset du mandrin, on conserve le creuset à 80 C dans une armoire séchoir avant la suite du traitement par frittage. 2 5 3 8 415 Après la mise en place du creuset sur un support de frittage en tôle de molybdène dans une installation de frittage chauffée au graphite, on crée un vide de 10 5 mbar dans l'installation et on y établit ensuite une pression d'azote de 5 mbars En 3 heures, on porte la température à 13000 C Pendant cette période, on maintient la pression d'azote de 5 mbars A 1300 'C, on porte la pression d'azote a 140 mbars et on ferme les vannes Ensuite, on chauffe en 1 heure à 1800 'C A cette température, la pression d'azote est montée b 190 mbars Après un temps de maintien de 2 heures sous ces condi- tions, on arrête l'installation et on la refroidit en environ 12 heures jusqu'à la température ambiante On y admet ensuite de l'air extérieur et on enlève le creuset. Un post usinage mécanique de l'intérieur du creuset n'est pas nécessaire en raison de l'excellent état de surfaces obtenu Le côté extérieur peut au besoin être repris par un meulage à sec. Il est également possible, si l'installation de frittage le permet, de travailler à des pressions d'azote plus élevées Dans ce cas, il faut cependant utiliser de l'azote comme atmosphère de frittage. Le creuset autoporteur obtenu possède un volume inté-. rieur 1 de section droite circulaire et une paroi interne 2 qui peut être verticale jusqu'au fond 3, comme représenté sur la figure 2, mais qui peut également avoir une inclinaison de tout au plus 5 par rapport à la verticale, le diamètre intérieur étant alors le plus grand au bord de l'ouverture 4 La paroi latérale et le fond peuvent avoir des épaisseurs différentes ou égales Le fond est bombé et il est également avantageux de prévoir une courbure de faible rayon à la transition entre le fond et la paroi latérale Il est cependant possible également de prévoir un fond plan avec un petit rayon de raccordement avec la paroi latérale ou encore un fond hémisphérique. REVENDICATIONS 1 Creuset pour tirer des monocristaux, de préférence de composes semiconducteurs d'éléments des groupes principaux III et V de la classification périodique des éléments, caractérisé en ce qu'il est en nitrure d'aluminium additionné de nitrure de bore hexagonal, ou en nitrure d'aluminium additionné d'un ou de plusieurs dioxydes dés terres rares. 2 Creuset selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'addition d'un ou de plusieurs dioxydes des terres rares est formée d'oxyde de gadolinium, oxyde de lanthane, oxyde de samarium et/ou oxyde d'yttrium. 3 Creuset selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'addition représente jusqu'à 5 % en poids. 4 Creuset selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'addition représente entre 0,5 et 3 %,en poids.