粉碎半导体材料的方法技术

一种无污染半导体材料的粉碎方法及实现该方法的装置。所述的方法包括：至少产生一种液体射流，该射流是通过向液体施加压力而产生并且经由喷嘴喷出；和导引液体射流以高速冲击半导体材料表面。所述的装置包括：用于接收已粉碎的半导体材料的容器；至少一个喷嘴，液体射流通过该喷嘴以高速冲击要被粉碎的半导体材料；推进装置，用于从容器中移走已粉碎的半导体材料；释放和中断液体射流的装置及固定喷嘴及／或推进半导体材料的装置。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无污染粉碎半导体材料的方法，进一步地，本专利技术涉及一套使该方法得以实施的装置。在许多生产半导体产品的初始阶段，必需使半导体材料呈容化状态。大多数情况下，是把半导体材料置于坩锅或类似的器具中熔化。然后，用公知的方法铸模或分离出晶体。这些便是诸如以下产品的基础材料，如太阳能电池、储存器芯片或微处理机。如果要被熔化的半导体材料是大体积的固体，如气相沉积之后的棒形，在坩锅中将基熔化之前必须先粉碎。只有这样才能有效地利用坩锅的容积，并可以省时，节能，减少熔炼次数。这正是把大表面的熔化物粉碎成小颗粒的结果。在粉碎期间，要十分小心，以保证碎块的表面不被其它杂质污染。尤其是不被金属原子污染，因这将伤害性地改变半导体材料的电性能。如果需要粉碎的半导体材料是机械工具--比如碎钢机--来粉碎，这是迄今为止最主要、最常用的方法，那么其碎块势必在熔化之前要进行复杂而昂贵的清洁。根据德国专利申请DE-3811091A1和其相应的美国专利US4，871，117，用下述方法来粉碎固体、大体积硅块是可行的，甚至用机械工具粉碎也查可行的。这种工具的工作表面是由非污染物或极轻微污染物，如硅或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷组成的。在要粉碎的硅体内造成一个温度梯度可以达到粉碎的目的，先从硅体外部热幅射使其表面温度达400-1400℃，然后迅速地冷却，使温度至少下降300℃，以便使其温度梯度至少是部分地逆转。为形成温度梯度，要被粉碎的固体需先放入炉中加热。为形成温度梯度，要被粉碎的固体需先放入炉中加热。然而这种方法有不利之外，即在加热阶段，会导致或/和加速那些吸附在半导体材料表面的杂质的扩散。这燕，杂质便进入半导体材料的内部晶体结构中，结果使那些只能清除表面杂质的清除措施不能清除这些杂质。另外，该方法还涉及一个问题即在加热期间，炉体材料释放的杂质对半导体材料的污染是不可避免的。本专利技术的目的在于提供一种方法，使用该方法可以不必加热，也不用机械工具无污染地粉碎半导体材料。进一步地，本专利技术的目的地还在于提供一种使此方法得以实施的装置。本专利技术的目的通过如下方法而完成，该方法是使半导体材料无污染粉碎的方法，其中包括至少产生一种液体射流，该液体射流是通过给液体加压使之通过喷嘴而形成，将该液体射流半导体材料，以便以高速冲击半导体材料的表面。进一步地，该目的通过如下装置而完成，该装置是一种用于无污染粉碎半导体材料的装置，其中包括，容器1，用于接收被粉碎半导体材料；至少一个喷嘴2，液体射流3从该喷嘴中通过以高速导向将要被粉碎的半导体材料4；一个输送装置7，用于从容器1中移走被粉碎的半导体材料；释放或中断液体射流的装置；固定喷嘴2和/或推进半导体材料4的装置。该方法优选于是用于粉碎易碎的且坚硬的半导体材料，如硅、砷化锗或砷化镓。在这一点上，无论是已提前被粉碎的碎块还是铸成形的模体并不重要，比如块状或棒状的半导体材料均可被粉碎。由于应用液体射流来粉碎半导体材料，所以在粉碎过程中选择合适的、极纯净的液体，杂质污染的风险就会显著地降低。优选是用纯水，但也不排除使用水溶液，比如含添加剂的水溶液。所用添加剂具有清除半导体材料表面杂质的效能或是具有表面蚀该效能。使用有机溶剂或溶剂混合物也是可行的，优选为这些有机溶剂或溶剂混合物的沸点可尽可能低，以便干燥被粉碎的半导体材料时，耗费较低的能量。粉碎半导体材料所必需的能量是在对液体加压使之以高速射出喷嘴形成液体射流所消耗的。液体射流被控制以30-90°的角度冲击半导体材料表面。优选的角度60-90°，最优选的是90°。喷嘴尖端的横截面形状决定离开喷嘴的液体射流的横截面形状，优选是圆形，长方形，正方形或式边形，但也可是其它不同形状。在喷嘴尖端，射离喷嘴的液体射流的截面积优选是0.005-20mm2。更优选的是0.05-3mm2。已经知道，喷嘴可被导向半导体材料，喷嘴尖端甚至触及半导体材料的表面。这样，要避免喷嘴对半导体材料的污染，喷嘴尖端需由一种抗磨损的材料制成，比如用蓝宝石。为了消除由于喷嘴材料而产生的污染，该方法中在半导体材料要发生运输的情况下，更有利于防止污染的措施是使喷嘴尖端距半导体材料表面有一定的距离。喷嘴尖端到半导体材料表面的距离优选为0-150mm，更优选是10-20mm。使液体射流有足够的动能来粉碎半导体材料的、加在该液体的压力是500-5000巴(bar)，优选是1000-4000巴(bar)理论上讲，此过程产生的是一种连续不断的液体射流。然而通常是，一旦得到所需要的材料碎块即可阻断液体射流，或是它期地阻断液体流以形成一连串的射流脉冲。非连续地，即有暂时中断地将这种定期阻断的液体射流导向半导体材料也是可行的。液体射流被阻断前所持续的时间(脉冲周期)主要取决于给定装置中半导体材料的厚度和密度。通常把脉冲周期设定到0.5到5秒就有足够的效力，例如把直径为120mm的硅棒粉碎成2块或更多块。对相当大的半导体块，可以用连续的或者是间断的液体射流或定期阻断的液体射流(这种类型的液体射流用在此后所述的各种不同情况)，冲击其表面的不同点而将其粉碎。在这个过程中喷嘴可以是固定的，例如，当半导体材料向前推进时可把喷嘴固定于预先设置的位置。此方法的进一步改进是实现此步骤的自动化。当然，喷嘴也可以连续地间歇地瞄准其它新的目标，比如，半导体材料表面的其它部位或其它碎块。为提高所述方法的效力，可设计为用多个，优选为2到5个液体射流，同时或交错地冲击半导体材料的不同部位。这种情况下，发现较有利的是冲击半导体材料的2个液体射流之间的距离为20到120mm。由此可主要是生产出最大长度为60到120mm的碎块，以便特别适合填充到熔融坩埚内熔化。然而也不排除选择更狭窄或更宽的半导体表面目标间距(如是仅使用一个液体射流)，这样便可以得到最大长度更小或更大的碎块。要粉碎直径为60到250mm的棒型半导体材料，优选的方法是至少有一个液体射流冲击棒的端面，或者至少一个液体射流径向冲击棒的柱面，特别优选的是，一个液体射流冲击端面，一个射流同时或连续地冲击柱面。进一步地，所述方法优选设计成连续或间歇地改变半导体棒的位置。按预设的距离，沿轴向移动半导体棒到新的加工位置。也可选择沿着纵向轴转动的棒体，例如在如下案例中，当液体射流冲击棒的柱面后粉碎功能是不完全的，相当一部分仍连接在棒体上。通常如果转动棒体，液体射流对这部分晶体只是穿透该晶体。所述方法进一步改进是在连续沿纵向轴转动半导体棒体的同时推进棒体沿轴移动，并且一个或多个液体射流同时或连续地从不同的方向射向棒体。偶然也发生下述情况尽管半导体材料已被液体射流粉碎，但碎块间互相钩连堆积，以至于看起来它们仍紧密连接。因为中此案例中将粘连的碎块分开所需的力很少，所以可以用一种机械工具将其分离。这种工具的工作表面是由不产生污染的物质组成的，例如，塑料，陶瓷或半导体材料本身。当然也可再次使用液体射流来分离它们。用以上所述方法可在无污染情况下将半导体材料切成碎块，而碎块的大小尺寸可根据合适的方法参数的选择而预选确定。进一步地，所述方法非常显著的特点是，粉碎过程中仅产生很少一部分碎末或灰尘。这种粉碎方法不需要添加具有研磨或蚀该功能的添加剂。粉碎后的物质的清洁不再是绝对必要的，若要求清洁，所需的清洁剂量也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无污染粉碎半导体材料的方法，其中包括至少产生一种液体射流，该液体射流是通过给液体加压，使之通过喷嘴而得到的，将此液体射流导向半导体材料，以便以高速冲击半导体材料的表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰茨科普尔，马托斯尚茨，
申请(专利权)人：瓦克化学有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]