DE19743755A1

DE19743755A1 - Polyhedral p-doped silicon macromolecule used as semiconductor device barrier layer

Info

Publication number: DE19743755A1
Application number: DE19743755A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Schmidt
Original assignee: MARTIN REINHOLD DR
Current assignee: MARTIN REINHOLD DR
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1999-04-08

Abstract

A p-doped silicon macromolecule has a polyhedral structure in which each corner silicon atom of an inner polyhedron is associated with a corner dopant atom of an outer polyhedron. A p-doped silicon macromolecule with a polyhedral (preferably hexahedral or dodecahedral) structure in which each silicon atom is associated with one dopant atom, the dopant atoms of each molecule being located at the corners of an outer polyhedron and the silicon atoms of each molecule being located at the corners of an inner polyhedron which is face-parallel to the outer polyhedron. Independent claims are also included for: (i) production of the above macromolecule by dopant injection into a monatomic silicon vapor enclosed by a rotating magnetic field, followed by cooling to below the crystallization limit; (ii) equipment for carrying out the above process; and (iii) a bipolar transistor including the above p-doped silicon macromolecule. Used as an electron-deficient control element of a semiconductor, e.g. a barrier layer crystal of an np-diode or of an npn-transistor (claimed), especially a multichannel transistor.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Sperrschichtkristallen für Halbleiterbauelemente, und insbesondere für einen Mehrka naltransistor, der in den deutschen Patentanmeldungen 197 22 398.2 und 197 39 491.4 beschriebenen Art.The invention is in the field of junction crystals for semiconductor components, and in particular for a Mehrka naltransistor, which in the German patent applications 197 22 398.2 and 197 39 491.4 described Art.

Für die Sperrschicht von beispielsweise herkömmlichen bipola ren Transistoren und von Dioden wird üblicherweise eine Struktur verwendet, die Silizium bzw. dotiertes Silizium in einer Kristallanordnung enthält, wie sie in der Natur vor kommt, d. h. in Gestalt einer Pechblendenkonfiguration. Nach teilig ist dabei, daß eine derartige Pechblendenkonfiguration grundsätzlich nur mit einem einzigen Steuerstrom beschickt werden kann, der entsprechend nur eine einzige Dioden- bzw. Transistorfunktion auslösen kann. Aufgrund einer unmittelba ren galvanischen Verbindung mit der Umgebung ist eine derar tige Sperrschicht auf das Anlegen einer Bias-Spannung ange wiesen, um die materialbedingte Schwellenspannung von typi scherweise 0,7 V zu überwinden. Dies ist mit Verlustleistung verbunden, die entsprechend abgeleitet werden muß. Ein weite rer Nachteil besteht darin, daß aufgrund der unmittelbaren galvanischen Verbindung der Sperrschicht mit den angrenzenden Halbleiterschichten des Halbleiterbauelements nur Ströme identischer Ladungsträgersubstanz transportierbar sind.For the barrier layer of conventional bipola, for example Ren transistors and diodes is usually one Structure used, the silicon or doped silicon in contains a crystal arrangement as found in nature comes, d. H. in the form of a pitch aperture configuration. After Part of it is that such a pitch aperture configuration basically only charged with a single control current which can only be a single diode or Can trigger transistor function. Because of an immediate Their galvanic connection to the environment is one of them layer on the application of a bias voltage pointed to the material-related threshold voltage of typi typically overcome 0.7V. This is with power loss connected, which must be derived accordingly. A wide one rer disadvantage is that due to the immediate galvanic connection of the barrier layer with the adjacent ones Semiconductor layers of the semiconductor device only currents identical charge carrier substance can be transported.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sperrschichtmaterial für Halbleiterbau elemente bereitzustellen, das bei vollständiger galvanischer Trennung ohne die Notwendigkeit einer Bias-Spannung eine Mehrzahl differenzierter Steuerströme für ein entsprechend differenziertes Verhalten des Halbleiterbauelements verarbei ten kann.In view of this prior art, the invention lies Task based on a barrier material for semiconductor construction to provide elements with complete galvanic Separation without the need for a bias voltage Plurality of differentiated control currents for a corresponding differentiated behavior of the semiconductor device can.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung eines derartigen Sperrschichtmaterials bereitzustellen. Außerdem soll durch die Erfindung eine problemlos betreibbare und ko stengünstig erstellbare Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.Another object of the present invention is therein a method for the inexpensive manufacture of a to provide such barrier material. Furthermore is to be operated and ko by the invention without any problems most inexpensive device for performing this Procedure are created.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Sperrschichtmate rials durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Herstellungsverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 4 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 16. Vorteilhafte Verwendungen des Sperrschichtmaterials sind in den Ansprüchen 20, 21 und 22 genannt. Vorteilhafte Weiter bildungen des Sperrschichtmaterials, des Verfahrens bzw. der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is solved with regard to the barrier layer material rials by the features of claim 1, with respect to the Manufacturing method by the features of claim 4 and with regard to the device by the features of the claim 16. Advantageous uses of the barrier material are mentioned in claims 20, 21 and 22. Advantageous Next Formations of the barrier material, the process or Device are specified in the subclaims.

Mit anderen Worten schafft die Erfindung ein Sperrschichtma terial auf Grundlage eines p-dotierten Silizium-Makromoleküls mit mehrflächiger Struktur. Die erfindungsgemäße komplexe kristalline Makromolekülkonstruktion nutzt die Erkenntnis aus, daß Elektronen nur zwischen zueinander parallel verlau fenden Oberflächen ausgetauscht werden können. Durch paral lele Oberflächenpaare werden in der Sperrschicht gewisser maßen Ladungsträger-Übertragungskanäle geschaffen; d. h. im wesentlichen senkrecht zu diesen Oberflächenpaaren lassen sich kanalweise Ladungsträger gegenseitig unbeeinflußt über tragen. Im Falle eines Transistors mit einer dementsprechend aufgebauten Basis führt diese kanalweise Steuerung dazu, daß die Quantität und Qualität des Verstärkungseffekts durch die Quantität und Qualität des jeweiligen Eingangssignals be stimmt ist, wobei am Ausgang des Transistors ein Gemisch aus qualifizierten Spannungsquanten zur Verfügung steht, das ein zuordenbares Abbild der Steuerspannung darstellt. In other words, the invention provides a barrier layer dimension material based on a p-doped silicon macromolecule with multi-surface structure. The complex according to the invention Crystalline macromolecule construction uses the knowledge from that electrons are only left between parallel to each other surfaces can be replaced. By paral All surface pairs become more certain in the barrier layer measured charge carrier transmission channels created; d. H. in the leave essentially perpendicular to these surface pairs channel-wise charge carriers mutually unaffected carry. In the case of a transistor with one accordingly built-up base, this channel-wise control means that the quantity and quality of the amplification effect through the Quantity and quality of the respective input signal is true, with a mixture of at the output of the transistor qualified voltage quanta is available, the one assignable image of the control voltage.

Während der herkömmliche bipolare Transistor auf dem Prinzip basiert, einen definierten Verstärkungseffekt auf Grundlage einer einzigen Steuerspannung zu erzeugen, wobei am Ausgang des Transistors jeweils das Abbild dieser einzigen Steuer spannung zur Verfügung steht, läßt es die auf Grundlage der makromolekularen Sperrschicht aufgebaute Basis eines Transi stors zu, eine Vielzahl von Steuersignalen, die herkömmli cherweise durch eine Vielzahl von Transistoren verarbeitet werden müssen, in einem einzigen Transistor zu verarbeiten, wobei am Ausgang ein qualifiziertes Gemisch von Abbildern der Steuersignale anliegt, das problemlos interpretiert bzw. ent schlüsselt werden kann, wie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 197 34 267.1 beschrieben.While the conventional bipolar transistor on the principle based on a defined reinforcing effect generate a single control voltage, being at the output the image of this single control of the transistor voltage is available, it leaves the on the basis of Macromolecular barrier layer based on a transi stors to, a variety of control signals, the conventional usually processed by a variety of transistors have to be processed in a single transistor, with a qualified mixture of images of the Control signals present, which interprets or ent easily can be coded, such as in German Patent application 197 34 267.1 described.

Im einzelnen lassen sich mit einem Transistor, der auf Grund lage einer erfindungsgemäßen makromolekularen Basis aufgebaut ist, die folgenden Vorteile erzielen: Während der herkömmli che bipolare Transistor angewiesen ist, die materialseitig vorgegebene Schwellenspannung mit Hilfe einer Bias-Spannung zu überwinden, kommt der Transistor auf Grundlage der makro molekularen Basis ohne einen durch die Bias-Spannung hervor gerufenen Bias-Strom aus, weil das zwischen Kollektor- und Emitterschicht bestehende elektrische Feld aufgrund der ex trem geringen atomaren Dichte des Basismaterials hinreicht, die vom Material vorgegebene Schwellenspannung zu überwinden, ohne einen Basisstrom zu erzeugen. Das heißt, ein derart auf gebaut er Transistor benötigt im Ruhezustand keinerlei Strom versorgung, was wiederum den Vorteil erbringt, daß aus schließlich die angelegten Eingangsspannungen elektrische Re aktionen im Transistor auslösen. Da bei dem derart struktu rierten Transistor kein Bias-Strom fließt, wird auch keine durch entsprechende Maßnahmen abzuführende Abwärme erzeugt. Außerdem zeichnet sich ein derartig strukturierter Transistor durch einen extrem hohen elektrischen Rauschabstand aus. In detail, a transistor that is based on location of a macromolecular base according to the invention is to achieve the following advantages: During conventional che bipolar transistor is instructed on the material side predetermined threshold voltage using a bias voltage To overcome, the transistor comes based on the macro molecular basis without one due to the bias voltage called bias current because that between the collector and Emitter layer existing electrical field due to the ex extremely low atomic density of the base material is sufficient, to overcome the threshold voltage specified by the material, without generating a base current. That is, one on built transistor does not require any current in the idle state supply, which in turn provides the advantage that finally the applied input voltages electrical Re Trigger actions in the transistor. Because with the structure rated transistor no bias current flows, there will be no generated by appropriate measures waste heat. In addition, a transistor structured in this way is distinguished due to an extremely high electrical signal-to-noise ratio.

Ein weiterer Vorteil eines mit der erfindungsgemäßen makromo lekularen Basis aufgebauten Transistors besteht darin, daß er sowohl mit sehr geringen wie mit sehr hohen Spannungen be trieben werden kann. Im einzelnen läßt sich dieser Transistor deshalb bereits mit geringen Spannungen betreiben, weil die geringe atomare Substanz des Basismakromoleküls eine hohe elektrische Sensibilität des Gesamtsystems zur Folge hat. Hohe Spannungen können durch diesen Transistor deshalb pro blemlos verarbeitet werden, weil die geometrische Konfigura tion des Basismoleküls die Elektronenströme weiträumig ver teilt zwischen den Schichten überträgt.Another advantage of a makromo according to the invention lecular base constructed transistor is that it be with both very low and very high voltages can be driven. In detail, this transistor can already operate with low voltages because the low atomic substance of the base macromolecule a high one electrical sensitivity of the overall system. This transistor can therefore handle high voltages can be processed without any problems because of the geometric configuration tion of the base molecule, the electron currents ver divides transfers between layers.

Im Gegensatz zu einem herkömmlich strukturierten Halbleiter, beispielsweise einem Transistor oder einer Diode, zeichnet sich ein mit der erfindungsgemäßen makromolekularen Sperr schicht aufgebautes Halbleiterbauelement durch eine vollstän dige galvanische Trennung der Sperrschicht zu der bzw. den angrenzenden Schichten des Halbleiterbauelements aus, was im Fall eines Transistors, dessen Basis mit der erfindungsge mäßen makromolekularen Sperrschicht realisiert ist, den Vor teil erbringt, daß der Transistor ein galvanisches Trennele ment in einem Schaltkreis bildet. Dasselbe gilt sinngemäß für eine Diode.Unlike a conventionally structured semiconductor, for example, a transistor or a diode with the macromolecular barrier according to the invention layered semiconductor device by a complete final galvanic isolation of the barrier layer to the or adjacent layers of the semiconductor device from what in Case of a transistor, the base of which with the Invention The macromolecular barrier layer is realized Part provides that the transistor is a galvanic Isolele ment in a circuit. The same applies analogously to a diode.

Die vorstehend angesprochene galvanische Trennung zwischen der makromolekularen Sperrschicht und der bzw. den angrenzen den Schichten eines Halbleiterbauelements läßt sich auch wie folgt beschreiben: Aufgrund der galvanischen Trennung im Halbleiterbauelement stehen am Ausgang des Halbleiterbauele ments bezogen auf den Eingang des Halbleiterbauelements quan titative identische jedoch neue Ladungsträger zur Verfügung.The above-mentioned electrical isolation between the macromolecular barrier layer and the one or more The layers of a semiconductor device can also be used like describe as follows: Due to the galvanic isolation in the Semiconductor components are at the output of the semiconductor component quan related to the input of the semiconductor device titative identical but new load carriers available.

Erreicht werden die vorstehend angesprochenen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Sperrschichtmaterials durch dessen spe ziellen strukturellen Aufbau, wie er in Anspruch 1 für den allgemeinen Fall eines Mehrflächners und in Anspruch 2 und 3 für den Fall einer hexaederförmigen bzw. dodekaederförmigen Struktur ausgeführt ist. Die Vorteile dieser Struktur sollen nunmehr am Beispiel der einfachsten, der hexaederförmigen Struktur anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläutert werden.The above-mentioned properties of the barrier layer material according to the invention are achieved by its special structural structure, as set out in claim 1 for the general case of a multi-surface structure and in claims 2 and 3 for the case of a hexahedral or dodecahedral structure. The advantages of this structure are now using the example of the simplest, the hexahedral structure based on Fig. 1 and will be explained in FIG. 2.

Fig. 1 zeigt dreidimensional eine Grundeinheit des erfin dungsgemäßen Makromoleküls hexaederförmiger Struktur. Fig. 2 zeigt eine zweidimensionale Darstellung des Makromoleküls von Fig. 1 im kristallinen Verbund mit einer weiteren derartigen Makromolekül-Grundeinheit. In beiden Figuren sind Silizium atome durch schwarz gefüllte Kreise bzw. Kugeln und Dotier stoffatome durch unausgefüllte Kreise bzw. Kugeln gezeigt. Fig. 1 shows three-dimensionally a basic unit of the inventive macromolecule hexahedral structure. FIG. 2 shows a two-dimensional representation of the macromolecule from FIG. 1 in the crystalline composite with another such macromolecule basic unit. In both figures silicon atoms are shown by black filled circles or balls and dopant atoms by open circles or balls.

Wie in Fig. 1 gezeigt, befinden sich die Siliziumatome des p-dotierten Silizium-Makromoleküls in den Eckenpositionen eines inneren Würfels. Dieser innere Würfel stellt einen Bindungs würfel für die Siliziumatome dar. Der innere Siliziumwürfel ist von einem flächenparallelen äußeren Dotierstoff-Würfel umgeben, an dessen Ecken die Dotierstoffatome sitzen, ohne jedoch gegenseitig eine Bindung einzugehen; d. h. die Dotier stoffatome sind in diesen Positionen ausschließlich an die zugehörigen Siliziumatome gebunden.As shown in FIG. 1, the silicon atoms of the p-doped silicon macromolecule are in the corner positions of an inner cube. This inner cube represents a binding cube for the silicon atoms. The inner silicon cube is surrounded by a surface-parallel outer dopant cube, at the corners of which the dopant atoms sit, but without forming a bond with one another; ie the dopant atoms in these positions are exclusively bound to the associated silicon atoms.

Aufgrund der noch nicht abgesättigten Bindungstendenzen der acht Siliziumatome des Silizium-Innenwürfels führt ein auf die acht Siliziumatome eines benachbarten Makromoleküls ge richtetes Bindungsbestreben zu einer optimalen nahen Anord nung der Siliziumatome benachbarter Makromoleküle mit der Folge, daß diese so ausgerichtet sind, daß ihre Dotierstoff atome in den Flächenmitten des inneren Würfels des erstge nannten Makromoleküls zu liegen kommen, wie in Fig. 2 für ein einziges benachbartes Makromolekül gezeigt. Mit anderen Wor ten stellen diese in den Flächenmitten zu liegen kommenden Dotierstoffatome (in Fig. 2 mit "X" bezeichnet) im kristalli nen Rahmen einen elektrisch wirksamen Abstandhalter dar, der zu einem gegenseitigen Abstand der Siliziumatome benachbarter Makromoleküle führt, der so groß ist, daß ein direkter Bin dungselektronenaustausch zwischen diesen Siliziumatomen un möglich ist. Deren Elektronentransport findet deshalb aus schließlich über Feldtransport statt. Dies ist Ursache für die vorstehend erläuterte galvanische Trennung.Due to the unsaturated binding tendencies of the eight silicon atoms of the silicon inner cube, a binding effort directed towards the eight silicon atoms of a neighboring macromolecule leads to an optimal close arrangement of the silicon atoms of neighboring macromolecules with the result that these are oriented so that their dopant atoms are in the area centers of the inner cube of the first-mentioned macromolecule come to lie, as shown in FIG. 2 for a single neighboring macromolecule. In other words, these dopant atoms coming to lie in the center of the area (denoted by "X" in FIG. 2) represent an electrically effective spacer in the crystalline frame, which leads to a mutual spacing of the silicon atoms of neighboring macromolecules which is so large that that a direct bond electron exchange between these silicon atoms is impossible. Their electron transport therefore takes place exclusively via field transport. This is the reason for the galvanic isolation explained above.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstel len des p-dotierten Silizium-Makromoleküls näher erläutert, das im Anspruch 4 definiert ist, und von welchem vorteilhafte Ausführungsformen in den Ansprüchen 5 bis 15 genannt sind.The process according to the invention is subsequently len of the p-doped silicon macromolecule, which is defined in claim 4, and of which advantageous Embodiments are mentioned in claims 5 to 15.

Am Anfang des Verfahrens steht die Erzeugung von monoatomarem Siliziumdampf, der durch entsprechende Temperaturzufuhr in einem energetischen Zustand so versetzt wird, daß eine spon tane Rekristallisation der Siliziumatome unterbunden wird, daß aber andererseits ein Bestreben der Siliziumatome vor liegt, sich mit in Dampfform zugeführten Dotierstoffen vor rangig molekular zu binden.At the beginning of the process is the generation of monoatomic Silicon vapor, which by appropriate temperature supply in is placed in an energetic state so that a spon tane recrystallization of the silicon atoms is prevented, that, on the other hand, there is an endeavor by the silicon atoms is present with dopants supplied in vapor form to bind molecularly.

Im Augenblick der molekularen Verbindung der Siliziumatome mit den zugeordneten Dotierstoffatomen findet ein Bindungse lektronenpaar-Austausch zwischen den Bindungsbahnen der bei den Bindungspartner statt, dessen Ladungsträgerverschiebung zu einer elektrischen Reaktion in einem von außen angelegten Magnetfeld und damit zu einer gerichteten Bewegungsreaktion des neu entstandenen Molekülpaares aus Silizium und Dotier stoffatomen führt. Diese Bewegungsreaktion kann durch Rota tion des externen Magnetfelds in eine Kreisbahn überführt werden, deren Rotationsfrequenz abhängig ist von der Rota tionsfrequenz des externen Magnetfelds. Damit werden sämtli che dieser Moleküle in eine relativ eng begrenzte Kreisbahn so angeordnet, daß die schweren Dotierstoffatome auswärts weisen und die leichten Siliziumatome eine Innenbahn be schreiben. At the moment of the molecular connection of the silicon atoms there is a bond with the assigned dopant atoms exchange of electron pairs between the bond paths of the at the binding partner, its charge carrier shift to an electrical reaction in an external one Magnetic field and thus a directional movement reaction of the newly created pair of molecules made of silicon and dopant leads atoms. This movement reaction can be caused by Rota tion of the external magnetic field converted into a circular path whose rotation frequency depends on the rota frequency of the external magnetic field. So that all surfaces of these molecules into a relatively narrow circular path so arranged that the heavy dopant atoms are outward have and the light silicon atoms be an inner track write.

Im wesentlichen laufen damit die leichteren Siliziumatome auf einer inneren Kreisbahn und die schwereren Dotierstoffatome auf einer äußeren Kreisbahn um. Während die auf der Außenbahn umlaufenden Dotierstoffatome sich im Zustand der Bindungssät tigung befinden, verbleiben die auf der Innenbahn umlaufenden Siliziumatome in einem potentiell bindungsfähigen Zustand.In essence, the lighter silicon atoms run up an inner circular path and the heavier dopant atoms on an outer circular path. While on the outside track orbiting dopant atoms are in the state of the binding seed If you are in the position, the ones running on the inner track remain Silicon atoms in a potentially bondable state.

Dieser Umstand wird nun erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, eine Kristallisation gezielt so durchzuführen, daß die Silizium atome gegenseitig eine Bindung eingehen, indem die beiden verbleibenden, nicht an der Anbindung der Dotierstoffatome beteiligten Bindungselektronen benutzt werden, benachbarte Silizium-Dotierstoffmoleküle siliziumseitig miteinander kri stallin zu binden. Erhalten wird dadurch ein Makromolekül mit Silizium-Innengitter und Dotierstoffaußenstruktur.This fact is now used according to the invention to: Targeted crystallization so that the silicon atoms bind each other by the two remaining, not at the connection of the dopant atoms involved binding electrons are used, neighboring Silicon dopant molecules on the silicon side tie stallin. A macromolecule is thus obtained with Silicon inner grid and dopant outer structure.

Derartige Makromoleküle können zu einem größeren Makromole külverband zusammengesetzt werden, indem die Bindungskräfte der Silizium-Innengitter zwischen den einzelnen Makromolekü len eine Bindungstendenz schaffen, die in deren Vervollstän digung durch die als Abstandhalter fungierenden Dotier stoffaußenatome derart beeinträchtigt wird, daß bei stabiler Gitterstruktur keine unmittelbare galvanische Verbindung der Silizium-Innengitter hergestellt wird. Das heißt, die Sili zium-Innengitter sind voneinander durch die Dotierstoffatome (galvanisch) getrennt.Such macromolecules can become larger macromoles Külverband be composed by the binding forces the silicon inner lattice between the individual macromolecules len create a binding tendency, which in its completion the dopant acts as a spacer outer substance atoms is so impaired that when stable Lattice structure no direct galvanic connection of the Silicon inner grid is produced. That is, the sili Zium inner lattices are separated from each other by the dopant atoms (galvanically isolated.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so ge führt, daß das Einspritzen des Dotierstoffs spontan bzw. mit einer gegen Null gehenden Zeitdauer erfolgt, um möglichst je dem Siliziumatom gleichzeitig ein Dotierstoffatom zuzuführen.Advantageously, the method according to the invention is so ge leads that the injection of the dopant spontaneously or with a time period approaching zero, if possible depending on to supply a dopant atom to the silicon atom at the same time.

Ferner ist vorteilhafterweise in der Praxis so vorzugehen, daß das Abkühlen nach dem Einspritzen um ein vorbestimmten Zeitintervall verzögert erfolgt, um zu gewährleisten, daß sämtliche Dotierstoffmoleküle eine für eine Spontankristalli sation ideale Konfigurationsposition auf den beiden Umlauf bahnen angenommen haben.In practice, it is also advantageous to proceed in such a way that that the cooling after the injection by a predetermined Time interval is delayed to ensure that all dopant molecules one for a spontaneous crystal ideal configuration position on the two circulation have assumed paths.

Grundsätzlich eignet sich jede Art Dotierstoffatom für das vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeu gung eines p-dotierten Silizium-Makromoleküls. Im Fall, daß Aluminium als Dotierstoff verwendet wird, wird durch das er findungsgemäße Verfahren eine Dodekaederstruktur erzielt, wenn die Temperatur des monoatomaren Siliziumdampfs und die Rotationsfrequenz des externen Magnetfelds auf den in den An sprüchen 10 bis 15 genannten Größen eingestellt werden.In principle, any type of dopant atom is suitable for that The inventive method for generating explained above p-doped silicon macromolecule. In case that Aluminum is used as a dopant by which it method according to the invention achieves a dodecahedron structure, when the temperature of the monoatomic silicon vapor and the Rotation frequency of the external magnetic field on the in the An say 10 to 15 sizes can be set.

Eine bevorzugte Ausführungsform der in den Ansprüchen 16 bis 19 beanspruchten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 schematisch gezeigt.A preferred embodiment of the device for carrying out the method according to the invention claimed in claims 16 to 19 is shown schematically in FIG. 3.

Die Vorrichtung weist gemäß Fig. 3 eine Unterdruck-Nebelkam mer 1 auf, die beispielsweise quaderförmige Gestalt haben kann. Grundsätzlich kommt aber auch eine beliebige andere Ge stalt, wie etwa eine Kugelgestalt für die Unterdruck-Nebel kammer 1 in Betracht. Die Nebelkammer 1 ist bodenseitig be heizbar. Zu diesem Zweck ist an der Außenseite des Bodens der Nebelkammer 1 eine Heizeinrichtung 2 angeordnet, die in di rektem Kontakt mit diesem Boden steht. Grundsätzlich kann aber auch eine andere bekannte Heizmaßnahme für die Unter druck-Nebelkammer 1 vorgesehen sein.The device comprises according to Fig. 3 a vacuum Nebelkam mer 1 on, for example, rectangular shape may have. Basically, however, any other Ge comes into shape, such as a spherical shape for the vacuum mist chamber 1 . The fog chamber 1 can be heated at the bottom. For this purpose, a heating device 2 is arranged on the outside of the bottom of the cloud chamber 1 , which is in direct contact with this floor. Basically, however, another known heating measure for the vacuum fog chamber 1 can be provided.

Auf dem Boden der Nebelkammer 1, d. h. über der Heizeinrich tung 2 ist in der Unterdruck-Nebelkammer 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Siliziumkristall 3 ange ordnet, der durch Wärmezufuhr über den Boden der Kammer ver dampft werden soll.On the bottom of the cloud chamber 1 , ie above the Heizeinrich device 2 , a silicon crystal 3 is arranged in the vacuum cloud chamber 1 for performing the method according to the invention, which is to be evaporated ver by supplying heat through the bottom of the chamber.

Die Unterdruck-Nebelkammer 1 ist durch einen ringförmigen Elektromagneten 4 umschlossen, dessen nicht dargestellte Mit tenlängsachse mit der vertikalen Mittenlängsachse der Nebel kammer 1 zusammenfällt. Beispielsweise in der Oberseite der Unterdruck-Nebelkammer 1 ist ein Einlaß 5 mit einem nicht dargestellten Ventil vorgesehen, um Dotierstoffdampf in die Unterdruck-Nebelkammer 1 definiert einzuleiten. Ein weiterer Einlaß 6 dient zur Zufuhr von Kühlmittel in das Innere der Nebelkammer 1.The vacuum mist chamber 1 is enclosed by an annular electromagnet 4 , the longitudinal axis of which, not shown, coincides with the vertical central longitudinal axis of the mist chamber 1 . For example, an inlet 5 with a valve (not shown ) is provided in the upper side of the vacuum cloud chamber 1 in order to introduce dopant vapor into the vacuum cloud chamber 1 in a defined manner. Another inlet 6 serves to supply coolant to the interior of the cloud chamber 1 .

Mit Hilfe der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung läßt sich das vorstehend im einzelnen erläuterte Verfahren zur Herstellung eines p-dotierten Silizium-Makromoleküls mit mehrflächiger Struktur problemlos durchführen.With the aid of the device shown in FIG. 2, the method for producing a p-doped silicon macromolecule with a multi-surface structure that has been explained in detail above can be carried out without any problems.

Claims

1. P-doped silicon macromolecule with multiple surfaces Structure in which each silicon atom has a dopant atom is assigned molecularly, the dopant atom of respective molecules at the corners of an outer more is arranged flächners, and the silicon atom of each dwelling molecules at the corners of one to the outer majority flächner's side parallel inner polyhedron is arranged.

2. P-doped silicon macromolecule according to claim 1, because characterized in that it is a hexahedral Structure.

3. P-doped silicon macromolecule according to claim 1, because characterized in that it is a dodecahedron-shaped Structure.

4. A method for producing the p-doped silicon macromolecule according to one of claims 1 to 3, comprising the steps:

a) evaporating a silicon crystal in a closed environment to produce a mono-atomic silicon vapor,
b) generating a rotating magnetic field surrounding the monoatomic silicon vapor,
c) injecting at least one dopant into the monoatomic silicon vapor to produce a monomolecular silicon dopant vapor, and
d) cooling the monomolecular silicon dopant vapor to a temperature below the crystallization limit.

5. The method according to claim 6, characterized in that the injection (step c)) of the dopant vapor spontaneously or with a time period approaching zero is done to possibly each silicon atom at the same time to supply a dopant atom.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in net that the cooling after the injection by a before certain time interval is delayed to ge ensure that all dopant atoms are one for a spontaneous crystallization (step d)) ideal confi have assumed the guration position.

7. The method according to claim 4, 5 or 6, characterized records that heat is supplied to the monoatomic State of silicon vapor in steps a) to c) maintain.

8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized ge indicates that the magnetic field is an electro magnetic field.

9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized ge indicates that the dopant is aluminum.

10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized ge indicates that the temperature of the monoatomic sili Ziumdampfes is between 110 and 240 ° C.

11. The method according to claim 10, characterized in that the temperature of the monoatomic silicon vapor between between 175 and 190 ° C.

12. The method according to claim 10, characterized in that the temperature of the monoatomic silicon vapor Is 184 ° C.

13. The method according to any one of claims 4 to 12, characterized characterized in that the rotational frequency of the magneti between 500 Hz and 50 kHz.

14. The method according to claim 13, characterized in that the frequency of rotation of the magnetic field between 9 kHz and 16 kHz.

15. The method according to claim 13, characterized in that the frequency of rotation of the magnetic field approximately Is 12 kHz.

16. An apparatus for performing the method according to one of claims 4 to 15, characterized by a heatable vacuum fog chamber ( 1 ) for receiving a silicon crystal ( 3 ) with at least one dopant vapor inlet ( 5 ), and one of the fog chamber ( 1 ) around closing magnets ( 4 ) to generate a rotating magnetic field.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the magnet ( 4 ) has an annular shape.

18. The apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the magnet ( 4 ) is an electromagnet.

19. The apparatus of claim 16, 17 or 18, characterized by a further inlet ( 6 ) for coolant.

20. Use of the p-doped macromolecule according to claim 1, 2 or 3 as an electron deficient control element of a semiconductor.

21. Use according to claim 20, characterized in that that the p-doped silicon macromolecule as a barrier Layer crystal of an NP diode is used.

22. Use according to claim 20, characterized in that that the silicon macromolecule as a base barrier crystal of an NPN transistor is used.