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Vorrichtung zum Aufziehen von Kristallen aus einer Schmelze
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gestellt werden und ist vorzugsweise auf seiner dem Tiegel zugewendeten Seite geschwärzt, z. B. durch
Anbringen einer Russschicht.
Die waagrechten Abmessungen des Schirmes sind vorzugsweise wenigstens ebenso gross wie diejenigen der Oberseite des Tiegels, wodurch der zusätzliche Vorteil erhalten wird, dass der Schirm die Gefahr eines
Hineinfallens von Verunreinigungen in den, Tiegel reduziert.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, deren Figuren schematisch und teilweise im Schnitt Vorrichtungen zum Aufziehen von Kristallen zeigen. Fig. l zeigt eine Vorrichtung zum Auf- ziehen von Kristallen in einer Lage, bei der ein Keimkristall sich unmittelbar über einer Schmelze be- findet. Fig. 2 zeigt die gleiche Vorrichtung wie in Fig. 1 in einer Lage, bei der der Keimkristall in die Schmelze getaucht ist. Fig. 3 zeigt die gleiche Vorrichtung wie die Fig. 1 und 2 während des Aufziehens eines Kristalls aus der Schmelze.
Die in den Fig. 1-3 dargestellte Vorrichtung enthält einenSchmelztiegel 1 aus Graphit, der auf einer Stütze 2 aus Quarzglas aufliegt. Der Tiegel 1 ist von einer Hochfrequenzspule 3 umgeben, die durch einen nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator gespeist werden kann und durch die der Tiegel erhitzt werden kann, so dass sich eine Schmelze 4 aus dem Material des aufzuziehenden Kristalls bilden kann.
Weiter ist die Vorrichtung mit einem senkrecht beweglichen Träger 5 versehen. Dieser Träger besitzt einen stabförmigen Teil 6, der mittels eines über eine Rolle 8 laufenden Drahtes 9 mit Gegengewicht 10 mit einemAntriebsmotor 7 verbunden ist, so dass der Träger senkrecht bewegt werden kann. Die hier beschriebene Weise der senkrechten Verstellung des Halters ist für die Erfindung nicht wesentlich und kann auch auf andere Weise durchgeführt werden. Der Träger enthält weiter einen Kristallhalter 11, an dem ein Keimkristall 12 aus dem aufzuziehenden Kristallmaterial befestigt werden kann.
Am Träger 5 ist femer ein scheibenförmiger 3trahlungsschirm 13 angeordnet, der mittels einer Mutter 14 an demKristallhalter festgeklemmt ist, wodurch eine thermisch gut leitfähige Verbindung zwischen dem Schirm und dem Halter erhalten wird. Der Strahlungsschirm 13 besteht aus Graphit oder aus einem feuerfesten Metall, z. B. Molybdän, Wolfram, Tantal oder Platin, das wenigstens auf der Unterseite des Schirmes mit Russ bedeckt ist. In beiden Fällen absorbiert der Schirm die auf seiner Unterseite einfallende Wärmestrahlung gut.
InFig. 1 ist die Vorrichtung in einer Lage gezeichnet, bei der der Halter so weit gesenkt ist, dass der Keimkristall 12 sich unmittelbar über derschmelze 4 befindet. DerIzeimluistall 12 und der Keimkristallhalter 11 werden dabei wohl Wärmestrahlung von der Schmelze auffangen, aber durch die verhältnismässig
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sentlichem Masse zu erhitzen. Weil jedoch der Strahlungsschirm 13 sich auch verhältnismässig dicht dem Tiegel mit der Schmelze genähert hat, wird auch dieser Schirm Strahlungswärme von der Oberseite des Tiegels und der Schmelze auffangen. Infolge seiner grossen Oberfläche und seines hohen Absorptionsvermögens für Strahlung auf seine Unterseite wird der Schirm 13 eine viel grössere Wärmemenge auffangen können als der Keimkristallhalter 11 und der Keimkristall 12.
Infolge seines gut wärmeleitfähigen Kontaktes mit demKeimkristallhalter 11 wird der Schirm 13 diese grosse Menge Wärme einerseits dem Träger 5 zuführen können, so dass der Wärmeableitung vom Keimkristall zum Träger entgegengewirkt wird, und anderseits über den Keimkristallhalter dem Keimkristall zuführen können, wodurch die Temperatur des Keimkristalls 12 sich bedeutend besser an die Temperatur der Schmelze annähern kann als bei Abwesenheit des Schirmes 13.
Bei der darauffolgenden weiterenHerabsenkung des Halters 5, so weit, dass ein Teil des Keimkristalls 12 in die Schmelze 4 getaucht ist (s. Fig. 2), ist der Temperaturunterschied zwischen der Schmelze 4 und dem Keimkristall 12 schon derart verkleinert, dass bei dem plötzlich entstehenden thermisch-leitfähigen Kontakt zwischen der Schmelze 4 und dem Keimkristall 12 das Auftreten grosser thermischer Spannungen verhütet wird.
Nachdem der Halter 5 einige Minuten in der in Fig. 2 dargestellten Lage gelassen wurde, wobei das Unterende des Keimkristalls 12 abschmilzt, wird der Halter langsam, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm in der Minute hochgezogen, wobei an den Keimlristall ein stabförmiger Einkristall 15 anwächst (s. Fig. 3). Die beim Anwachsen gebildete Erstarrungswärme soll über den schon angewachsenen Teil des Kristalls 15, den Keimkristall12 und den Halter 11 abgeleitet werden.
DieseWärmeableitung wird je nach dem Anwachsen des Kristal ! s eine immer längere Strecke zurücklegen müssen. weil sich jedoch der Schirm 13 immer weiter vom Schmelztiegel 1 entfernt, fängt er immer wenigerwärmestrahlung von der Oberseite des Tiegels und der Schmelze 4 auf und kann gegebenenfalls durch Abstrahlung sogar Wärme an seine Umgebung abgeben, wodurch die Wärmezufuhr an den
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Halter 11 und den Keimkristall 12 abnehmen wird oder wodurch der Schirm sogar dem Keimkristallhalter Wärme entziehen kann.
In beiden Fällen fällt die Temperatur des Keimkristallhalters 11, so dass die Neigung einer allmählichen Abnahme des Temperaturgradienten im angewachsenen Kristall während des Aufziehens zufolge der Vergrösserung des Abstandes zwischen Keimkristallhalter und der Erstarrungsstelle ebenfalls durch Anwendung des Schirmes beseitigt wird. Das Vermögen des Schirmes, während des Aufziehens die Temperatur des Keimkristallhalters allmählich sinken zu lassen, insbesondere dadurch, dass er selbst Wärme abstrahlt, macht weiter eine Wahl der Bemessung des stabförmigen Teiles 6 des Trägers in bezug auf sein Vermögen, die Erstarrungswärme beim Anwachsen des Kristalls abzuleiten, weniger kritisch.
In der in den Fig. 1-3 dargestellten Vorrichtung ist der Schirm 13 gegen die Oberseite des Keimkristallhalters 11 angeordnet. Der Schirm kann jedoch auch auf andere Weise angeordnet und mit dem Halter 11 gut leitend verbunden sein. Der Schirm kann dabei z. B. mit dem Halter ein Ganzes bilden.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Vorrichtung zum Aufziehen von Kristallen, welche Vorrichtung einen Schmelztiegel und einen sich über diesem Tiegel befindenden, senkrecht beweglichen Träger mit einem Halter fflr einen Keim- kristall enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit einem den Träger umgebenden und thermisch mit dem Halter in gutem Kontakt stehenden Strahlungsschirm versehen ist.