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Eine Vorrichtung zum Zonenschmelzen, insbesondere zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen
Körpers, weist in der Regel ein gasdichtes Gefäss auf, in dem Halterungen für den kristallinen Körper und eine
Heizeinrichtung zum Beheizen der Schmelzzone angeordnet sind. Das Gefäss ist entweder evakuiert oder mit einem Schutzgas, z. B. mit Edelgasen oder einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff, gefüllt. Die
Heizeinrichtung wird mit elektrischem Strom gespeist und weist daher eine aus mindestens zwei Teilleitern bestehende Stromzuführung auf, die durch eine Durchführung in der Gefässwand nach aussen geleitet ist. Die
Stromzuführung kann z. B. ein Koaxialleiter sein, bei dem der Zwischenraum zwischen den beiden rohrförmigen
Teilleitern mit einem Isolierstoff ausgefüllt ist.
Eine solche Stromzuführung wird in der deutschen Patentschrift Nr. 1076623 beschrieben ; die Zwischenlage aus Isolierstoff, z. B. mit Paraffin vergossenes bandförmiges Polytetrafluoräthylen oder Araldit, hat sich beim Zonenschmelzen von nicht zu dicken Halbleiterstäben als praktisch gasdicht erwiesen.
Beim Zonenschmelzen z. B. relativ dicker Halbleiterstäbe, wozu eine relativ hohe Leistung erforderlich ist und wo daher auch eine relativ hohe Verlustleistung in der Stromzuführung auftritt, wurden jedoch trotz sorgfältiger Abdichtung der Schmelzkammer immer wieder unerwünschte Oxydüberzüge an den behandelten
Halbleiterstäben beobachtet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ursache hiefür feine Leckstellen sind, die sich während des Betriebes zwischen der Zwischenlage aus Isolierstoff und der Oberfläche der Teilleiter der
Stromzuführung bilden, da der Isolierstoff dort infolge der Wärmedehnungen und-schrumpfungen von den Teilleitern zumindest teilweise abreisst. Durch diese Leckstellen kann Aussenatmosphäre in die Schmelzkammer eindringen und die Oxydüberzüge hervorrufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und die Stromzuführung, wie sie in der deutschen Patentschrift Nr. 1076623 beschrieben ist, zu verbessern. Sie betrifft demgemäss eine Vorrichtung zum Zonenschmelzen eines kristallinen Körpers, insbesondere eines Stabes aus Halbleitermaterial, mit einem gasdichten Gefäss, in dem eine mit elektrischem Strom gespeiste Heizeinrichtung, insbesondere eine Induktionsheizspule, zum Beheizen der Schmelzzone angeordnet ist, und mit einer aus mindestens zwei durch eine Zwischenlage aus Isolierstoff voneinander isolierten Teilleitern, deren Oberflächen eine gasdichte Haftverbindung mit dieser Isolierstoffzwischenlage bilden, bestehenden,
durch eine Durchführung in der Gefässwand in das Gefäss geführten Stromzuführung für die Heizeinrichtung und bei der zwischen der Gefässwand und der an die Oberfläche der Teilleiter grenzende Isolierstoffzwischenlage ebenfalls eine gasdichte Haftverbindung entsteht. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der aus kaltvulkanisiertem Silikonkautschuk bestehende Isolierstoff der Isolation zwischen den einzelnen Teilleitern und der Isolation der Durchführung zwischen den Teilleitern und der Gefässwand eine Shore-Härte im Bereich von 10 bis 100 und eine Dehnbarkeit von mindestens 20% hat und dass die Oberfläche der Teilleiter bzw. die Gefässwand an der Haftstelle mit dem Silikonkautschuk einen Überzug aus einem Silikonharz aufweist, an dem der Silikonkautschuk haftet.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Durchführung in der Wand eines Gefässes zum Zonenschmelzen eines Halbleiterstabes mit einer aus zwei koaxial zueinander angeordneten Leiterrohren bestehenden Stromzuführung und Fig. 2 zeigt eine Durchführung in der Wand eines Gefässes zum Zonenschmelzen mit einer aus zwei drahtförmigen Teilleitern bestehenden Stromzuführung.
In Fig.1 stellt 21 einen Ausschnitt aus der Wand des Gefässes einer Vorrichtung zum Zonenschmelzen eines kristallinen Körpers dar. In dieser Wand befindet sich eine Durchführung --21a--.
Innerhalb der Durchführung --21a-- ist eine aus zwei koaxial zueinander angeordneten Leiterrohren--26 und 27--aus Kupfer bestehende Stromzuführung angeordnet. Am oberen Ende--A-der Leiterrohre ist eine nicht dargestellte Stromquelle, beispielsweise ein Hochfrequenzgenerator, angeschlossen, während das untere Ende--B--innerhalb des Gefässes mit einer Heizeinrichtung zum Beheizen der Schmelzzone, beispielsweise mit einer nicht dargestellten Induktionsheizspule, verbunden ist.
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kaltvulkanisiertem30--auf der Innenfläche des äusseren Leiterrohres--26--und einen Silikonharzüberzug-31--auf der äusseren Flache des inneren Leiterrohres--27--gewährleistet.
Das innere Leiterrohr--27-kann auch auf seiner Innenfläche einen Silikonharzüberzug--32-- aufweisen und mittels eines Pfropfens--29--aus kaltvulkanisiertem Silikonkautschuk gasdicht verschlossen sein.
Geeignet als kaltvulkanisierender Silikonkautschuk--24, 28, 29--sind z. B. die Silikonkautschuke der Firma Wacker mit der Handelsbezeichnung "Si-Gel" und "Vergussmasse K".Die Silikonharzüberzüge --30 bis 32--auf der Oberfläche der Leiterrohre--26 und 27--können aus dem Silikonharz der Firma Wacker mit der Handelsbezeichnung"G 718"bestehen.
Kaltvulkanisierter Silikonkautschuk hat eine Shore-Härte im Bereich von 10 bis 100 und eine Dehnbarkeit
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von mindestens 20%. Die Shore-Härte beträgt vorzugsweise etwa 50 und die Dehnbarkeit etwa 100%. Kaltvulkanisierter Silikonkautschuk kann sich daher bei Temperaturwechseln leicht dehnen, ohne dass er von den
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Römpp"Chemie Lexikon"6. Auflage, Frankhsche Verlagshandlung Stuttgart, S. 5874).
Ein weiterer Vorteil einer Isolierstoffzwischenlage aus kaltvulkanisiertem Silikonkautschuk ist darin zu sehen, dass ihr dielektrischer Verlustfaktor kleiner als 10-'ist und ihre Durchschlagsfestigkeit zwischen 30 und 40 kV/mm liegt, so dass diese Zwischenlage auch ausgezeichnet für eine Stromzuführung geeignet ist, über die eine Hochfrequenzinduktionsheizspule mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die Durchführung --21a-- ist ebenfalls mit kaltvulkanisiertem Silikonkautschuk --24-- ausgefüllt. Die Oberfläche der Gefässwandung-21-und des äusseren Leiterrohres-26-sind innerhalb der Durchführung --21a-- mit Silikonharzüberzügen --23 und 25-- versehen, an denen der Silikonkautschuk --24-- fest haftet, so dass die Durchführung --21a-- gasdicht verschlossen ist.
Die aus den Koaxialrohren--26 und 27--bestehende Stromzuführung kann in der Durchführung - -21a-- nach Fig. 1 auch in axialer Richtung verschiebbar angeordnet sein. Zur Abdichtung ist dann an Stelle
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angeordneten Leiterrohre, genauso wie in Fig. 1 dargestellt, durch eine Zwischenlage aus kaltvulkanisiertem Silikonkautschuk voneinander isoliert sein und das innere Leiterrohr mit einem Pfropfen aus kaltvulkanisiertem
Silikonkautschuk gasdicht verschlossen sein.
Mit Vorteil ist die Erfindung auch auf eine Durchführung in der Wand eines Gefässes zum Zonenschmelzen anwendbar, in der eine aus zwei drahtförmigen Teilleitern bestehende Stromzuführung angeordnet ist. In Fig. 2 ist eine derartige Durchführung-lla-in einem Ausschnitt--11--aus der Wand eines gasdichten Gefässes einer Vorrichtung zum Zonenschmelzen eines kristallinen Körpers dargestellt. Die beiden Teilleiter der
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Das Anbringen der Stromzuführungen nach den Fig. 1 und 2 in den Durchführungen der Gefässwandung gestaltet sich bei Verwendung von kaltvulkanisiertem Silikonkautschuk besonders einfach, da nach dem Anbringen der Silikonharzüberzüge auf den Teilleitern der Stromzuführung und auf der Gefässwand innerhalb der
Durchführung sowohl die Durchführungen als auch die Innenräume der Leiterrohre--26 und 27-- in Fig. l
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B.PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Zonenschmelzen eines kristallinen Körpers, insbesondere eines Stabes aus Halbleitermaterial, mit einem gasdichten Gefäss, in dem eine mit elektrischem Strom gespeiste Heizeinrichtung, insbesondere eine Induktionsheizspule, zum Beheizen der Schmelzzone angeordnet ist, mit einer aus mindestens zwei durch eine Zwischenlage aus Isolierstoff voneinander isolierten Teilleitern, deren Oberflächen eine gasdichte Haftverbindung mit dieser Isolierstoffzwischenlage bilden, bestehenden, durch eine Durchführung in der Gefässwand in das Gefäss geführten Stromzuführung für die Heizeinrichtung und bei der zwischen der Gefässwand
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