**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze auf einem Impfkristall, enthaltend einen in einer abgedichteten Kammer befindlichen Tiegel mit der Schmelze, der mit einem Antrieb zu dessen Drehung kinematisch verbunden ist, einen wärmeisolierten Erhitzer, der den Tiegel umringt, sowie eine koaxial mit dem Tiegel angeordnete Stange, die den Impfkristallhalter trägt und mit einem Antrieb zu deren Drehung und Verlagerung in der senkrechten Richtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel (3) und dem Antrieb zu dessen Drehung einen in der abgedichteten Kammer (1) untergebrachten Tragring (9 bzw. 23) enthält, auf dem der Tiegel (3) zu deren gemeinsamer Drehung während des Ziehens des Einkristalls (37) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel (3) und dem Antrieb zu dessen Drehung ein in der abgedichteten Kammer (1) angeordnetes Zweistufengetriebe enthält, dessen Treibrad (14) der ersten Stufe auf der Ausgangswelle (15) eines anderen Getriebes starr sitzt, das zusammen mit seinem Antrieb ausserhalb der abgedichteten Kammer (1) liegt, und das Treibrad (16) der zweiten Stufe des Zweistufengetriebes mit dem Tragring (9) zusammenwirkt und den letzteren zur Drehung bringt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (9) einen Zahnkranz darstellt, der mit dem Treibrad (16) der zweiten Stufe des Zweistufengetriebes in Verzahnung kommt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel (3) und dem Antrieb zu dessen Drehung ein in der abgedichteten Kammer (1) befindliches Lager enthält, dessen unbeweglicher Ring (30) koaxial mit der Stange (6) des Halters (7) des Impfkristalls (8) im Boden (13) der Kammer (1) befestigt ist, sowie ein Getriebe aufweist, dessen Treibrad (27) auf der Ausgangswelle (28) des ausserhalb der Kammer (1) angeordneten Drehantriebs starr sitzt und der Antrieb in Form eines Zahnkranzes (31) ausgebildet ist, der auf dem beweglichen Ring (29) des Lagers sitzt sowie mit dem Tragring (23) verbunden ist und den letzteren zur Drehung bringt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (23) auf einem zylindrischen Untersatz (32) angeordnet ist, der mit seiner unteren Stirnfläche auf dem Zahnkranz (31) koaxial mit dem letzteren derart befestigt ist, dass der Erhitzer (4) mit der Wärmeisolation (5) durch diesen Untersatz (32) umringt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (23) auf dem zylindrischen Untersatz (32) mit der Möglichkeit einer Verschiebung in horizontaler Ebene relativ zur Achse der Stange (6) des Halters (7) des Impfkristalls (8) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (23) aus zwei konzentrischen dünnwandigen Reifen (33, 34) gebildet ist, die miteinander durch Speichen (35) verbunden sind, welche auf dem Umfang gleichmässig verteilt sind und tangential zum Innenreifen (33) verlaufen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Züchtung von Einkristallen aus der Schmelze, und zwar auf das Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze auf einem Impfkristall.
Besonders wirksam kann die vorliegende Erfindung zur Züchtung von orientierten Einkristallen mit grossem Durchmesser aus der Schmelze verwendet werden, z.B. von optischen und Szintillationseinkristallen (Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Kaliumbromid, Lithiumfluorid, Natriumjodid, Zäsiumjodid u.a.m.) sowie von Halbleitereinkristallen (Ger- manium, Silizium, Festlösungen der Zinn- und Bleitelluriden).
Die bekannten Vorrichtungen zum Ausziehen von Einkristallen aus der Schmelze auf einem Impfkristall gemäss dem Czochralsky-Verfahren enthalten eine dicht abgeschlossene Kammer mit wassergekühlten Wänden. Innerhalb der Kammer ist in deren unterem Teil ein Tiegel angeordnet, dessen Achse gewöhnlich mit der senkrechten Achse der Kammer übereinstimmt. Um den Tiegel herum ist ein wärmeisolierter Erhitzer angeordnet. Im oberen Teil der Kammer befindet sich eine senkrechte Stange, deren Achse mit der Tiegelachse übereinstimmt. Die Stange ist durch den Deckel der Kammer durchgeführt und abgedichtet und ist in Axialrichtung bewegbar. Die untere Stirnfläche der Stange trägt einen Halter für den Impfkristall, und die obere ist mit Mitteln zu deren Drehung und Axialbewegung verbunden.
Das Ziehen des Einkristalls wird auf folgende Weise durchgeführt.
Der Ausgangsstoff wird im Tiegel eingeschmolzen, und die drehbare Stange mit dem Impfkristall wird bis zu dessen Berührung mit der Schmelze abgesenkt. Nach dem teilweisen Abschmelzen der unteren Stirnfläche des Impfkristalls wird die Temperatur der Schmelze herabgesetzt, und zwar so, dass der Impfkristall weiter nicht abschmilzt. Dann wird die drehbare Stange mit dem Impfkristall langsam hochgezogen, wobei auf dem Impfkristall ein Einkristall wächst, dessen Durchmesser durch die entsprechende Regelung der Schmelzetemperatur vorgegeben wird.
Zur Erzeugung von Einkristallen mit vorgegebenen Eigenschaften und einer vollkommenen Kristallstruktur ist eine Reihe wichtiger Voraussetzungen notwendig, und zwar die Gewährleistung der Stabilität und der axialen Symmetrie des Wärmefeldes in dem wachsenden Einkristall und in der umgebenden Schmelze, die Einhaltung der vorgegebenen Form der Kristallisationsfront, das intensive Umrühren der Schmelze zwecks Umspülen der Kristallisationsfront durch diese sowie die Gewährleistung einer stabilen Wachstumsgeschwindigkeit und eines stabilen Durchmessers des wachsenden Einkristalls.
Obwohl die genannten Vorrichtungen zum Ausziehen von Einkristallen nach dem Czochralsky-Verfahren im Vergleich zu den anderen bekannten Vorrichtungen zur Züchtung von Einkristallen aus der Schmelze es gestatten, Einkristalle höherer Qualität (eine vollkommenere Struktur, genaue kristallographische Orientierung, eine gleichmässigere Verteilung der Dotierung) zu erzeugen, weisen sie solche Nachteile wie Unbeständigkeit der axialen Symmetrie des Wärmefeldes der den Tiegel füllenden Schmelze sowie beschränkte Möglichkeiten der Umrührung der Schmelze durch den rotierenden wachsenden Einkristall auf. Infolge der Asymmetrie des Wärmefeldes im Tiegel kann die Kristallisation der Schmelze auf dessen Wänden hervorgerufen werden; dadurch wird der Badspiegel und folglich der Durchmesser des in diesem Tiegel zu züchtenden Einkristalls verringert.
Ausserdem führt die Asymmetrie des Wärmefeldes der Schmelze zu unerwünschten periodischen Schwankungen der Wachstumsgeschwindigkeit des Einkristalls, die mit dessen Drehperiode teilbar sind. Durch eventuelle Abweichungen des Schwerpunktes des wachsenden Einkristalls von dessen Drehachse kann die Drehgeschwindigkeit der Stange des Impfkristallhalters nicht beliebig gross gewählt werden, wodurch die Möglichkeit der Umrührung der Schmelze durch den rotierenden wachsenden Einkristall ebenfalls eingeschränkt wird.
Bekannt ist ebenfalls eine Vorrichtung (US-Patentschrift
Nr. 3 865 554) enthaltend eine in der dicht abgeschlossenen Kammer koaxial angeordnete drehbare Stange des Impfkristallhalters sowie einen in derselben koaxial untergebrachten Tiegel, der auf einem Untersatz aufgebaut ist, welcher mit einer senkrechten Stange starr verbunden ist, die unter Abdichtung durch den Boden der Kammer auf deren Achse durchgeführt und mit einem unter dem Kammerboden angebrachten Mittel zu deren Drehung verbunden ist. Um den Tiegel und den Untersatz herum ist ein wärmeisolierter Erhitzer angeordnet.
Das Ziehen des Einkristalls wird in diesen Vorrichtungen unter gleichzeitiger Drehung der Stange mit dem Impfkri stallhalter sowie des Tiegels mit der Schmelze durchgeführt, wobei diese in entgegengesetzten Richtungen relativ zueinander gedreht werden können.
In derartigen Vorrichtungen wird die Achsensymmetrie des Wärmefeldes der Schmelze im Tiegel und die intensive Umrührung der Schmelze durch den wachsenden Einkristall gewährleistet.
Infolge einer intensiven Wärmeabfuhr über die Stange ist jedoch die Temperatur im mittigen Teil des Tiegelbodens immer geringer als auf dem Umfang. Das kann zur Störkri stallisation a auf dem Tiegelboden, d.h. zur Abweichung von den normalen Verhältnissen beim Ausziehen des Einkristalls und insbesondere zur Ausscheidung von Gasbläschen auf dem Tiegelboden führen, die durch die Schmelzmasse an die Kristallisationsfront emporsteigen und dann in den Einkristall einwachsen . Dieser Nachteil kommt besonders stark beim Ziehen von grossen Einkristallen zum Ausdruck, weil bei deren grosser Masse der Stangendurchmesser genügend gross sein soll, um eine stabile Drehung des Tiegels mit der Schmelze zu gewährleisten.
Ausserdem wird die Tiegelbodenfläche durch den Tiegeluntersatz vom Erhitzer abgeschirmt. Dadurch wird die Möglichkeit eingeschränkt, in der Schmelze am Tiegelboden das vorgegebene Wärmefeld zu erzeugen.
Im grossen und ganzen werden durch die genannten Nachteile die Möglichkeiten zur Steuerung der Form der Kristallisationsfront begrenzt, und zwar ist in den genannten Vorrichtungen die Schaffung einer flachen Kristallisationsfront unmöglich, die praktisch für die Erzeugung von vollkommenen Einkristallen erforderlich ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtung ist die Verschmutzung der Schmelze durch das Material des Tiegels infolge der unumgänglichen Überhitzung der Schmelze, was durch die Verbindung zwischen dem Tiegel und der wärmeabführenden Stange bedingt ist.
Ausserdem weisen die genannten Vorrichtungen eine geringe Zuverlässigkeit auf, da der obere Teil der Stange des Tiegel untersatzes und der Untersatz selbst in unmittelbarer Nähe vom Erhitzer liegen, wodurch deren intensive Korrosion und Verzug hervorgerufen werden und letzten Endes die Vorrichtung ausser Betrieb gesetzt wird.
Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, eine Vorrichtung zum Ziehen des Einkristalls aus der Schmelze auf einem Impfkristall mit einer derartigen Konstruktion der Befestigung des Tiegels sowie des Antriebs zu dessen Drehung während des Ziehens des Einkristalls zu schaffen, welche bei der Symmetrie des Wärmefeldes hinsichtlich dessen Achse eine unbehinderte Wärmezufuhr vom Erhitzer zur gesamten Tiegelfläche ohne Überhitzung der Tiegelwände gewährleistet und den Temperaturabfall vom Umfang zur Mitte des Tiegelbodens verhindert sowie die Bildung eines beliebig vorgegebenen Wärmefeldes in der Schmelze ermöglicht und die unerwünschte Auflösung des Tiegelmaterials in der Schmelze ausschliesst.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Schaffung einer Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze auf einem Impfkristall gelöst, enthaltend einen in einer abgedichteten Kammer befindlichen Tiegel, der die Schmelze enthält und mit einem Antrieb zu dessen Drehung kinematisch verbunden ist, einen den Tiegel umgebenden wärmeisolierten Erhitzer sowie eine koaxial mit dem Tiegel angeordnete Stange, die den Impfkristallhalter trägt und mit einem Antrieb zu deren Drehung und Verlagerung in der senkrechten Richtung verbunden ist, bei welcher Vorrichtung erfindungsgemäss die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel und dem Antrieb zu dessen Drehung einen in der abgedichteten Kammer untergebrachten Tragring enthält, auf dem der Tiegel zu deren gemeinsamer Drehung während des Ziehens des Einkristalls angeordnet ist.
Durch die Befestigung des Tiegels auf dem rotierenden Tragring wird dieser durch keine Konstruktionselemente vom Erhitzer abgeschirmt sowie die unbehinderte Wärmezufuhr an die gesamte Fläche des Tiegels und die Bildung eines beliebig vorgegebenen Wärmefeldes in der in demselben enthaltenen Schmelze unter Gewährleistung seiner Achsensymmetrie ermöglicht. Auf diese Weise gestattet die vorliegende Erfindung, die Form der Kristallisationsfront unter intensiver Umrührung der Schmelze wirksam zu steuern, d.h. die Züchtung von Einkristallen in einem weiten Bereich der Fertigungsverhältnisse durchzuführen. Ausserdem wird durch die Befestigung des Tiegels auf dem rotierenden Tragring die Verschmutzung der Schmelze durch das Tiegelmaterial verhindert.
Gleichzeitig gestattet die vorliegende Erfindung, die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung durch die Verhinderung der Störkristallisation der Schmelze auf dem Tiegelboden wesentlich zu erhöhen.
Vorzugsweise enthält die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel und dem Antrieb zu dessen Drehung ein in der abgedichteten Kammer untergebrachtes Zweistufengetriebe, dessen Treibrad der ersten Stufe auf der Ausgangswelle eines anderen Getriebes starr sitzt, das zusammen mit seinem Antrieb ausserhalb der Kammer angeordnet ist, und das Triebrad der zweiten Stufe des Zweistufengetriebes wirkt mit dem Tragring zusammen und bringt den letzteren zur Drehung.
Das gestattet, die Konstruktion der Vorrichtung zu vereinfachen und diese in den bekannten Anlagen zum Ziehen von Einkristallen nach dem Czochralsky-Verfahren einzusetzen, welche eine senkrechte Stange aufweisen, die unter Abdichtung durch den Boden der Kammer auf deren Achse durchgeführt ist, sowie die Verschmutzung der Schmelze durch das Tiegelmaterial zu verhindern.
Zweckmässig wird der Tragring in Form eines Zahnkranzes ausgebildet. Dadurch wird die Konstruktion der Vorrichtung vereinfacht und deren Betriebszuverlässigkeit vergrössert.
Zweckmässig enthält die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel und dem Antrieb zu dessen Drehung ein die Wärmeisolation umgreifendes Lager, dessen unbeweglicher Ring koaxial mit der Stange des Impfkristallhalters im Kammerboden befestigt ist, sowie ein Getriebe, dessen Treibrad auf der Ausgangswelle des ausserhalb der Kammer gelagerten Drehantriebs starr sitzt, wobei das Lager in der abgedichteten Kammer untergebracht ist, und der Antrieb ist in Form eines Zahnkranzes ausgebildet, der auf dem beweglichen Lagerring sitzt sowie mit dem Tragring verbunden ist und den letzteren zur Drehung bringt.
Dadurch wird die Drehachse des Tiegels mit der Drehachse des wachsenden Einkristalls in Übereinstimmung gebracht sowie das Ausziehen des Einkristalls mit einem Durchmesser ermöglicht, der dem Tiegeldurchmesser nahezu gleich ist.
Fertigungstechnisch ist günstig, den Tragring auf einem zylindrischen Untersatz anzuordnen, der mit seiner unteren Stirnfläche auf dem Zahnkranz koaxial mit diesem derart befestigt ist, dass der wärmeisolierte Erhitzer durch diesen Untersatz umringt ist.
Dadurch wird die Achsensymmetrie des Wärmefeldes in der Kammer gewährleistet, und durch die Anordnung des Getriebes und des Lagers in der vom Erhitzer beabstandeten Zone der Kammer, nämlich in der Nähe der abgekühlten Wände, wird die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht.
Günstigerweise wird der Tragring auf dem zylindrischen Untersatz mit der Möglichkeit einer Verschiebung in horizontaler Ebene relativ zur Achse der Stange des Impfkristallhalters angeordnet. Das gestattet es, die Tiegelachse mit der Drehachse nicht nur vor dem Inbetriebsetzen der Vorrichtung, sondern auch bei Notwendigkeit unmittelbar während der Züchtung des Einkristalls leicht in Übereinstimmung zu bringen.
Vorzugsweise ist der Tragring aus zwei konzentrischen dünnwandigen Reifen gebildet, die miteinander durch Speichen verbunden sind, welche auf dem Umfang gleichmässig verteilt sind und tangential zum Innenreifen verlaufen.
Dadurch wird der Verzug des Tragrings infolge des radialen Temperaturgradienten verhindert, da die Wärmeverformungen nur die Drehversetzung des Innenreifens und des Aussenreifens relativ zueinander ohne Abweichung von der Ebenheit hervorrufen. Ausserdem wird bei dieser Konstruktion des Tragringes die radiale Wärmeabfuhr von dem auf diesem befestigten Tiegel minimal gehalten, wodurch die Bildung des erforderlichen Wärmefeldes in der Schmelze erleichtert wird.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt: Fig. 1: in schematischer Darstellung die Gesamtansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Ausziehen des Einkristalls aus der Schmelze auf einem Impfkristall, im Längsschnitt; Fig. 2: dito, mit einer anderen Ausführung des erfindungsgemässen Tiegeldrehantriebs, im Längsschnitt; Fig. 3: einen Tragring, in Draufsicht.
Als Schmelze, aus der der Einkristall bezogen wird, wird gegebenenfalls das Halbleitersilizium bzw. eine feste Lösung von Blei- und Zinntelluriden verwendet. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer abgedichteten Kammer 1 mit einem Deckel 2. Die genannte Kammer enthält einen Tiegel 3, der mit einem Antrieb zu dessen Drehung kinematisch verbunden ist, sowie einen Erhitzer 4 mit der Wärmeisolation 5, die den Tiegel 3 umringt.
Die Wärmeisolation stellt einen Graphitblock dar, der aus fünf zylindrischen Schirmen 5a, einem Oberschirm 5b und einem Unterschirm 5c besteht, der auf dem Kammerboden angeordnet ist. Die ersten zwei am Erhitzer befindlichen zylindrischen Schirme weisen eine Nut zur Unterbringung von Elementen des kinematischen Getriebes in diesen auf.
Die gesamte Wärmeisolation ist auf dem Unterschirm angeordnet.
In der Kammer list koaxial mit dem Tiegel 3 eine Stange 6 angeordnet, die unter Abdichtung durch den Deckel 2 in die Kammer 1 eingeführt ist und einen Halter 7 für den Impfkristall 8 trägt. Die Stange 6 ist mit einem Antrieb (in Fig. nicht gezeigt) zu deren Drehung und Verlagerung in der senkrechten Richtung verbunden.
Als Material für den Tiegel 3 werden in diesem Fall Quarz, Bornitrid, Siliziumnitrid u.ä. verwendet.
Als Material für den Halter 7 des Impfkristalls 8 wird Graphit verwendet.
Erfindungsgemäss enthält die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel 3 und dem Antrieb zu dessen Drehung einen Tragring 9, auf dem der Tiegel 3 zu deren gemeinsamer Drehung während des Ziehens des Einkristalls aufgehängt ist.
Der Tiegel 3 ist auf dem Tragring 9 mittels eines Halters 10 befestigt, der die Form des Tiegels 3 wiederholt und im oberen Teil mit Bunden 11 versehen ist, mit denen der Halter 10 gegen den Tragring 9 abgestützt ist.
Der Erhitzer 4 ist an Stromleitern 12 befestigt, die unter Abdichtung in die Kammer 1 durch deren Boden 13 eingeführt und in diesem befestigt sind.
Die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel 3 und dem Antrieb zu dessen Drehung enthält ein in der abgedichteten Kammer 1 untergebrachtes Zweistufengetriebe, dessen Treibrad 14 der ersten Stufe auf der Ausgangswelle 15 eines anderen Getriebes (nicht gezeigt) starr sitzt, das mit seinem Antrieb (nicht gezeigt) ausserhalb der abgedichteten Kammer 1 angeordnet ist.
Das Treibrad 14 wirkt mit dem Treibrad 16 der zweiten Stufe des Zweistufengetriebes über ein Zwischenrad 17 und das Antriebrad 18 zusammen. Seinerseits wirkt das Treibrad 16 mit dem Tragring 9 zusammen, wobei dieser zur Drehung gebracht wird. Dabei stellt der Tragring 9 einen Zahnkranz dar, in dem in der oberen und der unteren Fläche Ringnuten 19 und 20 entsprechend eingearbeitet sind.
Die Nut 19 ist zur Aufnahme der Bunde 11 des Halters 10 des Tiegels 3 in derselben vorgesehen.
Die Kammer 1 ist mit einem zylindrischen Untersatz 21 versehen, der zur Aufnahme des Tragringes 9 dient. Der Untersatz 21 ist mit seiner unteren Fläche in der Ringaussparung 22 starr befestigt, die im Unterschirm 5c ausgebildet ist, und die obere Stirnfläche greift in die Ringnut 20 des Tragringes 9 ein. Dabei ist der Tragring 9 auf dem Untersatz 21 mit der Möglichkeit einer Gleitbewegung über dessen obere Stirnfläche angeordnet.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zum Ausziehen von Alkalihalogen-Einkristallen, z.B. von Kaliumchlorid-Einkristallen, aus der Schmelze auf einem Impfkristall 8 dargestellt. Die Vorrichtung besteht ähnlich wie oben beschrieben aus einer abgedichteten Kammer 1 mit einem Deckel 2. Die genannte abgedichtete Kammer 1 enthält einen Tiegel 3, der mit einem Antrieb zu dessen Drehung kinematisch verbunden ist, einen Erhitzer 4 mit der Wärmeisolation 5, die den Tiegel 3 umfasst, sowie eine koaxial mit dem Tiegel 3 angeordnete Stange 6 des Halters 7 des Impfkristalls 8.
Erfindungsgemäss weist die Verbindungskette zwischen dem Tiegel 3 und dem Antrieb zu dessen Drehung einen Tragring 23 auf, der in der Kammer 1 angeordnet ist und zur Aufnahme des Tiegels 3 zwecks deren gemeinsamer Drehung während des Ziehens des Einkristalls dient.
Der Tiegel 3 ist am Tragring 23 mittels der im oberen Teil des Tiegels 3 vorgesehenen Haken 24 befestigt. Auf der Höhe des Tragringes 23 ist durch die Seitenwand 25 der Kammer 1 eine Stosstange 26 unter Abdichtung durchgeführt, welche zur Justierung der Stellung des Tiegels 3 in der Kammer 1 vorgesehen ist.
Die kinematische Verbindungskette zwischen dem Tiegel 3 und dem Antrieb zu dessen Drehung enthält neben dem Tragring 23 ebenfalls ein in der abgedichteten Kammer untergebrachtes Lager sowie ein Getriebe, dessen Treibrad 27 auf der in die Kammer 1 durch deren Boden 13 unter Abdichtung eingeführten Ausgangswelle 28 eines Drehantriebs (in Fig.
nicht gezeigt) starr sitzt, der ausserhalb der abgedichteten Kammer 1 liegt.
Das Lager weist einen beweglichen Ring 29 und einen unbeweglichen Ring 30 auf, der im Boden 13 der Kammer 1 koaxial mit der Stange 6 des Halters 7 des Impfkristalls 8 befestigt ist. Der Antrieb des Getriebes ist in Form eines Zahnkranzes 31 ausgebildet, der auf dem beweglichen Ring 29 des Lagers sitzt und mit dem Tragring 23 verbunden ist, um diesen zusammen mit dem Tiegel 3 zur Drehung zu bringen.
Der Tragring 23 ist auf einem zylindrischen Untersatz 32 angeordnet, der seinerseits mit der unteren Stirnfläche auf dem Zahnkranz 31 koaxial mit dem letzteren derart befestigt ist, dass der Erhitzer 4 mit der Wärmeisolation 5 durch diesen umringt ist.
Der Tragring 23 ist auf dem zylindrischen Untersatz 32 mit der Möglichkeit einer Verschiebung in horizontaler Ebene relativ zur Achse der Stange 6 des Halters 7 des Impfkristalls 8 angeordnet und aus zwei konzentrischen dünnwandigen Reifen - einem Innenreifen 33 (Fig. 3) und einem Aussenreifen 34 - gebildet, die durch Speichen 35 verbunden sind, welche auf dem Umfang gleichmässig verteilt sind und tangential relativ zum Innenreifen 33 verlaufen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Ausziehen des Einkristalls, die in Fig. 1 dargestellt ist, funktioniert auffol- gende Weise. Zu Beginn des Ziehvorgangs wird der Halter 10 des Tiegels 3 auf dem Tragring 9 angeordnet und in denselben der Tiegel 3 mit dem Ausgangsstoff eingesetzt, wonach der Tiegeldrehantrieb eingeschaltet wird. Dabei wird die Drehung von der Ausgangswelle 15 des aussen gelagerten Getriebes über das Treibrad 16 der zweiten Getriebestufe und das angetriebene Zwischenrad 18 sowie das Treibrad 14 der ersten Stufe auf den Tiegel 3 übertragen. Im Halter 7 wird der Impfkristall 8 befestigt und der Drehantrieb der Stange 6 eingeschaltet. Dann wird in der Kammer 1 das nötige Arbeitsmedium, d.h. Vakuum bzw. Gegendruck eines Neutralgases, erzeugt, der Erhitzer 4 eingeschaltet und der Ausgangsstoff eingeschmolzen.
Nach dem Eintauchen in die Schmelze 36 wird der Impfkristall 8 abgeschmolzen und durch das Einschalten des Antriebs zur senkrechten Verstellung der Stange 6 des Halters 7 des Impfkristalls 8 langsam hochgezogen.
Durch die entsprechende Einstellung der Temperatur des Erhitzers und der Ausziehgeschwindigkeit wird der Einkristall 37 mit einem vorgegebenen Durchmesser gezüchtet.
Die Betriebszuverlässigkeit des in der abgedichteten Kammer 1 untergebrachten kinematischen Teils der Vorrichtung bei Arbeitstemperaturen wird durch dessen Ausbildung aus einem mechanisch festen hitzebeständigen Werkstoff, und zwar aus Graphit mit Halbleiterreinheit, erzielt. Durch die Ausbildung der Wärmeisolation und des Zweistufengetriebes aus Graphit wird eine hohe Sterilität des-Kristallisa- tionsprozesses erreicht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung, die in Fig. 2, 3 dargestellt ist, funktioniert auf folgende Weise. Vor dem Beginn des Betriebs wird der Tiegel 3 auf dem Tragring 23 angeordnet, mit dem Ausgangsstoff, z.B. Kaliumchlorid, beschickt und der Drehantrieb des Tiegels 3 eingeschaltet.
Dabei wird das Drehmoment von der Ausgangswelle 28 über das Treibrad 27, den Zahnkranz 31, den zylindrischen Untersatz 32 und den Tragring 23 auf den Tiegel 3 übertragen.
Dann wird der Tiegel 3 zusammen mit dem Tragring 23 mittels der Stosstange 26 derart zentriert, dass die Achse des Tiegels 3 mit dessen Drehachse und der Achse der Stange 6 des Halters 7 des Impfkristalls 8 in Übereinstimmung kommt. Im Halter 7 wird der Impfkristall 8 befestigt und der Drehantrieb der Stange 6 eingeschaltet. Dann wird der Erhitzer 4 eingeschaltet und der Ausgangsstoff eingeschmolzen. Der Impfkristall 8 wird bis zur Berührung mit der Schmelze 36 langsam abgesenkt. Nach dem teilweisen Abschmelzen des Impfkristalls 8 und der Einstellung des Gleichgewichts zwischen diesem und der Schmelze 36, wobei sowohl das Schmelzen als auch die Kristallisation auf dem Impfkristall 8 fehlen, wird der Antrieb der senkrechten Verstellung (des Hubs) der Stange 6 des Halters 7 des Impfkristalls 8 eingeschaltet.
Bei der weiteren entsprechenden Regulierung der Ausziehgeschwindigkeit und der Temperatur des Erhitzers wächst auf dem Impfkristall 8 der Einkristall 37 mit erforderlichem Durchmesser.
Wie aus der oben angeführten detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung ersichtlich ist, gestattet die vorliegende Erfindung es, die Überhitzung der Schmelze zu verhindern und dadurch die Verschmutzung der Schmelze durch das Material des Tiegels (z.B. beim Ziehen von Silizium-Einkristallen bzw. von Einkristallen der Zinn- und Bleitelluriden aus dem Quarztiegel) auszuschliessen. Ausserdem ermöglicht die vorliegende Erfindung, eine beliebig vorgegebene Verteilung der spezifischen Leistung der Beheizung der gesamten Tiegelfläche zu gewährleisten und dadurch das erforderliche Temperaturfeld in der Schmelze zu erhalten.
Neben der Möglichkeit der Drehung des Tiegels mit einer beliebigen erforderlichen Geschwindigkeit in der der Drehrichtung des wachsenden Einkristalls entgegengesetzten Richtung wird dadurch möglich, die Form der Kristallisationsfront und die Intensität der Umrührung der Schmelze wirksam zu steuern.
Im ganzen gestattet die vorliegende Erfindung es, die Qualität der zu züchtenden Einkristalle wesentlich zu verbessern.