CS220628B1 - Induktor pro přípravu polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem - Google Patents

Abstract

Vynález ise týká jednozávitového plošného induktoru pro přípravu (polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem v souosém vertikálním usípořádání. Induktor je vedle hlavních přívodů od koaxiálního vedení opatřen dodatečnými přívody pro vedení vysokofrekvenčních proudů a chladicí kapaliny, kterými je možné vytvářet rotační asymetrii pole v oblasti horního rozhraní fází a tím ovlivňovat proces odtavování tyčí výchozího materiálu.

Description

Vynález ise týká jednozávitového plošného induktoru pro přípravu (polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem v souosém vertikálním usípořádání.

Induktor je vedle hlavních přívodů od koaxiálního vedení opatřen dodatečnými přívody pro vedení vysokofrekvenčních proudů a chladicí kapaliny, kterými je možné vytvářet rotační asymetrii pole v oblasti horního rozhraní fází a tím ovlivňovat proces odtavování tyčí výchozího materiálu.

-Ω

O

Vynález se týká jednozávitového plošného induktoru pro přípravu polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby is Indukčním ohřevem.

Při přípravě polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem se ipro vytvoření roztavené zóny používají jedno i vícezávitové, nejlépe paralelně vinuté, iinduktory, zhotovené z měděných nebo stříbrných trubek. Nevýhodou takto zhotovených jednozávitových induktorů je omezený rozsah jejich použití ve smyslu zvětšování průměrů krystalů. Nevýhodou ivícezávitových induktorů, které bývají konstruovány tak, že průměr vnitřního závitu je menší než průměr připravovaného klrystalu, je značná rotační nesymetrie jejich pole v okolí přívodů od koaxiálního vedení, která je příčinou mikroskopických změn rychlosti růstu krystalu a — s ohledem na závislost rozdělovačích koeficientů příměsí v krystalech na rychlosti krystalizace — způsobuje nehomogenní rozložení příměsí v krystalech.

Tento nedostatek odstraňuje induktor pro přípravu polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem, jehož přívody od koaxiálního vedení jsou v dostatečné míře vzdáleny od krystalizačního rozhraní a u kterého plošně rozložené proudy zajišťují dostatečně symetrické pole. Zlepšení symetrie pole se však může v procesu přípravy krystalů projevit nepříznivě v okolí horního rozhraní fází. Je-li jako výchozího materiálu použito polokrystalické tyče s neopracovaným povrchem, nebo oddhyluje-li se tato svými geometrickými parametry od válcového tvaru, např. oválný průřez, prohnutí, vytvářejí se v místě, kde se odtavuje povrch tyče, tj. na obvodu horního rozhraní fází, drobné, 1 až 3 mm dlouhé, svisle orientované výčnělky pevné fáze, které jsou při náhlém oddělení od výchozího materiálu a následujícím pádu na dolní rozhraní fází příčinou přerušení krystalického růstu. V případě, že teplotní podmínky při tavbě jejich oddělení neumožňují prodlužují se úměrně s posuvem roztavené zóny, až dojde k jejich kontaktu s induktoireim, který bud' znemožňuje plynulý přísun tavícího se materiálu, nebo je příčinou vf výboje, a tím přerušení tavby. Symetrické pole induktoru při letmé zonální tavbě s vf ohřevem bývá rovněž příčinou vzniku souvislých neprotavených oblastí ve tvaru prstenců, které se vytvářejí uvnitř roztavené zóny v rovinách mezi horním rozhraním fází a iinduktorem. Při jejich přiblížení k induktoru dochází k jejich náhlému protavení, které je plrovázeno výraznou a náhlou změnou tvaru roztavené zóny a tím i její mechanické stability v takové míře, že nezřídka dojde k poruše rovnováhy mezi silovým působením gravitace a povrchového napětí s následným vykápnutím taveniny.

Uvedené nedostatky odstraňuje řešení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nad párem přívodů od koaxiálního vedení k tělesu induktoru je pro vedení vysokofrekvenčních proudů a chladicí kapaliny umístěn nejméně jeden pár dodatečných přívodů Od koaxiálního vedení, zakončený na horní ploše tělesa induktoru.

Pár dodatečných přívodů vytváří v okolí horního rozhraní fází prostor s větší intenzitou magnetického pole, přičemž jejich vliv na symetrii pole v okolí dolního rozhraní fází je zanedbatelný. Je účelné, aby pár dodatečných přívodů byl veden souběžně s hlavními přívody nad tělesem induktoru tak, že do těleSa inlduktoru ústí na jeho horní ploše v místě, jehož vzdálenost od osy indúktoru je Srovnatelná s poloměrem ingotu výchozího materiálu. Neohá-li se horní hřídel zařízení, které je opatřeno takto konstruovaným induktorem, rotovat velmi pomalou rychlostí, nejlépe 0,5 až 2 min^-1, pak v průběhu tavby se dostává postupně každý bod povrchu ingotu výchozího materiálu, tj. polykrystalické tyče, do oblasti intenzivnějšího působení pole induktoru, což zajišťuje jeho dokonalejší odtavování. Asymetrické pole přitom současně narušuje, nebo úplně znemožňuje vytváření prstenců pevné fáze uvnitř roztavené zóny.

Příkladná provedení induktorů podle přédloženého vynálezu jsou znázorněna na přiložených výkresech, kde je na:

obr. la induktor s dutým tělesem s dodatečnými přívody vedenými celým svým profilem nad tělesem induktoru obr. lb půdorys induktoru z obr. la obr. 2a induktor chlazený trubkou vinutou kolem tělesa induktoru s dodatečnými přívody, jejichž profil částečně protíná profil tělesa inlduktoru obr. 2b půdorys induktoru z obr. 2a

Jak vyplývá z obr. 1 a obr. 2, tvoří tyč výchozího materiálu 1, roztavená zóna 2, rostoucí krystal 3 těleso induktoru 4, 4‘ osově symetrickou soustavu. Geometrická symetrie této soustavy je vždy porušena přívody 5, 5‘ od koaxiálního· vedení, které mohou být tvořeny trubkami ústícími do dutiny tělesa induktoru 4 nebo trubkou pevně obepínající těleso induktoru 4‘. Rovněž dodatečné přívody 8, 6‘, kterými je měněna symetrie pole v oblasti horního rozhraní fází, mohou být tvořeny trubkami ústícími do dutiny tělesa induktoru 4 nebo trubkou připevněnou k tělesu induktoru 4‘. Přívody 5, 5‘, k tělesu induktoru 4, 4‘ jsou pak s dodatečnými přívody 6, 6‘ přivedeny ke společným vyůstkám 7, jejichž tvar a rozměr je dán konkrétním typem použitého zařízení.

Příprava polovodičových krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem se provádí v evakuované nebo inertním plynem napuštěné komoře zařízení. Tato komora je v případě vertikálního souosého uspořádání opatřena dvěma na sobě nezávisle pohyblivými hřídeli. Na horní hřídeli

S je připevněn ingot výchozího materiálu, tj. polykrystalická tyč přibližně válcového tvaru, na dolní hřídeli je připevněn krystalický zárodek. K induiktoru, uloženému uprostřed komory zařízení tak, že jeho osa splývá s osami obou hřídelí, jsou od oocilačního obvodu vysokofrekvenčního generátoru přiváděny vysokofrekvenční proudy. Vířivými proudy naindukovanými na dolním konci polykrystalické tyče se polykrystalická tyč zahřívá, až na ní dojde k vytvoření kapky taveniny kuželového tvaru. Po spojení taveniny s krystalickým zárodkem v prostoru uvnitř induiktoru ise při rotaci a pohybu směrem dolů obou hřídelí nechá na 'krystalickém zárodku narůstat krystal. Tvar induktoru a rychlost posuvu a rotací hřídelí se volí především tak, aby byly zajištěny optimální podmínky pro růst krystalu. Jednou z těchto (podmínek je dosažení maximální míry rotační symetrie pole v oblasti krystalizačního rozhraní, a tím potlačení mikroskopických změn v rychlosti krystalizace, jež jsou příčinou nehomogenního ukládání atomů příměsi v rostoucím krystalu. Tato symetrie, jež je zajišťována plošnými induktory zhotovenými z tělesa ve tvaru rotační plochy, se však nepříznivě projevuje při tavení polykrystalické tyče tím, že dává vzniknout uvnitř roztavené zóny neprotaveným souvislým oblastem ve tvaru prstenců, jejichž náhlé přetavení je provázeno výraznou změnou podmínek růstu krystalu, a v případě asymetrie nebo nerovného povrchu polykrystalické tyče nezaručuje spojité tavení povrchu polykrystalické tyče. Ó'ba tyto jevy lze současně odstranit vytvořením asymetrie pote nad horní plochou induktoru tím, že nad ipárem přívodů od koaxiálního vedení ik induktoru je umístěn ještě nejméně jeden pár přívodů vysokofrekvenčních proudů a chladicí kapaliny oid koaxiálního vedení, jenž je zakončen na horní ploše tělesa iniduktoru. Změna symetrie pole působením těchto dodatečných přívodů je v okolí krystalizačiního rozhraní zanedbatelná, přičemž nad iňduktorem je v blízkosti dodatečných přívodů vytvořena oblast se zvýšenou intenzitou pole. Tím je znemožněno vytváření drobných výčnělků pevné fáze na obvodu horního rozhraní fází, které jsou při pádu na dolní, tj. krystalizační rozhraní příčinou přerušení krystalického růstu. Asymetrie pole rovněž znemožňuje vytváření souvislých neprotavených prstenců uvnitř roztaivené zóny.

Claims (2)

1. PREDMET

   Induktor pro přípravu polovodičových 'krystalů metodou letmé zonální tavby s indukčním ohřevem ve vertikálním souosém uspořádání v ochranné atmosféře intertního plynu nebo ve vakuu, vyznačený tím, že nad párem přívodů (5) od koaxiálního vedení k vynalezu tělesu iniduktoru (4) je pro vedení vysokofrekvenčních proudů a chladicí kapaliny umístěn nejméně jeden pár dodatečných přívodů (6) od koaxiálního vedení, zakončený na honní ploše tělesa iniduktoru (4).
2. 2 list; výkresů