DD233595A1

DD233595A1 - Vorrichtung zur radialen abstuetzung eines kristalls beim tiegelfreien zonenschmelzen

Info

Publication number: DD233595A1
Application number: DD27219384A
Authority: DD
Inventors: Horst Fischer; Albrecht Krueger; Karlheinz Trompa
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1986-03-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Einkristallen grosser Masse mit Hilfe eines Duennhalses. Ziel der Erfindung ist es, einen stoerungsfreien Kristallzuechtungsprozess bei Anwendung einer Stuetzvorrichtung zu erreichen, wobei der Aufwand fuer die Wartung und Justierung verringert werden sollen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stuetzung mit Fallkoerpern deren gleichzeitiges bzw. nahezu gleichzeitiges Anlegen an den Kristall zu erreichen. Erfindungsgemaess wird das bei einer Vorrichtung mit Fallkoerpern und einem Keilspalt zwischen dem Kristall und einer schiefen Ebene dadurch erreicht, dass den Fallkoerpern Elemente zu deren Beschleunigung entgegen der Gravitation zugeordnet sind, und dass diesen Elementen ein gemeinsamer Ausloeser zur schnellen gemeinsamen Ausloesung der Fallkoerper zugeordnet ist. Die Erfindung ist in Kristallzuechtungsanlagen anwendbar. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Einkristallen großer Masse mit Hilfe eines Dünnhalses. Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DD-PS 159088 ist eine Vorrichtung zum Abstützen des Kristalls beim tiegelfreien Zonenschmelzen bekannt, bei dem ein Rohr auf der Ziehspindel angeordnet ist, das mit der Ziehspindel rotiert und auf dem drei Stützhebel zur radialen Stützung des Kristalls angeordnet sind. Zur Betätigung der Stützhebel ist ein Hebelsystem angeordnet, das nach einer vorher festgelegten axialen Relativbewegung zwischen dem Kristall und dem Rohr die Stützhebel an den Kristall anlegt. Durch einen Sperrexzenter werden sie dann in dieser Stützstellung verriegelt.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein relativ hoher Justieraufwand erforderlich ist, um die geforderten kleinen Kristallverlagerungen einhalten zu können. Die Ursache hierfür ist die Notwendigkeit der Justierung eines komplizierten Hebelmechanismus zur Betätigung der Stützhebel die sich nahezu gleichzeitig mit kleiner Andruckkraft am Kristall anlegen müssen bzw. bei einer Anordnung mit zusätzlichem Schwimmring zur axialen Stützung die erforderliche hohe Justiergenauigkeit des Schwimmringes.

Weiterhin sind Anordnungen bekannt, z.B. DE-OS 2853415,2808557, 2833615, bei denen Fallkörper verwendet werden, die in einen durch den Kristall und eine schiefe Ebene einer zugeordneten Vorrichtung gebildeten Keilspalt fallen. Die Fallkörper haben unterschiedliche Formen, z. B. Kugel- oder Kreiszylinderform. Diese Stützvorrichtungen haben den Nachteil, daß die Fallkörper nicht gleichzeitig in Stützstellung gebracht werden können, wodurch es auch bei diesen Stützvorrichtungen zu Kristallverlagerungen kommen kann, Ursache hierfür ist einmal, daß wegen der Abweichung des Kristalls von einer idealen Zylinderform die Fallkörper unterschiedlich lange Wege bis zur Stützstellung haben und zum anderen, daß die Fallkörper nicht gleichzeitig ausgelöst werden.

Aus der DE-OS 2515850 ist eine Stützvorrichtung bekannt, bei der Stützkörper mittels Druckmedien in Stützstellung gebracht werden. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß Druckmedien das Kristallwachstum negativ beeinflussen können. Ursache hierfür ist die Verschlechterung des Vakuums durch unvermeidbare Leck? 'm Druckmedien-Sysien.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen störungsfreien Kristallzüchtungsprozeß bei Anwendung einer Stützvorrichtung zu erreichen, wobei der Aufwand für die Wartung und Justierung verringert werden soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stützung mit Fallkörpern deren gleichzeitiges bzw. nahezu gleichzeitiges Anlegen an den Kristall zu erreichen.

ErfindungsgemäßwirddasbeieinerVorrichtung miteinem koaxial auf der Ziehspindel gelagerten Rohr, das mit derZiehspindel synchron rotiert und axial auf dieser verschiebbar ist und mit dem eine Stützvorrichtung zur radialen Abstützung des Kristalls verbunden ist, wobei in der Stützvorrichtung Fallkörper in der Nähe der abzustützenden Ebene des Kristalls in Position gebracht sind, wobei ein Keilspalt zwischen der Vorrichtung und dem Kristall besteht und wobei der Stützvorgang nach einer vorherbestimmten Relativbewegung zwischen dem Kristall und der Stützvorrichtung ausgelöst wird, dadurch erreicht, daß den Fallkörpern Elemente zu deren Beschleunigung entgegen der Gravitation zugeordnet sind, und daß diesen Elementen ein gemeinsamer Auslöser zur schnellen gemeinsamen Auslösung der Fallkörper zugeordnet ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet sein, daß auf der Stützvorrichtung konzentrisch zum Kristall ein feststehender Ring angeordnet ist, mit dem konzentrisch ein zweiter verdrehbarer Ring als Auswerfring über mindestens eine Feder verbunden ist, wodurch dieser Auswerfring gegenüber dem feststehenden Ring durch Drehung in einen Spannungszustand zu bringen ist, daß auf dem feststehenden Ring Halterungen für die Fallkörper und Schrägen für die Klemmung der Fallkörper in der Stützlage angeordnet sind, daß auf dem Auswerfring als Elemente zur Beschleunigung der Fallkörper Auswerfstifte angeordnet sind, daß auf dem Rohr ein an einem Ende vertikal schwenkbarer Hebel vorgesehen ist, der eine in etwa horizontale Ruhelage hat, und dem dabei ein loses Auflager für das andere Ende zugeordnet ist, und daß dem Hebel eine Fallstange zugeordnet ist, die in der Nähe des losen Auflagers auf dem Hebel steht und die am oberen Ende einen Rastknopf trägt, dem eine Raste im Auswerfring zugeordnet ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß als Fallkörper drei Kugeln verwendet werden, die in zum Kristall hin ansteigenden Führungen vor den Auswerfstiften angeordnet sind. Die Führungen können z. B. einen zylindrischen, dreikantigen oder quadratischen Querschnitt haben.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß den Führungen Prallplatten unter einem Winkel zugeordnet sind, unter dem die Kugeln in eine nahezu senkrecht nach unten weisende Richtung abgelenkt werden. Als Kugeln werden zweckmäßig Hohlkugeln aus Quarz verwendet.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Fallkörper gleichzeitig ausgelöst werden, indem der vorgespannte drehbare Ring schlagartig in seine Ruhelage gebracht wird. Weiterhin können die Fallkörper bei Verwendung von Prallplatten eine erhöhte Fallbeschleunigung erhalten, so daß derzeitunterschied zwischen dem Stillstand des ersten und des letzten Fallkörpers als Folge der Klemmung im Keilspalt verkürzt wird. Da die Fallkörper bei dieser Vorrichtung sowohl mit als auch ohne Prallplatte nahezu senkrecht in den Keilspalt fallen, ist die radiale Kraftkomponente auf dem Kristall geringer als bei bekannten Vorrichtungen, so daß auch die Verlagerung des wachsenden Kristalls gering bleibt. Infolge der schräg nach oben gerichteten Angangsbeschleunigung der Fallkörper ist es möglich, die Fallkörper in einem größeren Abstand vom Kristall und damit von der Wärmestrahlung zu lagern.

Zur Sicherung der Stützung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es besonders bei Verwendung von Ziehspindeln, deren Drehbewegung durch Friktionsmitnahme erfolgt, zweckmäßig, daß der Keimhalter auf einem Keramikstift sitzt, der spielfrei und leichtgängig in einer stirnseitig geschlitzten, federelastischen, an einem Mittelbund gespannten Federhülse gelagert ist, wobei der Keramikstift unten auf einer Kugel steht. Damit werden Winkeldriften zwischen der Ziehspindel und dem antreibenden Glied mit dem fest verbundenen Teil der Stützvorrichtung unwirksam gemacht, die sonst zu Dünnhalsbrüchen führen können.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1: eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise geschnitten, Fig. 2: einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie A, Fig.3: eine Ansicht der Ratanordnung

Fig. 4: eine Ansicht eines Auswerfstiftes mit zugeordnetem Fallkörper.

Auf einer Ziehspindel 17 ist ein Rohr 1 angeordnet, an dem ein vertikal schwenkbarer Hebel 2 gelagert ist. Diesem ist ein Axial-Festänschlag 3 zugeordnet, der ein loses Auflager 4 für ein Ende des Hebels 2 bildet. In der Nähe des Auflagers 4 steht eine Fallstange 5 auf dem in Ruhestellung horizontalen Hebel 2. Das obere Ende der Fallstange 5 ist als koaxialer Rastknopf 6 gestaltet. Der Rastknopf 6 arretiert in einer Raste 10 einen drehbaren Auswerfring 9, der gegen einen oberen feststehenden Ring 7 mittels Zugfedern 8 in Umfangsrichtung vorgespannt ist. Der Auswerfring 9 hat drei auf seinem Umfang verteilte, einstellbare Auswerfstifte 11 mit einem abgewinkelten Teil 12. Diesen sind in einer Haltevorrichtung für die Fallkörper Führungen 14 für Hohlkugeln 15 als Fallkörper zugeordnet. Weiterhin hat die Haltevorrichtung Schrägen 24, die zusammen mit dem Kristall 13 Keilspalte bilden. Die Haltevorrichtung hat einstellbare Prallplatten 16, die eben, prismatisch, schalen- oder U-förmig gestaltet sein können. Die Ziehspindel 17 hat am Kopfteil einen ringförmigen Anschlag 18 für einen Stützkäfig 19. Dieser wird durch Massen 20 nach oben gezogen. Das auf der Ziehspindel 17 gelagerte Rohr 1 läuftauf festen Wälzlagern 21 in prismatischer Zwei-Ebenen-Anordnung spielfrei durch ein federbelastetes Spannlager 22 in jeder Ebene gegenüber den Festlagern. Alle Baugruppen werden oberseitig von überlappenden kegeldachartigen Schirmblechen 23 überdeckt. Die Stützvorrichtung wird dadurch betätigt, daß der Hebel 2 nach dem Anfahren des ringförmigen Anschlages 18 an den Stützkäfig 19 bis zu seinem Abgleiten vom Auf lager 4 eine Schwenkbewegung ausführt, während der die Fallstange 5 relativ zum Stützkäfig 19 angehoben wird, bis der Rastknopf 6 die Raste 10 des Auswerfringes 9freigibt. Unter der dadurch plötzlich wirksam werdenden Kraft der Zugfedern 8 wird eine schnelle Bewegung der Auswerfstifte 11 in Umfangsrichtung ausgelöst. Hierbei erhalten die Hohlkugeln 15 über die angewinkelten Teile 12 der Auswerfstifte 11 eine Beschleunigung in Richtung der Prallplatten 16, so daß sie nach dem Auftreffen auf die Prallplatten 16 eine gegenüber dem freien Fall erhöhte Fallbeschleunigung aufweisen. Dadurch wird der Zeitunterschied zwischen dem ersten bis dritten Kugelstillstand als Folge der Klemmung im Keilspalt verkürzt und die durch iLo Umlenkung bewirkte annähernd senkrechte und kristallnahe Kugelbewegung reduziert die radialen Kraftwirkungen. Beides führt zu einer wesentlich geringeren Verlagerung des wachsenden Kristalls als bei bekannten Vorrichtungen und Fallkörpern.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Vorrichtung zur radialen Abstützung eines Kristalls beim tiegelfreien Zonenschmelzen mit einem Rohr, das koaxial auf der Ziehspindel gelagert ist, das mit der Ziehspindel synchron rotiert und axial auf dieser verschiebbar ist und mit dem eine Stützvorrichtung zur radialen Abstützung des Kristalls verbunden ist, wobei in der Stützvorrichtung Fallkörper in der Nähe der abzustützenden Ebene des Kristalls in Position gebracht sind, wobei ein Keilspalt zwischen der Vorrichtung und dem Kristall besteht und wobei der Stützvorgang nach einer vorherbestimmten axialen Relativbewegung zwischen dem Kristall und der Stützvorrichtung ausgelöst wird, gekennzeichnet dadurch, daß den Fallkörpern Elemente zu deren Beschleunigung entgegen der Gravitation zugeordnet sind, und daß diesen Elementen ein gemeinsamer Auslöser zur schnellen, gemeinsamen Auslösung der Fallkörper zugeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Stützvorrichtung konzentrisch zum Kristall ein feststehender Ring angeordnet ist, mit dem konzentrisch ein zweiter verdrehbarer Ring als Auswerf ring (9) über mindestens eine Feder verbunden ist, wodurch dieser Auswerf ring (9) gegenüber dem feststehenden Ring (7) durch Drehung in einen Spannungszustand zu bringen ist, daß auf dem feststehenden Ring (7) Halterungen für die Fallkörper mit Schrägen (24) für die Klemmung der Fallkörper in der Stützlage angeordnet sind, daß auf dem Auswerfring (9) als Elemente zur Beschleunigung der Fallkörper Auswerfstifte (11) angeordnet sind, daß auf dem Rohr (1) ein an einem Ende vertikal schwenkbarer Hebel (2) vorgesehen ist, der eine in etwa horizontale Ruhelage hat, und dem dabei ein loses Auflager (4) für das andere Ende zugeordnet ist, und daß dem Hebel J2)eine Fallstange (5) zugeordnet ist, die in der Nähe des losen Auflagers (4) auf dem Hebel (2) steht und die am oberen Ende einen Rastknopf (6) trägt, dem eine Raste (10) im Auswerfring (9) zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Fallkörper drei Kugeln (15) verwendet werden, die in zum Kristall hin ansteigenden Führungen (14) vor den Auswerfstiften (11) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Führungen einen zylindrischen, dreikantigen oder quadratischen Querschnitt haben.
5. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß den Führungen (14) Prallplatten (16) unter einem Winkel zugeordnet sind, unter dem die Kugeln (15) in eine nahezu senkrecht nach unten weisende Richtung abgelenkt werden.
6. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Kugeln (15) Hohlkugeln aus Quarz verwendet werden.
7. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Keimhalter auf einem Keramikstift sitzt der spielfrei und leichtgängig in einer stirnseitig geschlitzten, federelastischen, an einem Mittelbund gespannten Federhülse gelagert ist, wobei der Keramikstift unten auf einer Kugel steht.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen