DE102007046409B4 - Device for producing crystals from electrically conductive melts - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen, mindestens aufweisend einen in einer Züchtungskammer (1) angeordneten, eine Schmelze (2) enthaltenden Tiegel (3) und eine Heizeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Züchtungskammer (1) eine von der Heizeinrichtung (4) getrennt angeordnete Magnetfeldinduktionsspule (10) vorgesehen ist, welche aus mindestens zwei übereinander angeordneten Teilspulen (5), (6), (7) aufgebaut ist, wobei die Teilspulen (5), (6), (7) hohle Spulenwindungen aufweisen, die eine elektrisch leitende Metallschmelze (8) enthalten und mit einer außerhalb der Züchtungskammer (1) angeordneten Energieversorgungseinrichtung (14) über durch die Züchtungskammer (1) geführte Spulenanschlüsse (11), (12), (13) verbunden sind.Apparatus for producing crystals from electrically conductive melts, comprising at least one crucible (3) containing a melt (2) in a growth chamber (1) and a heating device (4), characterized in that within the growth chamber (1) one of the magnetic field induction coil (10) is arranged separately from the heating device (4) and is constructed from at least two sub-coils (5), (6), (7) arranged one above the other, the sub-coils (5), (6), (7) being hollow Have coil turns containing an electrically conductive molten metal (8) and with a outside of the cultivation chamber (1) arranged energy supply means (14) through the cultivation chamber (1) guided coil terminals (11), (12), (13) are connected.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen.The The invention relates to a device for producing crystals electrically conductive melts.

In der heutigen Zeit gewinnen neben der weiteren Optimierung der Kristallperfektion wirtschaftliche Aspekte immer mehr an Bedeutung. Mit dem für eine Durchsatzerhöhung und Kostensenkung notwendigen Zuwachs der Kristalldimensionen, d. h. Durchmesser und Länge der Kristalle, vergrößern sich die dafür erforderlichen Kristallzüchtungsanordnungen, insbesondere auch die Tiegelinhalte. Zentrales wissenschaftlich-technisches Problem, was es dabei zu lösen gilt, ist die Eindämmung der mit wachsendem Schmelzvolumen drastisch zunehmenden Auftriebskonvektion, deren Instationarität sich negativ auf die strukturellen und physikalischen Eigenschaften der wachsenden Kristalle auswirkt [D. T. J. Hurle, Handbook of Crystal Growth, Vols. 2a–b, Elsevier, North-Holland 1994].In Today, besides the further optimization of the crystal perfection, we are gaining economic aspects are becoming increasingly important. With that for a throughput increase and Cost reduction necessary increase of crystal dimensions, d. H. diameter and length of crystals, enlarge the one for that necessary crystal growth arrangements, especially the crucible contents. Central scientific and technical Problem, what to solve it applies, is the containment the drift convection, which increases dramatically with increasing melt volume, their instationarity adversely affect the structural and physical properties the growing crystals [D. T.J. Hurle, Handbook of Crystal Growth, Vols. 2a-b, Elsevier, North Holland 1994].

Als wirksamste technische Gegenmaßnahme haben sich die Anwendung magnetischer Felder erwiesen [G. Müller in: Theoretical and Technological Aspects of Crystal Growth, Ed. R. Fomari and C. Paorici, Trans. Tech. Publ., Zuerich 1998, p. 87]. Über die Erzeugung von Lorentzkräften können Strömungsanteile in elektrisch leitenden Schmelzen gedämpft oder verstärkt werden. Um jedoch einen hinreichenden Felddurchgriff auf die Schmelzen zu erzielen, die in industriellen Züchtungsanlagen von massiven Heizeranordnungen und großen wassergekühlten Metallrezipienten umschlossenen werden, müssten sehr starke externe Magneten verwendet werden, deren Feldstärken im Bereich zwischen 2 und 5 Tesla liegen [R. W. Series, J. Cryst. Growth 113 (1991) 305]. Solche supraleitenden Magnetanordnungen erweisen sich jedoch wegen ihrer großen Dimensionen in Abmessung, Gewicht, Leistungsverbrauch, Kühlsystem und damit Preis als unrentabel für einen serienmäßigen Industrieeinsatz.When most effective technical countermeasure the application of magnetic fields has been proven [G. Müller in: Theoretical and Technological Aspects of Crystal Growth, Ed. R. Fomari and C. Paorici, Trans. Tech. Publ., Zuerich 1998, p. 87]. About the Generation of Lorentz forces can flow components be attenuated or reinforced in electrically conductive melts. However, to a sufficient field penetration on the melts too achieve in industrial breeding plants massive heater assemblies and large water cooled metal receivers would have to be enclosed very strong external magnets are used whose field strengths in the Range between 2 and 5 Tesla lie [R. W. Series, J. Cryst. Growth 113 (1991) 305]. Such superconducting magnet arrangements prove However, because of their large Dimensions in dimension, weight, power consumption, cooling system and thus price as unprofitable for a standard industrial use.

Weit flexibler und kostengünstiger sind für die Kristallzüchtung Magnetfelder die direkt in der Nähe der Schmelze bzw. fest-flüssig Phasengrenze, also innerhalb des die Züchtungskomposition umschließenden Kessels erzeugt werden. Ihr entscheidender Vorteil besteht neben einem relativ geringen technischen Aufwand in der um Größenordnungen reduzierten benötigten magnetischen Flussdichte im Bereich von Milli-Tesla [P. Dold, K. W. Benz, Crys. Res. and Technol. 30 (1995) 1135]. Ein technisches Problem, das es dabei zu lösen gilt, ist die ein Magnetfeld erzeugende Induktoranordnung, die der erhöhten Temperatur und zumeist hohen Arbeitsgasdrücken standhalten muss. In der Regel wird diese getrennt vom Heizer und zwar diesen umschließend eingebaut. So wird ein rotierendes Magnetfeld durch ein Drehfeld in einer einem Asynchronmotor ähnelnden Spulenanordnung erzeugt. Dabei wird der Schmelztiegel mit Heizer von einer Statorwicklung, z. B. aus Kupfer, umgeben, die aus den drei RST-Polsträngen oder aus RSTStranggruppen bestehen kann. Ein solches Magnetfeld erzeugt eine azimutale Strömung um die Tiegelachse und wird in erster Linie dazu verwendet, Rotationsmischungen der Schmelze und damit ihre Homogenisierung zu erzeugen [F.-U. Brückner, K. Schwerdtfeger, J. Crystal Growth 139 (1994) 351]. Sie muss aber sodann gegen oftmals aggressive Gaskomponenten, die bei der Verdampfung der Schmelze entstehen, abgeschirmt und zudem speziell, z. B. mit einem Wasserflusssystem, gekühlt werden, was einen hohen und kostspieligen Aufwand bedeutet. Für Kristallzüchtungsexperimente wird bisher vorrangig diese Feldart angewendet, allerdings zumeist für labormäßige Forschungszwecke [Yu. M. Gelfgat, J. Krumin, M. Abricka, Progr. Crystal Growth and Charact. of Mat. 38 (1999) 59].Far more flexible and less expensive are for the crystal growth Magnetic fields directly in the vicinity the melt or solid-liquid Phase boundary, ie within the surrounding the cultivation composition boiler be generated. Your key advantage is in addition to a relative low technical effort in the order of magnitude reduced magnetic required Flux density in the range of Milli-Tesla [P. Dold, K.W. Benz, Crys. Res. and Technol. 30 (1995) 1135]. A technical problem that is involved to solve is true, is the magnetic field generating inductor, the increased Temperature and usually high working gas pressures must withstand. In the Usually this is installed separately from the heater and this surrounding. Thus, a rotating magnetic field through a rotating field in a Asynchronous motor resembling Coil arrangement generated. This is the crucible with heater from a stator winding, z. B. copper, surrounded, from the three RST poles or can consist of RSTStran groups. Such a magnetic field creates an azimuthal flow around the crucible axis and is primarily used to rotational mixtures the melt and thus to produce their homogenization [F.-U. Brückner, K. Schwerdtfeger, J. Crystal Growth 139 (1994) 351]. But she has to then against often aggressive gas components in the evaporation the melt arise, shielded and also special, z. B. with a water flow system, cooled which means a high and costly effort. For crystal growth experiments This type of field has been used predominantly up to now, but mostly for laboratory research purposes [Yu. M. Gelfgat, J. Krumin, M. Abricka, Progr. Crystal Growth and Charact. of Mat. 38 (1999) 59].

Von größerer Bedeutung für die Kristallzüchtung hat sich ein von oben nach unten (oder umgekehrt) wanderndes Magnetfeld erwiesen, dessen Kräfte der Auftriebsrichtung der Schmelzkonvektion an der Tiegelwand entgegengerichtet sind. Ein solches longitudinal wanderndes Magnetfeld wird durch übereinander angeordnete Spulen um die Schmelze herum erzeugt, die folgerichtig phasenverschoben angesteuert werden. Da das Wandermagnetfeld keinerlei Kraftkomponenten in azimutaler Richtung erzeugt, ergibt sich auch keine negative Beeinflussung der Strömung bei Tiegelrotation. Das ist der große Vorteil gegenüber statischen Magnetfeldern. Eine solche Mode ist besonders für die Unterdrückung der Konvektionsschwankungen in hohen Tiegeln und Schmelzcontainern sowie für die Optimierung der Form der Phasengrenze geeignet [P. Schwesig et al., J. Crystal Growth 266 (2004) 224; 0. Pätzold et al., J. Cryst. Gr. 245 (2002) 237].From greater importance for the crystal growth has a magnetic field traveling from top to bottom (or vice versa) proved its powers directed against the buoyancy direction of the melt convection at the crucible wall are. Such a longitudinally traveling magnetic field is superimposed arranged coils around the melt generated, the logical be controlled out of phase. Since the traveling magnetic field no force components generated in the azimuthal direction, there is no negative Influencing the flow in crucible rotation. That's the big advantage over static ones Magnetic fields. Such a fashion is especially for suppression of convection fluctuations in tall crucibles and melting containers as well as for the optimization of the shape the phase boundary suitable [P. Schwesig et al., J. Crystal Growth 266 (2004) 224; 0. Pätzold et al., J. Cryst. Gr. 245 (2002) 237].

Wandernde Magnetfelder haben bereits eine erfolgreiche Anwendung in der Produktion von Siliciumkristallen gefunden [A. Krauze et al. J. Crystal Growth 265 (2004) 14]. Allerdings werden dabei die drei drehstromversorgten Magnetspulen außerhalb der Züchtungskessel angeordnet, wodurch eine erhöhte Leistungseinkopplung notwendig ist.wandering Magnetic fields already have a successful application in production of silicon crystals [A. Krauze et al. J. Crystal Growth 265 (2004) 14]. However, the three are three-phase supplied Solenoids outside the breeding boiler arranged, causing an increased Power input is necessary.

Im Vergleich zu Silicium befinden sich die Entwicklungen zur Anwendung von Wandermagnetfeldern bei der Züchtung von Verbindungshalbleitern und anderen Materialien mit leitenden Schmelzen noch in den Anfängen. Wichtigste und bezüglich Magnetfeld zugleich kritischste Besonderheit der Züchtung von Verbindungshalbleitern gegenüber Elementhalbleitern ist die notwendige Verwendung von Hochdruckkesseln mit deutlich dickeren Wandstärken, wodurch die Einkopplung eines extern erzeugten Magnetfeldes merklich reduziert wird. Deshalb ist für die Züchtung solcher Kristalle eine Implementierung einer Feldvariante im Inneren der Züchtungsautoklaven von Vorteil. Für die Züchtung von beispielsweise GaInSb-Halbleitermischkristallen wird innerhalb des konzentrischen Heizers eine auf ein Keramikrohr aufgewickelte Induktionsspule aus Kupfer zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes eingebracht [A. Mitric et al., J. Crystal Growth 287 (2006) 224; C. Stelian, J. Crystal Growth 266 (2004) 207]. Nachteilig erweist sich hierbei die Verwendung eines Keramikrohres als Wicklungsträger, das zur chemischen Verunreinigung der Züchtungsatmosphäre beiträgt. Außerdem ist die Kupferwicklung der chemischen Aggressivität dissoziierender Komponenten der Schmelze ausgesetzt.Compared to silicon, developments in the use of traveling magnetic fields in the growth of compound semiconductors and other conductive-melt materials are still in their infancy. Most important and with respect to magnetic field at the same time most critical feature of the growth of compound semiconductors over element semiconductors is the necessary use of high pressure boilers with significantly thicker wall thicknesses, whereby the coupling of an externally generated th magnetic field is significantly reduced. Therefore, for the growth of such crystals, implementation of a field variant inside the culture autoclave is advantageous. For the growth of, for example, GaInSb semiconductor mixed crystals, a copper induction coil wound on a ceramic tube is wound inside the concentric heater to produce a traveling magnetic field [A. Mitric et al., J. Crystal Growth 287 (2006) 224; C. Stelian, J. Crystal Growth 266 (2004) 207]. The disadvantage here proves to be the use of a ceramic tube as a winding carrier, which contributes to the chemical contamination of the breeding atmosphere. In addition, the copper winding is exposed to the chemical aggressiveness of dissociating components of the melt.

Es werden auch technische Lösungen zur Erzeugung kombinierter Heizflüsse und magnetischer Felder in einer Heizmagnetanordnung beschrieben. Dabei wird der Widerstandsheizer aus Graphit mit einem phasenversetztem Dreiphasenstrom versorgt.It will also be technical solutions for generating combined heating fluxes and magnetic fields described in a Heizmagnetanordnung. This is the resistance heater of graphite supplied with a phase-shifted three-phase current.

Derartige Heizeinrichtungen sind auf thermische Wirkung optimiert. Mit ihnen wird zwar ebenfalls ein Magnetfeld generiert, dieses ist aber in seiner Wirkung nicht auf den Einfluss auf die Schmelze optimiert. So heben sich die magnetischen Felder bei Heizeinrichtungen mit meanderförmigen Heizleitern in ihrer Wirkung, aufgrund der entgegengesetzten Strompfade, in axialer Richtung auf.such Heating devices are optimized for thermal effect. With you Although a magnetic field is also generated, but this is in its effect is not optimized to the influence on the melt. Thus, the magnetic fields cancel with heaters meandering Heating conductors in their effect, due to the opposite current paths, in the axial direction.

Von Hoshikawa et al. [Jpn. J. Appl. Phys. 19 (1980) 133] und in EP 0247297 (bzw. in DE 3750382 bzw. US 4,659,423 ) wurde ein zylindrischer Graphitheizer in drei das gleiche Bogenmaß einnehmende Heizsegmente mit identisch ausgerichteter Stromflussbahn aufgeteilt. Diese wurden sodann über eine Dreieckschaltung mit einem Dreiphasenwechselstrom gespeist. Durch die Phasenverschiebung der Drehstromanteile entstand ein transversal rotierendes Magnetfeld, welches in der elektrisch leitenden Schmelze eine umlaufende Lorentzkraft erzeugte, die ihrerseits deren Rotation ohne Tiegeldrehung bewirkte. Nachteilig ist jedoch, dass eine Kontrolle der Form der Phasengrenze mittels Beeinflussung der konvektiven Vertikalströme nicht erreicht wird.By Hoshikawa et al. [Jpn. J. Appl. Phys. 19 (1980) 133] and in EP 0247297 (or in DE 3750382 respectively. US 4,659,423 ), a cylindrical graphite heater was divided into three radians occupying the same radian measure with identically aligned current flow path. These were then fed via a delta connection with a three-phase alternating current. Due to the phase shift of the three-phase components, a transversely rotating magnetic field was generated, which generated a circulating Lorentz force in the electrically conductive melt, which in turn caused its rotation without crucible rotation. The disadvantage, however, is that control of the shape of the phase boundary by influencing the convective vertical currents is not achieved.

In DE 103 49 339 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes von oben nach unten (oder umgekehrt) innerhalb des im Hochdruckkessel angeordneten Widerstandsheizers erfolgt.In DE 103 49 339 A1 a device is described in which the generation of a traveling magnetic field from top to bottom (or vice versa) takes place within the arranged in the high pressure vessel resistance heater.

In DE 101 02 126 A1 wird auf eine Spulenanordnung verwiesen, die sowohl Heizen als auch ein Wandermagnetfeld erzeugen kann.In DE 101 02 126 A1 reference is made to a coil arrangement which can generate both heating and a traveling magnetic field.

In DE 103 49 339 A1 wird die Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes von oben nach unten (oder umgekehrt) innerhalb des im Hochdruckkessel angeordneten Widerstandsheizers beschrieben, indem der zur Beheizung notwendige RST-Drehstrom in drei übereinander angeordneten Spulensegmenten zugleich ein longitudinal wanderndes Magnetfeld erzeugt. Mit dieser Lösung soll die Eindämmung der natürlichen Konvektionsflüsse, ihrer Fluktuationen und die Kontrolle der Form der Phasengrenze erreicht werden. Eine ähnliche derart aufsteigende (spiralförmige) Windungsform des Heizers wird auch in DE 21 07 646 beschrieben. Dazu wird ein hohlzylindrischer Graphitkörper spiralförmig von unten nach oben geschlitzt, so dass der Heizer aus drei nebeneinander spiralförmig aufsteigenden (verdrillten) Spulen besteht, durch die ein Dreiphasenstrom bestimmter Frequenz und Phasenverschiebung geleitet wird.In DE 103 49 339 A1 the generation of a traveling magnetic field from top to bottom (or vice versa) is described within the arranged in the high-pressure boiler resistance heater by the necessary for heating RST three-phase current in three superimposed coil segments simultaneously generates a longitudinally traveling magnetic field. The aim of this solution is to contain the natural convection flows, their fluctuations and the control of the shape of the phase boundary. A similar such rising (spiral) Windungsform of the heater is also in DE 21 07 646 described. For this purpose, a hollow cylindrical graphite body is slit spirally from bottom to top, so that the heater consists of three spirally rising (twisted) coils next to each other through which a three-phase current of certain frequency and phase shift is passed.

Allen diesen Lösungen ist der gemeinsame Nachteil zu eigen, dass der für den Heizvorgang und das Magnetfeld erzeugende Graphit einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand von 10–20 Ω mm2 m–1 aufweist, der eine Einkopplung von nur geringen, unter Umständen uneffektiven Lorentzkräften in die Schmelze zulässt.All these solutions have the common disadvantage that the graphite produced for the heating process and the magnetic field has a high electrical resistivity of 10-20 Ω mm 2 m -1 , which is a coupling of only small, possibly ineffective Lorentz forces in the Melt admits.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitende Schmelzen bereitzustellen, bei der eine effektivere Einkopplung von Lorentzkräften in die Schmelze ermöglicht und dadurch eine wirkungsvollere Eindämmung der Auftriebskonvektion in der Schmelze erreicht wird und womit die Perfektion der herzustellenden Kristalle verbessert wird. Eine solche Vorrichtung soll zudem einfach handhabbar und in bestehende Züchtungsanlagen ohne aufwendige Nachrüstung einbaubar sein.task The invention is an apparatus for producing crystals to provide electrically conductive melts, in which a enables more effective coupling of Lorentz forces into the melt and thereby a more effective containment of buoyancy convection is achieved in the melt and what the perfection of the produced Crystals is improved. Such a device should also easy manageable and in existing breeding plants without costly retrofitting be installable.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1.The Task is solved with a device according to the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments are specified in the subclaims.

So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen, mindestens aufweisend einen in einer Züchtungskammer angeordneten, eine Schmelze enthaltenden Tiegel und eine Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Züchtungskammer eine von der Heizeinrichtung getrennt angeordnete Magnetfeldinduktionsspule vorgesehen ist, welche aus mindestens zwei übereinander angeordneten Teilspulen aufgebaut ist, wobei die Teilspulen hohle Spulenwindungen aufweisen, die eine elektrisch leitende Metallschmelze enthalten und mit einer außerhalb der Züchtungskammer angeordneten Energieversorgungseinrichtung über durch die Züchtungskammer geführte Spulenanschlüsse verbunden sind.Thus, the device according to the invention for the production of crystals from electrically conductive melts, at least comprising arranged in a culture chamber, a melt-containing crucible and a heater, characterized in that within the culture chamber, a separate from the heater arranged magnetic field induction coil is provided, which consists of at least two sub-coils arranged one above another are constructed, wherein the sub-coils have hollow coil turns which contain an electrically conductive molten metal and are connected to a power supply device arranged outside the culture chamber via coil terminals guided through the cultivation chamber are.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, dass Stromflüsse hinreichender Größe für die Ausbildung eines Magnetfeldes generiert werden, die ausreichend stark sind, um die Auftriebskonvektion in der Schmelze stark zu dämpfen bzw. nahezu zum Erliegen zu bringen.With the device according to the invention is achieved that flows Sufficient size for training of a magnetic field that are sufficiently strong to greatly dampen buoyancy convection in the melt almost bring to a standstill.

Außerdem kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Form der kristallisierenden Phasengrenze optimiert, die Kristallausbeute erhöht und die strukturelle Perfektion der Kristalle verbessert werden. Des weiteren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so konzipiert, dass eine Kontamination der Schmelze des zu züchtenden Kristalls möglichst gering gehalten wird. Desgleichen ermöglicht sie einen komplikationslosen Einbau in labormäßige und industrielle Züchtungsanlagen ohne zusätzlichen Aufwand.In addition, can with the device according to the invention the shape of the crystallizing phase boundary optimizes the crystal yield elevated and the structural perfection of the crystals can be improved. Furthermore, the device according to the invention is designed that contamination of the melt of the crystal to be grown as possible is kept low. Likewise, it allows a complication-free Installation in laboratory and industrial breeding plants without additional Effort.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Magnetfeldinduktionsspule zwischen der Heizeinrichtung und dem Tiegel angeordnet ist und diese den Tiegel umschließt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Heizeinrichtung von der Magnetfeldinduktionsspule getrennt angeordnet. Auf diese Weise lassen sich die Heizeinrichtung und die Magnetfeldinduktionsspule separat voneinander betreiben. Die das wandernde Magnetfeld erzeugende Spule kann in dieser getrennten Anordnung auf mehrfache Weise im Züchtungskessel positioniert werden.In a further preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the magnetic field induction coil between the heater and the crucible is arranged and this encloses the crucible. In the Device according to the invention the heater is separated from the magnetic field induction coil arranged. In this way, the heater and operate the magnetic field induction coil separately. The the traveling magnetic field generating coil can be in this separate Arrangement can be positioned in the culture kettle in multiple ways.

Die aus einer Hohlspulenanordnung bestehende Magnetfeldinduktionsspule dient erfindungsgemäß zur Erzeugung des magnetischen Feldes. Sie befindet sich bei dieser Positionierung in der Züchtungskammer in der unmittelbaren Nähe des Tiegels. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine erhöhte Wärmeeinkopplung zur Erzeugung des Magnetfeldes vermieden werden soll.The magnetic field induction coil consisting of a hollow coil arrangement used according to the invention for production of the magnetic field. She is in this position in the breeding chamber in the immediate vicinity of the crucible. Such an arrangement is particularly advantageous if an increased heat coupling to avoid generating the magnetic field.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldinduktionsspule innerhalb der Züchtungskammer so angeordnet ist, das sie die Heizeinrichtung umschließt. Die getrennte Ausführung von Heizeinrichtung und Magnetfeldinduktionsspule lässt sich auch in dieser zweiten Anordnung realisieren. Auch auf diese Weise wird eine Eindämmung der Auftriebskonvektion erreicht.A further preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the magnetic field induction coil within the breeding chamber is arranged so that it encloses the heater. The separate version heater and magnetic field induction coil can be also realize in this second arrangement. Also in this way will be a containment the buoyancy convection reached.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen der Magnetfeldinduktionsspule aus hochtemperaturbeständigem Material bestehen.A Another preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the partial coils of the magnetic field induction coil made of high temperature resistant Material exist.

Eine nächste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass als hochtemperaturbeständige Materialien Kieselglas, Bornitrid, Graphit, Edelmetalle, Saphir oder Keramiken vorgesehen sind. Diese Materialien haben sich als geeignetes Spulenmaterial für die Hohlspulen erwiesen.A next Preferred embodiment of the device according to the invention is characterized characterized in that as high-temperature-resistant materials silica glass, Boron nitride, graphite, precious metals, sapphire or ceramics provided are. These materials have proven to be suitable coil material for the Hollow coils proved.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die hohlen Spulenwindungen der Teilspulen spiralförmig ausgebildet sind.A further preferred embodiment of the device according to the invention provides that the hollow coil turns of the coil sections formed spirally are.

Eine nächste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitende Metallschmelze eine Galliumschmelze, Zinnschmelze, Zinkschmelze oder Silberschmelze vorgesehen ist. Die in den Hohlspulen befindlichen elektrisch leitenden Materialien haben einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand. Sie sind bei der Arbeitstemperatur der Kristallerzüchtungsseinrichtung flüssig und müssen aus diesem Grunde nicht gekühlt werden. Durch das Führen der Metallschmelzen in den Hohlspulen wird die Züchtungsatmosphäre nicht mit den flüssigen Metallen verunreinigt.A next Preferred embodiment of the device according to the invention is characterized characterized in that as electrically conductive molten metal a Gallium melt, tin melt, molten zinc or silver melt is provided. The located in the hollow coils electrically conductive Materials have a low electrical resistivity. They are at the working temperature of the crystallizer liquid and must not cooled for this reason become. By guiding the molten metal in the hollow coils does not become the breeding atmosphere with the liquid Contaminated metals.

Kristallzüchtungsanlagen, in denen die Lösung eingesetzt werden kann, arbeiten vorrangig nach der Czochralski- und vertikalen Bridgman- bzw. Gradient-Freeze-Methode, aber auch dem Kyropolus- und Heat-Exchanger-Verfahren.Crystal growing equipment, in which the solution can be used primarily in accordance with the Czochralski- and vertical Bridgman or gradient freeze method, but also the Kyropolus and Heat-Exchanger method.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.in the The following will be an embodiment of Invention explained in more detail with reference to drawings.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische Darstellung einer Kristallzüchtungsanlage im Querschnitt, 1 a schematic representation of a crystal growing plant in cross section,

2 eine schematische Darstellung einer Magnetfeldinduktionsspule. 2 a schematic representation of a magnetic field induction coil.

In 1 wird eine schematische Darstellung einer Kristallzüchtungsanlage im Querschnitt gezeigt.In 1 a schematic representation of a crystal growing plant is shown in cross section.

Die Kristallzüchtungsanlage umfasst im Wesentlichen eine Züchtungskammer 1, in der sich ein Tiegel 3 befindet, der eine Schmelze 2 enthält, eine Heizeinrichtung 4 und eine Magnetfeldinduktionsspule 10. Gezeigt wird auch ein aus der Schmelze 2 gezogener Kristall 9. Der Tiegel 3 wird von einer meanderförmigen Heizeinrichtung 4 umgeben. Die Magnetfeldinduktionsspule 10 ist zwischen dem Tiegel 3 und der Heizeinrichtung 4 und von dieser getrennt angeordnet. Die Magnetfeldinduktionsspule 10 besteht aus einer Mehrspulenanordnung von im Wesentlichen senkrecht übereinander angeordneten Teilspulen 5, 6, 7. Die Spulenwindungen der Teilspulen 5, 6, 7 sind innen hohl zur Aufnahme einer elektrisch leitenden Metallschmelzen 8 ausgestaltet. Die Teilspulen 5, 6, 7 der Magnetfeldinduktionsspule 10 werden über Spulenanschlüsse 11, 12, 13 mit einer Energieversorgungseinrichtung 14 elektrisch verbunden. Die Energieversorgungseinrichtung 14 für die Magnetfeldinduktionsspule 10 befindet sich außerhalb der Züchtungskammer 1. Die Heizeinrichtung 4 wird von einer weiteren – hier nicht dargestellten – außerhalb der Züchtungskammer angeordneten Energieversorgungseinrichtung gespeist.The crystal growing plant essentially comprises a growth chamber 1 in which is a crucible 3 which is a melt 2 contains a heating device 4 and a magnetic field induction coil 10 , Shown is also one from the melt 2 pulled crystal 9 , The crucible 3 is from a meandering heater 4 surround. The magnetic field induction coil 10 is between the crucible 3 and the heater 4 and arranged separately from this. The magnetic field induction coil 10 consists of a multi-coil arrangement of im We sentlichen vertically stacked sub-coils 5 . 6 . 7 , The coil turns of the partial coils 5 . 6 . 7 are hollow inside for receiving an electrically conductive metal melts 8th designed. The partial coils 5 . 6 . 7 the magnetic field induction coil 10 be via coil connections 11 . 12 . 13 with a power supply device 14 electrically connected. The power supply device 14 for the magnetic field induction coil 10 is outside the breeding chamber 1 , The heater 4 is fed by another - not shown here - arranged outside the cultivation chamber power supply device.

2 zeigt die schematische Darstellung einer Magnetfeldinduktionsspule. Die Magnetfeldinduktionsspule 10 ist aus drei übereinander angeordneten Teilspulen 5, 6, 7. aufgebaut. Die Teilspulen 5, 6, 7 bestehen aus Kieselglas. Die Teilspulen 5, 6, 7 der Magnetfeldinduktionsspule 10 werden vor dem Einbau in die Züchtungskammer mit der elektrisch leitenden Metallschmelze 8 – Gallium-Schmelze – und einem inerten Gas befüllt und vakuumfest verschlossen. Das inerte Gas dient dazu, bei Arbeitstemperatur den Druck in der Magnetfeldinduktionspule dem Druck in der Züchtungskammer anzugleichen. 2 shows the schematic representation of a magnetic field induction coil. The magnetic field induction coil 10 is made up of three sub-coils arranged one above the other 5 . 6 . 7 , built up. The partial coils 5 . 6 . 7 consist of silica glass. The partial coils 5 . 6 . 7 the magnetic field induction coil 10 be before installation in the culture chamber with the electrically conductive molten metal 8th - Gallium melt - filled with an inert gas and sealed vacuum-tight. The inert gas serves to equalize the pressure in the magnetic field induction coil to the pressure in the culture chamber at the working temperature.

Zur Erzeugung eines longitudinalen magnetischen Wanderfeldes in der Schmelze 2 werden die Teilspulen 5, 6, 7 über die sich außerhalb der Züchtungskammer 1 befindende Energieversorgungseinrichtung 14 mit Wechselstrom gespeist. Dazu sind die an den Teilspulen 5, 6, 7 nach außen geführten elektrisch leitenden Spulenanschlüsse 11, 12, 13 vorgesehen, die als Vakuumdurchführungen ausgebildet sind. Die Teilspulen 5, 6, 7 sind miteinander über eine Sternschaltung elektrisch verbunden, um Frequenz, Richtung und Phasenverschiebung des eingespeisten Wechselstromes frei wählen zu können.For generating a longitudinal magnetic traveling field in the melt 2 become the partial coils 5 . 6 . 7 beyond the outside of the breeding chamber 1 located power supply device 14 powered by alternating current. These are the part coils 5 . 6 . 7 outwardly guided electrically conductive coil terminals 11 . 12 . 13 provided, which are designed as vacuum feedthroughs. The partial coils 5 . 6 . 7 are electrically connected to each other via a star connection in order to freely select frequency, direction and phase shift of the injected alternating current can.

11
Züchtungskammergrowing chamber
22
Schmelzemelt
33
Tiegelcrucible
44
Heizeinrichtungheater
55
Teilspulepartial coil
66
Teilspulepartial coil
77
Teilspulepartial coil
88th
elektrisch leitende Metallschmelzeelectrical conductive molten metal
99
Kristallcrystal
1010
MagnetfeldinduktionsspuleMagnetic induction coil
1111
Spulenanschlusscoil terminal
1212
Spulenanschlusscoil terminal
1313
Spulenanschlusscoil terminal
1414
Energieversorgungseinrichtung der MagnetfeldinduktionsspulePower supply means the magnetic field induction coil

Claims (7)

Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen, mindestens aufweisend einen in einer Züchtungskammer (1) angeordneten, eine Schmelze (2) enthaltenden Tiegel (3) und eine Heizeinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Züchtungskammer (1) eine von der Heizeinrichtung (4) getrennt angeordnete Magnetfeldinduktionsspule (10) vorgesehen ist, welche aus mindestens zwei übereinander angeordneten Teilspulen (5), (6), (7) aufgebaut ist, wobei die Teilspulen (5), (6), (7) hohle Spulenwindungen aufweisen, die eine elektrisch leitende Metallschmelze (8) enthalten und mit einer außerhalb der Züchtungskammer (1) angeordneten Energieversorgungseinrichtung (14) über durch die Züchtungskammer (1) geführte Spulenanschlüsse (11), (12), (13) verbunden sind.Device for producing crystals from electrically conductive melts, at least one of them in a growth chamber ( 1 ), a melt ( 2 ) containing crucible ( 3 ) and a heating device ( 4 ), characterized in that within the culture chamber ( 1 ) one of the heater ( 4 ) arranged separately magnetic field induction coil ( 10 ) is provided, which consists of at least two superimposed partial coils ( 5 ) 6 ) 7 ), wherein the partial coils ( 5 ) 6 ) 7 ) have hollow coil turns comprising an electrically conductive molten metal ( 8th ) and with one outside the culture chamber ( 1 ) arranged energy supply device ( 14 ) through the culture chamber ( 1 ) guided coil terminals ( 11 ) 12 ) 13 ) are connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldinduktionsspule (10) zwischen der Heizeinrichtung (4) und dem Tiegel (3) angeordnet ist und den Tiegel (3) umschließt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the magnetic field induction coil ( 10 ) between the heater ( 4 ) and the crucible ( 3 ) and the crucible ( 3 ) encloses. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldinduktionsspule (10) innerhalb der Züchtungskammer (1) so angeordnet ist, das sie die Heizeinrichtung (4) umschließt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the magnetic field induction coil ( 10 ) within the culture chamber ( 1 ) is arranged so that the heating device ( 4 ) encloses. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (5), (6), (7) aus hochtemperaturbeständigem Material bestehen.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the partial coils ( 5 ) 6 ) 7 ) consist of high temperature resistant material. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als hochtemperaturbeständiges Material Kieselglas, Bornitrid, Graphit, Edelmetalle, Saphir oder keramische Materialien vorgesehen sind.Device according to claim 4, characterized in that that as a high temperature resistant material Silica glass, boron nitride, graphite, precious metals, sapphire or ceramic Materials are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen Spulenwindungen der Teilspulen (5), (6), (7) spiralförmig ausgebildet sind.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hollow coil turns of the partial coils ( 5 ) 6 ) 7 ) are spirally formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitende Metallschmelze (8) eine Galliumschmelze, Zinnschmelze, Zinkschmelze oder Silberschmelze vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that as electrically conductive molten metal ( 8th ) a gallium melt, tin melt, molten zinc or molten silver is provided.
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