DE102008025828B4

DE102008025828B4 - Kristallzüchtungsofen mit Schmelzedrainagekanalstruktur

Info

Publication number: DE102008025828B4
Application number: DE102008025828A
Authority: DE
Inventors: Shiow-Jeng Lew; Hur-Lon Lin
Original assignee: Green Energy Technology Inc
Current assignee: Green Energy Technology Inc
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: TWI346155B; JP4856683B2; US8066814B2; JP2009161421A; US20090175767A1; DE102008025828A1; DE102008025828B9; TW200930851A

Abstract

Kristallzüchtungsofen mit einer Schmelzedrainagekanalstruktur, mit: einem Ofenkörper, der einen oberen Körper (11) und einen unteren Körper (12) aufweist, wobei der untere Körper (12) an der Unterseite des oberen Körpers (11) so befestigt ist, dass diese zusammen eine eingeschlossene Ofenkammer (10) bilden; einem Auflagetisch (2), der im Inneren der Ofenkammer des Ofenkörpers angeordnet ist, wobei der Auflagetisch (2) eine Tischplatte (22) und eine Vielzahl von Stützpfosten (24) aufweist, so dass die Tischplatte (22) durch die mehreren Stützpfosten (24) am unteren Körper (12) befestigt ist; einem Laderahmen (3, 93), der auf der Oberseite der Tischplatte (22) angeordnet ist und eine untere Platte (31) und mehrere Seitenplatten (32) aufweist, wobei die mehreren Seitenplatten (32) die untere Platte (31) umgeben und auf dieser stehen, so dass sie zusammen einen Innenraum bilden und diesen umschließen, und wobei die untere Platte (31) eine größere Abmessung als die der Tischplatte (22) des Auflagetisches hat...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kristallzüchtungsofen, insbesondere einen Ofen zum Züchten von Vielkristallen oder Einkristallen von Silicium, wobei der Kristallzüchtungsofen eine Schmelzedrainagekanalstruktur aufweist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wie aus 1 ersichtlich, einer schematischen Darstellung eines herkömmlichen Kristallzüchtungsofens, ist ein Heizraum 9 im Inneren des Ofens vorgesehen, wobei auch eine Tischplatte 94 und ein Laderahmen 93 im Inneren des Heizraums 9 angeordnet sind. Ein Tiegel 92 ist im Inneren des Laderahmens 93 angeordnet, wobei der Tiegel 92 flüssige Siliciumschmelze 91 enthält. Drei Stützpfosten 95 sind an der Unterseite des Ofens befestigt, wobei die Stützpfosten 95 stützend unterhalb der Tischplatte 94, des Laderahmens 93 und des Tiegels 92 angeordnet sind.
Im Allgemeinen besteht der Tiegel 92 aus Siliciumdioxid (Quarz) mit einem Erweichungspunkt von etwa 1400°C, doch die flüssige Siliciumschmelze 91 hat eine Temperatur von etwa 1412°C. Wenn die Siliciumschmelze 91 in schmelzflüssigem Zustand ist, wird der Tiegel 92 folglich aufgeweicht, da er ja die Hochtemperatur-Siliciumschmelze 91 enthält. Um einer seitlichen Kraft standzuhalten, die durch die Siliciumschmelze 91 auf den Tiegel 92 ausgeübt wird, ist der Laderahmen 93 – bestehend aus Graphit – um den Tiegel 92 herum montiert, um den Tiegel 92 für die Belastung durch die Siliciumschmelze 91 zu verstärken.
Nach dem Betrieb über längere Zeit leidet der Kristallzüchtungsofen unter einem wechselseitigen Hochtemperatur- und Abkühlungszustand, was gelegentlich zu Schlitzen an der Unterseite oder an den Seiten des Tiegels 92 führt. Unter dem Gewicht der Siliciumschmelze 91 wird die Siliciumschmelze 91 aus den Schlitzen gepresst. Und da der Laderahmen 93 nicht dicht versiegelt ist, läuft die Siliciumschmelze 91 aus den Schlitzen des Laderahmens 93. Die Siliciumschmelze 91 ist viskos und klebt leicht an der Graphit-Tischplatte 94, um dann entlang der Tischplatte 94 bis zu den Graphit-Stützpfosten 95 zu fließen. Eine fortwährende Ansammlung der Siliciumschmelze 91 auf den Stützpfosten 95 führt zu Rissen 951, 952 in diesen und somit zum Bruch der Stützpfosten 95. Hierdurch wird bewirkt, dass der Tiegel 92 herabfällt und somit die Siliciumschmelze 91 die Innenwandung des unteren Körpers 82 des Ofens anfrisst. Der untere Körper 82 ist insbesondere an einer Stelle schwach, an der ein Thermoelement 99 durch den unteren Körper 82 verläuft. Folglich fließt eine große Menge an Kühlwasser aus einer Ummantelung 96 in eine Ofenkammer 90. In diesem Moment reagieren Wasser, die Siliciumschmelze 91 und Graphit heftig bei hoher Temperatur, wobei eine große Menge an Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO) und Dampf freigesetzt wird, wobei die chemische Reaktionsformel auf Folgendes gerichtet ist:
Wenn der Druck im Inneren des Kristallzüchtungsofens heftig ansteigt, explodiert der Ofenkörper 80. Bei der Explosion des Ofenkörpers 80 wird eine große Menge an Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO) aus dem Inneren des Ofens freigesetzt und reagiert mit dem Sauerstoff (O₂) in der Umgebung, so dass fortwährend Explosionen auftreten. Dies sprengt nicht nur den Kristallzüchtungsofen, sondern beschädigt auch Anlagen um den Ofen herum, was zu einem Unfall und zur Gefährdung der öffentlichen Sicherheit führt.
Wenn man andererseits annimmt, dass die Siliciumschmelze 91 in einer Menge zum unteren Körper 82 des Ofens herabfließt, mit der die Innenwandung des unteren Körpers 82 nicht durchfressen werden kann, so dass nicht bewirkt wird, dass das Kühlwasser in die Ofenkammer 90 fließt, wirkt die Wärme der Siliciumschmelze 91 stark auf den unteren Körper 82 ein und führt zur Torsion und zur Verformung des unteren Körpers 82. Somit kann der untere Körper 82 nicht mit einem oberen Körper 81 des Ofens dicht versiegelt werden, was das Eintreten von Luft in den Ofen mit sich bringt.
Aus der DE 40 18 967 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Siliciumblöcken bekannt. Dabei wird das flüssige Silicium in einer Kokille aufgefangen, welche an ihrer Unterseite über einen speziellen Kühlkopf kühlbar ist. Eine um die Kokille angeordnete, höhenverfahrbare Heizvorrichtung erlaubt dabei das gezielte Erwärmen bzw. Aufschmelzen oder auch Abkühlen der in der Kokille aufgenommenen Siciliummasse.
Die DE 699 22 698 T2 beschreibt einen Schmelzofen für Aluminiumblöcke, der einen Schmelztiegel und einen davon getrennten Warmhaltetiegel umfasst. Ein Verbindlungsdurchgang gestattet dabei den Übertritt geschmolzenen Aluminiums aus dem Schmelztiegel in den Warmhaltetiegel. Eventuell durch Risse in den Tiegeln austretendle Schmelze kann sich auf einem Bodenbereich des Ofens sammeln und durch spezielle Ablauföffnungen abgeführt werden.
In der US 5,443,034 ist ein Kristallschmelzofen beschrieben, der aufzuschmelzendes Produkt in elnemn Schmelztiegel aufnimmt. Ein zweiteiliger Hitzeschild ist oberhaib des Schmelztiegels angeordnet, wobei der untere Teil des Hitzeschildes in vertikaler Richtung auf- und absenkbar ist. Bei abgesenktem Hitzeschild kann aus der Schmelze ein Silikon-Rohling nach oben gezogen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll einen Kristallzüchtungsofen mit einer Schmelzedrainagekanalstruktur schaffen, der einen Ofenkörper, einen Auflagetisch, einen Laderahmen, eine Vielzahl von Überhangelementen und einen Satz von Ablaufrinnen aufweist.
Der Ofenkörper weist einen oberen Körper und einen unteren Körper auf, wobei der untere Körper unten an dem oberen Körper so befestigt ist, dass diese zusammen eine eingeschlossene Ofenkammer bilden.
Der Auflagetisch ist im Inneren der Ofenkammer des Ofenkörpers angeordnet, wobei der Auflagetisch eine Tischplatte und eine Vielzahl von Stützpfosten aufweist, so dass die Tischplatte durch die Stützpfosten im unteren Körper fixiert ist.
Der Laderahmen ist auf der Oberseite der Tischplatte angeordnet und weist eine untere Platte und vier Seitenplatten auf, wobei die Seitenplatten die untere Platte umgeben und auf dieser stehen, so dass sie zusammen einen Innenraum bilden und diesen umschließen. Die untere Platte hat eine größere Abmessung als die der Tischplatte des Auflagetisches und besitzt einen Umfang, der von einer Kante umgeben ist, die sich über die Tischplatte hinaus erstreckt.
Eine Vielzahl von Überhangelementen sind um die Kante der unteren Platte des Laderahmens herum vorgesehen. Die Ablaufrinnen sind im Inneren des unteren Körpers angeordnet – entsprechend unterhalb der mehreren Überhangelemente. Wenn also Hochtemperatur-Siliciumschmelze austritt und aus dem Tiegel des Laderahmens herausläuft, wird die Siliciumschmelze zunächst so geführt, dass sie entlang länglicher Überhangborde und abwärts in V-förmige Nuten der Ablaufrinnen fließt, um zu verhindern, dass die Siliciumschmelze entlang dem Umfang der Tischplatte zu den Stützpfosten herabfließt, und um die Stützpfosten davor zu schützen, dass sie angefressen werden und auseinanderbrechen, oder dass der Tiegel herabfällt und eine Überschwemmung mit Siliciumschmelze auftritt.
Die Überhangelemente weisen vier längliche Überhangborde auf, die untere Platte des Laderahmens kann eine rechteckige Graphitplatte sein, und die vier länglichen Überhangborde sind an Seiten der Kante der unteren Platte befestigt und führen von diesen herab. Eine Vielzahl von Verankerungsmitteln sind im Inneren der Ablaufrinnen angeordnet, um einen Thermobruch-Sensordraht in den Ablaufrinnen zu befestigen. Wenn austretende Siliciumschmelze mitgeführt wird und in die Ablaufrinnen tropft, schmilzt der Thermobruch-Sensordraht durch, um hierdurch sofort die Heizelemente abzuschalten und die Siliciumschmelze abzukühlen und erstarren zu lassen. Die Ablaufrinne weist eine innere Kante und eine äußere Kante auf, wobei die innere Kante höher ist als die äußere Kante und eine Seite von der äußeren Kante herabführt. Die Ablaufrinnen weisen eine Vielzahl von V-förmigen Nuten, halbkreisförmigen Nuten oder rechteckigen Nuten auf, die so miteinander verbunden sind, dass ein Rahmenkörper gebildet wird.
Darüber hinaus weist der Kristallzüchtungsofen eine Aufnahmepfanne auf, die innerhalb des Bodens des unteren Körpers sowie entsprechend unterhalb der mehreren Überhangelemente und der Ablaufrinnen angeordnet sind, jedoch weit von den mehreren Stützpfosten des Auflagetisches entfernt. Die Aufnahmepfanne weist eine rechteckige innere Kante und eine gekrümmte äußere Kante auf, wobei die rechteckige innere Kante sich unterhalb der Ablaufrinnen und weit von den mehreren Stützpfosten entfernt befindet, und wobei die gekrümmte äußere Kante innerhalb des Bodenbereichs des unteren Körpers angeordnet ist. Angesichts der Tatsache, dass die Aufnahmepfanne zusätzlich vorgesehen ist, um eine große Menge der austretenden Siliciumschmelze aufzunehmen und damit zu verhindern, dass die Siliciumschmelze nahe an die Stützpfosten herabfließt, werden die Stützpfosten und der Ofenkörper davor geschützt, beschädigt zu werden.
Die Aufnahmepfanne weist auch einen Thermostat mit einem Thermoelement auf, wobei der Thermostat am Boden der Aufnahmepfanne angeordnet ist. Die Aufnahmepfanne weist mindestens eine Kupfer-Aufnahmepfanne auf, wobei eine große Menge an Siliciumschmelze austritt und über die Ablaufrinnen sowie in die Aufnahmepfanne fließt, so dass die Aufnahmepfanne eine höhere Temperatur hat. Nach dem Erfassen eines Temperaturanstiegs sendet der Thermostat ein Signal zu einem externen Steuersystem, um eine Schnellkühlvorrichtung in Gang zu setzen und die Siliciumschmelze sofort abzukühlen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Kristallzüchtungsofen einen Heizraum auf, der in der Ofenkammer des Ofenkörpers aufgenommen ist, und weist darin die Tischplatte und den Laderahmen auf.
Der Heizraum weist ein unteres Trennelement auf, das von einer äußeren Kante umgeben und zwischen den Überhangelementen und den Ablaufrinnen angeordnet ist, wobei die äußere Kante nach unten hin den Ablaufrinnen entspricht. Das untere Trennelement weist eine obere Fläche auf, die an ihrem Umfang mit einer Rampe versehen ist, wobei die Rampe nach oben hin den Überhangelementen entspricht und wobei die Rampe zur Kante des Umfangs hin schräg verläuft. Das untere Trennelement ist im unteren Körper befestigt und weist eine Vielzahl von Löchern und Hülsen auf, wobei die mehreren Hülsen jeweils durch die mehreren Löcher hindurchführen, und wobei die Stützpfosten in den mehreren Hülsen aufgenommen sind. Die Hülsen dienen dazu, die seitliche Abstützung des Auflagetisches zu verstärken, um zu verhindern, dass eine große Menge austretender Schmelze die Stützpfosten überschwemmt, und um die Stützpfosten davor zu schützen, dass sie angefressen und beschädigt werden.
Darüber hinaus weisen die Ablaufrinnen jeweils eine innere Kante und eine äußere Kante auf, wobei die innere Kante höher ist als die äußere Kante, so dass die Siliciumschmelze, wenn sie über die Ablaufrinnen fließt, auf den oberen Rand der Aufnahmepfanne herabtropfen kann. Dies erweitert den Bereich der Kühlung, vergrößert die Drosselwirkung der Ablaufrinnen und verringert die starke Einwirkung der von der Siliciumschmelze ausgehenden Wärme.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Kristallzüchtungsofens;
2 eine Schnittansicht eines Kristallzüchtungsofens mit einer Schmelzedrainagekanalstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine perspektivische Darstellung eines Teils des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine perspektivische Darstellung eines Satzes von Ablaufrinnen des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung, die das Herabtropfen von Siliciumschmelze von einem Tiegel des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine weitere schematische Darstellung, die das Herabtropfen von Siliciumschmelze von dem Tiegel des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7–10 schematische Darstellungen von Variationen von Überhangelementen gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie aus 2 ersichtlich – einer Schnittansicht eines Kristallzüchtungsofens mit einer Schmelzedrainagekanalstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung –, weist der Ofen einen Ofenkörper 1, einen Auflagetisch 2, einen Laderahmen 3, eine Vielzahl von Überhangelementen 4, einen Satz von Ablaufrinnen 5, eine Aufnahmepfanne 6 und einen Heizraum 7 auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Ofenkörper 1 einen oberen Körper 11 und einen unteren Körper 12 auf, wobei der untere Körper 12 oben an der Unterseite des oberen Körpers 11 so befestigt ist, dass eine eingeschlossene Ofenkammer 10 gebildet wird. Der Heizraum 7 ist in der Ofenkammer 10 des Ofenkörpers 1 aufgenommen und weist darin eine Tischplatte 22 und den Laderahmen 3 auf. Ein unteres Trennelement 71 ist zwischen den Überhangelementen 4 und den Ablaufrinnen 5 angeordnet, wobei das untere Trennelement 71 von einer äußeren Kante 710 umgeben ist, die nach unten hin den Ablaufrinnen 5 entspricht.
Außerdem befindet sich das untere Trennelement 71 in dem Heizraum 7 und weist eine obere Fläche 711 und eine untere Fläche 712 auf, wobei die obere Fläche 711 an ihrem Umfang mit einer Rampe 713 versehen ist, die nach oben hin den Überhangelementen 4 entspricht, wobei die Rampe 713 nach außen und in Richtung der äußeren Kante 710 schräg verläuft. Zwischen der äußeren Kante 710 um das untere Trennelement 71 herum und der Innenwandung 721 von vier seitlichen Trennelementen 72 bleibt ein Spalt 73 von etwa 3 mm frei.
Der Auflagetisch 2 befindet sich im Inneren der Ofenkammer 10 des Ofenkörpers 1, wobei ein oberer Bereich des Auflagetisches 2 im Inneren des Heizraums 7 verbleibt. Bei der vorliegenden Erfindung weist der Auflagetisch 2 eine Tischplatte 22 und acht Stützpfosten 24 auf (in 2 sind drei Stützpfosten 24 dargestellt), wobei die Tischplatte 22 durch die acht Stützpfosten 24 an dem unteren Körper 12 befestigt ist.
Der Laderahmen 3 ist an der Oberseite der Tischplatte 22 angeordnet und weist eine untere Platte 31 und vier Seitenplatten 32 auf, wobei die Seitenplatten 32 die untere Platte 31 umgeben und auf dieser stehen, so dass sie zusammen einen Innenraum 320 bilden und diesen umschließen, wodurch wiederum ein Rahmenkörper gebildet wird, mit einem Boden, der an der Oberseite offen ist und an der Unterseite zur Aufnahme eines Tiegels 8 geschlossen ist, und der dem Gewicht des Tiegels 8 und der seitlichen Kraft, die von der flüssigen Siliciumschmelze herrührt, standhält. Die untere Platte 31 hat eine Abmessung, die größer ist als die der Tischplatte 22 des Auflagetisches 2, und weist einen Umfang auf, der von einer Kante 310 umgeben ist, welche sich über die Tischplatte 22 hinaus erstreckt.
Wie außerdem aus 3 und 4 ersichtlich – einer perspektivischen Darstellung eines Teils des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung und einer perspektivischen Darstellung eines Satzes von Ablaufrinnen des Kristallzüchtungsofens – sind die Überhangelemente 4 um die Kante 310 der unteren Platte 31 herum vorgesehen und weisen vier längliche Überhangborde 41, 42, 43, 44 auf. Die untere Platte 31 des Laderahmens 3 ist eine rechteckige Graphitplatte, und die vier länglichen Überhangborde 41, 42, 43, 44 sind an Seiten der Kante 310 der unteren Platte 31 befestigt und führen von diesen herab. Die Überhangborde 41, 42, 43, 44 können rechtwinklig oder schräg herabführen, wie ein Dachüberhang aussehend und als Überhangelemente 4 bezeichnet, so dass die Siliciumschmelze geführt werden kann und von äußeren Kanten der länglichen Überhangborde 41, 42, 43, 44 herabtropft. Daher kann die Siliciumschmelze nicht aufgrund ihrer Viskosität an der unteren Platte 31 kleben und entlang dem Bereich unter der unteren Platte 31 zur Tischplatte 22 und zu den Stützpfosten 24 des Auflagetisches 2 fließen, wodurch verhindert wird, dass die Stützpfosten 24 beschädigt werden.
Die Überhangelemente 4 können erst an der Kante 310 der unteren Platte 31 angebracht werden, nachdem der Laderahmen 3 zusammen mit dem Tiegel 8 durch ein Hebegerät auf den Auflagetisch 2 geladen wurde. Bevor der Tiegel 8 herabgelassen wird, müssen außerdem zuerst die Überhangelemente 4 entfernt werden, um zu verhindern, dass die Überhangelemente 4 beschädigt werden.
Wie in 3 dargestellt, sind die Ablaufrinnen 5 im Inneren des unteren Körpers 12 angeordnet, jeweils entsprechend unterhalb der vier Überhangelemente 4 und der Rampe 713. Wie aus 4 ersichtlich, weisen die Ablaufrinnen 5 vier V-förmige Nuten 51, 52, 53, 54 auf, die so miteinander verbunden sind, dass ein Rahmenkörper gebildet wird. Eine Vielzahl von Verankerungsmitteln 502 sind im Inneren der Ablaufrinnen 5 angeordnet, um einen Thermobruch-Sensordraht 501 in den Ablaufrinnen 5 zu befestigen. Der Thermobruch-Sensordraht 501 kann aus rostfreiem Stahl oder aus Kupfer bestehen.
Nachfolgend wird auf 5 Bezug genommen, eine schematische Darstellung, die das Herabtropfen der Siliciumschmelze von dem Tiegel des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Siliciumschmelze tritt aus dem Tiegel 8 aus und läuft in den Heizraum 7, wird durch die Überhangelemente 4 geführt und tropft auf die Rampe 713 des unteren Trennelements 71. Dann fließt die Siliciumschmelze durch den Spalt 73 und schließlich herab in die Ablaufrinnen 5, die als Drainagekanal für die Siliciumschmelze dienen. In der Zwischenzeit schmilzt der Thermobruch-Sensordraht 501 durch, während die Siliciumschmelze in die Ablaufrinnen 5 fließt.
Der Thermobruch-Sensordraht 501 ist mit einem externen Kontrollzentrum elektrisch verbunden, so dass bei einem Durchschmelzen des Thermobruch-Sensordrahts 501 und der Erfassung eines Signals das externe Kontrollzentrum sofort die elektrische Energie für die Heizelemente abstellt, um den Tiegel 8 abzukühlen. Angenommen, der Tiegel 8 hat einen kleinen Riss und die Siliciumschmelze 91 läuft nicht länger aus und erstarrt, so wird die Siliciumschmelze 91, die in die V-förmigen Nuten 51, 52, 53, 54 läuft, abgekühlt und erstarrt nach und nach und dient so als Drosselelement. Wenn andererseits die Siliciumschmelze 91 in großer Menge austritt, läuft sie über die Ablaufrinnen 5 und fließt in die Aufnahmepfanne 6.
Wie aus 6 ersichtlich – einer weiteren schematischen Darstellung, die das Herabtropfen der Siliciumschmelze von dem Tiegel des Kristallzüchtungsofens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt –, weist außerdem die Aufnahmepfanne 6 einen Thermostat 603 auf, der ein Thermoelement 603 aufweist, wobei der Thermostat 603 auch mit dem externen Kontrollzentrum elektrisch verbunden ist. Wenn die Siliciumschmelze in großer Menge in die Aufnahmepfanne 6 läuft, hat die Aufnahmepfanne 6 eine höhere Temperatur. Der Thermostat 603, der am Boden der Aufnahmepfanne 6 angeordnet ist, erfasst die anormale Temperatur, und die elektrische Energie der Heizelemente wird abgeschaltet. Darüber hinaus wird ein Schnellkühlvorgang in Gang gesetzt, der dazu führt, dass die austretende Siliciumschmelze sofort in der Aufnahmepfanne 6 abgekühlt wird, damit die Siliciumschmelze erstarrt und nicht mehr fließt, um im Weiteren jegliche Unglücksfälle zu verhindern. Wie in 6 und auch in 3 dargestellt, weist die Aufnahmepfanne 6 eine rechteckige innere Kante 61 und eine gekrümmte äußere Kante 62 auf, wobei sich die rechteckige innere Kante 61 unterhalb der Ablaufrinnen 5 und weit von den acht Stützpfosten 24 entfernt befindet, und wobei die äußere Kante 62 entlang der Oberfläche des Bodens des unteren Körpers 12 angeordnet ist, so dass ohne Weiteres eine Kühlung erreicht werden kann. Darüber hinaus hat die Aufnahmepfanne 6 die Kapazität, die gesamte Siliciumschmelze in dem Tiegel 8 aufzunehmen.
Wie aus 4 und 6 ersichtlich, gibt es vier Ablaufrinnen 5, die jeweils eine innere Kante 511 und eine äußere Kante 512 aufweisen, wobei die innere Kante 511 höher ist als die äußere Kante 512. Es existieren vier Seiten 515, 516, 517, 518, die von den äußeren Kanten 512 herabführen, so dass die Siliciumschmelze ausgebreitet wird und erstarrt, wenn sie über die Ablaufrinnen 5 und entlang den Seiten 515, 516, 517, 518 vom oberen Bereich zum unteren Bereich der äußeren Kanten 62 der Aufnahmepfanne 6 herabfließt. Hierdurch wird der starke Wärmeeinfluss reduziert und somit die Struktur der Stützpfosten 24 und des unteren Körpers 12 geschützt.
Die Ablaufrinnen 5 dienen dazu, den von der Siliciumschmelze ausgehenden starken Wärmeeinfluss zu drosseln. In diesem Sinne kann bei einer geringen Menge austretenden Materials die Siliciumschmelze in den Ablaufrinnen 5 erstarren, während bei einer großen Menge austretenden Materials die Siliciumschmelze über die Ablaufrinnen 5 fließt und in der Aufnahmepfanne 6 aufgefangen wird und dort erstarrt. Da die Siliciumschmelze eine längere Kühlzeit und eine größere Kühlfläche hat, kann somit das Problem der Torsion und der Verformung, auf das der untere Körper 12 aufgrund des starken Wärmeeinflusses stoßen kann, überwunden werden.
Wie in 6 dargestellt, weist außerdem das untere Trennelement 71 acht Löcher 714 und acht Hülsen 78 auf, wobei die acht Hülsen 78 jeweils durch die acht Löcher 714 hindurchführen, und wobei die Stützpfosten 24 in den acht Hülsen 78 aufgenommen sind. Die Hülsen 78 dienen dazu, die seitliche Abstützung des Auflagetisches 2 zu verstärken, um zu verhindern, dass eine große Menge austretender Schmelze die Stützpfosten 24 überschwemmt, und um die Stützpfosten 24 davor zu schützen, dass sie angefressen und beschädigt werden. Darüber hinaus existiert ein seitlicher Vorsprung 715, der sich um die untere Fläche 712 des unteren Trennelements 71 herum erstreckt, um die Siliciumschmelze daran zu hindern, in Richtung der Stützpfosten 24 zu fließen.
In Anbetracht der obigen Ausführungen kann die austretende, flüssige Hochtemperatur-Siliciumschmelze durch die Überhangelemente 4 geführt werden und fließt von dem Laderahmen 3 zu den Ablaufrinnen 5, um zu verhindern, dass die Siliciumschmelze entlang dem Umfang der Tischplatte 22 und zu den Stützpfosten 24 herabfließt. Im Falle des Auslaufens einer großen Menge von Siliciumschmelze können die Hülsen 78 vorgesehen sein, um die Stützpfosten 24 davor zu schützen, dass sie fortwährend durch die Siliciumschmelze angefressen werden oder sogar auseinanderbrechen. Darüber hinaus kann die große Menge der austretenden Siliciumschmelze, die über die Ablaufrinnen 5 fließt, abgelenkt, gekühlt und in der Aufnahmepfanne 6 aufgenommen werden, um zu gewährleisten, dass die Stützpfosten 24 im unteren Körper 12 nicht angefressen werden oder auseinanderbrechen, und um zu verhindern, dass der Tiegel 8 herabfällt und eine Überschwemmung mit Siliciumschmelze auftritt. Somit kann ein Unglücksfall, der durch die Explosion des Kristallzüchtungsofens verursacht wird, vermieden werden, und das Problem der Torsion und Verformung des unteren Körpers 12 aufgrund der starken Wärmeeinwirkung durch die flüssige Siliciumschmelze kann überwunden werden.
Nachfolgend wird auf 7 bis 10 Bezug genommen, die schematische Darstellungen von Variationen von Überhangelementen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; die Überhangelemente 401, 402, 405 sind rechtwinklig oder schräg, wie gewünscht, und die Überhangelemente 401, 402, 405 sind an der Seite oder unterhalb der unteren Platte 31 befestigt, wie in 7, 8 und 10 dargestellt. Andererseits kann eine äquivalente Form erreicht werden, indem in die untere Platte 31 mit einer Nut 403 versehen wird, wie in 9 dargestellt, so dass ein rechtwinkliger äußerer Überhang 404 geformt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, versteht es sich, dass noch viele andere Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er nachfolgend beansprucht wird, abzuweichen.

Claims

Kristallzüchtungsofen mit einer Schmelzedrainagekanalstruktur, mit: einem Ofenkörper, der einen oberen Körper (11) und einen unteren Körper (12) aufweist, wobei der untere Körper (12) an der Unterseite des oberen Körpers (11) so befestigt ist, dass diese zusammen eine eingeschlossene Ofenkammer (10) bilden; einem Auflagetisch (2), der im Inneren der Ofenkammer des Ofenkörpers angeordnet ist, wobei der Auflagetisch (2) eine Tischplatte (22) und eine Vielzahl von Stützpfosten (24) aufweist, so dass die Tischplatte (22) durch die mehreren Stützpfosten (24) am unteren Körper (12) befestigt ist; einem Laderahmen (3, 93), der auf der Oberseite der Tischplatte (22) angeordnet ist und eine untere Platte (31) und mehrere Seitenplatten (32) aufweist, wobei die mehreren Seitenplatten (32) die untere Platte (31) umgeben und auf dieser stehen, so dass sie zusammen einen Innenraum bilden und diesen umschließen, und wobei die untere Platte (31) eine größere Abmessung als die der Tischplatte (22) des Auflagetisches hat und einen Umfang besitzt, der von einer Kante (310) umgeben ist, die sich über die Tischplatte (22) hinaus erstreckt; mehreren Überhangelementen (4), die um die Kante (310) der unteren Platte (31) des Laderahmens (3, 93) herum vorgesehen sind; einem Satz von Ablaufrinnen (5), die im Inneren des unteren Körpers (12) entsprechend unterhalb der mehreren Überhangelemente (4) angeordnet sind; und einem Heizraum (7), der in der Ofenkammer des Ofenkörpers aufgenommen ist und darin die Tischplatte (22) und den Laderahmen (3) aufweist, wobei der Heizraum ein unteres Trennelement (71) aufweist, das von einer äußeren Kante (710) umgeben und zwischen den Überhangelementen (4) und den Ablaufrinnen (5) angeordnet ist, und wobei die äußere Kante nach unten hin den Ablaufrinnen entspricht (5).
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Überhangelemente (4) vier längliche Überhangborde (401, 402, 404, 405) aufweisen, die untere Platte (31) des Laderahmens (3) eine rechteckige Graphitplatte ist, und die vier länglichen Überhangborde (401, 402, 404, 405) an Seiten der Kante der unteren Platte (31) befestigt sind und von diesen herabführen.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 1, bei dem ein Thermobruch-Sensordraht in dem Satz von Ablaufrinnen (5) angeordnet ist.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 3, bei dem eine Vielzahl von Verankerungsmitteln im Inneren des Satzes von Ablaufrinnen (5) angeordnet sind, um den Thermobruch-Sensordraht in den Ablaufrinnen (5) zu befestigen.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 1, bei dem die Ablaufrinne (5) eine innere und eine äußere Kante aufweist, wobei die innere Kante höher ist als die äußere Kante und eine Seite von der äußeren Kante herabführt.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 1, bei dem der Satz von Ablaufrinnen (5) mehrere V-förmige Nuten aufweist, die miteinander verbunden sind.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 1, der außerdem eine Aufnahmepfanne (6) aufweist, die innerhalb des Bodens des unteren Körpers (12) sowie unterhalb der mehreren Überhangelemente (4) und des Satzes von Ablaufrinnen (5), diesen entsprechend, und weit von den mehreren Stützpfosten (24) des Auflagetisches 2) entfernt angeordnet ist.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 7, bei dem die Aufnahmepfanne (6) eine rechteckige innere Kante (61) und eine gekrümmte äußere Kante (62) aufweist.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 7, bei dem die Aufnahmepfanne (6) außerdem einen Thermostat (603) aufweist, der am Boden der Aufnahmepfanne (6) angeordnet ist.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 9, bei dem der Thermostat (603) ein Thermoelement aufweist.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 7, bei dem die Aufnahmepfanne (6) mindestens eine Kupfer-Aufnahmepfanne aufweist.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 1, bei dem das untere Trennelement (71) eine obere Fläche aufweist, die an ihrem Umfang mit einer Rampe (713) versehen ist, wobei die Rampe (713) nach oben hin den Überhangelementen (4) entspricht.
Kristallzüchtungsofen nach Anspruch 12, bei dem das untere Trennelement (71) außerdem eine Vielzahl von Löchern und Hülsen (78) aufweist, wobei die mehreren Hülsen (78) jeweils durch die mehreren Löcher (714) hindurchführen, und wobei die Stützpfosten (24) in den mehreren Hülsen (78) aufgenommen sind.