DE102011006076B4

DE102011006076B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken

Info

Publication number: DE102011006076B4
Application number: DE102011006076.6A
Authority: DE
Inventors: Günter RADEL; Doreen NAUERT; Matthias Trempa; Kaspars DADZIS; Dr. Dietrich Marc; Stefan PROSKE; Dr. Friedrich Jochen; Dr. Freudenberg Bernhard; Dr. Reimann Christian
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; SolarWorld Industries Sachsen GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: DE102011006076A8; DE102011006076A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Blöcken umfassend a. ein Gefäß (2; 2e; 2p) zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze mit i. einem Boden (4; 4e; 4p), ii. einer Innenseite (6), iii. einer Außenseite (7) und iv. einer Mittel-Längs-Achse (8), b. wobei der Boden (4; 4e; 4p) i. eine Erstreckung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (8) aufweist und ii. über seine Erstreckung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (8) mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten (UB1, UB2) aufweist, c. wobei der Boden (4; 4e; 4p) eine Vielzahl von sacklochartigen Ausnehmungen (10; 10e; 10p) aufweist und d. wobei die Ausnehmungen (10; 10e; 10p) eine zylindrische Form aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken.
Die Herstellung von großvolumigen Silizium-Blöcken ist ein Schlüsselschritt im Herstellungsprozess von Silizium-Solarzellen. Dieser Verfahrensschritt hat einen entscheidenden Einfluss auf die weiteren Eigenschaften des Halbleiter-Materials, insbesondere auf den erreichbaren Wirkungsgrad der fertigen Solarzellen.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken sind beispielsweise aus der WO 2007/148987 A1 und der DE 24 61 553 C2 sowie der WO 2010/005 705 A1 , der JP 2000/327 474 A und der JP 10-095 688 A bekannt.
Es besteht jedoch fortwährender Bedarf, derartige Verfahren besser kontrollierbar und reproduzierbar sowie kostengünstiger zu machen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, den Boden einer Kokille derart auszubilden, dass beim gerichteten Abkühlen von unten die Schmelze in der Kokille an deren Boden einem orts-variablen Temperaturfeld ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß wird dies insbesondere dadurch erreicht, dass der Boden der Kokille einen inhomogenen Wärmedurchgangskoeffizienten aufweist.
Er hat insbesondere mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten. Dies führt dazu, dass die Schmelze im Bereich mit einem höheren Wärmedurchgangskoeffizienten schneller abkühlt und somit die Kristallisation der Schmelze an diesen Stellen bevorzugt beginnt. Ein erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin, dass dieser Effekt relativ robust bezüglich einer Variabilität des Schmelzofens, insbesondere der Temperatur-Verteilung in diesem ist.
Auf besonders einfache Weise lassen sich Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten dadurch erreichen, dass der Boden eine inhomogene, das heißt eine orts-variable Dicke aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens kann hierbei konstant sein, das heißt der Boden kann homogen, aus einem einzigen Material gefertigt sein.
Über eine gezielte Anordnung von Ausnehmungen, das heißt Bereiche mit verminderter Dicke, lässt sich sehr spezifisch und gezielt ein Boden mit einer vorgegebenen Wärmedurchgangskoeffizienten-Verteilung herstellen. Um die Variabilität des Wärmedurchgangskoeffizienten in den übrigen Bereichen zu minimieren, weist der Boden abgesehen von den Ausnehmungen vorzugsweise eine homogene Dicke auf. Anstelle der Ausnehmungen können entsprechend auch Verstärkungen vorgesehen sein.
Sowohl herstellungstechnisch als auch für die Entnahme des Silizium-Blocks aus der Kokille ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmungen auf der Außenseite des Bodens angeordnet sind.
Je nach Material der Kokille sowie den thermischen Eigenschaften der die Kokille umgebenden Isolierung weisen die Ausnehmungen Ausdehnungen in der Größenordnung von Millimetern bis Zentimetern auf.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Abkühlen der Silizium-Schmelze in der Kokille Wärme derart durch den Boden der Kokille abgeführt, dass sich im Bereich des Bodens auf der Innenseite der Kokille zumindest zeitweise eine inhomogene Temperatur-Verteilung einstellt. Hierdurch kann der Kristallisations-Vorgang, insbesondere die Keimbildung am Boden der Kokille, gezielt beeinflusst werden.
Temperatur-Unterschiede von 0,1 bis 50 Kelvin im Bereich des Kokillen-Bodens können die Keimbildung und damit die Volumenkristallisation entscheidend beeinflussen.
Es ist vorgesehen, die Kokille aus einem keramischen Material herzustellen. Hierzu wird zunächst ein entsprechender Grünling geformt. Gemäß einer ersten Variante ist vorgesehen, den Grünling vor seiner Aushärtung zu strukturieren. Dies hat den Vorteil, dass der Grünling in diesem Zustand noch relativ weich und daher einfach zu bearbeiten ist.
Gemäß einer Alternative ist vorgesehen, den Grünling erst nach der Aushärtung in einem Nachbearbeitungs-Schritt zu strukturieren. Hierdurch wird eine sehr präzise Strukturierung der Kokille ermöglicht.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und
2 bis 16 entsprechende Darstellungen weiterer Alternativen der Vorrichtung gemäß 1.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Herstellung von Silizium-Blöcken umfasst ein Gefäß 2 zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze und eine Tragplatte 3 für dasselbe.
Beim Gefäß 2 handelt es sich insbesondere um einen Tiegel oder um eine Kokille. Es hat einen Boden 4 und mindestens eine Seitenwand 5. Der Boden 4 und die mindestens eine Seitenwand 5 haben jeweils eine Innenseite 6 und eine Außenseite 7.
Das Gefäß 2 ist symmetrisch zu einer Mittel-Längs-Achse 8. Die Mittel-Längs-Achse 8 steht insbesondere senkrecht auf dem Boden 4. Das Gefäß 2 hat vorzugsweise einen rechteckigen, quadratischen oder einen kreisförmigen Querschnitt.
Das Gefäß 2 ist vorzugsweise aus Keramik und weist insbesondere zumindest einen Anteil an Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumcarbid auf. Das Gefäß 2 kann auch Anteile an Graphit aufweisen oder aus Graphit bestehen.
Der Boden 4 hat in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 eine Ausdehnung im Bereich von 10 cm bis 200 cm, insbesondere von mindestens 25 cm, vorzugsweise von mindestens 50 cm. Im Bereich des Bodens 4 liegt die Wandstärke im Bereich von 1 cm bis 5 cm, insbesondere im Bereich von 2 cm bis 3 cm. In Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 haben die Seitenwände 5 eine Ausdehnung im Bereich von 20 cm bis 150 cm, insbesondere im Bereich von 50 cm bis 110 cm. Die Seitenwände 5 schließen mit dem Boden 4 einen Winkel b von mindestens 90° ein. Der Winkel b legt vorzugsweise im Bereich von 92° bis 100°, insbesondere im Bereich von 95° bis 98°. Das Gefäß 2 erweitert sich somit ausgehend vom Boden in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8. Hierdurch wird eine Entnahme des Silizium-Blocks nach Kristallisation desselben vereinfacht.
Die Tragplatte 3 steht zumindest bereichsweise in direktem Kontakt mit dem Boden 4. Sie bildet zusammen mit dem Boden 4 eine Basis 9. Die Tragplatte 3 kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. Sie umfasst insbesondere eine oder mehrere Schichten. Die Tragplatte 3 weist eine Dicke DT auf. Sie hat in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 Abmessungen, welche mindestens so groß, insbesondere mindestens 1,1-mal so groß, sind wie die des Bodens 4 des Gefäßes 2. Sie steht vorzugsweise in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 über den Boden 4 des Gefäßes über.
Die Tragplatte 3 ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Tragplatte 3 beträgt mindestens 10 W/(mK). Die Tragplatte 3 ist insbesondere zumindest teilweise aus Graphit. Sie kann auch vollständig aus Graphit bestehen.
Erfindungsgemäß sind Mittel zur Erzeugung eines inhomogenen Temperaturfeldes auf der Innenseite 6 des Bodens 4 vorgesehen. Hierzu ist die Basis 9 derart ausgebildet, dass sie einen inhomogenen Wärmedurchgangskoeffizienten U aufweist. Das heißt die Basis 9 weist mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten U₁, U₂ bezogen auf die Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 auf.
Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass der Boden 4 mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten U_B1, U_B2 aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Boden 4 eine inhomogene Dicke D_XY aufweist. Unter einer inhomogenen Dicke sei verstanden, dass die Dicke D des Bodens 4 in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 nicht konstant ist, das heißt variiert. Anders ausgedrückt weist der Boden 4 mindestens einen Bereich mit einer geringeren Dicke als der Rest des Bodens 4 auf.
Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens 4 kann dahingegen über die gesamte Erstreckung des Bodens 4 konstant sein. Der Boden 4 kann insbesondere aus einem einzigen Material hergestellt sein und somit eine konstante Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Der Boden 4 kann auch bereichsweise aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
Die Dickenverteilung des Bodens 4 wird dadurch erreicht, dass der Boden 4 eine Vielzahl von Ausnehmungen 10 aufweist. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 10 auf der Außenseite 7 des Bodens 4 angeordnet. Abgesehen von den Ausnehmungen 10 weist der Boden 4 eine homogene Dicke D₀ auf.
Die Ausnehmungen 10 sind sacklochartig ausgebildet. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen sie eine zylindrische Form auf. Die Ausnehmungen 10 können einen runden, insbesondere einen kreisförmigen, oder einen vieleckigen, insbesondere einen drei-, vier-, sechs- oder mehreckigen, Querschnitt aufweisen. Sie weisen in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 eine Tiefe T im Bereich von 0,5 mm bis 2 cm, insbesondere von höchstens 1 cm, insbesondere von höchstens 5 mm auf. In Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 liegt die Ausdehnung der Ausnehmungen 10 im Bereich von 1 mm bis 20 cm, insbesondere höchstens 5 cm, insbesondere höchstens 1 cm.
Die Ausnehmungen 10 sind vorzugsweise gleichmäßig, insbesondere in einem regelmäßigen Muster am Boden 4 des Gefäßes 2 angeordnet. Sie sind insbesondere symmetrisch zur Mittel-Längs-Achse 8 angeordnet. Als Muster für die Anordnung der Ausnehmungen 10 kommt insbesondere ein trianguläres, ein quadratisches oder ein hexagonales Muster in Frage. Eine kreisförmige Anordnung der Ausnehmungen 10 ist ebenso möglich. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben alle Ausnehmungen 10 identische Abmessungen. In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, dass verschiedene Ausnehmungen 10 unterschiedliche Abmessungen, insbesondere unterschiedliche Tiefen T oder unterschiedliche Ausdehnungen in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 aufweisen.
Die Ausnehmungen 10 sind in einem wechselseitigen Abstand A zu einander angeordnet. Der Abstand A liegt im Bereich von 3 cm bis 30 cm, insbesondere im Bereich von 5 cm bis 20 cm. Hierbei sind die Anzahl der Ausnehmungen 10, deren Abmessungen und deren Verteilung am Boden 4 derart aufeinander abgestimmt, dass die Ausnehmungen 10 keinen nachweisbaren Einfluss auf das Temperaturfeld an der Innenseite 6 des Bodens 4 im Bereich benachbarter Ausnehmungen 10 haben. Der Einfluss einer Ausnehmung 10 auf das Temperaturfeld an der Innenseite 6 des Bodens 4 liegt im Bereich von 0,1 K bis 50 K.
Die Anzahl der Ausnehmungen 10 im Boden 4 liegt im Bereich von 1 bis 500, insbesondere im Bereich von 4 bis 100, vorzugsweise im Bereich bis 50.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Silizium-Blöcken beschrieben. Zunächst wird das Gefäß 2 zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze bereitgestellt und mit einer Silizium-Schmelze befüllt. Hierzu kann auch Silizium in dem Gefäß 2 aufgeschmolzen werden. Zum Auskristallisieren der Silizium-Schmelze wird diese ausgehend vom Boden 4 des Gefäßes 2 langsam abgekühlt. Unter einer langsamen Abkühlung sei eine Abkühlung von höchstens 0,3 °C/s, insbesondere höchstens 0,1 °C/s verstanden. Hierbei wird Wärme durch den Boden 4 des Gefäßes 2 abgeführt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abführen der Wärme derart erfolgt, dass sich im Bereich des Bodens 4 auf der Innenseite 6 des Gefäßes 2 zumindest zeitweise, insbesondere zumindest zu Beginn des Kristallisation-Vorgangs der Silizium-Schmelze, eine inhomogene Temperatur-Verteilung einstellt. Aufgrund der Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten U_B1, U_B2 bilden sich im Bereich des Bodens 4 auf der Innenseite 6 des Gefäßes 2 insbesondere Bereiche mit höherer und Bereiche mit niedrigerer Temperatur.
Die Ausnehmungen 10 führen beim Abkühlen der Silizium-Schmelze in diesen Bereichen zu einer erhöhten Wärmeabstrahlung im Vergleich zu Bereichen des Bodens 4 ohne Ausnehmungen 10 und dadurch zu einer größeren Wärmeabfuhr.
Die Temperatur-Verteilung an der Innenseite 6 des Bodens 4 umfasst hierbei einen Temperatur-Bereich von mindestens 0,1 K bis 50 K, insbesondere mindestens 1 K, insbesondere mindestens 5 K und höchstens 20 K, insbesondere höchstens 10 K.
Die Bereiche mit niedrigerer Temperatur bilden Keimbildungs-Zentren, an welchen die Kristallisation der Silizium-Schmelze bevorzugt einsetzt. Nach der Ausbildung von Kristallisationskeimen in den Bereichen mit niedrigerer Temperatur wird die Temperatur der Silizium-Schmelze an der Innenseite 6 des Bodens 4 weiter so langsam abgesenkt, dass die von den Keimbildungs-Zentren in den Bereichen niedrigerer Temperatur aus anwachsenden Kristalle die Bereiche mit höherer Temperatur vollständig überwachsen haben, bevor die Temperatur so niedrig ist, dass es in letzteren Bereichen zu einer heterogenen Keimbildung kommt.
Zur Herstellung des Gefäßes 2 wird zunächst ein Grünling des Gefäßes 2 hergestellt. Gemäß einer ersten Alternative wird der Boden 4 des Gefäßes 2 vor Aushärtung des Grünlings strukturiert. In einer anderen Alternative wird der Boden 4 des Gefäßes 2 erst nach der Aushärtung des Grünlings strukturiert. Hierzu sind Nachbearbeitungs-Schritte, insbesondere Bohren, Fräsen oder Schleifen, vorgesehen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 eine Alternative der Vorrichtung 1a beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Bei der Alternative gemäß 2 haben die Ausnehmungen 10a eine konische Form. Ihre Ausdehnung in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 nimmt zur Außenseite 7 des Bodens 4a hin zu. Sie sind insbesondere derart angeordnet, dass zwei benachbarte Ausnehmungen 10a gerade an der Außenseite 7 des Bodens 4a aneinanderstoßen. Sie können jedoch auch beabstandet zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen 10a in einem triangulären, quadratischen oder hexagonalen Muster angeordnet.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 eine weitere Alternative der Vorrichtung 1b beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. Bei der Alternative gemäß 3 sind die Ausnehmungen 10b auf der Innenseite 6 des Bodens 4b angeordnet. Die Außenseite 7 des Bodens 4 ist insbesondere plan ausgebildet. Prinzipiell ist es auch denkbar, die Ausnehmungen 10b auf der Innenseite 6 des Bodens 4b mit Ausnehmungen 10, 10a auf der Außenseite 7 des Bodens 4b zu kombinieren.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 eine weitere Alternative der Vorrichtung 1c beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c. Bei der Alternative gemäß 4 sind zur Beeinflussung des Wärmedurchgangskoeffizienten U des Bodens 4c Verstärkungen 11 vorgesehen. Der Boden 4c weist somit eine lokal erhöhte Dicke gegenüber der Dicke D₀ auf. Die Verstärkungen sind auf der Innenseite 6 des Gefäßes 2c angeordnet. Die Verstärkungen 11 führen je nach ihrer Ausdehnung in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 zu einer Verringerung des Wärmedurchgangskoeffizienten U des Bodens 4c.
Die Verstärkungen 11 sind vorzugsweise kegelförmig ausgebildet. Zylindrische Verstärkungen 11 sind jedoch ebenso denkbar.
Prinzipiell ist es auch möglich, die Verstärkungen 11 als Schablone auszubilden, welche auch nachträglich in eine Kokillen oder einen Tiegel eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten d. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 weist die Tragplatte 3 Erhebungen 12 auf, welche passend zu den Ausnehmungen 10 ausgebildet sind. Die Erhebungen 12 passen insbesondere formschlüssig in die Ausnehmungen 10 im Boden 4 des Gefäßes 2. Die dem Boden 4 des Gefäßes 2 zugewandte Seite der Tragplatte 3b bildet somit ein inverses Abbild Letzterer.
Bei diesem Ausführungsbeispiel steht das Gefäß 2 im gesamten Bereich des Bodens 4 in direktem Kontakt mit der Tragplatte 3d. Durch den direkten Kontakt zwischen dem Boden 4 und der Tragplatte 3d auch im Bereich der Ausnehmungen 10 wird der Wärmefluss im Bereich der Ausnehmungen 10 erhöht.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten e. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 setzen sich die Ausnehmungen 10e ausgehend vom Boden 4e des Gefäßes 2e durch die Tragplatte 3e hindurch fort. Sie umfassen jeweils eine Tragplatten-Ausnehmung 13 in der Tragplatte 3e. Gemäß dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel durchdringen die Tragplatten-Ausnehmungen 13 die Tragplatte 3e in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 vollständig. Die Tragplatten-Ausnehmungen 13 sind insbesondere fluchtend mit dem im Boden 4a des Gefäßes 2a angeordneten Teil der Ausnehmungen 10e ausgebildet.
Anders ausgedrückt erstrecken sich die Ausnehmungen 10e ausgehend von der dem Boden 4e des Gefäßes 2e abgewandten Seite der Tragplatte 3e in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 durch die Tragplatte 3e hindurch bis in den Boden 4e des Gefäßes 2e hinein. Gemäß der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die Ausnehmungen 10e kegelstumpfförmig ausgebildet. Sie erweitern sich stetig, wobei sie im Bereich des Bodens 4e geringere Abmessungen aufweisen als im Bereich der Tragplatte 3e. Mit den einseitig offenen Ausnehmungen 10e in der Basis 9e wird insbesondere die Wärmeabfuhr durch Wärmestrahlung erhöht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist somit auch die Tragplatte 3e zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten U_T1, U_T2 auf. Die Tragplatte 3e weist insbesondere eine inhomogene Dicke DT_xy auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gilt DT < T < DT + D₀.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 7 eine weitere Alternative der Vorrichtung 1f beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten f. Bei der Alternative gemäß 7 sind die Ausnehmungen 10f mit den Tragplatten-Ausnehmungen 13f identisch. Sie durchdringen die die Tragplatte 3f in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 vollständig. Sie reichen jedoch nicht in den Boden 4f des Gefäßes 2f hinein. Die Tiefe T der Ausnehmungen 10f ist bei dieser Alternative genauso groß wie die Dicke DT der Tragplatte 3f. Bei der Alternative gemäß 7 kann die Außenseite 7 des Bodens 4f plan ausgebildet sein. Sie kann insbesondere planparallel zur Innenseite 6 des Bodens 4f ausgebildet sein. Der Boden 4f kann bei diesem Ausführungsbeispiel somit eine homogene Dicke DB aufweisen.
Selbstverständlich ist es auch bei der Alternative gemäß 7 möglich, Ausnehmungen 10 im Boden 4f anzuordnen. Insbesondere ist eine Kombination mit einer Ausführungsform gemäß einer der in den 1 bis 4 dargestellten Alternativen möglich.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 8 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten g. Bei der Variante gemäß 8 erstrecken sich die Ausnehmungen 10g in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 lediglich über einen Teil der Tragplatte 3g. Die Tiefe T der Ausnehmungen 10g ist insbesondere kleiner als die Dicke DT der Tragplatte 3g, T < DT. Es gilt insbesondere T < 0,9 DT, insbesondere T < 0,7 DT. Die Tragplatte 3g hat an ihrer dem Boden 4g zugewandten Seite eine plane Oberfläche.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 9 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten h. Bei der Variante gemäß 8 sind die Ausnehmungen 10h mit einer ersten Beschichtung 15 versehen. Sie sind insbesondere mit der ersten Beschichtung 15 ausgekleidet, vorzugsweise vollständig ausgekleidet.
Die erste Beschichtung 15 dient der Erhöhung der Emissivität. Durch die erste Beschichtung 15 wird somit die Wärmeabstrahlung im Bereich der Ausnehmungen 10h vergrößert. Die erste Beschichtung 5 ist derart ausgebildet, dass der Emissionsgrad der Tragplatte 3h im Bereich der Ausnehmungen 10h um mindestens 5 %, insbesondere um mindestens 10 % gegenüber einer unbeschichteten Tragplatte 3 erhöht ist.
Alternativ oder zusätzlich zu der ersten Beschichtung 15 im Bereich der Ausnehmungen 10h kann eine zweite Beschichtung 16 in den dazwischen liegenden Bereichen, insbesondere auf der dem Boden 4f abgewandten Seite der Tragplatte 3h, vorgesehen sein. Die zweite Beschichtung 16 dient der Verringerung der Emissivität in den Bereichen zwischen den Ausnehmungen 10h. Die zweite Beschichtung 16 ist derart ausgebildet, dass der Emissionsgrad der Tragplatte 3h in den Bereichen zwischen den Ausnehmungen 10h um mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 % gegenüber einer unbeschichteten Tragplatte 3 verringert ist.
Anstelle der ersten Beschichtung 15 kann vorgesehen sein, die Oberfläche der Tragplatte 3h im Bereich der Ausnehmungen 10h aufgerauht auszubilden. Entsprechend kann die Oberfläche der Tragplatte 3h anstelle der zweiten Beschichtung 16 in den Bereichen zwischen den Ausnehmungen 10h besonders glatt, insbesondere poliert, ausgebildet sein. Die zweite Beschichtung 16 kann auch als Verspiegelung ausgebildet sein. In diesem Fall wird die Reflexion zurück in die Tragplatte 3h erhöht und damit die Abstrahlung in den Bereichen zwischen den Ausnehmungen 10h verringert.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 10 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten i. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 10 sind die Ausnehmungen 10i mit einer Füllung 17 aufgefüllt. Die Füllung 17 weist eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche sich von der Wärmeleitfähigkeit der Tragplatte 3i in den Bereichen außerhalb der Ausnehmungen 10i unterscheidet. Die Wärmeleitfähigkeit der Füllung 17 kann insbesondere höher oder niedriger als die der Grundplatte 3i in den restlichen Bereichen der Tragplatte 3i sein. Die Wärmeleitfähigkeit der Füllung 17 unterscheidet sich insbesondere um mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, von der Wärmeleitfähigkeit in den übrigen Bereichen der Tragplatte 3i.
Die Füllung 17 ist aus einem Material, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der Schmelzpunkt von Silizium. Der Schmelzpunkt der Füllung 17 liegt insbesondere bei mindestens 1500° C, insbesondere bei mindestens 1600°C, vorzugsweise bei mindestens 1700°C. Für die Füllung 17 kommt beispielsweise Molybdän, Wolfram oder ein Spezialstahl, insbesondere mit einem Anteil an mindestens einem dieser Elemente infrage.
Bei diesem Ausführungsbeispiel reichen die Ausnehmungen 10i vorzugsweise durch die gesamte Tiefe DT der Tragplatte 3i. Somit stehen auch die Füllungen 17 vorzugsweise in direktem Kontakt mit dem Boden 4f des Gefäßes 2f.
Wie in 10 dargestellt, können die Ausnehmungen 10i hohlzylindrisch ausgebildet sein. Eine kegelstumpf- oder konusförmige Ausbildung wie bei den im Vorhergehenden beschriebenen Alternativen ist selbstverständlich ebenso möglich. Ebenso können die Ausnehmungen 10 bis 10h bei den vorhergehend beschriebenen Alternativen auch hohlzylindrisch ausgebildet sein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 11 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten j. Wie bei der Alternative gemäß 5 weist auch bei der Alternative gemäß 11 die Tragplatte 3j einen Grundkörper 18 und Erhebungen 12 auf. Die Erhebungen 12 sind auf der dem Boden 4f des Gefäßes 2f zugewandten Seite der Tragplatte 3j angeordnet. Wie in 11 dargestellt, kann die Außenseite 7 des Bodens 4f plan ausgebildet sein. Der Boden 4f steht somit ausschließlich im Bereich der Erhebungen 12 in direktem Kontakt mit der Tragplatte 3d. Bei dem in 11 dargestellte Variante sind die Erhebungen 12 jeweils in einem wechselseitigen Abstand A_E angeordnet, welcher größer ist als die Ausdehnung der Erhebungen 12 in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8. Der Abstand A_E ist insbesondere mindestens anderthalbmal so groß, vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie die Ausdehnung der Erhebungen 12 in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8.
Aufgrund der Erhebungen 12 ist der Boden 4f des Gefäßes 2f beabstandet zum Grundkörper 18 der Tragplatte 3j angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 11 kann das Medium zwischen dem Boden 4f des Gefäßes 2f und dem Grundkörper 18 der Tragplatte 3j in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 zirkulieren, das heißt ein- und ausströmen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 12 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten k. Bei der Alternative gemäß 12 sind die Ausnehmungen 10k als Tragplatten-Ausnehmungen 13k an der dem Boden 4f des Gefäßes 2f zugewandten Seite der Tragplatte 3k angeordnet. Sie bilden somit Hohlräume, welche einerseits von der Tragplatte 3k, andererseits vom Boden 4f begrenzt, insbesondere vollständig abgeschlossen werden. Die Hohlräume sind mit einem Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten, welcher unterschiedlich vom Wärmeleitkoeffizienten des Materials der Tragplatte 3k ist, gefüllt. Sie sind vorzugsweise mit einem Gas, insbesondere mit einem Inert-Gas oder mit Luft gefüllt. Der Wärmeleitkoeffizient des Materials in den Ausnehmungen 10k weist insbesondere einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizienten auf als das Material der Tragplatte 3k.
Die Ausnehmungen sind in einem wechselseitigen Abstand A_A in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 angeordnet, welcher insbesondere größer ist als die Ausdehnung der Ausnehmungen 10k in dieser Richtung. Der Abstand A_A ist insbesondere mindestens anderthalbmal so groß, insbesondere mindestens doppelt so groß wie die Ausdehnung der Ausnehmungen 10k in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 13 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten l. Bei der Variante gemäß 13 umfasst die Tragplatte 3l eine zwischen dem Grundkörper 18 und dem Boden 4f des Gefäßes 2f angeordnete Zwischenschicht 19. Die Zwischenschicht weist Bereiche mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit auf. Sie umfasst die Ausnehmungen 10l. Die Ausnehmungen 10l sind vorzugsweise hohlzylindrisch oder konusförmig ausgebildet. Sie sind entsprechend dem in 10 dargestellten Variante mit Füllungen 17 aus einem Material höherer oder niedrigerer Wärmeleitfähigkeit als die des restlichen Materials der Zwischenschicht 19 aufgefüllt. Die Wärmeleitfähigkeit des Füllungen 17 unterscheidet sich insbesondere um mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, von der Wärmeleitfähigkeit in den übrigen Bereichen der Zwischenschicht 19.
Die Füllungen 17 sind aus einem Material, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der Schmelzpunkt von Silizium. Der Schmelzpunkt der Füllungen 17 liegt insbesondere bei mindestens 1500° C, insbesondere bei mindestens 1600°C, vorzugsweise bei mindestens 1700°C. Für die Füllung 17 kommt beispielsweise Molybdän, Wolfram oder ein Spezialstahl, insbesondere mit einem Anteil an mindestens einem dieser Elemente infrage.
Selbstverständlich können die Ausnehmungen 10l auch leer oder mit einem Gas gefüllt sein. In diesem Fall handelt es sich bei der Zwischenschicht 19 um eine Lochplatte. Mittels einer derartigen Lochplatte sind auch bereits bestehende Vorrichtungen zur Herstellung von Silizium-Blöcken auf einfache Weise nachrüstbar.
Die Zwischenschicht 19 hat in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 Abmessungen, welche grade denen des Bodens 4f des Gefäßes 2f entsprechen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 14 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten n. Bei der Variante gemäß 14 ist die Ausnehmung 10n als Kühlkanal in der Tragplatte 3n ausgebildet. Der Kühlkanal ist an eine Kühl-Einrichtung 22 angeschlossen, welche in der 14 nur schematisch dargestellt ist. Der Kühlkanal ist insbesondere mittels der Kühl-Einrichtung 22 mit einem Kühlmedium 23 beaufschlagbar. Es handelt sich somit um eine aktive Kühlung zum Abführen der Wärme durch den Boden 4f. Beim Betrieb der Kühl-Einrichtung 22 durchströmt das Kühl-Medium 23 den Kühlkanal in einer Strömungsrichtung 24. Vorzugsweise ist ein geschlossener Kühl-Keislauf 25 für das Kühl-Medium 23 vorgesehen.
Der Kühlkanal ist insbesondere mäanderförmig in der Tragplatte 3n angeordnet. Er weist Abschnitte mit unterschiedlichen Abständen zum Boden 4f des Gefäßes 2f auf. Aufgrund der unterschiedlichen Abstände zum Boden 4f führt der Kühlkanal durch Bereiche der Basis 9n, welche beim Abkühlen der Schmelze unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Der Kühlkanal ist somit derart in der Basis 9n angeordnet, dass beim Abkühlen der Schmelze ein bereichsweise unterschiedlicher Temperatur-Gradient zwischen der Innenseite 6 des Bodens 4f und dem Kühlkanal besteht. Dies führt zu einer bereichsweise erhöhten Wärmeabfuhr durch den Boden 4f.
Prinzipiell kann der Kühlkanal bis an den Boden 4f des Gefäßes 2f reichen. Er wird in diesem Fall bereichsweise vom Boden 4f des Gefäßes 2f begrenzt. Der Kühlkanal kann auch, wie in der 14 dargestellt, vollständig in der Tragplatte 3n angeordnet sein.
Vorzugsweise weist der Kühlkanal über seine gesamte Länge im Bereich der Tragplatte 3n eine in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 konstante Ausdehnung auf. Ein konstanter Strömungs-Querschnitt ist ebenso möglich. Alternativ ist jedoch auch möglich die Ausdehnung des Kühlkanals in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 über seine Länge zu variieren. Auch hierdurch kann die Wärmeabfuhr durch den Boden beeinflusst werden.
Als Kühlmedium 23 ist insbesondere ein Fluid, vorzugsweise ein Gas, insbesondere ein Inertgas, beispielsweise Helium oder Argon, vorgesehen.
Es ist außerdem möglich, mehrere Kühlkanäle in der Tragplatte 3m vorzusehen. Diese können von einer gemeinsamen Kühl-Einrichtung 22 oder von mehreren Kühl-Einrichtungen 22 mit Kühl-Medium 23 beaufschlagt werden.
Mittels des Kühlkanals ist eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus der Tragplatte 3n möglich. Mittels der Kühl-Einrichtung 22 lässt sich an der dem Boden 4f des Gefäßes 2f zugewandten Seite der Tragplatte 3n und damit auch sowohl an der Außenseite 7 als auch an der Innenseite 6 des Bodens 4f ein inhomogenes Temperaturfeld erzeugen.
Besonders vorteilhaft an der Ausführungsform gemäß 14 ist, dass die bereichsweise Erhöhung der Wärmeabfuhr durch den Boden 4f des Gefäßes 2f mittels der Kühl-Einrichtung 22 kontrollierbar ist.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 15 eine weitere Alternative der Vorrichtung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten n. Bei der Alternative gemäß 15 sind die Ausnehmungen 10o in der Tragplatte 3o entsprechend den Ausführungsbeispielen gemäß einer der 6 bis 9 ausgebildet. Zur aktiven Kühlung, das heißt Wärmeabfuhr, im Bereich der Ausnehmungen 10o, sind wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 14 ein oder mehrere Kühl-Einrichtungen 22o vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist für jede der Ausnehmungen 10o ein eigener Kühl-Kreislauf 25o vorgesehen. Der Kühl-Kreislauf 25o umfasst jeweils eine zentral in der Ausnehmung 10o angeordnete Kühlmittel-Zufuhr-Leitung 26 und eine Kühlmittel-Rückfuhr-Leitung 27.
Die Kühlmittel-Zufuhr-Leitung 26 ist vorzugsweise jeweils in Richtung parallel zur Mittel-Längs-Achse 8 ausgerichtet. Die Kühlmittel-Rückfuhr-Leitung 27 ist im Bereich der Ausnehmung 10o jeweils konzentrisch zur Kühlmittel-Zufuhr-Leitung 26 angeordnet. Die Zufuhr des Kühlmediums 23 kann somit im Wesentlichen entlang des Temperatur-Gradienten erfolgen. Ebenso kann die Abfuhr des Kühlmediums 23 im Wesentlichen entlang des Temperatur-Gradienten erfolgen.
Die Kühl-Kreisläufe 25o weisen jeweils eine separate Kühl-Einrichtung 22o auf. Eine gemeinsame Kühl-Einrichtung 22o ist jedoch ebenso möglich.
Bei dieser Alternative ist der Volumenstrom des Kühlmediums 23 durch die Basis 9o in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 variabel, das heißt abhängig von der Position bezüglich der Mittel-Längs-Achse 8.
Bei der dargestellten Alternative weisen die Ausnehmungen 10o eine Tiefe T auf, welche geringer ist als die Tiefe DT der Tragplatte 3o. Entsprechend den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Ausnehmungen 10o auch bis an den Boden 4f des Gefäßes 2f reichen, T = DT, oder bis in den Boden 4f des Gefäßes 2f hineinreichen, DT + D₀ > T > DT.
Auch die Geometrie der Ausnehmungen 10o kann entsprechend den vorhergehend beschriebenen Alternativen variiert werden. Die Ausnehmungen 10o können insbesondere kegelstumpfförmig oder zylindrisch ausgebildet sein.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten p. Während die Innenseite 6 des Bodens 4 beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 plan ausgebildet ist, sind die Ausnehmungen 10p beim Ausführungsbeispiel gemäß 16 sowohl auf der Innenseite 6p als auch auf der Außenseite 7p des Bodens 4p angeordnet. Hierbei liegen die Ausnehmungen 10p auf der Innenseite 6p nicht gegenüber den Vertiefungen 10p auf der Außenseite 7p. Die Ausnehmungen 10p auf der Innenseite 6p sind mit anderen Worten jeweils in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 8 zu denen auf der Außenseite 7p versetzt angeordnet. Unter einer versetzten Anordnung sei verstanden, dass die Ausnehmungen 10p auf der Innenseite 6p und der Außenseite 7p des Bodens 4p in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 zumindest nicht exakt miteinander fluchten. Sie können jedoch teilweise überlappend angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen 10p auf der Innenseite 6p und der Außenseite 7p des Bodens 4p in Richtung der Mittel-Längs-Achse 8 überlappungsfrei angeordnet. Entsprechend sind die Ausnehmungen 10p auf der Außenseite 7p selbstverständlich ebenfalls versetzt zu denen auf der Innenseite 6p angeordnet. Wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Vielzahl von Ausnehmungen 10p vorgesehen, welche beim Betrieb der Vorrichtung Wärmesenken bilden und somit eine Vielzahl von Keimbildungsorten vorgeben. In der 16 ist eine Ausführungsform mit zylindrisch ausgebildeten Ausnehmungen 10p dargestellt. Selbstverständlich können die Ausnehmungen 10p eine hiervon abweichende Geometrie aufweisen. Sie können insbesondere trichter- oder kegelstumpfförmig oder pyramidal ausgebildet sein. Die Ausnehmungen 10p auf der Innenseite 6p des Bodens 4p können identisch zu den Ausnehmungen 10p auf der Außenseite 7p des Bodens 4p ausgebildet sein. Die Ausnehmungen 10p auf der Innenseite 6p des Bodens 4p können auch eine geometrische Ausbildung aufweisen, welche von der der Ausnehmungen 10p auf der Außenseite 7p des Bodens 4p abweicht.
Selbstverständlich können die Details der in den verschiedenen Figuren dargestellten Alternativen beliebig miteinander kombiniert werden. So ist es insbesondere möglich, die Strukturierung des Bodens 4 bis 4e des Gefäßes 2 bis 2e gemäß einem der in den 1 bis 6 dargestellten Alternativen beliebig mit den Ausbildungen der Tragplatte 3 bis 3o gemäß einem der dargestellten Alternativen zu kombinieren.
Ebenso kann eine oder mehrere Kühl-Einrichtungen 22, wie in den 14 und 15 dargestellt, bei allen übrigen Alternativen ebenso vorgesehen sein.
Auf besonders einfache Weise kann die Zwischenschicht 19 gemäß dem in 13 dargestellten Alternative mit den übrigen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
Beschichtungen 15, 16, wie im Zusammenhang mit der Alternative gemäß 9 beschrieben, können auch bei den übrigen Alternativen vorgesehen sein. Sie können insbesondere auch im Bereich des Bodens 4 bis 4f des Gefäßes 2 bis 2f vorgesehen sein. Ebenso kann der Boden 4 bis 4f bereichsweise aufgeraut oder poliert ausgebildet sein.
Weitere Kombinationen sind ebenfalls möglich.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Blöcken umfassend a. ein Gefäß (2; 2e; 2p) zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze mit i. einem Boden (4; 4e; 4p), ii. einer Innenseite (6), iii. einer Außenseite (7) und iv. einer Mittel-Längs-Achse (8), b. wobei der Boden (4; 4e; 4p) i. eine Erstreckung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (8) aufweist und ii. über seine Erstreckung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (8) mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Wärmedurchgangskoeffizienten (U_B1, U_B2) aufweist, c. wobei der Boden (4; 4e; 4p) eine Vielzahl von sacklochartigen Ausnehmungen (10; 10e; 10p) aufweist und d. wobei die Ausnehmungen (10; 10e; 10p) eine zylindrische Form aufweisen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10; 10e; 10p) mit einer Beschichtung (15) versehen sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4; 4e; 4p) eine inhomogene Dicke (D_xy) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4; 4e; 4p) eine konstante Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4; 4e; 4p) abgesehen von den Ausnehmungen (10; 10e; 10p) eine homogene Dicke (D₀) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10; 10e; 10p) auf der Außenseite (7) des Bodens (4; 4e; 4p) vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (4p) sowohl auf der Innenseite (6p) als auch auf der Außenseite (7p) Ausnehmungen (10p) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10p) auf der Innenseite (6p) des Bodens (4p) jeweils in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (8) versetzt zu den Ausnehmungen (10p) auf der Außenseite (7p) des Bodens (4p) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10; 10e; 10p) in Richtung der Mittel-Längs-Achse (8) eine Tiefe (T) im Bereich von 0,5 mm bis 2 cm, insbesondere von höchstens 1 cm, insbesondere von höchstens 5 mm aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10; 10e; 10p) in Richtung senkrecht zur Mittel-Längs-Achse (8) eine Ausdehnung im Bereich von 1 mm bis 20 cm, insbesondere von höchstens 5 cm, insbesondere von höchstens 1 cm aufweist.
Verfahren zum Herstellen von Silizium-Blöcken umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Vorrichtung gemäß einem Ansprüche 1 bis 10, – Bereitstellen einer Silizium-Schmelze in dem Gefäß (2; 2e; 2p), – Abführen von Wärme durch den Boden (4; 4e; 4p) des Gefäßes (2; 2e; 2p) zum Abkühlen der Silizium-Schmelze, – wobei das Abführen der Wärme derart erfolgt, dass sich im Bereich des Bodens (4; 4e; 4p) auf der Innenseite (6) des Gefäßes (2; 2e; 2p) zumindest zeitweise eine inhomogene Temperatur-Verteilung einstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Verteilung einen Temperatur-Bereich von mindestens 0,1 K, insbesondere mindestens 1 K, insbesondere mindestens 5 K und höchstens 50 K, insbesondere höchstens 10 K umfasst.