DE102012204000A1 - Annular resistance heater and method for supplying heat to a crystallizing single crystal - Google Patents

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    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein ringförmiger Widerstandsheizer zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend einen ringförmigen Körper und drei Stromanschlüsse, mit denen der ringförmige Körper versehen ist und die den ringförmigen Körper in drei Stränge mit gleichem elektrischen Widerstand untergliedern. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, bei dem der Widerstandsheizer eingesetzt wird.The invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising an annular body and three power terminals, which are provided with the annular body and which divide the annular body into three strands with the same electrical resistance. The invention also provides a method in which the resistance heater is used.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein ringförmiger Widerstandsheizer zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall mit Hilfe des ringförmigen Widerstandsheizers.The invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal. The invention also provides a method for supplying heat to a crystallizing single crystal by means of the annular resistance heater.

Eine Methode zur Herstellung von Einkristallen ist die Czochralski-Methode. Sie wird beispielsweise angewendet, um Einkristalle aus Silizium herzustellen. Gemäß dieser Methode wird zunächst eine Schmelze in einem Tiegel erzeugt, anschließend ein Impfkristall mit der Schmelze in Kontakt gebracht und schließlich ein am Impfkristall hängender Einkristall kristallisiert, indem der Impfkristall unter Drehen von der Oberfläche der Schmelze weg noch oben gezogen wird.One method of producing single crystals is the Czochralski method. It is used, for example, to produce single crystals of silicon. According to this method, first a melt is produced in a crucible, then a seed crystal is brought into contact with the melt and finally a single crystal hanging from the seed crystal is crystallized by pulling the seed crystal upwards while rotating from the surface of the melt.

Es hat Vorteile, wenn dem kristallisierenden Einkristall mittels eines ringförmigen Widerstandsheizers Wärme zugeführt wird. Die US 2004/0192015 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem das geschieht, um den axialen Temperaturgradienten im Bereich einer Phasengrenze, an der der Einkristall wächst, zu vergleichmäßigen, und um damit letztendlich die Qualität des Einkristalls hinsichtlich der radialen Verteilung von Punktdefekten zu erhöhen. It has advantages when heat is supplied to the crystallizing single crystal by means of an annular resistance heater. The US 2004/0192015 A1 describes a method of doing this to equalize the axial temperature gradient in the region of a phase boundary where the monocrystal grows, and ultimately to increase the quality of the single crystal with respect to the radial distribution of point defects.

In der US 2011/0126757 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein ringförmiger Widerstandsheizer in einem Regelkreis eingebunden ist, um Abweichungen des Durchmessers des kristallisierenden Einkristalls von einem Zieldurchmesser zu korrigieren. In the US 2011/0126757 A1 For example, a method is described in which an annular resistance heater is incorporated in a control loop to correct deviations of the diameter of the crystallizing single crystal from a target diameter.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass bekannte Widerstandsheizer Schwächen zeigen, wenn eine anspruchsvolle Regelung der Zufuhr von Wärme zum kristallisierenden Einkristall gewünscht oder erforderlich ist. Sie erlauben kein feiner abgestimmtes Regeln der Zufuhr von Wärme zum kristallisierenden Einkristall.The inventors of the present invention have found that known resistance heaters exhibit weaknesses when sophisticated control of the supply of heat to the crystallizing single crystal is desired or required. They do not allow fine tuned control of the supply of heat to the crystallizing single crystal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Widerstandsheizer bereitzustellen, der die genannte Schwäche überwindet, und ein Verfahren vorzuschlagen, das die Stärke des erfindungsgemäßen Widerstandsheizers verwertet.The object of the present invention is to provide a resistance heater which overcomes said weakness, and to propose a method which utilizes the strength of the resistance heater according to the invention.

Gegenstand der Erfindung ist ein ringförmiger Widerstandsheizer zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend einen ringförmigen Körper und drei Stromanschlüsse, mit denen der ringförmige Körper versehen ist und die den ringförmigen Körper in drei Stränge mit gleichem elektrischen Widerstand untergliedern.The invention relates to an annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising an annular body and three power terminals, which are provided with the annular body and which divide the annular body into three strands with the same electrical resistance.

Die Stromanschlüsse werden vorzugsweise auch zum Befestigen des Widerstandsheizers in der Vorrichtung verwendet, in der der Einkristall kristallisiert wird. Nachfolgend wird eine solche Vorrichtung Ziehanlage genannt.The power terminals are also preferably used for mounting the resistance heater in the apparatus in which the single crystal is crystallized. Hereinafter, such a device is called a pulling system.

Der Körper des Widerstandsheizers ist vorzugsweise ein geschlossener Ring, der aus einem Material gefertigt ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien, die aus Grafit, kohlenstofffaser-verstärktem Kohlenstoff (CFC), Molybdän, Wolfram und Silber besteht.The body of the resistance heater is preferably a closed ring made of a material selected from a group of materials consisting of graphite, carbon fiber reinforced carbon (CFC), molybdenum, tungsten and silver.

Die drei Stromanschlüsse sind am Widerstandsheizer vorzugsweise derart angeordnet, dass die Abstände zwischen den Stromanschlüssen ein gleichseitiges Dreieck bilden. Mit anderen Worten ausgedrückt, schließen Verbindungslinien von der Mitte des ringförmigen Körpers zu jeweils zwei der Stromanschlüsse vorzugsweise einen Winkel von 120° ein. Die drei Stromanschlüsse können jedoch auch davon abweichend am ringförmigen Körper angeordnet sein, sofern die drei Stränge des ringförmigen Körpers, in die sich der ringförmige Körper durch die Anordnung der Stromanschlüsse untergliedert, jeweils den gleichen elektrischen Widerstand haben. Jeder der drei Stränge bildet einen Ohmschen Verbraucher, der bei entsprechendem Stromfluss als eigenständiger Widerstandsheizer arbeitet. Der erfindungsgemäße Widerstandsheizer bietet wegen dieser Struktur erweiterte Möglichkeiten im Hinblick auf die Regelung der Zufuhr von Wärme zum kristallisierenden Einkristall. The three power connections are preferably arranged on the resistance heater such that the distances between the power connections form an equilateral triangle. In other words, connecting lines from the center of the annular body to each two of the power terminals preferably make an angle of 120 °. However, the three power terminals may also be arranged differently from the annular body, provided that the three strands of the annular body, in which the annular body is subdivided by the arrangement of the power terminals, each having the same electrical resistance. Each of the three strings forms an ohmic consumer, which operates as a stand-alone resistance heater with the corresponding current flow. The resistance heater according to the invention offers because of this structure extended possibilities with regard to the regulation of the supply of heat to the crystallizing single crystal.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb auch ein Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend das Bereitstellen des erfindungsgemäßen Widerstandsheizers, wobei die Außenleiter eines Drehstromgenerators derart an die drei Stromanschlüsse angeschlossen werden, dass die drei Stränge des Widerstandsheizers die Verbraucher einer Dreieckschaltung bilden; und
das Ziehen eines Einkristalls in einer Ziehanlage aus einer Schmelze, die in einem Tiegel enthalten ist, wobei der Widerstandsheizer den kristallisierenden Einkristall umgibt, eine Heizleistung erbringt und dabei Wärme auf den Einkristall überträgt.The invention therefore also provides a method for supplying heat to a crystallizing single crystal, comprising providing the resistance heater according to the invention, wherein the outer conductors of a three-phase alternator are connected to the three power connections such that the three strands of the resistance heater form the consumers of a delta connection; and
the pulling of a single crystal in a melt drawing apparatus contained in a crucible, the resistance heater surrounding the crystallizing single crystal, providing a heating power while transferring heat to the single crystal.

Bei dem Einkristall handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silizium mit einem Durchmesser von nicht weniger als 300 mm, besonders bevorzugt mit einem Durchmesser, der ausreicht, um Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm oder 450 mm herstellen zu können.The single crystal is preferably a single crystal of silicon having a diameter of not less than 300 mm, more preferably having a diameter sufficient to produce semiconductor wafers having a diameter of 300 mm or 450 mm.

Der Widerstandsheizer kann beispielsweise eingesetzt werden, um den Durchmesser des kristallisierenden Einkristalls zu regeln und Einfluss auf den axialen Temperaturgradienten im Bereich einer Phasengrenze zu beeinflussen, wie es in der US 2011/0126757 A1 beschrieben ist.The resistance heater can be used, for example, to control the diameter of the crystallizing single crystal and influence the axial temperature gradient in the area to influence a phase boundary, as in the US 2011/0126757 A1 is described.

Im Zuge der Regelung kann insbesondere die Zufuhr von elektrischem Strom zu den Stromanschlüssen des Widerstandsheizers oder die elektrische Spannung der Außenleiter des Drehstromgenerators geändert werden.In the course of the regulation, in particular the supply of electric current to the power terminals of the resistance heater or the electrical voltage of the outer conductor of the alternator can be changed.

Die drei Stränge des Widerstandsheizers können auch durch unterschiedliche Ansteuerung Teil-Heizleistungen erbringen, die nicht für alle Stränge gleich sind, sondern paarweise oder einzeln verschieden sind. The three strands of the resistance heater can also provide partial heating power by different control, which are not the same for all strands, but in pairs or individually different.

Unter bestimmten Bedingungen kann es vorkommen, dass die Position des Zentrums des kristallisierenden Einkristalls im Vergleich zur Lage des Zentrums der Oberfläche der Schmelze zu schwanken beginnt, anstelle stationär zu bleiben. Es kommt dann zu einem anisotropen Kristallwachstum. Der Einkristall beginnt zu verschieben („to orbit“) und nimmt in einem Abschnitt, der eine zylindrische Form haben sollte, eine Form an, die davon abweicht und beispielsweise einer Spirale ähnelt. Ein Zeichen anisotropen Kristallwachstums ist auch, wenn der Einkristall einseitig zu kristallisieren beginnt und dadurch eine beulenförmige Erweiterung entsteht.Under certain conditions, it may happen that the position of the center of the crystallizing single crystal begins to fluctuate as compared to the position of the center of the surface of the melt, instead of remaining stationary. It then comes to an anisotropic crystal growth. The monocrystal begins to shift ("to orbit") and, in a section that should have a cylindrical shape, assumes a shape that deviates from it and resembles, for example, a spiral. Another sign of anisotropic crystal growth is when the monocrystal begins to crystallize on one side, creating a bulge-like extension.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise eingesetzt, um diesem Phänomen anisotropen Kristallwachstums durch Regelung entgegenzuwirken.The inventive method is preferably used according to a preferred embodiment, to counteract this phenomenon of anisotropic crystal growth by regulation.

Das Verfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regeln der Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu einer zylindrischen Zielform, wobei auf eine Abweichung der Form des Abschnitts von der Zielform reagiert wird, indem die drei Stränge des Widerstandsheizers zum Erbringen der Heizleistung unterschiedlich angesteuert werden. Vorzugsweise wird einer der Stränge des Widerstandsheizers periodisch und abweichend von den beiden übrigen Strängen angesteuert. Das periodische Ansteuern erfolgt vorzugsweise in Abstimmung mit der Drehzahl, mit der der kristallisierende Einkristall gedreht wird.The method according to the preferred embodiment includes controlling the shape of a portion of the single crystal while pulling the single crystal toward a cylindrical target shape, responding to a deviation of the shape of the portion from the target shape by applying the three strands of the resistance heater to provide the heating power be controlled differently. Preferably, one of the strands of the resistance heater is driven periodically and deviating from the other two strands. The periodic driving is preferably in accordance with the speed at which the crystallizing single crystal is rotated.

Das unterschiedliche Ansteuern umfasst vorzugsweise das Unterbrechen der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse des Widerstandsheizers oder das Verringern der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse durch eine Phasenanschnittssteuerung oder das Ändern der elektrischen Spannung eines der Außenleiter des Drehstromgenerators.The differential driving preferably comprises interrupting the supply of electric current to one of the power terminals of the resistance heater or decreasing the supply of electric power to one of the power terminals by a phase control or changing the electric voltage of one of the outer conductors of the alternator.

Die Reaktion hat in allen Fällen zur Folge, dass dem anisotropen Kristallwachstum entgegengewirkt wird. The reaction in all cases results in counteracting the anisotropic crystal growth.

Die Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers sollte keine Resonanzen in den Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage anregen. Dabei ist nicht nur die Frequenz der Wechselspannung des Drehstromgenerators zu berücksichtigen, sondern beispielsweise auch Oberschwingungen, die durch die Phasenanschnittssteuerung entstehen. Ebenso muss berücksichtigt werden, dass sich Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage im Verlauf der Kristallisation des Einkristalls ändern, weil die Bedingungen während der Kristallisation des Einkristalls insbesondere durch das abnehmende Volumen der Schmelze und die zunehmende Masse des Einkristalls nicht stationär sind. The operating frequency of the resistance heater should not excite resonances in the natural frequencies of components of the drawing equipment. Not only the frequency of the AC voltage of the alternator is to be considered, but also, for example, harmonics caused by the phase control. Also, it has to be considered that natural frequencies of components of the pulling apparatus change in the course of crystallization of the single crystal because the conditions during crystallization of the single crystal are not stationary, especially due to the decreasing volume of the melt and the increasing mass of the single crystal.

Es ist daher auch bevorzugt, einen weiteren Regelkreis einzurichten, mit dem die Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers unter Berücksichtigung von Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage geregelt werden, wobei auf ein Unterschreiten eines Zielabstands zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage mit einer Änderung der Frequenz der elektrischen Spannung der Außenleiter des Drehstromgenerators reagiert wird, die den Zielabstand oder einen größeren Abstand der Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers zur Eigenfrequenz des Bestandteils der Ziehanlage herstellt. Der Regelkreis umfasst einen oder mehrere Sensoren wie Vibrationsmessfühler und/oder Schallwellendetektoren, mit denen Schwingungen von Bestandteilen der Ziehanlage erfasst werden. Solche Bestandteile sind insbesondere der Tiegel, eine den Tiegel umgebende Heizung, der ringförmige Widerstandsheizer selbst, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds, das der Schmelze aufgeprägt wird, und Einrichtungen, die um den kristallisierenden Einkristall herum angeordnet sind, wie beispielsweise ein Kühlkörper und ein Hitzeschild. Eine Regelungseinheit veranlasst eine Änderung der Frequenz des Drehstromgenerators, wenn ein Sensor des Regelkreises signalisiert, dass der gewählte Zielabstand der Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage unterschritten worden ist. Als Regelungseinheit wird vorzugsweise diejenige verwendet, die auch zum Regeln der Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu einer zylindrischen Zielform eingesetzt wird. Diese Regelungseinheit kann darüber hinaus dafür verwendet werden, um über die Heizleistung des Widerstandsheizers während Ziehens des Einkristalls den Durchmesser des kristallisierenden Einkristalls zu regeln und den axialen Temperaturgradienten im Bereich einer Phasengrenze des Einkristalls zu beeinflussen. It is therefore also preferred to set up a further control circuit, with which the operating frequency of the resistance heater are controlled taking into account natural frequencies of components of the drawing system, wherein falling below a target distance to a natural frequency of a component of the drawing system with a change in the frequency of the electrical voltage External conductor of the alternator is reacted, which establishes the target distance or a greater distance of the operating frequency of the resistance heater to the natural frequency of the component of the drawing system. The control loop comprises one or more sensors, such as vibration sensors and / or sound wave detectors, with which vibrations of components of the drawing system are detected. Such components include, in particular, the crucible, a heater surrounding the crucible, the annular resistance heater itself, a means for generating a magnetic field imparted to the melt, and means disposed around the crystallizing single crystal, such as a heat sink and a heat shield , A control unit causes a change in the frequency of the alternator when a sensor of the control loop signals that the selected target distance of the operating frequency of the resistance heater has been dropped below to a natural frequency of a component of the drawing system. As the control unit, it is preferable to use that which is also used for controlling the shape of a portion of the single crystal while pulling the single crystal toward a cylindrical target shape. In addition, this control unit can be used to control the diameter of the crystallizing single crystal via the heating power of the resistance heater during pulling of the single crystal and to influence the axial temperature gradient in the region of a phase boundary of the single crystal.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. The invention will be explained in more detail with reference to figures. The figures show a particularly preferred embodiment of the invention.

1 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des ringförmigen Widerstandsheizers. 1 shows a particularly preferred embodiment of the annular resistance heater.

2 zeigt eine Anordnung des Widerstandheizers in einer Ziehanlage. 2 shows an arrangement of the resistance heater in a drawing system.

3 zeigt wie ein Strang des Widerstandsheizers abgestimmt mit der Drehzahl des Einkristalls angesteuert wird. 3 shows how a strand of the resistance heater is controlled in accordance with the speed of the single crystal.

Der Widerstandsheizer gemäß 1 umfasst einen ringförmigen Körper 1 mit drei Stromanschlüssen 1a, 1b und 1c, die gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Körpers verteilt angeordnet sind. Sie bilden die Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks und untergliedern den ringförmigen Körper 1 in drei Stränge 2a, 2b und 2c mit gleichem elektrischen Widerstand. Die Stromanschlüsse werden an die Außenleiter L1, L2 und L3 eines Drehstromgenerators angeschlossen und bilden gleichwertige Ohmsche Widerstände R1, R2 und R3 einer Dreieckschaltung. The resistance heater according to 1 comprises an annular body 1 with three power connections 1a . 1b and 1c , which are distributed uniformly over the circumference of the annular body. They form the tips of an equilateral triangle and subdivide the ring-shaped body 1 in three strands 2a . 2 B and 2c with the same electrical resistance. The power connections are connected to the outer conductors L1, L2 and L3 of a three-phase generator and form equivalent ohmic resistors R1, R2 and R3 of a delta connection.

Wie es 2 zeigt, ist eine Regelungseinheit 3 vorhanden, über die gegebenenfalls auf die Heizleistung des Widerstandsheizers und auf die Frequenz der elektrischen Spannung der Außenleiter L1, L2 und L3 eines Drehstromgenerators 4 und damit auf die Kristallisation eines Einkristalls 5 Einfluss genommen wird. Der Einkristall umfasst einen Abschnitt 6, der eine möglichst zylindrische Form als Zielform haben sollte. Like it 2 shows is a control unit 3 via the possibly on the heating power of the resistance heater and the frequency of the electrical voltage of the outer conductor L1, L2 and L3 of an alternator 4 and thus on the crystallization of a single crystal 5 Influence is taken. The single crystal comprises a section 6 which should have a cylindrical shape as a target shape.

Der Widerstandsheizer wird vorzugsweise insbesondere eingesetzt, um die Form dieses Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu der zylindrischen Zielform zu regeln, wobei auf eine nicht mehr zu tolerierende Abweichung der Form des Abschnitts 6 von der zylindrischen Zielform reagiert wird, indem die drei Stränge des Widerstandsheizers zum Erbringen der Heizleistung unterschiedlich angesteuert werden.The resistance heater is preferably used in particular to control the shape of this portion of the single crystal during the pulling of the single crystal toward the cylindrical target shape, with an unacceptable deviation of the shape of the portion 6 is reacted by the cylindrical target shape by the three strands of the resistance heater are driven differently to provide the heating power.

Das unterschiedliche Ansteuern umfasst vorzugsweise das Unterbrechen der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse des Widerstandsheizers oder das Verringern der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse durch eine Phasenanschnittssteuerung oder das Ändern der elektrischen Spannung eines der Außenleiter des Drehstromgenerators. Zu diesem Zweck ist ein Sensor 7 vorgesehen, beispielsweise eine Kamera, mit der die Form des kristallisierenden Einkristalls festgestellt wird und die der Regelungseinheit 3 eine nicht mehr zu tolerierende Abweichung von der zylindrischen Zielform signalisiert, woraufhin die Regelungseinheit ein Schaltungselement 8 ansteuert, das eine Korrekturmaßnahme vornimmt. Das Schaltungselement 8 kann als Schalter, als Phasenanschnittssteuerung oder als Transformator ausgeführt sein.The differential driving preferably includes interrupting the supply of electric current to one of the power terminals of the resistance heater or decreasing the supply of electric power to one of the power terminals by a phase control or changing the electric voltage of one of the outer conductors of the alternator. For this purpose is a sensor 7 provided, for example, a camera, with which the shape of the crystallizing single crystal is determined and the control unit 3 signals a no longer tolerable deviation from the cylindrical target shape, whereupon the control unit is a circuit element 8th which takes a corrective action. The circuit element 8th can be designed as a switch, as a phase control or as a transformer.

Um zu vermeiden, dass durch den Betrieb des Widerstandsheizers Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage angeregt werden, ist es vorteilhaft, die Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers mit Rücksicht auf Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage zu regeln. Solche Bestandteile der Ziehanlage sind beispielsweise ein Tiegel 11, ein den Tiegel umgebender Heizer 12, der ringförmige Widerstandsheizer 1 selbst, eine Einrichtung 13 zum Erzeugen eines Magnetfelds, ein Hitzeschild 14 und ein Kühlkörper 15. Auf ein Unterschreiten eines Zielabstands zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage wird mit einer Änderung der Frequenz der elektrischen Spannung der Außenleiter des Drehstromgenerators 4 reagiert, die den Zielabstand oder einen größeren Abstand der Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers zur Eigenfrequenz des Bestandteils der Ziehanlage herstellt. Zu diesem Zweck sind Sensoren 9 vorhanden, die der Regelungseinheit 3 das Unterschreiten des Zielabstands signalisieren, woraufhin die Regelungseinheit 3 den Drehstromgenerator 4 veranlasst, die Frequenz der Spannung der Außenleiter L1, L2 und L3 entsprechend zu ändern.To avoid that natural frequencies of components of the drawing system are excited by the operation of the resistance heater, it is advantageous to regulate the operating frequency of the resistance heater with regard to natural frequencies of components of the drawing system. Such components of the drawing system are for example a crucible 11 , a heater surrounding the crucible 12 , the annular resistance heater 1 itself, a facility 13 for generating a magnetic field, a heat shield 14 and a heat sink 15 , On falling below a target distance to a natural frequency of a component of the drawing system is with a change in the frequency of the electrical voltage of the outer conductor of the alternator 4 reacts, which establishes the target distance or a greater distance of the operating frequency of the resistance heater to the natural frequency of the component of the drawing system. For this purpose are sensors 9 present to the control unit 3 signal the undershooting of the target distance, whereupon the control unit 3 the three-phase generator 4 causes the frequency of the voltage of the outer conductors L1, L2 and L3 to change accordingly.

Wenn der ringförmige Widerstandsheizer eingesetzt wird, um die Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu der zylindrischen Zielform zu regeln, umfasst diese Regelung vorzugsweise das periodische Ansteuern eines der Stränge des Widerstandsheizers abweichend vom Ansteuern der beiden übrigen Stränge in Abstimmung mit einer Drehzahl des Einkristalls. Ein Beispiel einer solchen Abstimmung ist in 3 skizziert. Sie zeigt in Draufsicht die Situation, wenn in Folge von anisotropem Kristallwachstum eine Beule 5a zu Verbleiben droht. Um dem entgegenzuwirken, wird dem sich mit einer bestimmten Drehzahl drehenden Einkristall 5 über den Strang 2b des ringförmigen Widerstandsheizers über ein zunächst vorgesehenes Maß hinaus zusätzlich Wärme zugeführt. Die Regelung sieht hierzu vor, den Strang 2b immer nur dann anzusteuern, um zusätzliche Wärme auf den Einkristall 5 zu übertragen, wenn sich die Beule 5a und der Strang 2b nahekommen. Gleiches kann simultan mit dem Strang 2a und dem Strang 2c durchgeführt werden, um den Effekt zu verstärken. Die zusätzlich zugeführte Wärme wird so im Wesentlichen nur zur Beseitigung der Beule 5a aufgewendet. Preferably, when the annular resistance heater is used to control the shape of a portion of the single crystal during the pulling of the single crystal toward the cylindrical target shape, this control comprises periodically driving one of the strands of the resistance heater other than driving the two remaining strands in unison with one Speed of the single crystal. An example of such a vote is in 3 outlined. It shows a top view of the situation when a bump occurs as a result of anisotropic crystal growth 5a threatens to remain. To counteract this, the rotating at a certain speed single crystal 5 over the strand 2 B the annular resistance heater in addition to an initially provided amount of additional heat supplied. The regulation provides for this, the strand 2 B only then head for extra heat on the single crystal 5 to transfer when the bump 5a and the strand 2 B to come close. The same thing can happen simultaneously with the strand 2a and the strand 2c be performed to enhance the effect. The additional heat supplied is thus essentially only to eliminate the bump 5a expended.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2004/0192015 A1 [0003] US 2004/0192015 A1 [0003]
  • US 2011/0126757 A1 [0004, 0013] US 2011/0126757 A1 [0004, 0013]

Claims (8)

Ringförmiger Widerstandsheizer zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend einen ringförmigen Körper und drei Stromanschlüsse, mit denen der ringförmige Körper versehen ist und die den ringförmigen Körper in drei Stränge mit gleichem elektrischen Widerstand untergliedern.An annular resistance heater for supplying heat to a crystallizing single crystal comprising an annular body and three power terminals provided to the annular body and dividing the annular body into three equal resistance strings. Widerstandsheizer nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Körper aus einem Material gefertigt ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien, die aus Grafit, kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff, Molybdän, Wolfram und Silber besteht.A resistance heater according to claim 1, wherein the annular body is made of a material selected from a group of materials consisting of graphite, carbon fiber reinforced carbon, molybdenum, tungsten and silver. Widerstandsheizer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den drei Stromanschlüssen ein gleichseitiges Dreieck bilden.Resistance heater according to claim 1 or claim 2, characterized in that the distances between the three power terminals form an equilateral triangle. Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einem kristallisierenden Einkristall, umfassend das Bereitstellen eines Widerstandsheizers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Außenleiter eines Drehstromgenerators derart an die drei Stromanschlüsse angeschlossen werden, dass die drei Stränge des Widerstandsheizers die Verbraucher einer Dreieckschaltung bilden; und das Ziehen eines Einkristalls in einer Ziehanlage aus einer Schmelze, die in einem Tiegel enthalten ist, wobei der Widerstandsheizer den kristallisierenden Einkristall umgibt, eine Heizleistung erbringt und dabei Wärme auf den Einkristall überträgt.A method of supplying heat to a crystallizing single crystal comprising the provision of a resistance heater according to one of claims 1 to 3, wherein the outer conductors of a three-phase generator are connected to the three power terminals such that the three strands of the resistance heater form the consumers of a delta connection; and the pulling of a single crystal in a melt drawing apparatus contained in a crucible, the resistance heater surrounding the crystallizing single crystal, providing a heating power while transferring heat to the single crystal. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend das Regeln der Form eines Abschnitts des Einkristalls während des Ziehens des Einkristalls hin zu einer zylindrischen Zielform, wobei auf eine Abweichung der Form des Abschnitts von der Zielform reagiert wird, indem die drei Stränge des Widerstandsheizers zum Erbringen der Heizleistung unterschiedlich angesteuert werden. The method of claim 4, comprising controlling the shape of a portion of the single crystal while pulling the single crystal toward a cylindrical target shape, responding to a deviation of the shape of the portion from the target shape by differentiating the three strands of the resistance heater to provide the heating power be controlled. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend das periodische Ansteuern eines der Stränge des Widerstandsheizers abweichend vom Ansteuern der beiden übrigen Stränge in Abstimmung mit einer Drehzahl des Einkristalls.The method of claim 5, comprising periodically driving one of the strands of the resistance heater other than driving the two remaining strands in accordance with a rotational speed of the single crystal. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, umfassend das Unterbrechen der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse des Widerstandsheizers oder das Verringern der Zufuhr von elektrischem Strom zu einem der Stromanschlüsse durch eine Phasenanschnittssteuerung oder das Ändern der elektrischen Spannung eines der Außenleiter des Drehstromgenerators.A method according to claim 5 or claim 6, comprising interrupting the supply of electric current to one of the power terminals of the resistance heater or decreasing the supply of electric power to one of the power terminals by a phase control or changing the electric voltage of one of the outer conductors of the alternator. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, umfassend das Regeln der Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers unter Berücksichtigung von Eigenfrequenzen von Bestandteilen der Ziehanlage, wobei auf ein Unterschreiten eines Zielabstands zu einer Eigenfrequenz eines Bestandteils der Ziehanlage mit einer Änderung der Frequenz des Drehstromgenerators reagiert wird, die den Zielabstand oder einen größeren Abstand der Betriebsfrequenz des Widerstandsheizers zur Eigenfrequenz des Bestandteils der Ziehanlage herstellt. Method according to one of claims 4 to 7, comprising controlling the operating frequency of the resistance heater taking into account natural frequencies of components of the drawing system, wherein responding to a falling below a target distance to a natural frequency of a component of the drawing system with a change in the frequency of the alternator, the Target distance or a greater distance of the operating frequency of the resistance heater to the natural frequency of the component of the drawing plant manufactures.
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