DE1221612B - Vorrichtung zum Konstanthalten der Temperatur eines bei einer pyrolitischen Zersetzung einer Halbleiterverbindung benutzten Traegers - Google Patents

Vorrichtung zum Konstanthalten der Temperatur eines bei einer pyrolitischen Zersetzung einer Halbleiterverbindung benutzten Traegers

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DE1221612B
DE1221612B DES81483A DES0081483A DE1221612B DE 1221612 B DE1221612 B DE 1221612B DE S81483 A DES81483 A DE S81483A DE S0081483 A DES0081483 A DE S0081483A DE 1221612 B DE1221612 B DE 1221612B
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DES81483A
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Hans Stut
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/27Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing element responsive to radiation
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1906Control of temperature characterised by the use of electric means using an analogue comparing device

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Konstanthalten der Temperatur eines bei einer pyrolitischen Zersetzung einer Halbleiterverbindung benutzten Trägers Bei der thermischen Zersetzung einer Halbleiterverbindung und Abscheidung des reinsten Halbleitermaterials auf der Oberfläche eines stabförmigen Trägers ist es bekannt, den Halbleiterstab in seinem wachsenden Durchmesser zu überwachen, indem von dem glühenden Halbleiterstab durch ein optisches System ein Bild erzeugt wird, dessen Durchmesser bzw. Flächenausdehnung an der Bildebene einer Kamera sich somit mit dem Durchmesser des sich während des Aufwachsens des Halbleitermaterials verdickenden Stabes ändert. Dieses Bild wird mittels einer beweglichen bzw. in ihrer Lage zum ergeugten Bild einstellbaren Photozelle abgetastet. Der in der Bildebene an der Grenze des vom Halbleiterstab ausgehenden Lichtstrahlenbündels auftretende Kontrast »hell-dunkel« wird dann zur Steuerung einer Einrichtung verwendet, durch welche die Photozelle aus dem Strahlenbündel wieder bis an dessen Grenze herausbewegt wird. Gleichzeitig wird bei dieser Verstellung der Strom im Heizkreis des Niederschlagskörpers in einem solchen Maße erhöht, daß die Temperatur des Halbleiterstabes auf einem gewünschten, insbesondere konstanten Wert gehalten wird.
  • Diese bekannte Anordnung bringt also nur eine rein durchmesserabhängige Nachsteuerung der am Stab aufgewendeten elektrischen Heizleistung.
  • Bei dieser Gewinnung reinen Halbleitermaterials wird das Halbleitermaterial im allgemeinen an Stäben von zunächst geringem Querschnitt niedergeschlagen, so daß diese Stäbe im Verlauf des Niederschlagsprozesses in ihrem Durchmesser bzw. Querschnitt wachsen. Wächst aber der Durchmesser des Niederschlagsstabes, so wird auch seine Oberfläche größer, und es wächst auch die Masse, die zu beheizen ist.
  • Diese Niederschlagskörper werden in solchen Anlagen unmittelbar von einem elektrischen Strom durchflossen, durch welchen sie zufolge der in ihnen als elektrische Widerstandsleiter erzeugten Jouleschen Wärme aufgeheizt werden. Bei vorgegebenem Strom würde somit 1. wegen der wachsenden wärmeabgebenden Oberfläche des Stabes, 2. wegen der größeren, an dem Stab zu erwärmenden Masse und 3. wegen des mit wachsendem Querschnitt verbundenen Absinkens des elektrischen Widerstandes des Niederschlagskörpers die Glühtemperatur des Stabes absinken.
  • Dies ist aber unerwünscht, denn für ein einwandfreies Niederschlagsverfahren mit gleichbleibender kristalliner Struktur und mit gutem Wirkungsgrad muß der Stab auf einer vorbestimmten Glühtemperatur gehalten werden.
  • Wird das nicht berücksichtigt, so können sich erfahrungsgemäß mit dem Niederschlagen von Halbleitermaterial an dem Niederschlagskörper außerdem in diesem Gaseinschlüsse ergeben.
  • Ferner kann ein Beschlagen der Wand des den Niederschlagsraum umschließenden Behälters, z. B. einer Glocke, stattfinden.
  • Schließlich ist zu berücksichtigen, daß die Halbleitermaterialien, insbesondere z. B. Silicium oder Germanium, einen thermonegativen Widerstand besitzen, weshalb auch dieser Tatsache in dem Stromkreis, welcher den jeweiligen Niederschlagskörper als Widerstandsleiter enthält, Beachtung zu schenken ist.
  • Diese Nachteile werden bei einer Vorrichtung zum Konstanthalten der Temperatur eines Trägers, auf dessen Oberfläche reinstes Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung einer chemischen das Halbleitermaterial enthaltenden Verbindung abgeschieden wird, wobei der Träger, der vorzugsweise bereits aus reinstem Material, wie dem abzuscheidenden Material besteht, durch direkten elektrischen Stromdurchgang beheizt und in Abhängigkeit von der Temperatur des Trägers der elektrische Strom zur Beheizung des Trägers geregelt wird, vermieden und die genannten Tatsachen berücksichtigt, wenn erfindungsgemäß ein Pyrometer die Temperatur des Trägers als Istwert erfaßt und ein Regelkreis so geschaltet ist, daß die Regelung des Stromes durch einen aus dem Vergleich des Istwertes mit einem Sollwert erhaltenen Wert erfolgt.
  • Vorzugsweise kann als gesteuertes Glied für die Einstellung der elektrischen Speisung des Niederschlagskörpers ein Magnetverstärker bzw. Transduktor benutzt werden, und als Spannungsquelle für die Belieferung der Stromversorgungseinrichtung wird vorzugsweise eine mehrphasige Spannungsquelle benutzt, welche zur Erzielung einer Speisung des Niederschlagskörpers über zwei . Zuleitungen vorzugsweise den Halbleiterkörper über eine Gleichrichterschaltung speist. Die Benutzung einer mehrphasigen Spannungsquelle für die Stromversorgungsanlage ergibt den Vorzug, daß kleinere Bauelemente für die Steuerung der elektrischen Speisung und ferner eine gleichmäßigere Belastung des speisenden Netzes, nämlich des Mehrphasennetzes, erreicht wird.
  • Durch die Anwendung einer erfindungsgemäßen Regelung ist in Rechnung gestellt, daß bei der Speisung des Niederschlagskörpers mit einem bestimmten Strom, der somit eine vorbestimmte erwartete Joulesche Wärme entwickelt und damit eine entsprechende Glühtemperatur an dem Niederschlagskörper entstehen läßt, verschiedene Störeinflüsse auftreten können. Das sind z. B. Spannungsschwankungen des speisenden Netzes, Veränderungen der Widerstandswerte von Teilen, die an der Bildung des Stromversorgungskreises des Niederschlagskörpers beteiligt sind, und an übergängen zwischen den Schaltungselementen in den Teilen des Leitungssystems und an den Anschlußklemmen bzw. der Halteeinrichtung des Niederschlagskörpers in dem Reaktionsraum, wo der Niederschlag des reinsten Halbleitermaterials stattfindet, sowie die Größe und Geschwindigkeit des dem Reaktionsgefäß zugeführten Gasstromes und seine anteilige Zusammensetzung.
  • In einer erfindungsgemäßen Anordnung ist daher eine Einrichtung vorgesehen, welche in der Stromversorgung einen eingestellten Strom auf diesem Wert jeweils unabhängig von den angeführten Störeinflüssen konstant hält. Diese Funktion erfüllt vorzugsweise ein Regler, der einerseits mit einem Sollwertstrom und andererseits mit dem Istwert des Stromes beliefert wird, der über den Niederschlagskörper fließt.
  • In der gesamten Anordnung bedeutet das aber, daß der Sollwertstrorn eigentlich jeweils derjenige ist, auf welchen eingestellt werden muß, damit der Niederschlagskörper mit einem Strom solcher Größe gespeist wird, daß die an dem Stab für Alen exakten Ablauf der thermischen Dissoziation benötigte Temperatur erzeugt wird. Bei Benutzung einer Temperaturregeleinrichtung in Verbindung mit einer solchen Regelung auf konstanten eingestellten Strom im Rahmen der Erfindung wirkt dann sinngemäß der Regler, welcher die Regelabweichung der Temperatur erfaßt, nicht mehr unmittelbar auf das Steuerglied der Stromversorgung zur Speisung des elektrischen Niederschlagskörpers, sondern vielmehr auf die Anordnung, welche den Sollwertstrom in der Regeleinrichtung auf konstanten Strom liefert. Diese Sollwertstromeinrichtung wird daher abhängig von der Regelabweichung im Temperaturwert jeweils entsprechend selbsttätig nachgeregelt. Eine solche Lösung kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Temperaturregelabweichung benutzt wird, um den Lauf eines Verstellmotors zu steuern, der seinerseits gegebenenfalls über eine zwischengeschaltete Rutschkupplung den Abgriff- zu einem Potentiometer verstellt, welches von einer geeigneten Spannungsquelle gespeist wird. Die Rutschkupplung wird dabei zweckmäßig vorgesehen, damit z. B. bei Ausfall der Temperaturregeleinrichtung der Sollwertstrom und damit die Beheizung des Stabes auch von Hand eingestellt werden kann.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen.
  • In dieser bezeichnet 1 den Niederschlagskörper, z. B. aus reinstem Silicium, auf welchem in dem Reaktionsraum für den Niederschlag reinsten Siliciums aus einem Dampfstrom, welcher dem Raum z. B. in Form von Wasserstoff und Silicochloroform bei einem bestimmten gewählten Molverhältnis derselben zugeführt wird, durch thermische Dissoziation das reine Silicium niedergeschlagen wird. Dieser Halbleiterkörper 1 wird von einem Stromversorgungsgerät 2 gespeist, welches an seinem Ausgang eine Gleichspannung liefert. Die Speisung dieses Stromversorgungsgerätes 2 von dem dreiphasigen Wechselstromnetz RST erfolgt über einen Transduktor 3, vorzugsweise in sogenannter Selbstsättigungs-Schaltung. Über die Optik 4 wird von einem Pyrometer 5 der Istwert der Temperatur des glühenden Niederschlagskörpers 1 erfaßt. Der Ausgangswert der Pyrometereinrichtung wird dem Temperaturregler 6 zugeführt. Dieser wird außerdem von einer Einrichtung 7 mit einem Sollwert der Temperatur beliefert. Am Ausgang des Reglers 6 ergibt sich somit eine gegebenenfalls verstärkte Regelabweichung, welche- jetzt benutzt werden kann, um über die angedeutete Wirkungslinie 8 den Transduktor 3 in seiner Vormagnetisierung zu steuern, so daß auf diese Weise in dem bisher geschilderten Kreis eine Regelung des Halbleiterstabes 1 auf einen bestimmten Glühtemperaturwert stattfindet.
  • Die gezeigte Anordnung enthält nun als weitere dargestellte Glieder für eine Weiterbildung der Erfindung, nach welcher gleichzeitig ein eingestellter Strom für die Speisung von 1 auf einem konstanten Wert gehalten wird, einem Regler 9. Dieser wird einerseits mit dem Istwertstrom über einen Stromwandler 10 beliefert, der den Strom erfaßt, der über den Niederschlagskörper 1 fließt. Ferner wird der Regler 9 von der Einrichtung 11 mit einem Sollwertstrom beliefert. Von dem am Ausgang von 9 sich ergebenden Regelabweichungswert wird dann, wobei nunmehr die Wirkungslinie 8 wegzudenken ist, der Transduktor 3 gespeist, der die elektrische Speisung des Niederschlagskörpers 1 steuert. Bei dieser Anordnung ohne die Wirkungslinie 8 wird der Ausgangswert des Reglers 6 benutzt, um einen Verstellmotor 12 einer Nachlaufsteuerung in seinem Rechts-oder Linkslauf oder auf Stillstand zu steuern. Dieser Verstellmotor betätigt über eine Rutschkupplung 13 das Stellglied in der Sollwertstromeinrichtung_11, welches z. B. der Abgriff an einem von einer Spannungsquelle gespeisten Potentiometer sein kann. Mit 14 ist eine Einrichtung bezeichnet, durch deren Betätigung die Sollwertstromrichtung 11 auch von Hand auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann, wenn das entweder unabhängig von der Temperaturregeleinrichtung erfolgen soll, oder dann, wenn diese gegebenenfalls ausgefallen ist.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Konstanthalten der Temperatur eines Trägers, auf dessen Oberfläche reinstes Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung einer chemischen Verbindung des Halbleiters abgeschieden wird, wobei der Träger, der vorzugsweise aus dem abzuscheidenden Material besteht, durch direkten Stromdurchgang beheizt und in Abhängigkeit von der Temperatur des Trägers geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pyrometer die Temperatur des Trägers als Istwert erfaßt und ein Regelkreis so geschaltet ist, daß die Regelung des Stromes durch einen, aus dem Vergleich des Istwertes mit einem Sollwert erhaltenen Wert erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis vorgesehen ist, welcher den jeweils eingestellten Speisestrom unabhängig von äußeren Störeinflüssen auf einem konstanten Wert hält.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Temperaturregeleinrichtung die Einrichtung gesteuert wird, welche den Sollwertstrom für den Regler in der auf konstanten eingestellten Strom regelnden Einrichtung liefert.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch kennzeichnet, daß die Betätigung der den Sollwertstrom liefernden Einrichtung über einen Verstellmotor erfolgt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellmotor über eine Rutschkupplung auf die den Sollwertstrom liefernde Regeleinrichtung wirkt und die den Sollwertstrom liefernde Einrichtung hinter der Rutschkupplung, vom Verstellmotor aus betrachtet, für Handbedienung eingerichtet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1057 795, 1103 656; österreichische Patentschrift Nr. 222184; Siemens-Meßtechnik SH 4302, 12 555 Cal; Firmenschrift der Firma Schoppe u. Faeser GmbH., Minden (Westf.), Nr. 526, August 1956; O. S c h ä f e r-. »Grundlagen der selbsttätigen Regelung«, 1953.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2743950A1 (de) * 1977-09-29 1979-04-12 Siemens Ag Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von halbleitermaterial
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AT222184B (de) * 1960-08-25 1962-07-10 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen von Halbleiterstäben

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