DE1224272B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehaltenen stabfoermigen Koerpers - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

BOId

Deutsche Kl.: 12c-2

Nummer: 1224272

Aktenzeichen: S 89767IV c/12 c

Anmeldetag: 29. Februar 1964

Auslegetag: 8. September 1966

Bei Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers ist gewöhnlich der zu behandelnde stabförmige Körper in einem evakuierten oder mit Schutzgas gefüllten Gefäß in lotrechter Lage angeordnet. Es können z. B. stabförmige Körper aus Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silicium, oder aus Metall, z. B. Wolfram oder Molybdän, behandelt werden. Der Körper wird an seinen beiden Enden in Halterungen eingespannt. Eine Heizeinrichtung beheizt den stabförmigen Körper auf einem kurzen Stück seiner Länge und erzeugt so eine Schmelzzone. Diese Schmelzzone wird durch relative Bewegung der Heizeinrichtung zur Längsachse des stabförmigen Körpers über die Länge des Körpers geführt.

Es ist bereits bekannt, zum Beheizen der Schmelzzone eine Induktionsheizspule zu verwenden, welche den stabförmigen Körper mit Abstand umgibt. Sie wird mit hochfrequentem Strom gespeist und kann z. B. im Falle von Silicium mit Strom der Frequenz von 3 bis 5 MHz gespeist werden. Der stabförmige Körper wird durch induktive Erwärmung zum Schmelzen gebracht.

Für derartige Zonenschmelzeinrichtungen sind bereits verschiedene Formen von Induktionsheizspulen zum Vorschlag gebracht worden. Für gewöhnlich wird eine normale Zylinderspule verwendet. Wenn die Heizwirkung auf eine möglichst kurze Zonenlänge eingeengt werden soll, wird dagegen eine spiralig gewickelte flache Heizspule verwendet. Alle derartigen Spulen, die bisher vorgeschlagen wurden, waren selbsttragend und bestanden für gewöhnlich aus von einem Kühlmittel durchflossenen Metallrohren, z. B. Silberrohren bzw. versilberten Kupferrohren.

Eine größere Bewegungsfreiheit hinsichtlich der Bemessung der Induktionsheizspule erreicht man bei einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehaltenen stabförmigen Körpers mit einer ihn mit Abstand umgebenden und eine kurze Zone der Stablänge durch induktive Beheizung aufschmelzenden Hochfrequenzheizspule, wenn erfindungsgemäß die einzelnen Windungen der Spule auf der der Schmelzzone abgewandten Seite mit Stützkörpern aus hitzebeständigem Isolierstoff verbunden sind, die an die Windungen der Spule angekittet sind. Derartige Stützkörper können z. B. aus Keramik, Aluminiumoxyd oder Glimmer bestehen. Vorzugsweise wird Quarz verwendet, z.B. 0,5 oder 1 mm dicke Scheiben.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß die Heizspulen auch aus verhältnis-Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
eines an seinen Enden gehaltenen stabförmigen
Körpers

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld (OFr.) --

mäßig dünnen Leitern hergestellt werden können. So

so können z. B. Rohre von etwa 2 mm Außendurchmesser verwendet werden. Wenn man ohne besondere Abstützung eine Heizspule aus derart dünnen Leitern herstellt, so kann es vorkommen, daß durch zufällige Berührung oder insbesondere durch die mechanischen

a5 Kräfte, die durch das Magnetfeld der Spule ausgeübt werden, die Leiter einander berühren und zu Kurzschlüssen Anlaß geben. Hieran kann auch das Magnetfeld der Schmelzzone beteiligt sein. Die erfrndungsgemäße Ausführungsform hingegen erlaubt es, erheblich dünnere Leiter und damit eine größere Windungszahl auf einem gedrängten Raum von z. B. 1 cm Länge unterzubringen. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn das Zonenschmelzen mit Strömen von verhältnismäßig niedriger Frequenz, von

z. B. 500 kHz oder 1,5 MHz, durchgeführt wird. In diesem Falle sind die magnetischen Kräfte erheblich größer als bei den für gewöhnlich verwendeten Strömen höherer Frequenz, von z. B. 4 MHz.

F i g. 1 zeigt beispielsweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht,

F i g. 2 im Schnitt, von oben gesehen.
In einem Halbleiterstab 2 wird mit Hilfe einer Induktionsheizspule 3 eine Schmelzzone 4 erzeugt. Die Induktionsheizspule ist als Zylinderspule dargestellt.

Es kann sich aber auch um eine flache Spule handeln. Vier Stützkörper 5 a, Sb, 5 c und 5d dienen zur Abstützung der Wicklungen gegeneinander. Die Stützkörper Sa, 56, 5 c und Sd sind mit den einzelnen Windungen der Heizspule verkittet. Als Kitt kann

z. B. ein Kunstharz dienen, insbesondere ein kalt oder warm aushärtendes Gießharz. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Kittstellen so gelegt, daß sie von

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der Wärmestrahlung, die von der Schmelzzone 4 ausgeht, nicht getroffen werden können. Demzufolge treten aus diesen Kittflächen auch keine Verunreinigungen aus, die ebenfalls sonst zur Schmelzzone gelangen könnten. Vorzugsweise bestehen die Leiter aus Rohren, die von innen gekühlt sind, z. B. mit Hufe von Kühlwasser, und die somit auch zur Kühlung der Kittfläehen beitragen, die ansonsten durch Wärmeleitung von anderen durch die Wärmestrahlung betroffenen Teilen der Leiter erwärmt werden könnten.

Außer vier Stützkörpern wie in den Fig. 1 und 2 können auch drei, fünf oder noch mehr vorgesehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, einen die gesamte Spule umgebenden, z. B. aus einem kurzen Zylinderstück bestehenden Stützkörper vorzusehen. Einzelne Stützkörper in Form von kleinen Plättchen sind aber deshalb vorzuziehen, weil die Kittfläehen leichter kontrolliert werden können. Bei einer Flachspule müssen die Stützkörper zwischen den einzelnen ao Windungen der Spule angebracht sein, damit die Kittfläehen nicht von der Wärmestrahlung getroffen werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehaltenen stabförmigen Körpers mit einer ihn mit Abstand umgebenden und eine kurze Zone der Stablänge durch induktive Beheizung aufschmelzenden Hochfrequenzheizspule, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Spule auf der der Schmelzzone abgewandten Seite mit Stützkörpern aus hitzebeständigem Isolierstoff verbunden sind, die an die Windungen der Spule angekittet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper aus Quarz bestehen.

3. Vorrichtung naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kitt aus einem Gießharz besteht.

4. Vorrichtung naeh Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus einem dünnen Rohr mit etwa 2 mm Außendurchmesser gewikkelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 659/242 8.66 © Bundesdruckerei Berlin