DE1265708B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents
Vorrichtung zum tiegelfreien ZonenschmelzenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
B Old
BOIj
Deutsche KL: 12c-2
Nummer: 1 265 708
Aktenzeichen: S 100722IV c/12 c
Anmeldetag: 30. November 1965
Auslegetag: 11. April 1968
Beim tiegelfreien Zonenschmelzen wird für gewöhnlich ein stabförmiger Körper des zu behandelnden
Materials an seinen beiden Enden eingespannt und lotrecht gehaltert. Die beiden Halterungen, die
an lotrechten Wellen befestigt sind, können um ihre Achsen gedreht und, wenn der Stabquerschnitt beim
Ziehen verändert werden soll, in vertikaler Richtung gegeneinander verschoben werden. Eine Heizeinrichtung
soll dazu dienen, über eine beschränkte Länge des Stabes eine Schmelzzone zu erzeugen. Durch
Relativbewegung zwischen der Heizeinrichtung und dem stabförmigen Körper kann diese Schmelzzone
durch letzteren der Länge nach hindurchgeführt werden. Das Zonenschmelzen dient in den meisten Fällen
sowohl zum Reinigen als auch zum Einkristallzüchten mit Hilfe von angeschmolzenen Keimkristallen.
Es wurde vorgeschlagen, zur Vergleichmäßigung des Widerstandsverlaufes über den Querschnitt die
beiden durch die Schmelzzone getrennten Stibteile so anzuordnen, daß ihre lotrechten Längsachsen seitlich
gegeneinander versetzt sind. Zu Beginn dieses Verfahrens seien beide Stabteile in der gleichen lotrechten
Achse angeordnet. Dann werde die eine Halterung im Verhältnis zur zweiten Halterung und zur
Heizeinrichtung fortlaufend seitlich und in der Höhe verschoben, wobei der Querschnitt des auskristallisierenden
Stabteiles bis auf den gewünschten Querschnitt vergößert werden kann. Nach Erreichen dieses
Sollquerschnittes wird der auskristallisierende Stabteil im Verhältnis zur Heizeinrichtung nur noch
in der Höhe verschoben. Das Widerstandprofil über den Stabquerschnitt kann dadurch noch weiter vergleichmäßigt
werden, daß auch nach Erreichen des Sollquerschnitts die beiden Stabteile seitlich gegeneinander
verschoben werden.
Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Durchführung derartiger Zonenschmelzverfahren
zum Ziel. Sie betrifft demgemäß eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines in einer geschlossenen
Kammer senkrecht gehaltenen stabförmigen Körpers aus kristallinem Material, insbesondere
Halbleitermaterial, der an seinen Enden in zwei seitlich gegeneinander achsparallel verschiebbaren Halterungen
eingespannt ist, von denen eine an einer lotrechten Welle befestigt ist. Erfindungsgemäß ist
die Welle (7) exzentrisch in einem um eine lotrechte Achse in einem Lagerblock (4) drehbaren Zylinder
(3) gelagert.
An Hand der Zeichnung, in der die für die Erfindung wesentlichen Teile einer beispielhaften Zonenschmelzanlage
dargestellt sind, sollen nähere Einzelheiten beschrieben werden.
Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, 8551 Pretzfeld - -
Ein Rohrstück 1 ist an seiner einen Stirnseite an die evakuierte oder mit Schutzgas gefüllte Zonenschmelzkammer
2, auch Rezipient genannt, angeflanscht, an seiner anderen Seite an einen Lagerblock
4, an dem von einem Kühlmittel durchströmte Kühlschlangen 14 angebracht sind. In diesem Lagerblock
4 ist ein Zylinder 3 gelagert, der um seine Achse drehbar ist. Der Zylinder 3 ist gegen den Lagerblock
4 mittels zweier Simmerringe 5 abgedichtet.
Zwecks einer guten Wärmeabfuhr aus dem Zylinder 3 in den Lagerblock 4 sei das Lager als Gleitlager ausgeführt.
Der Zylinder 3 kann mittels eines Stirnrades 9 und einer Schnecke 10 gedreht werden. Durch
den Zylinder 3 ist exzentrisch in Richtung seiner Achse eine Welle 7 vakuumdicht geführt, die in Kugellagern
8 und Simmerringen 6 gelagert sei, und auf der eine Halterung eines Halbleiterstabes sitzt. Diese
Welle 7, die auch in axialer Richtung beweglich sein kann, werde von einem Motor über einen dehnbaren
elastischen Riemen 11 und eine Riemenscheibe 12 angetrieben. Am unteren Ende der Welle 7 kann eine
Schwungmasse 13 von beispielsweise 4 kg angebracht sein, die für einen ruhigen und schwingungsarmen
Lauf der Welle sorgt. Die übrigen Teile der Zonenschmelzanlage, z. B. eine Heizeinrichtung, mit der
über eine begrenzte Länge des Stabes eine Schmelzzone erzeugt wird, sind als bekannt angenommen und
daher weder dargestellt noch beschrieben.
Im folgenden sei die Wirkungsweise der Vorrichtung beim Zonenschmelzverfahren erläutert. Zu Beginn des Verfahrens, etwa beim Anschmelzen eines dünnen stabförmigen Keimkristalls an einen dickeren Vorratsstab, der mittels Abscheiden von Silicium aus der Gasphase hergestellt sei, sind die obere und die untere Halterung in derselben lotrechten Achse angeordnet. Durch Bewegen der Stabhalterungen und/oder der Heizeinrichtung in axialer Richtung und durch
Im folgenden sei die Wirkungsweise der Vorrichtung beim Zonenschmelzverfahren erläutert. Zu Beginn des Verfahrens, etwa beim Anschmelzen eines dünnen stabförmigen Keimkristalls an einen dickeren Vorratsstab, der mittels Abscheiden von Silicium aus der Gasphase hergestellt sei, sind die obere und die untere Halterung in derselben lotrechten Achse angeordnet. Durch Bewegen der Stabhalterungen und/oder der Heizeinrichtung in axialer Richtung und durch
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Abstimmen ihrer relativen Geschwindigkeiten wird die Schmelzzone über den Stab geführt und der
Querschnitt des wieder auskristallisierenden Stabteiles auf einen gewünschten Solldurchmesser gebracht.
Gleichzeitig wird die untere Stabhalterung dadurch seitlich verschoben, daß der Zylinder 3 durch Betätigen
der Schnecke 10 gedreht wird. Durch die seitliche Verschiebung relativ zur Heizeinrichtung wird
die Schmelzzone zum Rand des bereits wieder erstarrten Stabteiles hingeführt. Die seitliche Verschiebung
darf höchstens so groß sein, daß aus der Schmelze kein flüssiges Material abtropfen kann. Beispielsweise
beträgt sie bei einem Durchmesser des auskristallisierenden Stabteiies von 35 mm etwa 10 mm.
Mit der beschriebenen Vorrichtung kann auch die untere Stabhalterung mehrmals während eines Zonenschmelzdurchganges
seitlich hin- und herbewegt werden, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die groß
im Vergleich zu der Geschwindigkeit ist, mit der die Schmelzzone über den Stab geführt wird. Hierbei
wird die Schnecke 10 mit einer entsprechenden Frequenz, beispielsweise mittels eines Motors, hin- und
hergedreht. Die Hin- und Herbewegung der unteren Halterung ist stoßfreier, wenn die Exzentrizität der
Durchführung der Welle 7 durch den Zylinder 3 gleich der gewünschten Auslenkung gewählt wird und
damit der Zylinder 3 mit gleicher Drehzahl in derselben Richtung gedreht werden kann. Halbleiterstäbe
aus Silicium, die mit der beschriebenen Vorrichtung hergestellt werden, weisen Schwankungen des spezifischen
"Widerstandes über den Querschnitt auf, die kleiner als 100/o sind.
Die in den Boden des Rezipienten eingebaute Vorrichtung kann auch in dessen Deckfläche eingebaut
werden, so daß die obere Halterung seitlich verschiebbar ist. Ferner kann es unter Umständen
zweckmäßig sein, durch Einbau von zwei Vorrichtungen, beide Halterungen verschiebbar zu machen.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines in einer geschlossenen Kammer senkrecht
gehalterten stabförmigen Körpers aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial,
der an seinen Enden in zwei seitlich gegeneinander achsparallel verschiebbaren Halterungen
eingespannt ist, von denen eine an einer lotrechten Welle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (7) exzentrisch in einem um eine lotrechte Achse in einem Lagerblock
(4) drehbaren Zylinder (3) gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (3) vakuumdicht
durch einen an einer waagerechten Abschlußwand der Kammer (2) angebrachten Lagerblock (4) geführt
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Welle (7) im
Zylinder (3) vakuumdicht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (7) eine von
einem elastischen, dehnbaren Riemen angetriebene Scheibe angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Welle (7) eine Schwungmasse (13) angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse etwa 4 kg
beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (3) mit einer
Kühlvorrichtung versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (3) in einem Gleitlager
gelagert ist und der Lagerblock von Kühlschlingen (14) umgeben ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 538/461 4.68 © Bundesdruckerei Berlin
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