DE1275298B - Anordnung zum Messen und Regeln einer die induktive Kopplung zwischen Induktionsspulen beeinflussenden Groesse eines elektrisch leitenden Gegenstandes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOId

Deutsche KL: 42d-5

P 12 75 298.6-52 (J 20667)

17. Oktober 1961

14. August 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen und Regeln der Abweichung einer von vorgegebenen und die induktive Kopplung zwischen Induktionsspulen beeinflussenden Größe eines im Flußfeld einer mit einem HF-Generator verbundenen Induktionsspule angeordneten elektrisch leitenden Gegenstandes, insbesondere zum Messen der Abweichungen von vorgegebenen Größen der Temperatur, des spezifischen Widerstandes oder des Ortes des Gegenstandes.

Die Anordnung ist anwendbar bei einer Zonenschmelzvorrichtung, insbesondere bei einer solchen mit senkrecht wandernder Schmelzzone. Derartige Vorrichtungen werden zum Schmelzen und Rekristallisieren von zylindrischen Einsatzstäben aus polykristallinem Halbleitermaterial verwendet, um gleichförmige Einkristalle von vorher bestimmtem Durchmesser herzustellen, die schließlich bei der Fabrikation von Halbleiterbauelementen Verwendung finden.

Bekanntlich besteht das tiegelfreie Zonenschmelzverfahren unter Verwendung einer geeigneten Vorrichtung darin, einen langgestreckten Stab von schmelzbarem Material senkrecht anzuordnen, eine geschmolzene Zone an einem Ende des Stabes zu erzeugen, gewöhnlich durch Erhitzung mittels HF-Induktionsspulen, welche den Stab koaxial umgeben, und den Stab relativ zu den Spulen so zu bewegen, daß die geschmolzene Zone sich langsam entlang dem ganzen Stab bewegt. Gewöhnlich wird die geschmolzene Zone vom unteren Ende des Stabes nach oben bewegt. Wenn erforderlich, wird ein einkristalliner Keimkristall im Kontakt mit dem Stabende angeordnet, von dem ausgehend die geschmolzene Zone zur Erzeugung von fortschreitendem Einkristallwachstum in Bewegung gesetzt wird.

Das charakteristische Hauptmerkmal des tiegelfreien Zonenschmelzverfahrens besteht darin, wie der Name besagt, daß die geschmolzene Zone nicht mit einer äußeren Halterung versehen ist; sie wird einzig und allein durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Materials gehalten.

Beim Ziehen von Einkristallen für die Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es wünschenswert, einen gleichförmigen Querschnitt im Interesse einer verbesserten Ausbeute der Plättchenherstellung zu erzielen. Darüber hinaus vermindert eine gleichmäßige Abmessung Abweichungen vom Kristallgefüge und von der Konzentrationsgleichmäßigkeit der dotierenden Zusätze. Eine Kontrolle der seitlichen Abmessungen hat auch dort Bedeutung, wo ein dem tiegelfreien Zonenschmelzverfahren ähnlicher Prozeß in Frage kommt, weil jedes zu bearbeitende Material

Anordnung zum Messen und Regeln einer die induktive Kopplung zwischen Induktionsspulen beeinflussenden Größe eines elektrisch leitenden Gegenstandes

Anmelder:

Deutsche ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 7800 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19

Als Erfinder benannt:

Jevon L. Crosthwait,

Newton Highlands, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
ao V. St. v. Amerika vom 26. Oktober 1960 (65 231)

as einen charakteristischen Maximaldurchmesser besitzt, oberhalb dessen die Oberflächenspannung nicht mehr ausreicht, um die geschmolzene Zone zusammenzuhalten. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es daher wünschenswert, einen Kristall von möglichst großem Querschnitt zu erhalten, ohne Gefahr zu laufen, diese kritische Grenze zu überschreiten. Das erfordert eine empfindliche und genaue Regelung des Durchmessers der geschmolzenen Zone, welcher seinerseits wieder in enger Beziehung mit dem Durchmesser des gezogenen Kristalls steht.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer verbesserten Anordnung zum Messen und Regeln von Größen, welche die induktive Kopplung zwischen Induktionsspulen beeinflussen.

Die obenerwähnten Probleme bei der betreffenden Anordnung zum Messen und Regeln der Abweichung einer von vorgegebenen und die induktive Kopplung zwischen Induktionsspulen beeinflussenden Größe eines im Flußfeld einer mit einem HF-Generator verbundenen Induktionsspule angeordneten elektrisch leitenden Gegenstandes werden erfindungsgemäß gelöst durch eine koaxial zur Induktionsspule und dem in ihrem Flußfeld befindlichen Gegenstand derartig angeordneten Prüfspule, daß in der Prüfspule eine sowohl von der induktiven Kopplung mit der Induktionsspule als auch von den in dem Gegenstand

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von der Induktionsspule induzierten Wechselströmen materialien ebenso wie beim Zonenschmelzen im herrührende Wechselspannung induziert wird, sowie allgemeinen ohne Rücksicht auf das in Frage komdurch eine im Prinzip bekannte Kompensations- mende Material Verwendung finden kann,
schaltung mit einer Lastimpedanz, an welcher unter In der Zeichnung wird mit 10 a ein Stück eines Bildung eines der Abweichung entsprechenden Diffe- 5 polykristallinen Stabes aus Silizium bezeichnet, im renzsignals mit entgegengesetztem Vorzeichen zuein- folgenden »Einsatzstab« genannt; 10 δ bezeichnet ander sowohl eine der vorgegebenen Größen ent- eine wandernde Schmelzzone und 10 c den rekristalsprechende, nur dem Wechselstrom in der Induktions- lisierten stabförmigen Einkristall. Obgleich der Einspule proportionale Vergleichswechselspannung als satzstablOa zylindrisch gezeigt wird, ist diese Form auch die Wechselspannung der Prüfspule anliegt. io unwesentlich. Er kann eine andere nicht zylindrische

Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung oder unregelmäßige Gestalt und einen wesentlich ist zum Messen und Regeln der Abweichung eines anderen Querschnitt als den des stabförmigen Einvorgegebenen Kristalldurchmessers bei tiegelfreien kristalle 10 c aufweisen.

Zonenschmelzvorrichtungen verwendbar mit den Für die Beschreibung wird der Einsatzstab 10 a Merkmalen besonderer Einfachheit, Empfindlichkeit 15 und der gezogene Einkristall 10 c als einheitlicher und Betriebssicherheit, welche die Festlegung des Siliziumstab 10 angenommen, durch den sich die Kristalldurchmessers innerhalb der durch die Ober- Schmelzzone 10 & langsam bewegt. Die Bewegungsflächenspannung des Materials auferlegten Grenzen richtung wird in dem Ausführungsbeispiel nach oben ermöglicht, um dem Produktionsbedürfnis und der angenommen. Die Grenzflächen flüssig — fest Wirtschaftlichkeit für eine bestimmte Größe der 20 ΙΟα-lOö und 10&-10c, die an den Einsatzstab bzw. Plättchen zu entsprechen, die schließlich für die an den gezogenen Kristall angrenzen, sollen als Leit-Halbleiterbauelemente erforderlich sind. bzw. Schleppfläche zur Andeutung der Bewegungs-

Eine derartige Anordnung zum Messen und Regeln richtung der Schmelzzone bezeichnet werden,

mit den Merkmalen der Erfindung besitzt weiterhin Die Enden des Siliziumstabes 10 werden durch

den Vorteil, daß der Meßvorgang nicht von den 25 geeignete in senkrechter Richtung auseinander

Frequenzänderungen des HF-Generators beim Be- liegende Halterungen festgehalten. Somit hält eine

trieb beeinflußt wird. untere Halterung 12 den Einkristall 10 c und eine

Die Anordnung besteht demnach zweckmäßig aus obere Halterung 14 den Einsatzstab 10 a.
einer Induktionsspule, die zur Aufnahme eines halb- Der senkrechte Abstand zwischen den Halterungen leitenden oder leitenden Gegenstandes in ihrem 30 12 und 14 ist veränderlich dargestellt durch Mittel inneren Flußfeld vorgesehen ist. Eine Prüf- und eine zum Bewegen der Halterungen in senkrechter Rich-Vergleichsspule werden koaxial zur Induktionsspule rung relativ zueinander, d. h. daß entweder eine Haiangeordnet. Deren Abmessungen und Lagen zuein- terung oder beide bewegt werden können. Beim geander werden so gewählt, daß in der Prüfspule eine zeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Halterung elektrische Spannung induziert wird, welche auf die 35 12 fest, während die obere Halterung 14 mittels eines induktive Kopplung sowohl zur Induktionsspule als umsteuerbaren elektrischen Servomotors 18 über ein auch auf die von dieser in dem Gegenstand indu- Zahnradvorgelege 19 und ein Schneckengetriebe 16 zierten Wechselströme zurückzuführen ist; in der bewegt werden kann.

Vergleichsspule wird dagegen eine Spannung indu- Die Schmelzzone 10 έ wird erzeugt, aufrechtziert, die im wesentlichen nur auf die induktive Kopp- 4° erhalten und fortschreitend entlang dem Siliziumstab lung zur Induktionsspule zurückzuführen ist. Weiter- 10 mittels einer Induktionsspule 20 bewegt, welche hin ist eine im Prinzip bekannte Kompensations- koaxial zur Längsachse des Siliziumstabes 10 angeschaltung zum Vergleich der elektrischen Spannungen ordnet ist. Die Induktionsspule 20 wird mittels Zuder Prüf- und der Vergleichsspule vorgesehen, um leitungsdrähten 22 mit einer geeigneten Quelle von einen Differenzwert zu bilden, der auf Änderungen 45 hochfrequenter Energie verbunden, die durch den der induktiven Kopplung zwischen der Prüfspule und HF-Generator 24 dargestellt ist.
dem Gegenstand und damit auf Abweichungen einer Das Induktionsheizsystem enthält auch ein Paar diese Kopplung beeinflussenden Größe von einer kurzgeschlossene Spulen 26, 28, welche oberhalb vorgegebenen hinweist. bzw. unterhalb koaxial mit der Induktionsspule 20

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung 50 in einem relativ kurzen Abstand davon angeordnet

dient das Differenzsignal zur Regelung einer der die sind. Die Spulen 26 und 28 dienen zur Bündelung

induktive Kopplung beeinflussenden Größe. des von der Induktionsspule 20 erzeugten elektro-

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin- magnetischen Feldes, womit die Länge der Schmelzdung werden an Hand eines in der Zeichnung dar- zone gegeben ist.
gestellten Ausführungsbeispiels erläutert. 55 Die Dimensionierung des Induktionsheizsystems

F i g. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, 20, 22, 24, 26, 28 ist bezüglich der bewirkten axialen

die die wesentlichen Teile einer tiegelfreien Zonen- Ausdehnung der erzeugten Schmelzzone, ihrer Tem-

schmelzvorrichtung mit einer Anordnung nach der peraturen und ähnlichen Veränderlichen bekannt und

vorliegenden Erfindung zeigt; gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung. Es ist

Fig. 2 enthält das Schaltbild einer im Prinzip 60 ausreichend, wenn das Induktionsheizsystem eine bekannten, in der Anordnung nach der vorliegenden Schmelzzone mit einem relativ kurzen Abschnitt (verErfindung verwendbaren Kompensationsschaltung. glichen mit der gesamten Länge des Stabes 10) er-

Im Interesse der Klarheit und zur Erleichterung zeugt.

der Beschreibung soll die Erfindung so beschrieben Der soweit beschriebene Aufbau ist im allgemeinen werden, wie sie beim Ziehen eines Einkristalls aus 65 bekannt und typisch für tiegelfreie Zonenschmelz-Silizium Verwendung findet. Das soll jedoch so ver- vorrichtungen. Es ist jedoch zu beachten, daß die standen werden, daß sie auch in vorteilhafter Weise Schmelzzone 10 b die Spulenanordnung 20, 26, 28 bei der Kristallherstellung von anderen Halbleiter- begleitet, während diese an dem Siliziumstab 10 in

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vertikaler Richtung entlanggleitet, wobei der Einsatz- ihr beweglich. Der Abstand zwischen der Prüfspule stab 10 a an der Leitfläche lOa-lOb schmilzt und der 30 und der Induktionsspule 20 ist klein genug, daß Einkristall 10 c an der Schleppfläche 10 rf-10 c er- eine Hochfrequenzspannung in der erstgenannten instarrt, duziert wird, unabhängig von derjenigen, die von der

Während ihrer Bewegung erhält die Schmelzzone 5 Kopplung mit dem Stab 10 herrührt. Praktisch kann 10 b die charakteristische Form einer Hohlkehle. Der die Prüf spule 30 mechanisch fest mit dem nicht gekonkave Abschnitt 1Od der Hohlkehle weist an zeigten Transportsystem der Induktionsspule verseinem eingeschnürten Bereich etwas oberhalb der bunden werden, und zwar in einem derartigen AbMitte den kleinsten Querschnitt auf, der konvexe stand davon, daß sie sich im wesentlichen jederzeit Abschnitt 1Oe der Hohlkehle umfaßt den unteren io in der Ebene der Schleppfläche 10 WLOc befindet.
Teil der Schmelzzone im Anschluß an die Schlepp- Eine weitere einschleifige Vergleichsspule 32 ist fläche 10 &-10c. koaxial bezüglich der Induktionsspule 20 und in

An Hand der Zeichnung kann abgeschätzt werden, einem größeren Abstand von dem Siliziumstab 10

daß die charakteristische Geometrie der Hohlkehle als die Prüfspule 30 angeordnet. Der Abstand zwi-

zu einem vorgegebenen Augenblick durch Änderung 15 sehen der Induktionsheizspule 20 und der Vergleichs-

der in der Zone vorhandenen axialen Spannung ge- spule 32 ist so klein, daß sich eine wirksame elektro-

ändert werden kann, wenn alle anderen Veränder- magnetische Kopplung zwischen diesen ergibt. Das

liehen konstant gehalten werden. hat zur Folge, daß in letzterer eine Hochfrequenz-

Das kann erreicht werden durch Änderung des spannung ähnlich derjenigen in der Prüfspule 30,

Abstandes zwischen den Flächen 10 α-lOö und 20 wenigstens in gleicher Größenordnung, auf Grund

IOö-IOc, womit eine Änderung der Länge der deren Kopplung mit der Induktionsspule 20 induziert

Schmelzzone 10 & bewirkt wird. Wenn die Flächen wird. Andererseits ist die Vergleichsspule 32 so weit

lOa-lOZ) und 10ö-10c aufeinander zu bewegt wer- von dem Siliziumstab 10 entfernt, daß die induktive

den, baucht sich der konvexe Abschnitt 10 e der Kopplung mit diesem vernachlässigbar ist. Die er-

Schmelzzone nach außen über den Umfang der as forderlichen Abstandsbedingungen werden wie bei

Schleppfläche 10 Ö-10 c hinaus, wodurch der Durch- dem gezeigten Ausführungsbeispiel bequem dadurch

messer des gezogenen Kristalls vergrößert wird. Wird erhalten, daß man der Vergleichsspule 32 einen

umgekehrt der Abstand zwischen den genannten wesentlich größeren Durchmesser als der Prüfspule

Flächen vergrößert, dann verlängert sich die Schmelz- 30 gibt; der gewünschte Kopplungsgrad zwischen

zone und zieht sich in radialer Richtung zusammen, 30 Induktionsspule 20 und der Vergleichsspule kann

so daß der Umfang des konvexen Abschnitts 10 e dann durch Wahl des axialen Abstandes zwischen

kleiner wird als der der Schleppfläche 10 b-tOc; der diesen erreicht werden.

Durchmesser des gezogenen Kristalls neigt zur Ver- An Hand der gegebenen Beschreibung der An-

ringerung. Natürlich bleibt die axiale Länge der Ordnung ist erkennbar, daß sowohl in der Prüfspule

Schmelzzone 10 δ unter Gleichgewichtsbedingungen 35 30 wie auch in der Vergleichsspule 32 durch induk-

im wesentlichen konstant. Sie wird bestimmt durch tive Kopplung mit der Induktionsspule 20 eine Hoch-

den Aufbau und die Funktionsweise des Induktions- frequenzspannung von ähnlicher Größe induziert

spulenheizsystems 20, 26, 28. Die Änderung der wird. Zusätzlich dazu wird in der Prüfspule 30 eine

Zonenlänge, die durch relative Verschiebung der Hochfrequenzspannung induziert, welche proportional

Flächen 10 a-lOb und 10&-10c bewirkt wird, ist nach 40 dem Durchmesser des Siliziumstabes 10 in unmittel-

Lage der Dinge gegenüber der sich ergebenden Ände- barer Nähe der Schleppfläche 10 b-lOc ist. Bei der

rung der Zonengeometrie zu vernachlässigen. Annahme gleicher Festspannungen (d. h. die durch

Um einen konstanten Durchmesser des gezogenen die Kopplung mit der Induktionsspule 20 gegebenen) Einkristalls zu gewährleisten, muß die Kurve des in den entsprechenden Spulen ist die Differenz der konvexen Abschnitts 1Oe mit den Rändern des Ein- 45 gesamten induzierten Spannungen auf die Ändekristalls 10 c tangieren. Gemäß der vorliegenden Er- rangen der Spannung in der Prüf spule zurückfindung wird diese Tangierungsbedingung dadurch zuführen, welche den Schwankungen der Abmesaufrechterhalten, daß der Querschnitt des gezogenen sungen des Stabes in unmittelbarer Nähe der Schlepp-Einkristalls im Bereich der Schleppfläche 10 Ö-10 c fläche 10 &-10 c zugeordnet und diesen proportional fortlaufend gemessen wird, um die Abweichungen 5° sind.

von der gewünschten Tangierungsbedingung zu er- Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die

mitteln und den Abstand zwischen den Flächen Spannungen der Prüfspule 30 und der Vergleichs-

1Oa-IOb und 10ö-10c zu berichtigen. spule 32 derartig verglichen, daß der Meßwert pro-

Zu diesem Zweck wird eine einschleifige Prüfspule portional der Abweichung des Querschnittsmaßes

30 koaxial und so nahe um den Siliziumstab 10 in 55 des gezogenen Einkristalls in der Schleppfläche

unmittelbarer Nähe der Schleppfläche 10 &-10c an- 106-1Oc von einem vorgegebenen Wert ist. Diese

geordnet, daß die in dem Siliziumstab durch die In- Funktion wird mittels einer an sich bekannten Schal-

duktionsspule 20 induzierten HF-Wechselströme in rung gemäß F i g. 2 durchgeführt. Die Schaltung ent-

der Prüfspule eine Spannung induzieren. Ein An- hält im Prinzip eine Lastimpedanz und zwei im

wachsen des Durchmessers des Siliziumstabes 20 an 6° wesentlichen identische Netzwerke 36 und 38 zur

dem von der Prüfspule 30 umschriebenen Ort läßt Gleichrichtung und Dämpfung der entsprechenden

den Kopplungsgrad zwischen dem Stab und Prüfspule Spannungen der Prüf- und Vergleichsspule. Die

und damit die induzierte Spannungshöhe in dieser Spannungen werden entgegengesetzt zueinander an

anwachsen. Entsprechend erzeugt eine Verringerung eine Lastimpedanz angelegt, um in dieser einen Strom

des Durchmessers einen gegenläufigen Effekt. 65 zu erzeugen, welcher proportional der Spannungs-

Die Prüfspule 30 wird in einem festen Abstand differenz ist. Die Schaltung wird im folgenden in Ver-

von der Induktionsspule 20 angeordnet (hinter der bindung mit dem Verdrahtungsplan in F i g. 2 näher

Spule bezüglich der Bewegungsrichtung) und ist mit beschrieben.

Die Lastimpedanz wird durch den Widerstand R_L Bedingung, bei der der konvexe Abschnitt der gedargestellt, welcher in Serie mit einem Nullpunkt- schmolzenen Zone mit den Rändern des gezogenen amperemeter M liegt. Die Hintereinanderschaltung Kristalls tangiert, kein Strom durch den Schaltungsdes NuHpunktamperemeters M und des Wider- zweig des Lastwiderstandes fließt, indem die gleichen Standes R_L ist für beide Netzwerke 36 und 38 gemein- 5 und entgegengesetzten Spannungen Null ergeben,
sam, welche je eine Kristalldiode 40 und 42 mit ent- Mit anderen Worten, R₈ wird so abgeglichen, daß

gegengesetzten Polaritäten relativ zur Lastimpedanz sich für den gewünschten Kristalldurchmesser Null enthalten. ergibt (das kann anfangs durch Einstellung des Servo-

Ein Anschluß der Prüf spule 30 wird über einen motors 18 von Hand erzielt werden). Bei Abweichung Leiter 44 und einem aus C₁ und C₂ bestehenden io des Kristalldurchmessers an der Schleppfläche kapazitiven Dämpfungsglied mit dem positiven Pol lOb-lOc, womit das Gesamtpotential in der Prüfder Diode 40 und deren negativer Pol über einen spule anwächst oder abfällt, ergeben sich Abwei-Verlustwiderstand R₃ mit dem einen Ende 46 des chungen vom Nullwert, wodurch ein Stromfluß im für die Netzwerke 36 und 38 gemeinsamen Last- Lastwiderstand und ein Fehlersignal am Lastwiderzweiges verbunden. Auf ähnliche Weise wird ein An- 15 stand R_L erzeugt wird. Das Fehlersignal wird im Schluß der Vergleichsspule 32 über einen Anschluß- Leistungsverstärker 56 verstärkt und an den Servodraht 48 und ein kapazitives Dämpfungsglied aus C₁' motor 18 angelegt. Die Bewegungsrichtung des Servo- und C₂' mit dem negativen Pol der Diode 42 ver- motors hängt von der Polarität des Signals ab. Die bunden, deren positiver Pol über einen veränderbaren Polarität und die Bewegungsrichtung des Motors Widerstand R₈' an das gleiche Ende 46 des gemein- ao werden derart aufeinander abgestimmt, daß ein auf samen Zweiges angeschlossen wird. Die übrigen An- einen zu großen Durchmesser des gezogenen Einschlüsse der Prüfspule 30 und der Vergleichsspule 32 kristalls hinweisendes Signal den Servomotor so bewerden über die entsprechenden Anschlußdrähte 52 tätigt, daß der Abstand zwischen der oberen und der und 54 mit dem anderen Ende 50 des gemeinsamen unteren Halterung 12 und 14 vergrößert und damit Zweiges verbunden. 25 die Länge der Schmelzzone 10 b vergrößert wird. Da-

Die Parallelkondensatoren C₃ und C₃'überbrücken gegen verursacht ein für das Abnehmen der Schleppdie Netzwerke 36 und 38 parallel zu dem gemein- fläche charakteristisches Signal eine entgegengesetzte samen Zweig und den entsprechenden Verlustwider- Drehbewegung des Servomotors 18, so daß der obere ständen R₈ und R₈'. Halter gegen den unteren bewegt wird, womit die

Hochfrequenzdrosseln überbrücken die Konden- 30 Länge der geschmolzenen Zone abnimmt.
satorenC₂ bzw. C₂', um eine Rückleitung für den Das Zahnradvorgelege 19 des Servomotors wird

von den beiden Dioden 40 und 42 gleichgerichteten bezüglich der Wachstumsrate des Kristalls so ausStrom zu schaffen. gelegt, daß eine Korrektion der Kristallabmessungen In einer praktischen Ausführungsform der Schal- langsam erfolgt, ohne daß irgendeine Tendenz der rung wurden folgende Werte benutzt: 35 geschmolzenen Zone zum Verspritzen besteht. Wenn

gewünscht, kann der Verstärker 56 weggelassen wer-

C₁ 22 μΡ den und der Servomotor 18 im Handbetrieb durch

3 big γι „ρ Beobachtung des Nullpunktinstrumentes M betätigt

(dient zum Grobabgleich) werden, indem es im wesentlichen auf der Nullpunkt-

C 470 F ⁴° ^steu"^un§ gehalten wird.

², r_, Es ist einzusehen, daß ungewollte Schwankungen

^2 "°° V^ der Netzspannung und von thermischen Effekten im

C₃ = C₃' 22 μΡ HF-Generator verursachte Frequenzänderungen keine

R₈ 10 kOhm Wirkung auf den Vorgang haben, weil sich derartige

ο ' veränderlich zwischen 45 Änderungen sowohl der Prüfspule als auch der Ver-

9 und 11 kOhm gleichsspule aufprägen und sich folglich innerhalb

R 220 Ohm ^^er Regelschaltung 34 gegenseitig aufheben. Darüber

*_''' . , hinaus ist das System hochempfindlich nur in bezug

^Lj-^L £^TtSSt ^e auf den schmalen Bereich in unmittelbarer Nähe der

bei ά MHz ₅₀ schleppfläche 10 Ö-10 c, so daß das Fehlersignal nicht

M (25-0-25) μΑχη beeinflußt wird durch mögliche Durchmesserände

rungen des nicht geschmolzenen Einsatzstabes 10«.

Aus dem Schaltplan ist erkennbar, daß die Polari- Obgleich die Erfindung an Hand eines Anwen-

täten der Dioden 40 und 42 bezüglich des gemein- dungsbeispiels zur Durchmesserkontrolle bei einer samen Zweiges der Netzwerke 36 und 38 entgegen- 55 tiegelfreien Zonenschmelzvorrichtung beschrieben gesetzt geschaltet sind, so daß die an den Wider- worden ist, sind die darin enthaltenen Grundprinzistand R_L angelegten gleichgerichteten Gleichspan- pien auch für andere Anwendungen brauchbar,
nungspotentiale einander entgegengerichtet sind. Die beschriebene Vorrichtung nutzt die Tatsache

An den Widerstand R_L ist ein Hochleistungsver- aus, ,daß in der Prüfspule 30 eine Spannung induziert stärker 56 angeschlossen. Der Ausgang des Hoch- 60 wird, die eine Funktion der Kristalldicke ist. Die leistungsverstärkers 56 ist über Zuleitungsdrähte 58 induzierte Spannung ist jedoch auch eine Funktion zur Regelung des Vorganges mit dem Servomotor 18 des spezifischen Widerstandes des Gegenstandes im verbunden. Die Spannungen in der Prüf- bzw. der Feld der HF-Induktionsspule. Bei der beschriebenen Vergleichsspule können durch Nachregelung des ver- Vorrichtung ist der spezifische Widerstand im wesentänderlichen Widerstandes R₈' entsprechend der in- 65 liehen konstant, weil die den spezifischen Widerstand duktiven Kopplung mit der Induktionsspule derartig beeinflussenden Größen, z. B. die Einheitlichkeit des abgeglichen werden, daß für einen bestimmten Materials und seine Temperatur, ebenso wie die zu Durchmesser des Einkristalls 10c, d.h. unter der regelnde Querschnittsvariable im wesentlichen kon-

stant sind. Ebenso können die gleichen Grundprinzipien und die allgemeine Anordnung benutzt werden, eine der anderen Größen zu messen oder zu regeln, z. B. die Temperatur bei konstantem Querschnitt. Eine Anwendung dieser Art beträfe eine Lötvorrichtung unter Benutzung eines Induktionserhitzers, vorausgesetzt, daß der zu lötende Gegenstand aus einem Material mit einem merklichen Temperaturkoeffizienten bezüglich des spezifischen Widerstandes besteht, wie es gewöhnlich der Fall ist. In diesem Fall könnte die oben beschriebene Meßanordnung als Temperaturanzeiger oder -regler verwendet werden.

Claims (9)

Patentansprüche: *5

1. Anordnung zum Messen und Regeln der Abweichung einer von vorgegebenen und die induktive Kopplung zwischen Induktionsspulen beeinflussenden Größe eines im Flußfeld einer mit einem HF-Generator verbundenen Induk- *⁰ tionsspule angeordneten elektrisch leitenden Gegenstandes, insbesondere zum Messen der Abweichungen von vorgegebenen Größen der Temperatur, des spezifischen Widerstandes oder des Ortes des Gegenstandes, gekennzeichnet durch eine koaxial zur Induktionsspule (20) und dem in ihrem Flußfeld befindlichen Gegenstand (10) derartig angeordneten Prüfspule (30), daß in der Prüfspule (30) eine sowohl von der induktiven Kopplung mit der Induktionsspule (20) als auch von den in dem Gegenstand (10) von der Induktionsspule (20) induzierten Wechselströmen herrührende Wechselspannung induziert wird, sowie durch eine im Prinzip bekannte Kompensationsschaltung mit einer Lastimpedanz (R_L), an welcher unter Bildung eines der Abweichung entsprechenden Differenzsignals mit entgegengesetztem Vorzeichen zueinander sowohl eine der vorgegebenen Größen entsprechende, nur dem Wechselstrom in der Induktionsspule (20) proportionale Vergleichswechselspannung als auch die Wechselspannung der Prüfspule (30) anliegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial und in festem Abstand zur Induktionsspule (20) eine Vergleichsspule (32) zur Gewinnung der Vergleichswechselspannung angeordnet ist und daß die von dem elektrisch leitenden Gegenstand in ihr induzierte Wechselspannung gegenüber der von der Induktionsspule (20) herrührenden vernachlässigbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspule (32) einen wesentlich größeren Durchmesser als die Prüfspule (30) aufweist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, die die Vergleichsspannung und die in der Prüfspule (30) induzierte Spannung gleichrichtet und die gleichgerichteten Spannungen mit entgegengesetztem Vorzeichen einem Widerstand (R_L) zur Bildung eines Differenzsignals zuführt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine Vorrichtung zum Abgleichen der Vergleichsspannung auf einen bestimmten Wert aufweist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Gegenstand durch die Induktionsspule erhitzt ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Gegenstand senkrecht durch Halterungen (12, 14) geführt und der Abstand der Halterungen proportional dem Differenzsignal veränderbar ist.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige elektrisch leitende Gegenstand innerhalb des Bereichs der Induktionsspule (20) eine wandernde geschmolzene Zone von relativ kurzer Länge aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung beim Zonenschmelzverfahren.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 839 398, 892 039,
892215, 901095;

britische Patentschrift Nr. 776 861;

USA.-Patentschrift Nr. 2542 057;

Chem. Technik (1958), 10, Heft 4, S. 207 bis 210;

Zeitschrift für angewandte Physik (1958), H. 11, S. 500 bis 503;

Kohlrausch, Praktische Physik (1956), S. 68.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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