DE1519867A1

DE1519867A1 - Vorrichtung zum Zonenschmelzen im Vakuum

Info

Publication number: DE1519867A1
Application number: DE19651519867
Authority: DE
Inventors: Ludwig Sporrer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-02-27
Filing date: 1965-02-27
Publication date: 1970-02-26
Also published as: CH431472A; GB1120554A; US3447910A; JPS4822562B1; BE676974A

Description

:ra!ENS-SCHUOKKRTWüRK;s lirlangen, den 5.9.1969

Aktiengesellschaft Werner-vcn-Oiemens-otr.

PLA 65/1099

i nhtung zum Zonenschmelzen im Vakuu.T.

^s sind bereits Vorrichtungen zum Zonenschmelzen im Vakuum bekanntgeworden, die aus einer Vakuumkammer bespp}*en_f in der dan su behandelnde Werkstück mit der Schmelzz durch die Strahlungswärme der Schmelzzone aufgeheizten Wände der Vakuumkammer sind für gewöhnlich gekühlt, da sonst die Gefahr' besteht, daß aus dQT Wand der Vakuumkammer Verunreinigungen treten', die das zu behandelnde Werkstück, z.B. aus Halbleitermaterial wie Silizium, verunreinigen können. Es treten nun Sc rigkeiten dadurch auf, daß sich auf den gekühlten fänden der fjjftaMfr j kammer Material niederschlägt, das dann gegebenenfalls in te^jffffrf Form wieder abblättert und au Störungen des mit dea ZonenschmiSVKtefM' beabsichtigten Aufwachsens von Einkristallen führt, indem die abgeblätterten Teile »ur Schmelze gelangen und dort als Sekundärkeime wirken können, die ein unerwünscHi||aMM|||||||tum eiri-

009809/1341 jjflHHHi

BAD ORIGIN^. '

PL-. bV9

leiten. Tn aus dem behandelten .Verketücte bevorzugt; Verunreinigungen abdampfen, besteht auch aie 7efnhr örtlicher Dotierung durch abgeblättertes Material.

Die Erfindung betrifft die Beseitigung dieser Nachteile. Sie bezieht sich deshalb auf eine Vorrichtung zum Zonenschmelzen im Vakuum mit einer Vakuumkammer, in der sich das zu behandelnde 7/erkstück mit der Schmelzzone befindet, und mit gekühlten Wänden der Vakuumkammer, Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß Innerhalb der Vakuumkammer in einem, verglichen mit der Schmelzzone, großen Abstand von der Schmelzzone eine zweite ungekühlte Wand mit Abstand von der gekühlten 7/and angeordnet ist. -Zweckmäßig ist die ungekühlte Wand auf der der Schmelzzone zugewandten Seite aufgerauht.

,Anhand eines Ausführungsbeispiels, aus dem weitere Vorteile und Kinzelheiten der Erfindung hervorgehen, soll diese näher beschrieben werden. In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vakuumkammer in den Figuren 1 und 2 in zwei Schnitten dargestellt, die senkrecht aufeinander stehen..

Die Vakuumkammer besteht aus einem Gehäuse 2, das z.B. aus dickem Stahlblech bestehen kann. Hit Hilfe eines Anschlußstutzens 3 ist sie an eine Vakuumpumpe angeschlossen, mit deren Hilfe ein Vakuum von ZmB. 10~* Ms 10" Torr erzeugt werden kann. Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung handelt ee sich um eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen. Es kann sich aber auch um Vorrichtungen zum Zonenschmelzen in einem länglichen Schiffchen handeln, da'dort die gleichen Aufgaben auftreten, die ebenfalls in der erfindungsgemäßen Weise gelöst «erden können. ... '

009809/1341 BAD ORIGINAL

Pl-. 6V1099

Ir. unreif führungen. 4 und Z in der "'and ? der Vakuumkammer sind ir.v.ei Achsen 6 und 7 geführt, die mit Halterungen 3 "bzw. 9 für d·:ρ stabförmige iVerketück 10 versehen sind.* Bei dem Material dee ,V'erkntückr: kann en eich bei spie] rv.vj ere urn Halbleitermaterial, ■/.Ίο ,:■ i 1 iijium oder Germanium,handeln cder auch um hochschmelKendes I.'.otnll-, wie z.B. 7/elfram.

!.'it ;;i"!fp einer Induktiv nrheinrpule 11 vvira in de::: „erkotüok IO eine .."chnel ezciic 12 erzeug+. Tie Induktir-nsheiSijpule 11 ist an einer i'ührung 1"^ gehaltert, die durch eine Durohführung 14 durch die '/»and 2 der Vakuumkammer geführt ist. Cie kann von außen in ^ beiden lotrechten Ki.'htun{;en to.'vert worden, vvc·durch die .."."hinels- zcne 12 durch den stabförmige!] Kürr.er 10 hindurchjeführt werden kann. Die Führung 13 enthält die elektrischen Zuleitungen zur Heisspule 11, scwl-e euch gegebeneni'i:] 1 ? einen Kühlv;:isserkrci«- l-Nuf /zur Kühlung der vrrsugsv.-eiFc aus ii^Lren ausgebildeten, Induktionsheizspule 11.

Die eine Halterung 9 kann beispielsweise drehbar relarert ::ein, v/ührend die andere Halterung 8 in lotrechter Richtung auf und ab bewegt werden kann, wodurch sich Durchmesserschvankungen des behandelten Werkstücks ausgleichen, bzv. der Durchmesser dieses '.Verkstückes verändern lassen.

λπ der Vorderseite der Vakuumkammer ist eine größere Öffnung angebracht, durch die di.e notv/endigen I.ir-nipulationen innerhalb aes Vakuumgefäßes durchgeführt werden können. Sie ist durch eine Tür 15 verschlossen, die ebenfalls aus :--ti?.hl ausgeführt sein kann. Vorteilhaft 1st sie einseitig in . chargieren gehaltert. .Beim Andrücken an Dichtungen 16 bzw. T? wird sie duröh den Druck-

009809/1341

.-: l/Ar

PLA 65/1099

unterschied von selbst gehalten. In der Tür 15 ist ebenfalls eine 'öffnung angebracht, die durch ein Schauglas '18 vakuumdicht verschlossen ist. Das Schauglas 18 kann beispielsweise aus Glas oder Quarzglas bestehen. Zweckmäßigerweise besteht es aus sogenanntem Panzerglas,, Zum Schutz eines das Zonenschmelzen Beobachtenden kann vor der ochauglasscheibe 18 eine weitere durchsichtige Scheibe z,B, auD einem durchsichtigen Kunststoff angeordnet sein, die im Falle einer Implosion vor Splittern der Scheibe 18 schutst₅

Bei der Durchführung des Zrnencchinelzens, insbesondere des tiegel frei en" Zonenachmelzens, im V-akuum treten nun die zuvor beschriebenen Schv/terigkeiten "auf, daß abdampfendes Material, dae sich an den gekühlten Wänden niederschlägt, von dort wiedex· abblättern und zur SchmelKzone gelangen kann, z.B. durch Abspringen, Die Kühlung der V/ände der Takuumkammer zumindest durch die Außenluftγ gegebenenfalls aber durch ein zusätzlich angebrachtes Kühlgebläse, bzw. durch angelötete oder angeschweißte Kühlschlangen j die von Kühlwasser durchflossen sind, ist notwendig, ψ da sonst die für die Erzeugung eines Hochvakuums notwendigen Abdichtungen nicht gewährleistet werden können, wenn Temperaturschwankungen auftreten.

Die erflndungsgeniäße Lösung besteht nun darin, daß eine zweite ungekühlte Wand innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet wird, die die gekühlte //and nicht berührt und die die ochmelzzone mit großem Abstand umgibt. Diese /,and kann z.B. durch Strahlungsheizung von der Rchmelzzone her in geringem Maße erwärmt werden, wodurch die Gefahr des Abblätterns erheblich verringert wird. Zusätzlich kann dies'e ungekühlte V/and auf der der Echmelzzone zugewandten Seite

009.B09/1341 '

-A" BADORiGfNAL . 3i/Ar\

■■■■■ ^:_ - ·5\ ■■■ ;■-. ■..'■■;

aufgerauht sein, wodurch zusätzlich day.«bblättern des aufwachsenden Materials verhindert wird. Hinzu kommt, daß diese zusätzlich eingebrachte V/and gegebenenfalls leicht austauschbar gestaltet sein kann, so daß man während der Pausen des Zonen-•Bchmelzens diese '//and entfernen und durch eine neue saubere Wand ersetzen kann.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, besteht die zusätzliche ungekühlte Wand 20 aus einem zylihderförmig gebogenen Blech. Das Blech weist der Tür 15 zugewandt einen breiten Schlitz auf, durch den die cchmelzzone während ihrer Wanderung beobachtet werden kann. Als-'Material für die ianci. 20 kommen praktisch alle Metalle in Frage, gegebenenfalls aber auch andere Stoffe, wie z.B. Quarz, Keramik oder Graphit. Es wurde bevorzugt Aluminium verwendet, da dieser Stoff durch Sandstrahlen verhältnismäßig leicht aufgerauht werden kann und nach dem Aufrauhen eine so ausgebildete Oberfläche aufweist, daß das Abblättern von aufwachsendem Material stärker als bei anderen Stoffen verhindert

Die iVand 20 kann durch Abstandstücke 21 und 22, die beispielsweise aus Keramik bestehen können» innerhalbder Vakuumkammer gehalten werden. Zweckmäßig wird die Wand 20 in einem so großen Abstand»von der Sohmelzzone 10 angeordnet, daß beispielsweise

• eine Ankopplung der gegebenenfalls aus Metall bestehenden Wand 20 an das Feld der Induktionsheizapule 11 mit Sicherheit ver-

' hindert wird. Gegebenenfalls können auch noch Deckelteile 23 unö 24 vorgesehen eeitt* die die zylinderförmige Wand 20

fl.\

und unten ergänzen, ^s rauß aber darauf geachtet werden,; daß genügend große Abstände und genügend große öffnungen vorgesehen sind, damit die zur Erzeugung eines Hochvakuums notwendige freie Weglänge gewährleistet bleibt.

Die beschriebenen und die dargestellten Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen stellen, r-oweit nicht vorbekannt, im einzelnen, ebenso wie ihre hier offenbarten Kombinationen untereinander, wertvolle erfinderische Verbesoerungen dar.

2 Figuren

2 Patentansprüche

BAD

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Zonenschmelzen im Vakuum mit einer Vakuumkammer, in der sich das zu behandelnde Werkstück mit der ;:ehmelzzone befindet, und mit gekühlten Y/änden der Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Vakuumkammer in einem verglichen mit der ochmelzsone großen Abstand von der £chmelzzone eine zweite ungekühlte Wand mit Abstand von der gekühlten <Vand angeordnet ist.

?, Vorrichtung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die ungekühlte ."and auf der der Sehmelzzone zugewandten Seite aufgerauht ist.

• BAD ORIGINAL - ⁷ -009809/1341 —S-i

Seue Uj iieriagen (Art. 7 § !Abs. zur. ι sau 3 des

Leerseite