DE1519888A1 - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents

Description

SIEMENS-SCHUCKERTWERKE Erlangen ■ 4. APR. 1966

Aktiengesellschaft Werner-von-Siemens-Str. 50

Belegexemplar]

nj

Darf nicht geändert werden

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Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen wird für gewöhnlich ein stabförmiger Körper des zu behandelnden Materials an seinen beiden | Enden eingespannt und lotrecht gehaltert. Die beiden Halterungen des Stabes, die an lotrechten Wellen befestigt sind, können um ihre Achsen fortlaufend gedreht, und wenn der Stabquerschnitt beim Ziehen beeinflußt, insbesondere exakt konstant gehalten oder gezielt verändert werden soll, in vertikaler Richtung gegeneinander verschoben werden. Eine Heizeinrichtung, beispielsweise eine mit Hochfrequenzstrom gespeiste Induktionsheizspule, soll dazu dienen, über eine beschränkte Länge des Stabes eine Schmelz-

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zone 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 zeigte sich nun, daß beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Stäben mit großen Durchmesser von etwa 30 bis 40 mm und mehr die SehetIzzone häufig instabil ist und zum Auslaufen oder Festwerden neigt. Außerdem ist ein gleichmäßiges Wachstum des aus der Schmelzzone wieder auskristallisierenden Materials nicht ohne weiteres gewährleistet. Mitunter zeigt der stabförmige Körper hinterher merkliche Ausbauchungen. Es ist beim tiegelfreien Zonenschmelzen an sich bekannt, die Schmelzzone mittels eines magnetischen Feldes zu stützen, das durch eine Induktionsspule erzeugt wird, die alt einer Frequenz zwischen 500 Hz und 500 kHz gespeist wird. Wird als Heizeinrichtung eine Induktionsheizspule verwendet, die mit einer wesentlich höheren Frequenz von mehreren Megahertz gespeist wird, so kann diese Heizspule auch zugleich zur Erzeugung des stabilisierenden Wechselfeldes benutzt werden. Sie wird dann sowohl mit einem hochfrequenten Strom als auch mit einem nieder- bis mittelfrequenten Strom gespeist.

Die Erfindung hat eine Verbesserung eines solchen Zonenschmelzverfahrene zum Ziel, durch welche ferner die Kristallquali'tät erhöht wird. Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, in dem mit Hilfe einer Heizeinrichtung eine Schmelzzone erzeugt wird, die durch relatives Bewegen der Heileinrichtung längs

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der Stabachse weiterbewegt und dabei durch das Magnetfeld einer mit Wechselstrom gespeisten Induktionsspule gestützt wird. Erfindungsgemäß werden niederfrequente Amplitudenschwankungen des Wechselstromes, die im Bereich zwischen 100 und 300 Hz liegen, kleiner als 5 #, insbesondere kleiner als 1 #, gehalten. Durch diese Maßnahme wird überraschenderweise die Anzahl der Versetzungen im fertigen Kristall, wesentlich erniedrigt. Dies kann dadurch erklärt werden, daß die niederfrequenten Amplitudenechwankungen, die in den Ausgangsspannungen der gebräuchlichen Generatoren enthalten sind, zu Erschütterungen der Schmelze führen, die das Kristallwachstum stören. Es gelang, solche Wachsturnsstörungen { dadurch zu vermeiden, daß die Veraorgungsspannungen von Röhrenoder Halbleitergeneratoren, bzw. der Erregerstrom von Maschinengeneratoren durch entsprechend bemessen· Siebschaltungen geglättet wurden.

In einem besonderen Fall wurde- der Erregerstrom eines 10 kHz Maschinengenerators mit einer Ausgangsleistung von 10 kW mittels bekannter elektronischer Schaltungen so gesiebt, daß die 100 Hz-Schwankungen der Aup gangs spannung weniger als 1 io betrugen. Besondere Vorteile ergaben sich dadurch beim Zonenschmelzen von dicken Stäben, die von der das Stützfeld erzeugenden Spule eng umschlossen sind. Äußerlich zeigten die so behandelten Stäbe eine glatte, von Querrillen freie Oberfläche.

Die aus der vorstehenden Beschreibung entnehmbaren Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen sind, soweit nicht vorbekannt, einzeln ebenso wie ihre hier erstmals offenbarten Kombinationen untereinander ale wertvolle erfinderische Verbesserungen anzusehen. 909832/1132

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Claims (2)

BelegexempiiF] Darf nicht geändert werden } F a't en taneprüche

1. Verfahren zum titgelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, in dem mit Hilft einer Heizeinrichtung eine Schmelzzone erzeugt wird, die durch relatives Bewegen der Heizeinrichtung längs der Stabachse weiterbewegt und dabei durch das Nagnetfeld einer mit Wechselstrom gespeisten Induktionsspule gestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß niederfrequente Amplitudenschwankungen des Wechselstromes, die im Bereich zwischen 100 und 300 Hz liegen, kleiner als 5 #, insbesondere kleiner als 1 #, gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstrom eines den Wechselstrom erzeugenden Maschinengenerators gesiebter Gleichstrom verwendet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Versorgungsspannungen eines den Wechselstrom erzeugenden Röhrenoder Halbleitergenerators gesiebte Gleichspannungen verwendet werden.

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