DE1519902C3 - Device for crucible-free zone melting of a crystalline rod, in particular a semiconductor rod - Google Patents
Device for crucible-free zone melting of a crystalline rod, in particular a semiconductor rodInfo
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Description
Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit einer Vakuumkammer, mit Halterungen, in denen das zu behandelnde stabförmige Material lotrecht gehaltert ist, und mit einer in der Vakuumkammer in lotrechter Richtung verschiebbar angebrachten und von außen bewegten elektrischen Heizeinrichtung, wobei in einer Seitenwand der Vakuumkammer ein lotrecht verlaufender Schlitz angebracht ist, der durch eine in lotrechter Richtung verschiebbare Platte bedeckt ist, an der eine durch den Schlitz geführte Halterung der Heizeinrichtung befestigt ist. Eine derartige Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß die Entfernung zwischen der Energiequelle und den Anschlüssen der elektrischen Heizeinrichtung sehr gering gehalten werden kann, so daß insbesondere bei Verwendung einer induktiven Heizeinrichtung die Induktivität der Zuleitungen des Heizkreises gering ist. Das ergibt geringere Verluste der Heizeinrichtung. Außerdem zeichnet sich diese Vorrichtung durch eine hohe mechanische Stabilität der Heizeinrichtung aus.The main patent relates to a device for crucible-free zone melting of a crystalline rod, in particular Semiconductor rod, with a vacuum chamber, with holders in which the rod-shaped to be treated Material is held vertically, and displaceable with one in the vacuum chamber in the vertical direction attached and moved from the outside electrical heating device, in a side wall of the Vacuum chamber a vertically extending slot is attached, which is slidable by a in the vertical direction Plate is covered to which a guided through the slot holder of the heater is attached is. Such a device has the advantage that the distance between the energy source and the connections of the electrical heating device can be kept very small, so that in particular at Using an inductive heating device, the inductance of the supply lines of the heating circuit is low. This results in lower losses in the heating device. In addition, this device is characterized by a high mechanical stability of the heating device.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile der Vorrichtung nach dem Hauptpatent beizubehalten und dabei die Zuordnung zwischen Platte und Zonenschmelzkammer zu verbessern. Insbesondere soll die Abdichtung verbessert und die Reibung zwischen den aufeinander gleitenden Teilen verringert werden. Außerdem soll die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur bei Vakuumschmelzanlagen, sondern auch bei Zonenschmelzanlagen unter Schutzgas, vorzugsweise auch bei Überdruckzonenschmelzanlagen, anwendbar sein.The object of the present invention is to maintain the advantages of the device according to the main patent and thereby improving the association between the plate and the zone melting chamber. In particular, should the seal is improved and the friction between the parts sliding on one another is reduced. In addition, the device according to the invention should not only be used in vacuum melting systems, but also in Zone melting systems under protective gas, preferably also applicable to overpressure zone melting systems be.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht daß zwischen der Platte und der Seitenwand der Vakuumkammer eine den lotrechten Schlitz vollständig umschließende, elastisch verformbare Dichtungsleiste angebracht und gegen Verschieben gesichert ist Als Reibfläche ist nur mehr die in sich geschlossene Ringfläche der Dichtungsleiste vorhanden. Dadurch wird insbesondere bei größeren Verschiebelängen von beispielsweise 1 m und mehr die Reibung zwischen der Zonenschmelzkammer und der verschiebbaren Platte im Vergleich zu der Ausbildungsform nach dem Hauptpatent wesentlich verringertAccording to the present invention this is achieved by placing between the plate and the side wall the vacuum chamber has an elastically deformable sealing strip that completely encloses the vertical slot attached and secured against shifting. The only friction surface is the self-contained one Annular surface of the sealing strip available. This is particularly useful for longer shifting lengths of, for example, 1 m and more, the friction between the zone melting chamber and the sliding one Plate significantly reduced compared to the embodiment according to the main patent
In Weiterbildung der Erfindung besteht die Dichtungsleiste aus einer oder mehreren zueinander gekrümmten Dichtungslippen, deren Lage durch Stützkörper festgelegt ist, und sind die DichtungslippenIn a further development of the invention, the sealing strip consists of one or more curved towards one another Sealing lips, the position of which is determined by supporting bodies, and are the sealing lips
ao durch ein unter Druck stehendes Medium gegen die gleitende Fläche der Platte gepreßt. Dadurch können Leckverluste mit großer Sicherheit selbst dann vermieden werden, wenn als abdichtendes Medium eine Flüssigkeit, beispielsweise öl, verwendet wird. Überdies ist der Anpreßdruck zwischen Dichtungselement und Platte durch Änderung des Druckes des Druckmediums auf einfache Weise steuerbar. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Seitenwand der Zonenschmelzkammer und der Platte leichtgängige Führungselemente angebracht sind. Damit ist eine ausgezeichnete Führung und eine besonders leichtgängige, weitgehend stoßfreie Bewegung der Platte gewährleistet.ao pressed against the sliding surface of the plate by a pressurized medium. This allows Leakage losses can be avoided with great certainty even if the sealing medium is a liquid, for example oil is used. In addition, there is the contact pressure between the sealing element and the plate controllable in a simple manner by changing the pressure of the printing medium. It is also beneficial when smooth-running guide elements between the side wall of the zone melting chamber and the plate are attached. This is excellent guidance and particularly easy-going, largely Guaranteed smooth movement of the plate.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert.Further details and advantages of the invention are illustrated in exemplary embodiments with reference to the drawing explained in more detail.
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Zonenschmelzeinrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt;F i g. 1 shows an embodiment of a zone melting device according to the invention in section;
F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Dichtungsstelle bei abgenommener Platte;F i g. Fig. 2 shows a plan view of the sealing point with the plate removed;
F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im SchnittF i g. 3 shows a further embodiment according to the invention in section
In den F i g. 1 und 2 ist eine Zonenschmelzkammer (Vakuumkammer) mit 1 bezeichnet. An die Zonenschmelzkammer 1 kann eine Evakuiereinrichtung angeschlossen sein, sie kann aber auch mit Schutzgas, gegebenenfalls unter Überdruck, gefüllt sein. Antriebswellen 2 und 3 für die Halterungen 4 und 5 des kristallinen Stabes 6 sind in an sich bekannter Weise vakuum- oder gasdicht in die Zonenschmelzkammer 1 eingeführt Die Schmelzzone 7 wird mittels einer Heizeinrichtung 8 erzeugt gegebenenfalls kann der Heizeinrichtung 8 eine Vorheizeinrichtung 10 und/oder eine Nachheizeinrichtung 9 vor- bzw. nachgeschaltet sein. Die Halterungen 11, 12 und 13 für die Heizeinrichtungen 8 bis 10 sind gas- bzw. vakuumdicht in einer verschiebbaren Platte 14 gehaltert und durch einen lotrechten Schlitz 15 in der einen Seitenwand 16 der Zonenschmelzkammer 1 seitlich in diese eingeführt. An der Seitenwand 16 der Zonenschmelzkammer 1 kann eine Führungsplatte 17 befestigt sein, die eine dem lotrechten Schlitz 15 entsprechende öffnung 17a besitzt An Stelle der Führungsplatte 17 kann auch die Seitenwand 16 der Zonenschmelzkammer 1 in lotrechter Richtung über die horizontalen Schmelzkammerwände 18 und 19 hinaus verlängert sein und dann unmittelbar als Führung für die verschiebbare Platte 14 dienen. Zwischen der Führungsplatte 17 oder der verlängerten Seitenwand 16 der Zonenschmelzkammer 1 ist eine elastisch verform-In the F i g. 1 and 2, a zone melting chamber (vacuum chamber) is denoted by 1. To the zone melting chamber 1 can be connected to an evacuation device, but it can also with protective gas, if necessary under overpressure. Drive shafts 2 and 3 for the supports 4 and 5 of the crystalline Rod 6 are introduced vacuum- or gas-tight into the zone melting chamber 1 in a manner known per se Melting zone 7 is generated by means of a heating device 8, if necessary, the heating device 8 can have a Preheating device 10 and / or a post-heating device 9 can be connected upstream or downstream. The mounts 11, 12 and 13 for the heating devices 8 to 10 are gas-tight or vacuum-tight in a sliding plate 14 and supported by a vertical slot 15 in one side wall 16 of the zone melting chamber 1 laterally introduced into this. A guide plate 17 can be attached to the side wall 16 of the zone melting chamber 1 be attached, which has an opening 17a corresponding to the vertical slot 15 instead of the guide plate 17 can also the side wall 16 of the zone melting chamber 1 in the vertical direction over the horizontal Melting chamber walls 18 and 19 also extended and then directly as a guide for the Slidable plate 14 are used. Between the guide plate 17 or the extended side wall 16 the zone melting chamber 1 is an elastically deformed
bare Dichtungsleiste 20 angebracht, die den lotrechten Schlitz 15 in der Seitenwand 16 der Zonenschmelzkammer 1 vollständig umschließt. Die Dichtungsleiste 20 kann günstigerweise aus zwei gegeneinander gekrümmten Dichtungslippen 21,22 bestehen, deren Lage durch Stützkörper 23 gesichert ist. Die Stützkörper 23 umschließen günstigerweise die Stirnseiten der Dichtungslippen 21,22 vollständig und sind entweder an der Führungsplatte 17 oder an der verschiebbaren Platte 14 befestigt. Der Zwischenraum zwischen den Dichtungslippen 21, 22 ist mit einem unter Druck stehenden Medium 24, vorzugsweise einer Flüssigkeit, beispielsweise öl, gefüllt. Dadurch werden die Dichtungslippen 21, 22 sowohl gegen die Führungsplatte 17 als auch gegen die verschiebbare Platte 14 gepreßt. Durch Veränderung des Druckes des Mediums 24 kann der Anpreßdruck der Dichtungslippen 21, 22 weitgehend verändert werden. Zur sicheren Führung der Platte 14 auf der Führungsplatte 17 und zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes sind zwischen der Führungsplatte 17 und so der Platte 14 leichtgängige Führungselemente, beispielsweise Kugelschlitten 25, angebracht, die in Schienen 26,27 in der Führungsplatte 17 und in der Platte 14 geführt sein können. Eine Druckplatte 28, die gegebenenfalls als Druckleiste ausgebildet sein kann, sichert «5 eine spielfreie Führung der Platte 14 auf der Führungsplatte 17. Zwischen Druckplatte 28 und Platte 14 ist ein Kugelschlitten 29 in gleicher Ausführung wie der Kugelschlitten 25 angebracht. An Stelle der Kugelschlitten 25,29 könnten auch andere an sich bekannte leichtgängige Lager, beispielsweise senkrecht zur Verschieberichtung der Platte 14 gelagerte Wälzlager, oder auch Kugelführungen angewendet werden.face sealing strip 20 attached, the vertical slot 15 in the side wall 16 of the zone melting chamber 1 completely encloses. The sealing strip 20 can advantageously consist of two mutually curved Sealing lips 21, 22 exist, the position of which is secured by supporting bodies 23. The support bodies 23 favorably enclose the end faces of the sealing lips 21, 22 completely and are either on the guide plate 17 or on the displaceable plate 14 attached. The space between the sealing lips 21, 22 is filled with a pressurized medium 24, preferably a liquid, for example oil, filled. As a result, the sealing lips 21, 22 pressed against both the guide plate 17 and the sliding plate 14. Through change the pressure of the medium 24, the contact pressure of the sealing lips 21, 22 can be largely changed. For safe guidance of the plate 14 on the guide plate 17 and to reduce the frictional resistance are between the guide plate 17 and so the plate 14 smooth guide elements, for example Ball slide 25, attached, which is in rails 26,27 in the guide plate 17 and in the plate 14 can be guided. A pressure plate 28, which can optionally be designed as a pressure bar, secures «5 a play-free guidance of the plate 14 on the guide plate 17. Between the pressure plate 28 and plate 14 is a Ball slide 29 attached in the same design as the ball slide 25. Instead of the ball slide 25, 29 could also be other easy-running bearings known per se, for example perpendicular to the direction of displacement the plate 14 mounted roller bearings, or ball guides can be used.
Ein weiteres besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 3 im Schnitt dargestellt. Hierbei dienen als Führungselemente für die Platte 14 im oberen und unteren Ende der Seitenwand 16 der Zonenschmelzkammer 1 angebrachte Kugellager 30. Gegebenenfalls können insbesondere bei Vakuum-Zonenschmelzanlagen auch seitlich des lotrechten Schlitzes 15 weitere Kugellager angebracht sein. Die Kugellager 30 sowie die entsprechenden Gegendrucklager 31 sind in seitlich an der Platte 14 angebrachten Führungsleisten 32 geführt. Die Dichtungsleiste 20 ist günstigerweise in die geschliffenen Seitenwände 16 eingelassen. Die Länge der Platte 14 und der Führungsleiste 32 ist etwa doppelt so groß wie die Länge des lotrechten Schlitzes 15. Bei einer derartigen Anordnung wird somit eine zusätzliche Führungsplatte nicht mehr benötigt. Außerdem ist es günstig, daß die Kugel- und Gegendrucklager 30, 31 ortsfest angebracht sind und damit der Lagerbestand konstant bleibt.Another particularly advantageous embodiment of the invention is shown in FIG. 3 shown in section. This serves as guide elements for the plate 14 in the upper and lower end of the side wall 16 Ball bearings 30 attached to the zone melting chamber 1. In particular in the case of vacuum zone melting systems 15 further ball bearings may also be attached to the side of the vertical slot. the Ball bearings 30 and the corresponding counter-pressure bearings 31 are attached to the side of the plate 14 Guide strips 32 out. The sealing strip 20 is expediently embedded in the ground side walls 16. The length of the plate 14 and the guide bar 32 is approximately twice as great as the length of the vertical Slot 15. With such an arrangement, there is no longer an additional guide plate needed. In addition, it is favorable that the ball and counter-pressure bearings 30, 31 are fixedly attached and so that the inventory remains constant.
Es ist ersichtlich, daß auch die Dichtungsleiste 20 weitgehend beliebig abgewandelt werden kann. An Stelle der dargestellten U-förmigen Dichtungslippen 21, 22 könnte auch eine einteilige, beispielsweise C-förmig ausgebildete Dichtungslippe aus elastisch verformbarem Material vorgesehen sein, die gegebenenfalls durch Stützmittel versteift sein kann. Die verschiebbare Platte 14 kann mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Spindel von Hand oder durch eine mechanische Antriebsvorrichtung parallel zur Stabachse des kristallinen Stabes 6 bewegt werden.It can be seen that the sealing strip 20 can largely be modified as desired. At Instead of the U-shaped sealing lips 21, 22 shown, a one-piece, for example C-shaped, could also be used trained sealing lip made of elastically deformable material can be provided, which optionally can be stiffened by proppants. The displaceable plate 14 can by means of a not shown in the drawing Spindle by hand or by a mechanical drive device parallel to the rod axis of the crystalline Rod 6 are moved.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
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