DE1644004A1

DE1644004A1 - Verfahren und Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes,insbesondere Halbleiterstabes

Info

Publication number: DE1644004A1
Application number: DE19671644004
Authority: DE
Inventors: Keller Dr Wolfgang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1967-04-21
Publication date: 1970-04-02
Also published as: GB1150697A; US3607138A; NL6805560A; BE713935A; DK120125B

Description

Verfahren und Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes

Die Erfindung bezieht sich auf.ein Verfahren zum_tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes» insbesondere Halbleiterstabes, an dessen einem Ende ein Keimkristall mit wesentlich geringerer Dicke als der kristalline Stab mittels einer den kristallinen Stab ringförmig umgebenden Induktionsheizspule angeschmolzen wird.

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Unier einen Kelmkrist-ail mit wesent-i ich geringerer Dicke als >ier ues kristallinen Stabes ist hier und im folgenden ein Keimkristall mit einem querschnitt zu verstehen, der ein Zehntel des J tabquerschnit ts des kristallinen Stabes oder weniger beträg't. Das Hersteilen von kristallinen Stäben, beispielsweise von Si'ii- ~iums taben, mit sehr großer Dicke von ^U bis 5u mm oder mehr, erfordert einen Keimkristall mit den vorstehend angegeoenen Ao-nessungen. Hierbei treten beim Verschmelzen des einkristall inen-Keimkristalles mit dem kristallinen Stab viellach Schwierigkeiten auf, weil uie Kopplung aer in ihrer lichten tfeite. dem zyiindrisehen Teil des kristallinen Stabes angepaßten Induktionsheizspule mit dem wesentlich dünneren Keimkristall sehr schlecht ist. Die schlechte Spulenkopplung bedingt ein erhöhtes Streufeld. Dadurch ernält man beim Durchschraeizen des Keimkristall eine lange una damit instabile Schmelzzone. Diese Schwierigkeiten können teilweise dadurch umgangen werden, daß man αen Strom in

aie ίnduktionsheizspuj.e beim Anschmelzen des Keimkristalls an den kristallinen otaD und gegebenenfalls auch beim Erzeugen eines konusartigen Überganges zwischen Keimkris.tall und kristallinem ^ ο tab erhöht. Zusätzlich muß dann aber vielfach die an sich; instabile Schmelzzone von unten abgestützt werden, beispielsweisedurch ein mittelfrequentes Magnetfeld. Hierzu ist außer einer zusätzlichen St-ltzspuie eine Hochfrequenz-Energiequelle mit einer Leistungsfähigkeit erforderlich, die wesentlich höher ist,

als für-das Zonenschmelzen des zylindrischeji Teiis des kristallinen Stabes an sich notwendig ist. ·

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Die vorliegende Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten. Sie ist. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die Induktionsheizspuie beim Anschmelzen des Keimkristalls an den kristallinen Stab zunächst mit verminderter Weite betrieben und beim allmählichen Übergang vom Keimkristall auf den zylindrischen Teil des kristallinen Stabes erweitert wird. Dadurch wird eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Hochfrequenz-Energie in allen Phasen des Zonenschmeizprozesses sichergestellt und die Schmelzzone stets kurz und stabil gehalten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die Draufsicht auf eine zur Anpassung des Durchmessers der Induktionsheizspuie an den Stabquersohnitt geeignete Versteilvorrichtung.

Die Induktionsheizspuie, die den zeichnerisch nicht dargestellten kristallinen Stao ringförmig umfaiit, ist mit 1 bezeichnet, Sie oesteht vorzugsweise aus einer Windung, deren Enden 2 und ^*sich kreuzen und an einem Spannrahmen 4 befestigt sind. Die Induk·^ tionsheizspuj.e 1''besteht aus einem flexiblen Rohrmaterial, beispielsweise axis einer Beryilium-Kupfer-Legierung. Die Induktions*- heizspuxe 1 ist fiüssigkeitsgekühit. Ihre Enden 2 und J. dienen zur Zu- bzw. Abfihrung des Kühlmittels und des HEr-Stramas* ,Der, Spannrahmen 4 besteht aus einem nicht ferromagnetischen Stoff, beispielsweise Messing, oder einem rostfreien, nichtmagnetisohen

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Stahl. Der Spannrahmen 4 kann ebenso wie die Induktionsheiz-.spule 1 flüssigkeitsgekühlt sein. Der Spannrahmen 4 besteht aus _s zwei um eine Achse 5 bewegbaren, geschwungenen Bügein 6a und 6b.

Die Enden 2 und 3 der Induktionsheizspuie 1 sind mitteis Laschen 12a und "T 2 b an Isolierstücken 7a und 7b aus Keramik, beispielsweise Aluminium-Oxyd, befestigt, die an je einem Bügei des Spannrahmens 4 angebracht sind. An der Achse 5 ist je ein an einem der Bügel 6a bzw. 6b befestigter Spreizbacken 8a und 8b drehbar angebracht. Die Snreizbacken 8a und 8b können mitteis eines keilförmigen Verstell boizens 9 mehr oder weniger stark um die Achse 5 gedreht werden. Der Verstellboizen 9 kann als Spindel ausgebildet sein, die in einem Spindellager 10 geführt ist. Je nach Neigung und Länge des keilförmigen Teiles 11 des Verstellboizens 9 kann der Spannrahmen 4 mehr oder weniger gespreizt und damit die lichte Weite der Induktionsheizepule 1 mehr oder weniger stark verändert werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei das folgende Ausführungsbeispiel angegeben:

Zusammensetzung der Kupfer-Beryllium-Legierung: 2 - > # Be, Rest Cu Durchmesser des kristallinen Stabes: 35 nun

Größte lichte Weite der Inüuktionshelzspuie: 38 mm Durchmesser des Keimkristalle: . 5 mm

Kleinste lichte Wöite der Induktionsheizspuie: 25 mm.

Es ist ersichtlich, daß man Einzelheiten des dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiels abändern kann, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.» Per. Durchmesser der Induktioneheiz-

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spuie 1 kann mitteis beliebiger mechanischer -Versteileinriohtungen verändert werden. Wichtig ist hierbei, daß die Induktionsheizspule 1 aus einem Material-hergestellt wird, das auch im belasteten Zustand die notwendige Flexibilität besitzt. Dieser Forderung wird die angefahrte 3ery.tliüm-Kupfer-Legierung in hohem Maße gerecht. .■

Die aus der vorstehenden Beschreibung und/oder die aus der zugehörigen Zeichnung entnehmbaren Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen sind, soweit nicht vorbekannt, im einzelnen ebenso wie ihre erstmals offenbarten Kombinationen untereinander, als wertvolle erfinderische Verbesserungen anzusehen.

6 Patentansprüche
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Claims

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1. v'driahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Ctanes, insbesondere Halbleiterstabes, an dessen einem Enae ein Keimkristall mit wesentlich geringerer Dicke als der kristalline Jtab mittels einer den kristaLiinen Gtab ringförmig umgebenden Tnauktionsheizspuxe angeschmolzen wird» dadurch gekennzeichnet * .uaß die Induktionsheizspule (1) beim Anschmelzen des Keimkristalles an aen kristallinen Stao zunächst mit verrninaerter Weite netrieben una beim alxtnähj.iahen fjber^ang vom Keimkristall auf -.ieη zylindrischen Teil aes kristallinen Staues erweitert wird.

2» Vorrichtung zur OurcnOhruhg des Verfahrens nacri Anspruch T_t dadurch gekennzeichnet» dais der Durchmesser der äuä i'lexibiea Material bestehenden Induktionsheizspuie (1) mittels einer mechanischen Verstelleinrichtung* veränderbar ist*

.}» Vorrichtung nach Anspruch 2». dadurch gekennzeichnet, daIi die Enden: (2» 3) der induktionsheizspuie (t) gekreuzt an einem Spannrahmen (4) betestigt sind*

4* Vorriehtung nach ArtsprUGh >_# dadurah g&Menfiäeiähfteti da£s der Spaiinrahiüen (4) aus awei um eine Aehse (^) bewegbar-en Bügeln (6a, 6b); besteht* -

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■j. Vorrichtung nach Anspruch /3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügel (6a, ob) aes Spannrahmens (4) mittels eines kein ormigen Versteilhoizens (9) spreizbar sind.

υ. Vorrichtung Tiaoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da Ii die Inauktionshei zspuie (1) aus einer Beryllium-Kupier-Legieruric t:esteVit.

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