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Vorr:1ohtung zum tiegelfreien Zonensohmelzen eines kristallinen Stabes,
insbesonaere fialbleiterstabes Das Zusatzpatent ....... betrifft eine Vorrichtung
zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen
Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit einer fieizeinrichtung, die-mittels eines
einen Schlitz in einer Seitenwand einer Zonenschmelzkammer gasdicht verschlie2enden
Schiebers in Richtung der Stabachse versohiebbar ist. Die Abdichtung zwischen dem
Schieber und der Zonenschmelzkammer erfolgt mittels
den Schlitz
umschließender, elastisch verformbarer Dichtungslippen. Die Dichtungslippen haben
einen C-förmigen wuerschnitt a und werden durch ein unter Druck stehendes Medium
gegen die Gleitf--_äche des Schiebers gepreßt. Als Druckmedium wird im allgemeinen
Öl mit einem Überdruck von 3 bis 10 atü verwendet. Beim Verschieben des Schiebers
bildet sich auf der Schieberoberfläche ein relativ dicker Ölfilm aus, der verdampft
und damit das Hochvakuum in der Zonenschmelzkammer verschlechtert. Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Abdichtung zwischen Schieber und Zonenschmelzkammer zu schaffen,
bei der, @@ Bildung- eines Films aus Gleit- und Dichtungsmi.ttei auf dem Schieber
weitgehend vermieden wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung
zur tiegelfreien Zonenschmelzen eines lotrecht an seinen Enden gehalterten kristallinen
Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit einer Heizeinrichtung, die mittels eines
einer. Schii tz in einer Seitenwand einer Zonenschmelzkammer gasdicht verschließenden
Schiebers in Richtung der itabachse verschiebbar, ist, wouei die Abdichtung mittels
den Schlitz umschließender, elastisch verformbarer Dichtungslippen erfolgt, dadurch
gelöst, daß die Dichtungslippen durch eine den ichieber an die Kammerwand anpressende
Kraft derart auf Druck beansprucht sind, daß Teile der Dichtungstippen elastisch
am Schieber anliegen.
Eine derartige Abdichtung reist den Vorteil
auf, daß ein elastisches Anliegen der Dichtungslippen am Schieber gegeben ist, ohne
daß für das Gleit- und Dichtungsmittel ein Überdruck erforderlich ist. Außerdem
ist die Reibfläche verringert, da nur Teile der Dichtungslippen am Schieber anliegen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in der Ansicht eine Zonenschmelzkammer mit einer Heizeinrichtung,-die
in einem Schieber in Itichtung der Stabachse verschiebbar ist.
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Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung Einzelheiten der Schieberführung.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Schieberführung nach Fig.
2. Fir. 4 zeigt in der Draufsicht einen Teil der Schieberführung. In Flg. 1 ist
eine ZQnenschmelzkammer, die eine Vakuum-, Schutzgas- oder Überdruckkammer darstellen
kann, mit 1 bezeichnet. An der, einen vertikalen Kammerwand 2 ist eine Schieberführung
3 befestigt. Ein in Richtung der Stabachse eines zeichnerisch nicht dargestellten
Halbleiterstabes verschiebbarer Schieber 4 ist in einem Lagerbett 3 und seitlichen
Backen 6 und 7 geführt. Als Antrieb fur den Schieber 4 ist eine durch einen Motor
8 betätigte Kugeirollspindel 9 vorgesehen. Als Heizeinrichtung ist eine mit dem
Schieber 4 verschiebbare induktive Heizspule 10 und eine weitere, auch senkrecht
zur Stabachse verstellbare Heizspule 11
vorgesehen. Die Heizspule
11 kann als Vor- oder Nachheizeinrichtung verwendet werden. Mit Vorteil kann sie
aber auch zum Anschmelzen eines Keimkristalls an dem Halbleiterstab benutzt werden,
da sie durch die Verschiebeeinrichtung 12 auch@senkrecht zur Stabachse verstellt
werden kann, womit eine gute Kopplung mit dem-in der Regel dünneren Keimkristall
erreichbar ist. In Fig. 2 sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. 1 versehen. Als Antriebselement für den Schieber'4 ist, wie erwähnt,
eine Kugelrollspindel 9 vorgesehen, um den Schieber 4 möglichst erschütterungsfrei
in den-Rollenlagern 13 - 15, die an den Backen 6 und 7 sowie am Lagerbett 5 befestigt
sind, verschieben zu können. Der Schlitz 16 im Lagerbett 5 ist von zwei gummielastischen
Dichtungslippen 17, 18 umgeben. Der von den beiden Dichtungslippen 17, 18 umschlossene
Raum ist mit einem Gleit- und Dichtungsmittel, beispielsweise Dichtungsöl, ausgefüllt.
Der untere Öleinführungskanal ist mit 19 bezeichnet. Die Führungseinrichtung 12
fur die verschiebbare Halterung 20 der Heizspule 11 ist auf Führungsstäben 21, 22
horizontal verschiebbar. Die Halterung der Schmelzspule 10 ist mit 23 bezeichnet.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die an den Backen 6 und 7 -befestigten oberen und
seitlichen Rollenlager 13, 14 mittels Tellerfedern 24, 25 federnd gelagert, während
die am Lagerbett 5 befindlichen Rollenlager 15 starr befestigt sind. Ist
die Zonenschmelzkammer 1 als Vakuumkammer ausgebildet, so werden die
Dichtungslippen
17, 18 bereits durch den Atmosphärendruck derart aur Druck beansprucht, daß Teile
26, 27 davon elastisch am Schieber 4 anliegen. In diesem`Falle sichern die Federn
24 an den Rollenlagern 13 vorwiegend eine stoßfreie Führung des Schiebers 4. Es
ist jedoch auch für diesen Anwendungsfall günstig, die Kraft der Federn 24 als zusätzliche
AnpreUkraft auszunutzen, damit die Teile 26, 27 der Dichtungslippen 17, 18 immer
e.Lastisch am Schieber 4 anliegen. Sei Schutzgas- oder Überdruckkammern muß die
Federkraft dem Kammerdruck entsprechend verstärkt werden.
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Die Dichtungslippen 17, 18 sind vorteilhaft s0o profiliert, daß die
elastisch am Schieber 4 anliegenden Teile 26, 21 im unbelasteten Zustand einen spitzen
Winkel mit der Gleitebene des Schiebers 4 bilden. Dadurch wirken die Dichtungslippen
17, 18 wie eine Abstreifvorriehtung für das Schmiermittel, so daß sich außerhalb
des zwischen den Dichtungslippen 17, 18 liegenden Raums auf dem Schieber 4 praktisch
kein Schmiermittelfilm ausbilden kann. Die Abstreifwirkung wird noch verstärkt,
wenn die am Schieber 4 anliegenden Teile 26, 27 der Dichtungslippen 17, 18 eine
zur Gleitfläche des Schiebers 4 weisende schneidenartige Kante haben. Verwendet
man für die Dichtungslippen 1_7, 18 ein druck- und abriebfestes Material, so können
die am Schiener 4 anliegenden Teile 26, 27 und damit die Reibfläche besonders klein
gehalten werden. Bevorzugte Dichtungsmaterialien haben eine Härte von 80 -
100 Shore, vorzugsweise
90 Shore. Verwendbar sind gummielastische
Werkstoffe wie Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, bekannt unter dem Handelsnamen "Perbunan",
oder ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, bekannt unter dem
Handelsnamen "Viton". Besonders geeignet ist Polyurethan. Wie aus der linken
| Hälfte in Fig. 3 ersichtlich, in der die Dichtungslippen 17,
18 |
| in unbelastetem Zustand dargestellt sind, haben. die Dchtungs- |
| lippen 17, 18 gunstigerweise L-förmiges Profil, wobei lie spitz- |
| -:Ninkelig*zur Gleitebene des Schiebers 4 ausgestellten ;schenke. |
| 2'8, 29 zwischen dem Schieber 4 und dem Lagerbett 5 einer.
trapez- |
| förmigen Raun für das üchmiermittel einschließen. |
| Um der Gefahr entgegenzutreten, daß beim Verschieber. aes Schie- |
| oers 4 atmosphärische Luft durch den Schlitz 16 in das Vaxuum |
| gelangt, ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich, der Abstand 2--orischen |
| den Dichtungslippen. 1'i , 18 an den Schmalseiten des .;--h-L'
' tzes 16 |
| größer als an den Längsseiten. Ein Abstandsverhältnis von etwa. |
| 10 : 1 hat sich als günstig herausgestellt. |