DE1809847B2

DE1809847B2 - Vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen eines kristallinen stabes, insbesondere halbleiterstabes

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Publication number: DE1809847B2
Application number: DE19681809847
Authority: DE
Priority date: 1968-05-30
Filing date: 1968-11-15
Publication date: 1973-09-06
Also published as: BE733780A; DE1809847C3; GB1230726A; FR2009656A1; ES367833A1; NL6905939A; SE359753B; DE1809847A1; DK120434B; CH472236A

Description

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- as dung;

kennzeichnet, daß zum Herstellen eines kristallinen F i g. 2 zeigt die Induktionsheizspule nach F 1 g. 1

States mit -^genüber dem Ausgangsstab · ver- in der Draufsicht;

größ:rtem Durchmesser der Querschnitt (5) der F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausfuhrungsform

Induktionsheizspule (11 eine in Richtung der einer Induktionsheizspule gemäß der Erfindung.

Schwerkraft sich erstreckende Fnveiterung (6) auf- 30 In F i g. 1 ist eine Induktionsheizspule gemäß der

weist. Erfindung mit 1 bezeichnet. Sie erzeugt in einem

6. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch ge- Halbleiterstab, bestehend aus einem Vorratsstab2 kennzeichnet, daß die Querschnittserweiterung (6) und einem auskristallisierenden Stabteil 3 eine Schmelzder Form der Schmelzzone (4) angepaßt ist. zone 4. Der Querschnitt der Induktionsheizspule 1 ist

35 langgestreckt, d. h., die Breite J des Windungsquerschnittes ist größer als seine Höhe h. Bei einer Spule

mit sich nach außen erweiterndem Windungsquerschnitt ist die Höhe A₁ am inneren Spulenrand maßgebend. Das Verhältnis Außendurchmesser/Innen-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tiegel- 40 durchmesse: d_ajdi der Induktionsheizspule 1 ist minfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, ins- destens 1,5. Besonders günstige Bedingungen sind besondere Halbleiterstabes, mit einer den Stab ring- gegeben, wenn das Verhältnis Außendurchmesser/ förmig umgebenden Induktionsheizspule mit einer Innendurchmesser d_a/dt etwa 2,0 ist. Durch Versuche Windung. wurde festgestellt, daß hierbei die Induktivität der

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen werden als Ener- 45 Induktionsheizspule gemäß der Erfindung nur etwa V« giequellen vielfach Flachspulen mit einer oder mehre- der Induktivität einer Induktionsheizspule mit einer ren Windungen verwendet. Flachspulen haben gegen- Windung mit kreisförmigem Querschnitt und gleicher über Zylinderspulen den Vorteil einer wesentlich Spulendicke beträgt. Der Hohlquerschnitt 5 der Ingeringeren axialen Erstreckung der Schmelzzone, was duktionsheizspule 1 kann rechteckig sein, er kann aber eine Erhöhung der Stabilität der Schmelzzone bedeu- 50 auch mit zunehmender Entfernung von der Stabachse tet. Dies ist insbesondere bei großen Stabquerschnitten erweitert sein. Eine Spule mit nach außen erweitertem wichtig. Hohlquerschnitt bringt den Vorteil einer schmalen

Um den Spannungsabfall an der Induktionsheiz- Schnielzzone bei gleichzeitig intensiver Kühlung der

sp:le und damit auch die Überschlagsneigung herab- Spule mit sich. Die Erweiterung des Hohlquerschnittes

zusetzen, ist es günstig, beim Zonenschmelzen in einem ss kann, wie in F i g. 1 dargestellt, stetig sein. Es sind

Rezipienten mit einer Schutzgasatmosphäre, beispiels- jedoch auch andere Querschnittsformen, insbesondere

weise aus Wasserstoff, eine Flachspule mit kreis- solche mit stufenförmigen Absätzen, möglich,

förmigem Querschnitt und nur einer einzigen Windung Zum Herstellen eines kristallinen Stabes mit gegen-

zu verwenden. über dem Ausgangsstab vergrößertem Durchmesser

Es wurde gefunden, daß die Überschlagsneigung βο kann, wie aus F i g. 3 ersichtlich, der Querschnitt, zwischen der Induktionsheizspule und dem Halbleiter- insbesondere auch der Hohlquerschnitt 5, der Indukstab noch verringert werden kann, wenn erfindungs- tionsheizspule 1 eine in Richtung der Schwerkraft sich gemäß die Windungsteile der Induktionsspule in einem erstreckende Erweiterung 6 aufweisen. Damit wird die durch die Stabachse gehenden Querschnitt in der Stützwirkung der Induktionsheizspule auf die Schmelzsenkrecht zur Stabachse verlaufenden Richtung länger 6s zone 4 noch erhöht. Mit Vorteil ist die Querschnitts· sind, als in der parallel zur Stabachse verlaufenden erweiterung 6 der Form der Schmelzzone 4 angepaßt. Kichtung. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei ein Aus-

bine derartige Induktionsheizspule hat gegenüber führungsbeispiel amgeführt:

3 4

Durchmesser des Halbleiterstabes Schutzgasatmosphäre," beispielsweise WasserstoiT,

(Vorratsstab) 27 mm einem Edelgas oder einer Mischung aus Wasserstoff

Innendurchmesser der Induktions- ^{und einem Ede!gas verwendel}: ^so"^dern "¹J,^{1 ähnliche}»

heizspule* ... 09 mm Vorteilen auch beim t.egclfreien Zonenschmelzen im

. -^{J mm} 5 Vakuum verwendet werden. Mit besonderem Vorteil

Außendurchmesser der Induktions- I_4311n die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch bei

hcizspule^a 60 mm Zonenschmelz\erfahren angewendet werden, wie sie

Höhe der Induktionsheizspule an in den deutschen Patentschriften 1128 413 - Ver-

ihrem inneren Rand /i, 3 mm fahren zur Herstellung von versetzungsfreiem, cm-

HKh* ί r ι L·*- κ · . ¹⁰ kristallinem Silizium durch tiegelfreies Zonenschmel-

Hohe der Induktionsheizspule an _{zen (mU fiasch}enhalsförmiger Dünnstelle) - und

ihrem auüeren Rand Zi₂ 6 mm. _{1 21g 4Ö4} _ Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiter-

Die Induktionsheizspule gemäß der Erfindung kann Stabes (tr.it seitlicher Verschiebung des wieder-

iit nur beim tiegelfreien Zonenschmelzen in einer 15 erstarrenden Stabteiles) — beschrieben sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

einer Ringspule mit kreisförmigem Querschnitt und

Patentansnrüche- gleicher Spulenhöhe in Achsrichtung des Halbleiter-

i-atentansprutne. B^ ^^ _{eine verminde}ne Induktmtät, die bei

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen gleicher Schmelzleistung einen geringeren Spannungs-

eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiter- 5 abfall und damit eine kleinere Überschlagsneigung;;.J,-

stabes, mit einer den Stab ringförmig umgebenden weist. Gegenüber einer Flachspule mit mehreren W_1n-

Induktionsheizspule mit einer Windung, da- «Jungen und gleichem Außen und Innendurchmesser

durch gekennzeichnet, daß die Win- weist die Induktionsheizspule nach der vorliegenden

dungsteile der induktionsspule in einem durch die Erfindung den Vorte.l e.ner gleichmäßigeren leId-

Staoachse gehenden Querschnitt in der senkrecht io verteilung una einer erhöhten Stutzwirkung der

zur Stabachse verlaufenden Richtung länger sind, Schmelzzone auf. Drs .st insbesondere beim soge-

als in der parallel zur Stabachse verlaufenden Rieh- nannten Aufstauchen, d. h. bei einem Verfahren bei

_tung dem der auskristallisierende Stabteil einen größeren

!.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadu;>-h ge- Durchmesser als der der Schmelzzone zugeführte

kennzeichnet, daß das Verhältnis Außendurch- 15 Stabteil (Vorratsstab) aufweist, wichtig. M.t Vurteil

messer/Innendurchmesser der Induktionsheiz- beträgt das Verhältnis Außendurchmesscr/Innendureh-

spule(l) mindestens 1,5 beträgt. messer der Induktionsheizspule mindestens^1,5. Ein

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Durchmesserverhältnis von etwa 2,0 ist besonders kennzeichnet, daß das Verhältnis Außendurch- vorteilhaft.

messer/Innendurchmesser etwa 2,0 beträgt. »0 Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- werden an Ausführungsbeispielen an Hand der /eichkennzeichnet, daß der Hohlquerschnitt (5) der nung näher erläutert.

Induktionsheizspule (1) mit zunehmender Entfer- F i g. 1 zeigt in der Seitenans-cht, teilweise im

nung von der Stabachse erweitert ist. Schnitt, eine Induktionsheizspule gemäß der hrfin-