DE1939643U

DE1939643U - Vorrichtung zum anheizen eines koerpers aus kristallinem material.

Info

Publication number: DE1939643U
Application number: DES55598U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-01-22
Filing date: 1966-01-22
Publication date: 1966-06-02

Description

Vorrichtung zum Anheizen eines Körpers aus kristallinem

Material

In einer tiegelfreien Zonenschmelzanlage ist für gewöhnlich ein stabförmiger Körper des zu behandelnden Materials an seinen beiden Enden eingespannt und lotrecht gehaltert. Die beiden Halterungen, die an lotrechten Wellen befestigt sind, sind im allgemeinen um ihre Achsen drehbar und in vertikaler Richtung gegeneinander verschiebbar. Eine Heizeinrichtung soll dazu dienen, über eine beschränkte Länge des Stabes eine Schmelzzone 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 insbesondere' von Siliziumstäben-als auch zum Einkristallzüchten mit Hilfe von angeschmolzenen Keimkristallen.

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Der Keimkristall, der in eine Halterung eingespannt ist, wird an einem Ende des stabförmigen Körpers angeschmolzen. In eine zweite Halterung ist das andere Ende des Stabes eingespannt, ^ wenn der Stab durch Abscheiden aus der G-sphase hergestellt ist, aus einem Graphitstüclc besteht. Da das Material, aus dem der Stab hergestellt ist, in kaltem Zustand den elektrischen Strom nicht leitet, kann der Stab nicht mit einer Induktionsheizspule von Raumtemperatur aus bis über den Schmelzpunkt erhitzt werden. Es ist aber möglich, zunächst das Graphitstück an einem Ende des Stabes mit Hilfe der mit Hochfrequenzstrom gespeisten Heizspule auf Rotglut zu erhitzen. Durch Wärmeleitung wird eine benachbarte Zone des Stabes auf eine Temperatur gebracht, bei der das Stabmaterial leitfähig wird und induktiv beheizt werden kann. Durch Bewegen der Heizspule in Richtung der Stabachse kann diese leitfähige Zone, deren Temperatur meistens bei Rotglut liegt, und die darum Glühzone genannt wird, zum anderen Ende des Stabes geführt werden. Dort kann der Stab durch Erhöhen der Heizleistung zum Schmelzen gebracht und der Keimkristall angeschmolzen werden·.

Die Nachteile dieses Anheizvorganges sind neben dem Zeitaufwand vor allem darin zu sehen, daß die liohte Weite der Heizeinrichtung größerals der Stabdurchmesser sein mu&. Beim tiegelfreien_ Zonenschmelzen von dicken Stäben neigt aber die Schmelze zum Abtropfen, wenn die Heizspule zu groß ist. Es wurde daher vorgeschlagen, eine Heizspule zu verwenden, deren lichte Weite kleiner als der Stabdurchmesser ist. Die Schmelze ist dann in deren Nähe eingeschnürt. Mit einer so engen Heizspule kann überhaupt keine Glühzone durch den Kristallstab hindurchgezogen werden.

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PLA 66/1030 '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein Anheizen mit anschließendem Erzeugen einer Schmelzzone ohne Glühzone möglich ist.

Die Erfindung betrifft demgemäß eine Vorrichtung zum Anheizen eines stabförmigen Körpers, der aus kristallinem Material mit * negativem Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes besteht, in einer Zonenschmelzkammer in der in einer lotrechten Achse zwei Halterungen, von den die eine den stabförmigen Körper und die andere einen Keimkristall trägt, ferner eine die lotrechte Achse umgebende und in Richtung dieser Achse zwischen den Halterungen beweglichen Induktionsheizspule und ein im Feld der letzteren aufheizbarer Hilfsheizkörper angeordnet sind. Die Erfindung besteht darin, daß sich der Hilfsheizkörper zumindest nahe der lotrechten Achse in Höhe der Trennstelle zwischen dem stabförmigen Körper und dem Keimkristall befindet und mittels eines Schwenkarmes ausschwenkbar ist. Es genügt, mit dem Hilfsheizkörper das Ende des Kristallstabes bis zu einer für induktive Beheizung ausreichenden Leitfähigkeit vorzuheizen, ohne daß es glühend wird. Durch rechtzeitiges Ausschwenken des Hilfsheizkörpers kann' dann die Gefahr, daß aus ihm Verunreinigungen in den Kristallstab übergehen, praktisch vermieden werden. Diese Gefahr kann, insbesondere beim Vorheizen eines Siliziumstabes, durch Überziehen des Hilfsheizkörpers mit reinem Silizium weiter verringert werden.

Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele.

In Fig. 1 ist mit 2 ein stabförmiger Körper aus kristallinem Material, das einen negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes aufweist, beispielsweise aus Silizium, be-

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zeichnet. Am unteren kegelförmigen Ende des Stabes d, der an seinem oberen Ende in eine Halterung 3 eingespannt ist, soll ein Keimkristall 4 angeschmolzen werden, der in einer unteren, um die lotrechte Achse drehbaren Halterung befestigt ist. Zum Vorwärmen des unteren Stabendes ist eine Platte 6 aus leitendem Material, vorzugsweise Graphit, die mit Silizium überzogen sein kann, unterhalb des Stabes im Feld einer mit Hochfrequenzstrom gespeisten Induktionsheizspule 8 mittels eines drehbaren und lotrecht verschiebbaren Trägers 7 angebracht. Die induktiv erhitzte Platte 6 erwärmt durch Strahlung das Stabende. Ist dieses auf eine Temperatur gebracht, bei der das Stabmaterial leitend ist und somit direkt induktiv weiterbeheizt werden kann, wird die Platte 6 an dem Träger 7 aus der lotrechten Achse des Stabes geschwenkt. Dann wird das Stabende aufgeschmolzen und der Keimkristall 4 in die Schmelze getaucht. Anstelle der Platte 6 kann vorteilhaft auch ein Tiegel verwendet werden, dessen Form dem konischen Stabende besser angepaßt ist.

In Fig. 2 ist eine Anordnung zum Anheizen von Stäben mit stumpfen Enden dargestellt, deren Dicke größer ist als die lichte Weite der Heizeinrichtung. Vorzugsweise wird als Anheizkörper eine Platte aus Graphit verwendet. Die Spule befindet sich zwischen Stab und Platte, kann aber auch unter der Platte angeordnet sein.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Anheizen von Stäben mit stumpfen Enden, deren Durchmesser kleiner als die lichte Weite der Spule sind. In diesem Falle wird als Anheizkörper vorzugsweise ein Ring verwendet.

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Die beschriebene Erfindung ist nicht nur auf das tiegelfreie Zonenschmelzen anwendbar, sondern sie kann überall da mit Vorteil eingesetzt werden,'wo ein Körper mit negativem Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes durch Temperaturerhöhung leitfähig gemacht und der dazu benützte Hilfsheizkörper wieder entfernt werden soll.

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

7 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Anheizen eines stabförraigen Körpers (_), der aus kristallinem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes besteht, in einer Zonenschmelzkammer, in der in einer lotrechten Achse zwei Halterungen (3) und (5)> von denen die eine den stabförmigen Körper (2) und die andere (5) einen Keimkristall (4) trägt, ferner eine die lotrechte Achse (3) umgebende und in Richtung dieser Achse zwischen den Halterungen (3) und (5) bewegliche Induktionsheizspule (8) und ein im Feld der letzteren aufheizbarer Hilfsheizkörper angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hilfsheizkörper (6) zumindest nahe der lotrechten Achse in Höhe der Trennstelle zwischen dem stabförmigen Körper (6) und dem Keimkristall (4) befindet und mittels eines üchwenkarmes (9) ausschwenkbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsheizkörper (6) in Richtung der Achse verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsheizkörper (6) eine Platte ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsheizkörper (6) die Form eines Kapfes hat.

5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsheizkörper (6) ringförmig ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

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PLA 66/1030 Hilfsheizkörper (6) aus Graphit besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsheizkörper (6) zum Vorheizen eines Siliziumstabes mit einer Siliziumschicht überzogen ist. .

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