DE1946679A1 - Lichtbogenbild-Ofen zur Zonenveredelung - Google Patents

Description

PATENTAN V/Λ LYE 1 9 A 6 6 7 9 Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling

Dipl.-Chem. . Dipl.-lng. Dipl.-Chem.

8000 MÖNCHEN 2

TAL 33

TELEFON 0811/226β94

TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT

München 15. September 1969. case PG25-6916U) - T 3301

Matsushita Electric Industrial Company, Limiter

Osaka, Japan

Lichtbogenbild-Ofen zur Zonenveredelung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogenbild-Ofen zur Zonenveredelung und insbesondere auf einen Lichtbogenbild-Ofen, der mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung versehen ist, wodurch Riß- oder Sprungbildung des Stabs aus dem zu reinigenden Material infolge.steiler Temperaturgradienten in der Trennfläche zwischen festem und flüssigem Material in wirksamer Weise verhindert wird.

Es sind bisher zahlreiche Arbeitsweisen für das Reinigen von Halbleitern, keramischen Stoffen od. dgl. entwickelt worden. Hierunter fällt auch ein Lichtbogenbild-Zonenveredelungsofen, der als Hauptquelle für die Wärme einen Kohlebogen oder Xenonbogen für das örtliche Schmelzen dieses Materials verwendet. Bei einem derartigen Ofen wird die vom Kohle- oder Xenonbogen ausgehende Strahlung durch einen oder mehrere Ellipsoidspiegel zu einem intensiven Abbild an dem einen Brennpunkt einer der Ellipsoidspiegel ge-

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sammelt oder gebündelt. Wird das zu reinigende Material in den Brennpunkt des Ellipsoiä^degels gebracht, so wird es auf eine über seinen Schmelzpunkt hinausgehende sehr hohe Temperatur erhitzt und in einem begrenzten Abschnitt in den flüssigen Zustand gebracht. V.'ird das Material in Form eines Stabs derart gegenüber dem Brennpunkt bewegt, daß der begrenzte Abschnitt (der im folgenden als "flüssige Zone" bezeichnet wird) die Stablänge überquert, wird der Werkstoff oder das Material des Stabs gereinigt, d. h., genauer gesagt, zonenveredelt, so daß man einen Einzelkristallstab hoher Reinheit erhält.

Der vorbeschriebene Lichtbogenbild-Ofen wird häufig mit Rücksicht auf die sehr hohen erreichbaren Temperaturen "<ur Reinigung eines Stabs aus Keramik verwendet. Es ist bekannt, daß Keramik den Nachteil hat, daß es durch Wärmeschocks in starkem Maße beeinträchtigt werden kann. Wird z. B. ein Keramikstab örtlich auf eine Temperatur über 2000⁰C in denOfen erhitzt, treten zwischen dem der gebündelten Strahlung ausgesetzten Abschnitt und. dem Abschnitt ohne Strahlungsbündelung, d, h. über die-Zwischenfläche zwischen festem und flüssigem Material, steile Temperaturgradienten auf . Derartige Gradienten erzeugen in dem Stab beim Verfestigen des flüssigen Abschnitts zahlreiche Risse oder Sprünge. Diese Sprünge beeinträchtigen die physikalischen und elektrischen Eigenschaften des Materials. Es kann daher lediglich ein Zehntel der gesamten, auf diese·Weise gebildeten Einzelkristal-Ie genutzt werden.

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ORIGINAL

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Lichtbogenbild-Ofen zu schaffen, der eine zusätzliche Heizeinrichtung- verwendet, wodurch die Sprungbildung im Stab aus den zu reinigender. I-'.aterial infolge steiler Temperaturgradienten an der Trennfläche zvrischen festen und flüssigen Material in wirkungsvoller Weise verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird daher ein Lichtbogenbild-Ofen für die Zonenveredelung eines Stabs aus einen Kalbleiter, Keranik od. dgl. geschaffen, der eine Strahlungsquelle, eine Einrichtung für das Sannein oder Bündeln der Strahlung der Strahlungsquelle an einer Stelle besitzt, die durch wenigstens einen Abschnitt des Stabs eingenonnen wird, wodurch dieser Abschnitt unter Bildung einer flüssigen Zone erhitzt wird, wobei der Stab gegenüber der Bündelungseinrichtung bewegt wird, und der ferner eine zusätzliche Heizeinrichtung für das Erhitzen eines Abschnitts des Stabs aufweist, der sich zu einem Einzelkristall verfestigt hat, un die Temperaturgradienten über die fest-flüssig-Trennfläche des Stabs zu verringern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einen-Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte und generell nit IO . bezeichnete Lichtbogenbild-Ofen besitzt, wie gewöhnlich, eine Strahlungsquelle 11 und einen Ellipsoidspiegel 12. Den Ellipsoid-

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spiegel 12 gegenüber ist ein Stab 13 aus dem zu reinigenden Material derart angeordnet, daß wenigstens ein Abschnitt des Stabs

13 an der Stelle des Brennpunkts 1*1 des Ellipsoidspiegel 12 liegt. Die von der Strahlungsquelle 11 ausgehende Strahlung wird durch den Ellipsoidspiegel 12 an dem Brennpunkt 1*1 zu einem intensiven Abbild gebündelt, so daß dieser besondere, der gebündelten Strahlung ausgesetzte Abschnitt des Stabs auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt wird. Auf diese Weise wird lediglich dieser Abschnitt des Stabs 13 geschmolzen und bildet eine flüssige Zone 15. Der Stab 13 wird in üblicher V/eise gegenüber dem Brennpunkt

14 langsam nach unten bewegt, so daß ein anderer Abschnitt an die Stelle des Brennpunkts 14 gelangt. Während der Abwärtsbewegung wird der Stab 13 durch eine geeignete Einrichtung (nicht gezeigt) mit einer festgelegten Geschwindigkeit um seine Achse gedreht. Auf diese Weise überquert die flüssige Zone 15 die Länge des Stabs 13.

Erfindungsgemäß ist rund um den Stab 13 eine zusätzliche Heizeinrichtung 16 vorgesehen. Die Heizeinrichtung 16 besitzt eine den Stab 13 umgebende Röhre 17, die z.. B. aus Quarz besteht, einen um die Quarzröhre 17 herumgewickelten Widerstandsdraht 18 und eine (nicht gezeigte), an den V/iderstandsdraht 18 angeschlossene Quelle für elektrische Energie. Der bei dieser Ausführungsform verwendete Widers tandsdreht 18 kann z. B. ein Platindraht sein, der drei rieter lang und 0,5 mm im Durchmesser ist. Es ist wichtip,, daß die zusätzliche Heizeinrichtung 16 den Abschnitt des Stabs umgibt, in dem sich gerade aus der Flüssigkeit ein Einzelkristall

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gebildet hat. Auf diese Weise können die Temperaturgradienten über die f-lüssig-fest-Trennfläche 19 verringert und die Sprungbildung im Kristall in wirksamer Weise verhindert v/erden. Für das Erhitzen des Stabs reicht eine elektrische Energie von ,etwa 300W/h aus.

Gemäß Vorbeschreibung ist es möglich, ohne Sprungbildung in dem Stab einen Einzelkristall aus Keramik mit einem sehr hohen. Schmelzpunkt von etwa 2000⁰C herzustellen, indem man erfindungsgemäß die zusätzliche Heizeinrichtung verwendet. ·

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Lichtbogenbild-Ofen für die Zonenveredelung eines Stabs aus einem Halbleiter, Keramik oder dgl., gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (11), eine Einrichtung (12) für das,Sammeln oder Bündeln der Strahlung der Strahlungsquelle an einer Stelle, die von wenigstens einem Abschnitt des Stabs eingenommen v/ird, wodurch dieser Abschnitt unter Bildung einer flüssigen Zone (15) w erhitzt v/ird, wobei der Stab (13) gegenüber der Bündelungseinrichtung (12) bewegt wird, sowie durch eine zusätzliche Heizeinrichtung (16) für das Erhitzen eines Abschnitts des Stabs, der sich zu einem Einzelkristall verfestigt hat, um die Temperaturgradienten über die fest-flüssig-Trennflache des Stabs zu verringern.
2. 2. Lichtbogenbild-Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Heizeinrichtung (16) eine den Stab (1-3) umgebende Röhre (17)_a einen um die Röhre gewiekelten und an

   t eine Quelle für elektrische Energie angeschlossenen V/iderstandsdraht (18) aufweist.
3. 3. Lichtbogenbild-Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (17) aus Quarz besteht.
4. 4. Lichtbogenbild-Ofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (18) aus Platin besteht.

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