DE2133863A1

DE2133863A1 - Vorrichtung zum elektrischen beheizen eines sich gleichzeitig infolge eines abscheidungsprozesses aus der gasphase verdickenden halbleiterstabes

Info

Publication number: DE2133863A1
Application number: DE2133863A
Authority: DE
Inventors: Hans Stut
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-07
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1973-01-18
Also published as: DE2153566C3; DE2133863B2; DE2153566A1; DE2153566B2

Description

STEMEFS AKTXEiIGTi)SELlSCHAPT München 2, -7. JUL1971

Berlin und München . Witteisbacherplatz 2

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Vorrichtung zum elektrischen "Beheizen eines sich gleichzeitig infolge eines, f.bscheidungsprozesses aus der Gasphase verdickenden Halbleiterstabes. \

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen

Beheizen eines sich gleichzeitig: infolge eines Abscheidungs- - ^

Prozesses aus der Gasphase verdickenden Hälbleiterstabes, >> j

der zusammen mit einer - eine mit der Seit t periodisch-ver- * .

laufende Wechselspannung. U(t) liefernden - Heizstromquelle "'<

und einem durch eine zeitlich variable Hilfsspannung V(t) *·" schaltbaren elektronischen Schalter zu einem den von der

Heizstromquelle gelieferten Heizstrom I(t) führenden Heiz- '«. '

Stromkreis zusammengefaßt ist. ' /* *■*

Bei der Projektierung einer Vorrichtung zum elektrischen -.^

Beheizen eines sich gleichzeitig infolge eines Abscheidungs- '™*~\

Prozesses aus der Gasphase verdickenden Halbleiterstabes, " ^"

insbesondere Siliziumstabes, ist vor allem zu berücksichtigen, >^v?

daß der Halbleiterstab ein-e fallende Temperaturwiderstands- ''"'"'

charakteristik und damit ei-ne fallende Stromspannungscharakte- Γ^? C ristik aufweist und sich außerdem der Gesamtwiderstand des '" Stabes infolge seines Dickenwachstums sukzessive verkleinert

!Ehermisch gesehen steht während des Betriebes der Stab mit / ' seiner Umgebung in stationärem Gleichgev/icht. Tn dem Stab wird genau so viel Wärme entwickelt, als von ihm an die 'V^v Umgebung abgegeben wird. Dieses stationäre Gleichgewicht ändert ~* sich nun mit wachsendem Stabdurchmesser derart, daß auch die ^:" zur Erzielung des stationären ^T.7ärmehaushaltε erforderliche Leistung allmählich gesteigert werden muß. Infolge der fallenden Stromspannungeeharakterietilt des Sillziümetabea ist bei

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elektrischer Beheizung dafür zu sorgen, daß die Ifäriie— entwicklung im Stab nicht der Wärmeableitung davonläuft·. Bekanntlich geschieht dies durch Einsehalten von stabilisierenden Elementen im Heizstromkreis. Dabei kann das stabilisierende Element in der Heizstromquelle selbst liegen, was bei den sogenannten eingeprägten Stromquellen der Pail ist.

Zur Erzielung "einer konstanten Temperatur muß man also, wie soeben angedeutet,¹ die Leistungsentwicklung und die Abkühlung so miteinander ins Gleichgewicht bringen, daß sieh genau die gewünschte Stabtemperatür θ einstellt. Da nun bei festgehaltenem Q die Wärmeabgabe an die Umgebung nur noch von der Oberfläche des Siliziumstabes bestimmt wird, muß die Leistungszufuhr dem .jeweiligen Ist—Durchmesser d des Stabes, der sich ja sukzessive vergrößert, angepaßt werden. Da sich aber die Abscheidung verhältnis- · mäßig langsam vollzieht, so daß der Stabdurchmesser nur .langsam größer wird, ist es wünschenswert, eine auf den augenblicklichen Stabdurchmesser ansprechende Begelung der Temperatur des Stabes zur Verfügung zu haben. Es muß also die Leistungszufuhr auf einen Leistungswert geregelt werden, der im Laufe des Verfahrens eine allmähliche Erhöhung erfährt.

Verwendet man eine eingeprägte Spannungsquelle, wie sie ' annähernd in den kommunalen Spannungsnetzen zur Verfügung gestellt wird, als Energiequelle, so bedeutet das, daß die Hegelung auf eine Regelung auf den Effektivstrom zurückgeführt werden kann.

Mit einer solchen Anordnung befaßt sich die vorliegende Erfindung. Der Gedanke ist, den elektronischen Schalter im Heizstromkreis so zu betätigen, daß gerade die richtige Leistungszufuhr gewährleistet ist. 5s wird also auf den Heisstrom geregelt, wobei die regelnde Größe der Istwert des Heizstroms selbet ist. .

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Dabei ist allerdings noch zu berücksichtigen, daß der SiIiziumstab wegen seiner fallenden Stroraspannungseharakteristik ein ■ instabiles Gebilde sowohl in elektrischer, als auch in thermischer Beziehung ist. Infolgedessen können leicht Regelschwingungen angefacht werden. Die Regelung muß also sehr wirksam sein. Dies bedeutet, daß bei Änderungen des effektiven Heizstroms möglichst momentan der elektronische Schalter im Heizkreis I in dem Sinn betätigt werden soll, der der besagten Änderung des Heizstroms entgegenwirkt.

Die Regelung selbst erfolgt über eine Hilfs-Gleichspannung G. Dieser Weg wird deshalb bei der erfindungsgemäßen Anordnung· beschritten, weil diese Gleichspannung als eine Wertung der dem Siliziumstab zugeführten Heizleistung betrachtet werden kann. Dabei ergibt sich, daß diese Gleichspannung G proportional dem Heizstrom ist. Es kommt also darauf an, zu erreichen,

daß die Spannung G möglichst rasch den Änderungen des Heizstroms folgt.

Andererseits soll die Gleichspannung G möglichst keine Welligkeit aufweisen, da sonst eine Differenzenbildung mit dem Sollwert Gq zu einer fluktuierenden, den Impulsgenerator steuernden Differenzspannung A führen würde. Dann wäre aber auch ein exakter Einsatzpunkt der den elektronischen Schalter im Heizstromkreis steuernden Impulse nicht erzielbar.

Die Gleichspannung G wird direkt vom Heizstromkreis abgeleitet. Die laufzeit auf ihrem Weg soll möglichst klein, also das Übertragungsmaß auf diesem Weg möglichst groß werden. Man erkennt an Hand der in Pig. 1 dargestellten und noch zu beschreibenden Vorrichtung, daß der gleichrichtende Kreis II sowie die Kreise III und IV kaum eine Verzögerung hervorrufen, sondern daß eine der Forderung auf ein momentanes Anscrechen des Regelkreises auf eine Heizstromänderung entgegenwirkende Verzögerung avLS-schließlich durch das glättende Glied 7 vermittelt wird. Aus

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diesem Grund und im Interesse der Vermeidung einer merklichen Wenigkeit von G empfiehlt sich statt eines oder mehrerer RC-Glieder als glättende Tierpole, die "bei der Besprechung von Pig. 2 beschriebene versteuerte Siebschaltung zu verwenden.

Auch der Impulsgenerator IV, also die Teile 10 und 11, sollen möglichst rasch auf Änderungen von G ansprechen. Die Zeitkonstante solcher Generatoren ist jedoch im Gegensatz zu den notwendig aus Vierpolketten aufgebauten Glättrad gs gliedern stets vernachlässigbar klein. Unter den genannten Voraussetzungen wird eine so schnelle Regelung des Heizstroms erzielt, daß ein Zusammenwirken zwischen der Zeitkonstanten des Regelkreises und der fallenden Ül-Oharakteristik des Siliziumstabes und damit ein Abgleiten in den instabilen Zustand vermieden wird.

Die im Folgenden beschriebene Anordnung führt jedoch dazu, daß das .erhaltene G dem Mittelwert des Stroms über die halbe Periode der Spannungsouelle 2₉ aber nicht dem effektiven Wert des Heizstroms, proportional wird₀ Wie man an der zu-· ständigen Definition

¹M -1J₀ ¹"

Idt für den Mittelwert und

^XEff UT" / ^ ^{dt für den Effekti<irv;er}'^{t und dem} daraus

resultierendem Verhältnis

erkennt, wächst I_w hei steigendem 1-?^ψ und damit bei steigender Heizleistung an. Es ist also eine Regelung nach Iy durchaus erfolgreich ο Die Tatsache? daß die Spannung G bei der en Hand

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von 3?ig. 2 "beschriebenen Vorrichtung proportional zu Ij- und nicht zu T_x,ο« v;ird, folgt auf Grund der "Fourier-Dar-

-^H/IT.

stellung der gleichgerichteten Spannung im Stromkreis II.

Es" ist deshalb geir.äS der Erfindung bei der eingangs definierten "Vorrichtung vorgesehen, daß der- Heizstrom I(t) über einen insbesondere induktiv an den Heizstromkreis gekoppelten zweiten Stromkreis mit Gleichrichtereigenschaften auf ein glättendes Vierpolglied arbeitet und daß die Differenz ^= Qq-Gt der am Ausgang des Vierpols erhaltenen Gleichspannung G mit ihrem Sollwert G_Q zur Steuerung eines Generators für die Hilfsspannung V(t) derart dient, daß die Hilfsspannung V(t) umso früher eingeschaltet wird, je größer die Differenz Aist. . .

Ein Beispiel für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung wird an Hand der Figuren 1-4 näher beschrieben.

Die in Eig. 1 als Schaltschema dargestellte Vorrichtung besteht aus dem Heizstromkreis I, den zur Erzeugung der GleichspännungsdifferenzΔ dienenden Stromkreisen IT und III sowie dem zur Erzeugung der Hilfsspannung V(t) dienenden Kreis IV.

Der Heizstromkreis I setzt sieb, zusammen aus einer Wechselspannungsquelle 2, dem elektronischen Schalter 5, der Primärwicklung eines Stromwandlers 4 und dem zu erhitzenden Halbleiterstab 1 einschließlich der erforderlichen leitenden Verbindungen, Die Wechselspannungsquelle 2 wird bevorzugt von der Sekundärwicklung eines an Netzspannung (f = 50 Hz) liegenden Transformators gebildet;, sie liefert.unmittelbar den Heizstrom für den Siliziumstab 1.

Der elektronische Schalter 3 besitzt neben den den Heizstrom führenden Zuleitungen eine Steter- öder Zündelektrode und wird beispielsweise durch eine Thyratronröhre oder durch einen elektronischen Halbleiterschalter, insbesondere Thyristor,

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Triac oder Schalttransistor realisiert. Er ist so Gemessen,. daß fier Heizstrom "bei Abwesenheit einer Steuerspannung V(t) gesperrt wird. Wird der Schalter 3 gezündet, so blockiert er ibei dem folgenden TTulldurchgang· der BetriebssOannung automatisch den von der Stromquelle 2 gelieferten Heizstrom. Er muß also,-um" wieder durchlässig zu v/erden, erneut gezündet werden. Diese Aufgabe hat die "Hilfsspannung V(t).

. Die Verbindung zwischen dem Heizstromkreis I und dem zur, Erzeugung der Gleichspannung G dienenden Stromkreis IT wird bevorzugt durch einen Stromwandler 4 gebildet, dessen m - nur \^enige Windungen aufweisende - Primärwicklung im Heizkreis T liegt, während die. hochwindige Sekundärseite Bestandteil des Stromkreises II ist.·

Mit Hilfe des Gleichrichters 5 und des Widerstandes. 6 wird aus dem an der Sekundärseite des Wandlers 4 induzierten Wechselstrom eine pulsierende Gleichspannung erzeugt, die mittels eines Vierpols 7 geglättet wird. Am Ausgang des Vierpols erscheint die Gleichspannung G.

Unter der Voratissetzung, daß der Heizstrom in den Kreis I seinen Sollwert hat, erhält die Gleichspannung G einen Wert, welcher mit der Sollspannung G₀ die Differenzspannung Zi bildet, durch"welche der elektronische Schalter 3 über den Impulsgenerator 11 im Soll'zeitpunkt in Durchlaßrichtimg geschaltet wird. Der Wert Gq v/ird aber für die^Regelung konstant in einem-weiteren Stromkreis III produziert (Sollwert). Dieser Stromkreis III besteht beisüielsweise aus einem Potentiometer S und einer Spannungsquelle 9. Beide.Spannungen G und G_Q werden an den Eingang eines Gleichstromverstärkers 10 derart gelegt, daß dieser Verstärker von der Differenz Λ = G_n-G bzw. einer isu^ proportionalen Gleichspannung.0 betrieben wird. Eine entsprechende Spannung erscheint dann, am Ausgang des Gleichstrornverstärkers 10 und steuert den Generator 11 für die Steuerspannung V(t)., die ihrerseits an den elektronischen Schalter 3

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des Heizkreises I gelegt ist. Die Elemente 10 und 11 "bilden den Stromkreis TV. . ' · "

Statt eines Stromwandler;? 4 kann die Verbindung zwischen den Kreisen T und II euch über andere bekannte Koppelelemente, z.B. einen nieder ohmigen Kop-olungswid erstand (shunt) vorgenommen werden. .

Der Stromkreis II dient, wie bereits festgestellt, der Aufgabe, eine dem Effektivwert des Heizstroms möglichst proOortionale Gleichspannung G zu erzeugen, der die Änderung diesee Effektivwertes möglichst rasch folgt. Zu diesem Zweck wird die Spannung G durch den tatsächlichen Heizstrom bestimmt. Am günstigsten wäre es, wenn G -oroportional dem Effektivwert der tatsächlichen Stärke des Heizstroms im Heizkreis I würde. Vielfach genügt es jedoch, wenn die Spannung G -oroportional der über die Halbperiode des Heizwechselstroms gemittelteh Stromstärke gemacht wird. Dieses Ziel läßt sich mit Hilfe der im Stromkreis II dargestellten Schaltmittel erreichen.

Der Gleichrichter 5 kann im einfachsten Pail ein Sinweggleichrichter sein. Günstiger ist ein Yollveggleichrichter, der ir. Beispielsfall durch eine Gleichrichterbrücke gegeben ist. Der Gleichrichter arbeitet auf einen Widerstand 6, z.B. 10 Oha, an dem dann eine pulsierende Gleichspannung auftritt. Der Vollweggleichrichter ist immer dann am Platz, wenn der elektronische Schalter 5 sowohl bei positiver als auch bei negativer Polarität des Stroms im Heizkreis I geöffnet, werden soll.

Die im Widerstand 6 auftretende pulsierende Gleichspannung wird nun durch einen Vierpol 7 geglättet. Hierbei werden bevorzugt die Wechselspannunssanteile der am Widerstand 6 auftretenden pulsierenden Gleichspannung unterdrückt. Der zu verwendende Vierpol ist also dementsprechend als Tiefpaßgrundkette ausgebildet, wobei die einzelnen aus Längsinduktivitäten und Ouerkanazitäten bestehenden Vierpole als T- 'oder Fl-Glieder aufgefaßt werden können. Mindestens ein Teil der vorgesehenen Längsinduktivitäten wird mit Kapazitäten über-

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brückt,α»h. zvt m- oder Zobel'schen Gliedern erweitert, um. eine Versteilerung der Dämpfung im Bereich der Wechselspannun/reteile zu erreichen. Es empfiehlt sich ferner, die Vierpolkette mit einem Eingangs- und Endglied nach Zobel auszustatten.

Die einfachste lösung für die Vierpolkette würde in einer Kettenschaltung von. T- und"//"-Gliedern bestehen, die aus Ohm'sehen Reihenwiderständen und Querkapazitäten aufgebaut sind. Ei,ne solche Kette hat jedoch ein kleines Übertragungs- . maß, so daß die an ihrem. Ausgang erzeugte Spannung G nur langsam den Änderungen des Heizstroms folgen kann. Außerdem wäre bei Verwendung" dieser Glieder in wirtschaftlich vertretbarem Umfang die verbleibende Restwelligkeit sehr groß. Deshalb ist es wesentlich günstiger, wenn die Vierpolkette als versteuerte Siebkette mit möglichst verlustfreien Vierpolen aufgebaut wird, indem eine*Anzahl von Tiefpaßfiltern gleichen Wellenwiderstandes in Kettenschaltung hintereinandergeschaltet werden. Durch diese .Vierpolkette sollen die Grundwelle und die ersten Oberwellen der Betriebsspannung U(t) unterdrückt werden. ' - - .

Dieser Konzeption liegt folgender Gedanke zugrunde: Die am Widerstand 6 auftretende pulsierende Gleichspannung läßt sich als gerade Punktion durch eine !Fourier'sehe Kosinusreihe mit konstantem Anfangsglied darstellen. Es tritt also - mit anderen Worten - eine Gleichstromkomponente auf. Diese wird durch die Tiefpaßfilterkette durchgelassen. Für die Grundwelle, und die ersten zwei oder drei Oberwellen des im Heizkreis I fließenden-Wechselstroms sind geeignete Tiefpaßfilter vorgesehen, welche · zwar die Gleichstromkomponente durchlassen, die betreffenden Wellen aber aussieben. Bei der im !Folgenden näher zu beschrei- · benden Siebkette reagiert also die.Ausgangsgleichspannung G auf Änderungen des Heizstroms I(t), die sich in einem Zeitraum von höchstens zwei bis drei Perioden vorher eingestellt haben.

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Mail hat also - mit anderen Worten -, eine praktisch augenblicklich wirkende Regelung.

Eine diesem Grundsatz entsprechende Ausführungsforra ist in Pig. 2 dargestellt. Dabei wird die wohl in den meisten Fällen zutreffende Voraussetzung zugrundegelegt, daß die'Spannung der Wechselstromquelle 2 sinusförmig ist. Der Ausgangswiderstand 6 der Gleichrichterschaltung im Stromkreis TT "beträgt beispielsweise 10 Ohm, während der Wellenwiderstand Z der Vietpolkette beispielsweise auf 1 kOhm eingestellt ist. Zur Anpassung ist das Eingangsglied der Vierpolkette als Halbglied nach Zobel mit einem Ohm¹ sehen Eingangswiderstand Tjvon 0,8.Z (Z = Wellenwiderstand der Glieder der Vierpolkette), einer unmittelbar darauffolgenden Längsinduktivität L mit l?ärallelkapazität C sowie einer darauffolgenden Querkapa-■Zitat O₁ ausgestattet. Der Eingangskreis ist auf eine Grenzfrequenz unterhalb der Netzspannung eingestellt, unterhalb der die Frequenzen, also die Gleichspannung nach Fourier, - durchgelassen werden und hat seine Dämpfungsspitze bei der Hetzfrequenz. Dieses Glied dient somit der Anpassung und der Versteilerung der Sperrdämpfung bei Netzfrequenz.

Der darauffolgende Vierpol der Kette ist ein normaler Tiefpaß und besteht aus einer Längsinduktivität L^ und einer Querkapazität C«. Er dient zur Dämpfung der höheren Frequenzen. Der dritte Vierppl ist aus einer Längsinduktivität L-, einer diese überbrückende Längskapazität C, und einer Querkapazität Q. so aufgebaut

, daß beispielsweise die erste Harmonische, z.B.

100 Hz, unterdrückt wird. Das nächstfolgende Glied der Vierpolkette mit einer Längsinduktivität L~, einer diese Induktivität parallel geschalteten Kapazität O. und einer Querkapazität· CV ist so ausgebildet, daß die nächste Oberwelle, z.B. 150 Hz, gesperrt wird. Das letzte Glied, gebildet aus der Parallelschaltung der Induktivität L., der Längskapazität C₅ und dem Abschlußauerwiderstand R^ = O,8.Z, entspricht in seiner

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Dimension!erung dem Zobel'sehen Eingangsglied. Die ganze Anordnung ist als Tiefpaßfilterkette mit ausgeprägten Polen so aufgebaut, daß Ströme mit einer'Frequenz unterhalb von 40 Hz, also nach Fourier auftretender Gleichstrom, praktisch dämpfungslos die Kette passiert, während die TTetzfrequenz ' . und alle höheren Frequenzen, insbesondere die ersten Oberwellen, ,ausgesiebt werden.

Zu bemerken istnoeh, daß die Filterkette 7 auch auf andere Weise ausgebildet werden kann. Beispielsweise kann man auch die Grundwelle heraussieben und über ein entsprechend dimensioniertes Rö-Glied am Ausgang glätten.

Die Steilheit;der Vierpolkette ist im Interesse einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit beschränkt, wie auch das obige Beispiel klar zu erkennen gibt. Im allgemeinen genügt es, Pole nur für die ersten drei oder vier Oberwellen und die Grundwelle vorzusehen. Im Beispiel nach Fig. 2 ist die Vier— polkette so ausgebildet, daß lediglich die vorhandene Gleichstromkomponente zur Verfügung steht. Diese ist, wie man leicht erkennt, proportional dem Mittelwert des Heizvrechselstroias, gemessen über eine Halbperiode der Spannung der Wechselstromquelle 2 im Heizkreis.

R Am Ausgang des Vierpols 7 erscheint, wie bereits öfter erwähnt, die Gleichspannung G. Diese wird mit der gleichzeitig erzeugten Gleichspannung Gq an den Eingang eines Differenzverstärkers oder F. egelver stärker s 10 gelegt. Man kann aber auch die , Differenz der beiden Gleichspannungen G und G_Q über eine Brücke erzeugen und diese dann an einen Gleichspannungsverstärker 10 anlegen. Schließlich besteht die Möglichkeit, die Gleichspannung Δ ohne. Verstärkung zur Erzeugung der Impulse heranzuziehen. Her Differenz- oder.Hegelverstärker 10 ist ein Gleichspannungsverstärker üblicher Bauart, wie er belspiels-. weise in Regelsystemen verwendet wird. Am Ausgang erscheint die Spannungß-OC_m Δ , wobei0£normalerweise größer 1 ist.

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Der Impulsgenerator 11 wird entweder durch die Spannung Λ oder durch die verstärkte Spannung 0 gesteuert uder betrieben..

Die von ihm abgegebenen Spannungsimpulse V(t) liegen zwischen der Steuer- oder Zündelektrode des elektronischen Schalters

und dessen Ein- bzw. Ausgang. '

Dabei ist Sorge zu tragen, daß der die Spannung V(t) führende Stromkreis den Schalter 3 bei gesperrtem Zustand dieses Schelters nicht kurzschließen kann bzw. dessen Übergang in den Sperrzustand beim ITulldurch'gang der Heizspannung U(t) verhindert. ,

■ ■ · ι

Eine einfache Anordnung.ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. Die \ Gleichspannung Δ bzw. 0 lädt über einen Widerstand 21 den Kon- . densator 22 &\\f. Überschreitet die Spannung dieses Kondensator;? einen bestimmten Wert, so folgt eine Entladung über eine Glimmentladungsstrecke 23. Im Entladestromkreis befindet sich die Primärwicklung eines Übertragers 24 mit zwei Sektmd'ir-r wicklungen. Die eine Sekundärwicklung 24a arbeitet auf den elektronischen Schalter 3. Dieser wird gezündet, sobald der Kondensator 22 entladen wird. Die andere Sekundärwicklung 24b arbeitet auf die eine Steuerelektrode des im folgenden Absatz erwähnten Schalters S, derart, daß der den Kreis schließende Schalter S bei der Entladung von 22 unterbrochen wird.

Zum Anlegen der Spannung Λ bzw. 0 an den Kondensator 22 dient I ein Schalter S. Dieser besteht aus einem mit zwei getrennten Steuerelektroden versehenen Thyristor, also einer pnpn-Schaltdiode, deren beide mittlere Zonen mit je einer Steuerelektrode , versehen sind'. Das Einschalten des Schalters S erfolgt über Impulse, die synchron zu den JTulldurchgängen der .Wechselspannung TT(.t) im Heizkreis auftreten. Zu diesem Zweck ist eine zur BetriebswechselRDimnungsquelle 2 im Heizkreis I synchrone Weehselspannungsnuelle 2' vorgesehen, die über einen Zweiwep£leichrichter 26 und einen Ohm¹sehen Widerstand 27 eine pulsierende

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Wechselspannung erzeugt, die durch ein Differenzierelement,. *^\ z.B. einen Kondensator 28, differenziert und auf einen -^:-Übertrager 29 arbeitet. Die Sekundärwicklung des Übertragers 29 ' ist an eine der beiden Steuerelektroden des Schalters S derart angeschlossen, daß die dort auftretenden Spannungsimpulse den Schalter S für den Ladestrom durchlässig machen. Die gleichgerichtete Spannung am Widerstand 27 hat nämlich eine Unstetigkeitsstelle ihrer ersten Ableitung, nach der Zeit t in Zeitpunkten, die, mit' dem Nulldurchgang der Spannung U(t) im Heizkreis I zusammenfallen. Diese Unstetigkeitsstellen bedingen das Auftreten steiler Spannungsimpulse an der Sekundärseite des Übertragers 29. Diese Impulse werden auf die zweite Steuerelektrode des Schalters S übertragen. Sie werden so gepolt, daß· sie den Schalter S für den Ladestrom undurchlässig machen. Infolgedessen wird der Schalter S für den Ladestrom bei Jedem Hulldurchgang der Heizspannung U(t) eingeschaltet und bei jeder Entladung des Kondensators 22 ausgeschaltet.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist zunächst für den Betrieb mit einphasigem Wechselstrom gedacht. Das in.dieser Anordnung verkörperte Prinzip läßt aber ohne weiteres die Anwendung auf mehrphasigen Strom zu. Dies wird an Hand.der Figur 5 skizziert.,Sine dreiphasige Wechselspannung wirdjiber einen Dreiphasentranßformator 30 zur Verfügung gestellt. Jeder Phase ist an der Sekurtdärseite dieses Transformators ein Stromkreis zugeordnet. Diese sind den Phasen entsprechend mit Va, Vb, Vc bezeichnet. Jedem dieser Stromkreise, ist ein elektronischer Schalter entsprechend dem elektronischen Schalter 3 der Anordnung gemäß Fig. 1 zugeordnet. Diese Schalter sind mit 3a, 3b, 3o bezeichnet. Ihre/Steuerelektroden werden von individuellen Spannungen V_(t), V^(t) und V_(t) betrieben.

cx D C

Diese werden über individuelle Stromkreise Ha, IHa, rva, Hb, IHb, TVbZIIc₁IIIc, IVc erzeugt, die entsprechend den Ausführungen zu Pig. 1-4 ausgebildet sind. Zu diesem Zweck werden die in den Kreisen Va, Vb, Vc pulsierenden Ströme für

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sich, abgetastet, wozu entsprechende", in der Figur nicht dargestellte Stromwandler dienen können. Die Kreise Ya, Vb, Vc sind durch die Primärspulen dreier Übertrager 31a, 31b, 31c abgeschlossen. Die auf der Sekundärseite dieser Übertrager auftretenden Spannungen werden über Zweiweggleichrichter 32a,32b, 32c gleichgerichtet und addiert. Sie dienen zur Beaufschlagung des Siliziumstabes.

Sine weitere Ausführung des Impulsgenerators 11 zeigt "Pig. 6. Eine mit der Heizspannung synchrone Wechselspannung wird durch den Transformator 61 auf einen geeigneten Wert transformiert und anschließend in der Gleichrichterbrückenschaltung 62 gleichgerichtet« Als Yersorgungsspannung steht somit eine 100 Hz-HaIbwellenspannung zur Verfügung. Diese Spannung liegt an einem "RO-GIied, das durch den Kondensator 63, den Stabil!sierungs- und Begrenzungswiderstand 64 und dem Transistor 65 gebildet wird. Je nach der Höhe der der Basis des Transistors zugeführten Steuerspannung, die ja die Differenzspannung Zl bei 0ist, ändert sieh der Aussteuerungszustand des Transistors 65 ' und damit die Zeitkonsta.nte des BC-Gliedes. Die Durchschaltspannung des nachgeschalteten Triggerelementes '67, z..B. Glimmentladungsstrecke, Transistortrigger oder dgl. kann dadurch zu einem Zeitpunkt innerhalb einer Halbwelle erreicht werden, der der Größe der Steuerspannung proportional ist. Der in Reihe mit dem Übertrager 68.an die Versorgungsspannung angelegte Hilfsthyristqr 67 wird zum gleichen Zeitpunkt durchgeschaltet, wodurch die Versorgungsspannung V(t) über den Übertrager 68 auf die Zündelektrode des elektronischen Schalters 3 im Heizstromkreis I geschaltet wird. Am Ende einer jeden Halbwelle wird der Hilfsthyristor 67 gesperrt, sodaß mit jeder Halbwelle der Heizwechselspannung der elektronische Schaltex' 3 zum zur Stabilisierung des Heizstromkreises erforderlichen Zeitpunkt «lurehge schaltet wird.

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8AD ORIGtNAL

Besteht die Heizeinrichtung aus einer mehrphasigen Yfechsel— spannung, kann diese Anordnung in jede Phase der mehrphasigen Wechselspannung geschaltet werden. Es genügt aber· auch eine Anordnung in eine Phase zu schalten, wobei die für die einzelnen Phasen erforderlichen, zeitlich gegeneinander verschobenen Zündimpulse über entsprechend ausgelegte Verstärker erzeugt werden.

13 Patentansprüche

6 Figuren

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Claims

• Pa tentansprüche

1. Torrichtung zum elektrischen Beheizen eines sich gleichzeitig infolge eines Abscheidungsprozesses auö der Gasphase verdickenden Halbleiterstabes, der zusammen mit einer - eine mit der Zeit t periodisch verlaufende Wechselspannung U(t) liefernden - Heizspannungsquelle und einem, durch eine zeitlich variable HilfssOannung V(t) schaltbaren elektronischen Schalter zu einem den von der Heizstromquelle gelie-

• ferten Heizstrom I(t) führenden Heizstromkreis zusammengefaßt ist, dadurch gekennzeichnet,, daß der Heizstrom l(t) über einen insbesondere induktiv an den Heizstromkreis I gekoppelten zweiten Stromkreis II text (xleichrichtereigenscheft auf ein glättendes Vierpolglied (7) arbeitet und daß die Differenz Δ - G-G_Q ö.er em Ausgang des Vierpoles (7) erhaltenen Gleichspannung G mit ihrem Sollwert Gq zur Steuerung eines Generators (10, 11) für die HiIfsspannung V(t) derart dient, daß die Hilfsspannung V(t) umso früher eingeschaltet wird, je größer der "Wert der Differenz Δ ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektroni-sche Schalter aus einem

,Thyristor oder einem Triac oder einem Transistorschalter oder einer T.hyratronröhre besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Heizstromkreis I mit dem gleichrichtenden Kreis II über einen Stromwandler (4) gekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» da durch gekennzeichnet , daß der im Stromkreis II fließende Strom über einen Vollweggleichrichter (5) geführt ist und dieser Vollweggleichrichter durch einen Widerstand (6), z.B. von 10 Ohm, ausgangeseitig abgeschlossen ist.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch g e -k e η η ζ ei c h ή e. t , daß die-an dem Ausgangswider-stand (.6) des Stromkreises TI auftretende pulsierende Gleichspannung-en ein Vierpolfilter (7) gelegt ist, das als iiefpaß ausgebildet ist und die Gruridweile der Heizweehselspsnnühg U(t) sowie mindestens die "beiden ersten Oberwellen dieser Spannung sperrt. .

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung des Vierpölfliters ah den Ausgang des Stromkreises II mit gleichrichtenden Eigen- ■ schäften über ein sogenanntes Zobel'sches Halbglied erfolgt, das auf eine Folge von Tiefpaßfiltern in Kettenschaltung . arbeitetj deren Resonanzfrequenzen sukzessive der auszusieben den Grundwelie, d.er auszusiebenden ersteh Oberwelle* der auszusiebenden zweiten Oberwelle \isw.. entspricht,

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge-

k e η η ζ e ic h n et , daß am Ausgang des VierpolfÜters (7) ebenfalls ein Halbglied nach Zobel vorgesehen ist.

Bi Vorrichtung nach Anspruch 1-7,* dadurch g e - · ken ή ζ e i e h η e t , daß die äfn ..ftusgarig des Vierpölfilters (7) erscheinende Gleichspannung G mit der in einem Hilfsstromkreis erzeugten Gleichspannung Gq unter Entstehung " ihrer t)i ff e'renz 4sn einen Gleich stromverstärker, insbesondere Regelverstärker (w) i gelegt ist, an dessen Ausgang eine verstärkte, der Differenz Λ proportionale Gleichspannung 0 erscheint.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1-8, dadurch g e kennzeichnet, da ßä ie Gleichspannungsdifferenz bzw* ihr durch Yerstärfemg erhaltener YertΔ zur Aufladung eines Kondensators (22) über einen Ladewiderstand (21) dient und daß zur Erzeugung der Impulse der SteuersOannung V(t) dieser Kondensator (22) über eine auf eine definierte anBprechende EntladeBtrecke (23), insbesondere ein Btrecke oder Transistörtrigger, entladen wird.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespannung ,Δ.

bzw. (jß über einen Schalter S zugeführt wird, daß dieser Schalter S so gesteuert ist, daß gleichzeitig mit dem ITulldurchgang der HeizwechselsOannung U(t) die Ladespannung an den Ladekondensator (22) gelegt ist und daß andererseits diese Ladespannung mit dem Eintritt der Entladung des Kondensators (22) über die Entladestrecke (23) wieder abgeschaltet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeichnet , daß der Schalter S als pmm-Halbleiterdiode mit je einer Steuerelektrode an je eine der beiden mittleren Zonen ausgebildet ist und daß impulserzeugende Mittel vorgesehen sind, welche an die eine dieser Steuerelektroden Impulse legen, die mit dem Nulldurchgang der HeizwechselsOannung ü(t) zeitlich verbunden sind, während die andere Steuerelektrode mit Impulsen beaufschlagt wird, die synchron zu den Impulsen der Spannung V(t) an den elektronischen Schalter (3) im Heizkreis I sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladekreis des Ladekondensators (22).ein Übertrager (24) mit getrennten Ausgängen (24a, 24b) vorgesehen ist, wobei der eine dieser beiden Ausgänge zur Steuerung des elektronischen Schalters (3) im Heizstromkreis, der andere (24b) zur Steuerung des'¹ Potentials der einen/fiittleren Zone der pnpn-Diode im Ladestromkreis des Kondensators (22) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine mit der Heizwechselspannung p(t.). synchrone Hilfswechseispannung über einen

• Vollweggleichrichter (26) auf einen Abschlußwiderstand (27) und eine diesem Abschlußwiderstand (27) parallele Primär-

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wicklung eines Übertragers (28) arbeitet und daß . zwischen dem Ohm¹ sehen Ausgangswiderstand (27) und der Primärwicklung des Übertragers (28) ein-Differenzglied (29), insbesondere ein Kondensator, eingeschaltet ist, und daß schließlich die an der Sekundärseite des Übertragers .(28) 'auftretende Spannung zur Beeinflussung ■des Potentials der zweiten mittleren Zone der pnpn-Diode im Lades-tromkreis des Kondensators (22) dient.

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