DE2160694C3 - Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleiterstäben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wassergekühlte Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Stäben aus Halbleitermaterial, weiche mindestens zwei durch Schraubverbindungen miteinander verbundene Bauteile aufweist.

Beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial läßt man eine durch eine Induktionsheizspule erzeugte Schmelzzone durch einen stabförmigen Körper aus Halbleitermaterial wandern. Hierbei werden Verunreinigungen an das eine Ende des Stabes transportiert. Oft wird das Verfahren auch zum Einkristallzüchten verwendet, indem an das eine Ende des Halbleiterstabes ein Keimkristall angeschmolzen und von diesem ausgehend eine Schmelzzone durch den Stab geführt wird. Der stabförmige Körper wird hierbei meist lotrecht stehend mit seinen Enden in Halterungen eingespannt.

Beim Ziehen von Helbleiterstäben mit größeren Durchmessern als dem Iniiendt -.'hmesser der Induktionsheizspule kann man die Spule am Stabende nur »ausfädeln«, wenn man den Halbleiterstab am Stabende auseinanderzieht oder bricht. Das ist ungünstig, wenn mehrere Schmelzzonendurchgänge gemacht werden müssen, wie es beispielsweise beim Herstellen versetzungsfreier Halbleiterslabe der Fall ist. Hier muß entweder vor Ziehbeginn ein Ansatzstück an das Stabende angeschmolzen werden, welches dünner als der Spuleninnendurchmesser ist. oder es muß vor jedem Zonenschmelzdurchgang ein neues Ansatzstück ange schmolzen werden Beide Methoden sind sehr umständlich und teuer, vor allem bei der Herstellung von Halbleiterstäben mit großen Durchmessern, d. h. von Durchmessern im Bereich von 60 bis 80 mm und darüber.

Aus der US-PS 24 81 008 ist eine Induktionsheizspule mit übereinander liegenden Windungen zum Erhitzen und nachfolgendem Abschrecken von Werkstücken bekannt, wobei die Spulenwindungen aus mehreren sektorförmigen Metallplatlen hergestellt sind, die durch Schraubverbindungen miteinander verbunden sind. F.ine solche Spule ist aufgrund ihrer axialen F.rstreckung als Energiequelle zum tiegelfreien Zonenschmelzen vor allem von Halbleiterstäben mit großen Stabquerschnit ten ungeeignet, da eine Vergrößerung der Schmelzzonenausdehnung eine Verringerung der Stabilität der Schmelzzöne bedeutet.

Durch die Erfindung soll hier Abhilfe geschaffen Werden/ Die Aufgabe, die der Vorliegenden Erfindung zügrunde liegt; besteht also in der Schaffung einer induktionsheizspule, durch welche es möglich ist, Halbleilefstäbe mil beliebig größen Durchmessern auf einfache Weise herzustellen.

Erfindungsgemäß Wird diese Aufgabe durch eine Induktionsheizspule gelöst, welche sich gegenüber den bekannten Induktionsheizspulen dadurch auszeichnet, daß die Spule als zweiteilige, einwindige Flachspule ausgebildet ist oder daß die Spule ein- oder mehrwindig ausgebildet ist und zwei Innenteile aufweist, die mit dem inneren Windungsteil in Kontakt stehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispiefen und der F i g. 1 bis 7 noch näher erläutert Dabei zeigt
to F i g. 1 eine zerlegte, in Perspektive vergrößert dargestellte Spule,

Fig.2 die an der Stirnseite zerlegte Flachspule (sogenannte Lochpfannkuchenspule) zusammengebaut in Draufsicht,

η Fig.3 die gleiche Spule wie Fig.2, nur mit der Trennfuge in der Spulenebene (in Perspektive),

Fig.4 eine mehrwindige Spule mit herausnehmbarem Innenteil,

F i g. 5 einen Schnitt durch die Ebene V-V der F i g. 4 im vergrößerten Maßstab,

Fig. 6 eine Spule wie in F i g. 4 mit gekühlten, wasserdurchflossenen Innenteilen und

Fig. 7 einen Schnitt durch die Ebene VII-VII der Fig. 6.

In F i g. 1 sind die beiden Hälften 2 und 3 einer einwindigen flachen, aus Kupfer odes Silber bestehenden Induktionsheizspule 1 zur besseren Darstellung der Verbindung übereinander dargestellt. Diese Spule ist so gebaut, daß sich ihre beiden Hälften 2 und 3 in den Flächen 4 und 1 berühren. Mit den Bezugszeichen 6, 7 und 8 sind die für die Verschraubung vorgesehenen Stellen in den Verbindungsflanschen 32 am Außenrand der Spule bezeichnet, während das Bezugszeichen 9 den für die Abdichtung der in den Spulenhälften 2 und 3 befindlichen Kühlwasserbohrungen 31 vorgesehenen Gummiring bezeichnet. Der Spuleninnendurchmesser beträgt 30 mm, der Außendurchmesser ca. 80— 120 mm. Diese Größen richten sich nach dem gewünschten Kristallstabdurchmesser.

Die Fi g. 2 zeigt die Spule in geschlossenem Zustand; es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1. Dabei liegt die Trennfuge für die Dichtung und Verschraubung senkrecht zur Spulenebene.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Trennfuge in der Spulenebene liegt und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet isr Im übrigen gelten die gleichen Bezugszeichen wie in F ι g. 1 und 2.

In F i g. 4 wird eine Induktionsheizspule 11 aus Kupfer oder Silber dargestellt, welche aus einem Windungsteil 12 (drei Windungen) und zwei Innenteilen 13 und 14 besteht. Die Innenteile werden durch den innigen metallischen Kontakt gekühlt und sind nach Lösen der Schrauben 15 bis 22 vom inneren Windungstcil aus der Spulenanordnung 11 herausziehbar.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Ebene V-V der F i g. 4. Dabei sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in F i g. 4. Die im Schnitt eingezeichnete Linie 23 zeigt die Trennfuge zwischen den Innenteilen 13 und 14 und dem an der inneren Spulenwtndung durch Lötung 24 angebrachten Ringfiansch 30

In Fig;6 wird eine ähnliche Spulenanordnung wie in Fig.4 ddrgestellfi Der Unterschied besteht nur darin, daß die herausnehmbaren inncnleTie 13 Und 14 für eine Wasserkühlung vorgesehen sind und der Windungsleil 12 der Induktionsheizspule aus nur zwei Windungen besteht, Die für die Abdichtung des Kühlwassers notwendigen Gunimiringe 26 bis 29 sind, da sie nicht sichtbai" sind, in die Figur gestrichelt eingezeichneü Der

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Wasserdurchfluß durch den Windungsteil 12 der Spule sowie durch die herausnehmbaren Innenteile 13 und 14 wird durch die eingezeichneten Pfeile 25 markiert- Im übrigen gelten die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 4 bzw. 5,

Fig.7 zeigt einen Schnitt durch die Ebene VIl-VIi der Fig.6, aus dem deutlich der Aufbau der aus den beiden wassergekühlten Innenteilen 13 und 14 und dem wasserdurcbflossener Windungste, 12 bestehenden Anordnung zu ersehen ist. Es gelten ebenfalb de gleichen Bezugszeichen wie in den Fig.4 bis 6. Pie Trennfuge 23 für die beiden Innenteiie hegt hier wieder senkrecht zur Spulenebene.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wassergekühlte Induktionsheizspule zum tiege]-Creien Zonenschmelzen von Stäben aus Halbleitermaterial, welche mindestens zwei durch Schraubverbindungen miteinander verbundene Bauteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule als zweiteilige, einwindige Flachspule ausgebildet ist oder daß die Spule ein- oder mehrwindig ausgebildet ist und zwei Innenteile aufweist, die mit dem inneren Windungsteil in Kontakt stehen.