DE2308136B2 - Gasdichte - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasdichte Stromzuführung für eine in einem Rezipienten befindliche
Induktionsheizspule, welche zur Erzeugung der Schmelzzone in Halbleiterkristallstäben beim tiegelfrei
en Zonenschmelzen verwendet wird, bestehend aus zwei metallischen, an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenen
Leiterrohren und einem zwischen den Leiterrohren angeordneten Dielektrikum, das das erste
Leiterrohr konzentrisch umgibt und mit ihm fest verbunden ist.
Beim tiegelfreien Zonenschmelzen wird ein Halbleiterkristallstab senkrecht an seinen beiden Enden in
Halterungen eingespannt und in einem Rezipienten mittels einer Induktionsheizspule mit Hochfrequenz
geschmolzen. Da die Induktionsheizspule im Verhältnis zur Länge des Stabes eine geringe axiale Ausdehnung
besitzt, schmilzt nur die jeweils in ihr liegende Zone des Halbleiterstabes. Die Induktionsheizspule wird im
Verlauf des tiegelfreien Zonenschmelzens langsam in Längsrichtung des Stabes bewegt. Dieser Vorgang wird
entweder im Vakuum oder in Schutzgasatmosphäre durchgeführt.
Die Zuführung des Heizstroms für die Induktionsheizspule
erfolgt über eine Stromzuführung, die durch die Wandung des Rezipienten hindurchgeführt wird. Diese
Stromzuführung enthält nach dem deutschen Patent 10 76 623 Leiterrohre verschiedener Weite, welche die
Induktionsheizspule tragen und wegen der geringen Induktivität koaxial ineinander angeordnet sind. Dabei
wird das Rohr mit der größten Weite durch eine Wandung des Rezipienten mittels einer gasdichten
Durchführung in seiner Längsrichtung verschiebbar hindurchgeführt. Der Hohlraum des inneren und der
Zwischenraum zwischen dem äußeren und dein mittleren Rohr dient zur Zu- und Abfuhr eines
Kühlmittels, wobei die Induktionsheizspule mit in den Kühlmittelkreislauf einbezogen wird.
Für die Abdichtung und Isolierung wird für
Stromzuführungen für Induktionsheizspuien ein beispielsweise
aus der DE-PS 10 76 623 bekanntes Tetrafluoräthylen-Formstück verwendet und dieses
Formstück durch Schraubendruck an die Dichtflächen gepreßt. Bei stärkerer Beanspruchung, z. ß. beim
Herstellen von Einkristallen mit größeren Stabdurchmessern, müssen die Preßschrauben ständig nachgezogen
werden, was jedoch nur eine begrenzte Zeit möglich ist, nämlich solange, bis das Tetrafluoräthylen-Formstück
deformiert ist.
Aus der US-PS 36 88 006 ist eine Stromzuführung, die
in einem Ausschnitt aus der Wand eines Zonenschmelzgefäßes angebracht ist und die zwei in etwa parallele
Teilleiter aufweist, bekannt; die Abdichtung und Isolierung erfolgt bei dieser Durchführung mit kaltvulkanisierendem
Kautschuk und mit Silikonharz-Überzügen. Die Verwendung von Silikonkautschuk, welcher in
die isolier- und Dichtstrecke gegossen wird und dort aushärtet, bringt auch keinen vollen Erfolg, weil die
auszugießende Länge zu kurz ist und damit die mechanische Stabilität nicht ausreicht. Außerdem ist der
als Vergußmasse dienende Silikonkautschuk sehr weich und erhält bei dauernder mechanischer Beanspruchung
sehr bald Risse.
Durch die Stromzuführung nach der Lehre der Erfindung wird ein Weg aufgezeigt, dieses Problem zu
lösen.
Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Isolierrohr, das aus Quarz oder Keramik besteht,
konzentrisch von einem metallischen Halterungsrohr, das starr mit der Wand des Rezipienten verbunden ist,
umgeber, ist, daß die Ringspaite zwischen dem ersten
Leiterrohr und dem Isolierrohr und zwischen dem Isolierrohr und dem Halterungsrohr je eine Größe von
< 2 mm aufweisen und mit einer abdichtenden Vergußmasse ausgegossen sind und daß das zweite Leiterrohr
parallel zum ersten Leiterrohr auf der Außenseite des Halterungsrohres verläuft und starr mit diesem
verbunden ist.
Durch diese Ausführung der Stromzuführung wird ermöglicht, daß sowohl Abdichtung und isolierung als
auch mechanische Stabilität der Stromzuführung auch bei hoher mechanischer und elektrischer Belastung, wie
sie insbesondere bei der Herstellung von Einkristallen mit großen Stabdurchmessern auftritt, gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Stromzuführungen erheblich verbessert sind. Durch die Verwendung
eines aus Quarz oder Keramik bestehenden Isolierrohres und eines metallischen Halterungsrohres, das starr
mit der Wand des Rezipienten verbunden ist, entfällt insbesondere die oben genannte Deformation eines
Dichtungs- bzw. Vergußformstückes.
Als Isoliermaterial kann Quarzglas, Keramik oder Kunststoff, beispielsweise aus Tetrafluoräthylen, verwendet
werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung entsprechend der US-PS 36 88 006 eine Vergußmasse auf der Basis
Silikonkautschuk zu verwenden.
Wenn das Hauptdielektrikum der Stromzuführung aus einem Rohr aus festem Isolierstoff besteht und die
Spalte zu den Metallteilen, welche nur klein sind (höchstens 1 bis 2 mm), mit Silikonkautschuk ausgegossen
werden, können wesentlich bessere mechanische Stabilitäten und bessere elektrische Eigenschaften
erzielt werden. So beträgt bei Verwendung eines
Quarzglasrohres als Hauptisolierkörper der tgÖ = 10-4
und die Dielektrizitätskonstante ε = 3,7. Im Vergleich dazu liegen die Werte für Silikonkautschuk als
Vergußmasse allein bei tgö = 10~3 und ε = 3,1. Es
werden also mit der erfindungsgemäUen Isolation erheblich kleinere Verluste in der Energiezufuhr erzielt.
Es treten auch keine wesentlichen Feldverzerrungen auf, weil die Dielektrizitätskonstante der verwendeten
Materialien fast gleich groß sind. Damit ist auch die Gefahr von elektrischen Überschlagen im Bereicl· der \u
Durchführung klein.
Nähere Einzelheiten sind der in der Zeichnung befindlichen Figur, welche schematisch eine Stromzuführung
zu einer Induktionsheizspule darstellt sowie deren Beschreibung zu entnehmen. t".
In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 im Schnitt eine Stromzuführung zu einer in der Figur nicht
abgebildeten Induktionsheizspule versehen, welche aus zwei in etwa parallelen Leiterrohren 8, 11 besteht und
durch die Rezipientenwand 2 nach auben und zum ;«j HF-Generator führt (in der Figur nicht abgebildet). Die
Stromzuführung 1 besteht aus einem äußeren Kupferrohr 3, welches mit einem Rundflansch 4 versehen ist,
der mittels Schraubverbindungen 6 und 7 an der Rezipientenwand 2 befestigt ist Des weiteren besteht
die Stromzuführung 1 aus einem inneren Kupferrohr 8, welches von dem äußeren Kup'errohr 3 durch eine,
hauptsächlich aus einem Quarzrohr 9 bestehende Isolierung getrennt ist. Die Ringspalten 10 zu den
Metallteilen 3 und 8 sind nur gering und werden mit Silikonkautschuk 10a ausgegossen. Als Außenleiter wird
durch den Flansch 4 des äußeren Kupferrohres 3 ein weiteres Kupferrohr 11 hindurchgeführt, welches durch
Löten mit dem Kupferrohr 3 verbunden wird. Innerhalb des als Außenleiter dienenden Kupferrohres Π und
innerhalb des inneren Kupferrohres 8 befindet sich ein Kühlmittelkreislauf, dessen Richtung durch die Pfeile 12
und 13 gekennzeichnet ist. In diesen Kühlmittelkreislauf ist auch die in der Figur nicht dargestellte Induktionsheizspule miteingeschlossen. Dadurch wird verhindert,
daß die Schmelzspule durch Stromdurchgang und Strahlungsheizung der Schmelzzone zu stark erwärmt
wird. Mit dem Bezugszeichen 14 ist ein Dichtungsring bezeichnet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Gasdichte Stromzuführung fur eine in einem Rezipienten befindliche Induktionsheizspule, welche
zur Erzeugung der Schmelzzone in Halbleiterkristallstäben beim tiegelfreien Zonenschmelzen verwendet
wird, bestehend aus zwei metallischen, an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Leiterrohren
und einem zwischen den Leiterrohren angeordneten Dielektrikum, das das erste Leiterrohr
konzentrisch umgibt und mit ihm fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Isolierrohr (9), das aus Quarz oder Keramik besteht, konzentrisch von einem metallischen
Halterungsrohr (3), das starr mit der Wand (2) des Rezipienten verbunden ist, umgeben ist,
daß die Ringspalte (10) zwischen dem ersten Leiterroiir (8) und dem Isolierrohr (9) und zwischen dem Isolierrohr (9) und dem Halterungsrohr (3) je eine Größe von < 2 mm aufweisen und mit einer abdichtenden Vergußmasse (1Oa^ ausgegossen sind und
daß die Ringspalte (10) zwischen dem ersten Leiterroiir (8) und dem Isolierrohr (9) und zwischen dem Isolierrohr (9) und dem Halterungsrohr (3) je eine Größe von < 2 mm aufweisen und mit einer abdichtenden Vergußmasse (1Oa^ ausgegossen sind und
daß das zweite Leiterrohr (11) parallel zum ersten Leiterrohr (8) auf der Außenseite des Halterungsrohres
(3) verläuft und starr mit diesem verbunden ist.
2. Stromzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse aus Silikonkautschuk
besteht.
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