DE2425468A1 - Vorrichtung zum durchfuehren des tiegellosen zonenschmelzens an kristallisierbaren staeben, insbesondere halbleiterstaeben - Google Patents

Vorrichtung zum durchfuehren des tiegellosen zonenschmelzens an kristallisierbaren staeben, insbesondere halbleiterstaeben

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DE2425468A1 DE19742425468 DE2425468A DE2425468A1 DE 2425468 A1 DE2425468 A1 DE 2425468A1 DE 19742425468 DE19742425468 DE 19742425468 DE 2425468 A DE2425468 A DE 2425468A DE 2425468 A1 DE2425468 A1 DE 2425468A1
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Description

Vorrichtung zum Durchführen des tiegellosen Zonenschmelzens an kristallisierbaren Stäben, insbesondere Halbleiterstäben.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des tiegellosen Zonenschmelzen an kristallisierbaren Stäben, insbesondere Halbleiterstäben, bei der die geschmolzene Zone in dem zu behandelnden Stab durch das elektromagnetische PeId einer den an seinen Enden gehalterten Stab ringförmig und mit Abstand umgebenden Induktionsheizspule erzeugt wird, bei die Induktionsheizspule durch einen zu ihr parallel geschalteten Kondensator zu einem elektrischen Heizschwingkreis ergänzt und dieser Heizschwingkreis über eine Hochfrequenzleitung und "mindestens ein verstellbares Kopplungselement von einem eine Wechselspannung, mit verstellbarer Frequenz liefernden Hochfrequenzgenerator beaufschlagt ist.
Eine solche Vorrichtung ist in der britischen Patentschrift 1.144.907 beschrieben. Der mit stetig veränderbarer Ausgangsfrequenz ausgestattete Hochfrequenzgenerator der bekannten Anordnung weist einen elektrischen Schwingkreis (Tankkreis) im Ausgang auf, dessen Induktivität mit einem verschiebbaren Abgriff versehen ist, der über eine Kopplungsinduktivität oder einen Kopplungskondensator an den Heizschwingkreis gelegt ist. Die an den Heizschwingkreis bzw. über diesen an den zonenzuschmelzenden Stab abgegebene elektrische Leistung wird bevorzugt über die Frequenz der von dem Hochfrequenzgenerator abgegebenen Wechselspannung eingestellt; Diese wird so gewählt, daß
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im Normalbetrieb sie verhältnismäßig wenig von der Eigenfrequenz des Heizsehwingkreises verschieden ist. Man hat nämlich festgestellt, daß angesichts der Eigenschaften der verwendeten Übertragungsglieder eine optimale Energieübertragung an den zu behandelnden kristallinen Stab, insbesondere Siliciumstab, dann vorliegt,wenn die Amplitude der in der Induktionsheizspule auftretenden Wechselspannung sich von der Amplitude im Resonanzfall um etwa 10$ unterscheidet.
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der an den Heizschwingkreis und an den zonenzuschmelzenden Stab übertragenen elektrischen Wirkleistung ist durch Verstellung der veränderbar ausgestalteten'Ankopplung des Heizschwingkreises an den.Ausgang des"Hochfrequenzgenerators gegeben.
Die Einstellung der Generatorfrequenz und der Ankopplung des Heizschwingkreises an den Ausgang des Hochfrequenzgenerators ist eine Angelegenheit der Erfahrung, die für festgelegte Stabdurchmesser eines bestimmten kristallinen Materials, z.B. von Silicium, gewonnen werden muß. Damit kommt man beim tiegellosen Zonenschmelzen homogener Stäbe gut zum Ziel. Wird aber das tiegellose Zonenschmelzen zur Behandlung von Stäben inhomogenen Durchmessers und/oder inhomogener Materialbeschaffenheit angewendet, so bleibt aufgrund des bisher Bekannten nichts anderes übrig, als die Einstellung der Generatorausgangsfrequenz und/oder des Kopplungsgrades während der Durchführung des Znnenschmelzens zu verändern. Dies ist aber mit Rücksicht auf den mechanisch labilen Zustand der Schmelzz^ne nicht günstig, da es sehr leicht zu unerwünschten Änderungen der Schmelzzone oder gar zu einem Abtropfen derselben kommen kann.
Vor allem beim Zonenschmelzen von Siliciumstäben, deren Durchmesser größer als 50 mm ist, ist der Lastbereich, der vom Anschmelzen des (für ein monokristallines Wachstum des aus der geschmolzenen Zone auskristallisierenden Siliciums notwendigen) einkristallinen Impflings zu dem über einen
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Flaschenhals und anschließenden Konus mit dem'Impfling zu verbindenden Stabbereieh mit normalem, d.h. wesentlich größerem Stabdurchmesser. zu überstreichen ist, sehr groß, Hier würde die Aufgabe resultieren, für eine Reihe von tJbergangsstadien der Schmelzzone "brauchbare Einstellungen der Generatorfrequenz und/oder der Ankopplung zu finden und ohne Beschädigung der in diesem Zustand besonders empfindlichen Schmelzzone zur Anwendung zu bringen. Es wäre daher viel günstiger, wenn man ohne Nachstellung der Generatorfrequenz und/oder des Ankopplungsgrades zum Ziele käme. Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung, die dies ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des tiegellosen Zonenschmelzen an kristallisierbaren Stäben, insbesondere Halbleiterstäben, ist dadurch gekennzeichnet, daß von den zwischen dem Ausgang des Hochfrequenzgenerators und dem die Induktionsheizspule enthaltenden elektrischen Heizöchwingkreis vorgesehenen Schaltungsteilen mindestens die Hochfrequenzleitung mit 'einem ein strömendes Kühlmittel führenden Kanal ausgerüstet ist.
Infolge der intensiven Kühlung der der Energieübertragung vom Hochfrequenzgenerator zu dem Heizschwingkreis dienenden Schaltungsteile braucht auf die infolge unterschiedlicher Ankopplung (Gegeninduktivität) des zonenzuschraelzenden Stabs zu der Induktionsheizspule bedingten stark unterschiedlichen Verluste in diesen "(empfindlichen) Schaltungsteilen keine Rücksicht mehr genommen zu werden, so daß man mit einer insbesondere auf den normalen Stabdurchmesser- fest abgestimmten Einstellung von Generatorfrequenz und Ankopplung des Heizschwingkreises auch bei erheblich abweichendem Durchmesser des Stabes die Schmelzzone fahren kann.
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Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 "bis 3 näher beschrieben. Dabei stellt Pig. 1 ein Beispiel für eine der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrundezulegende elektrische Schaltung, Fig. 2 eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Hochfrequenzleitung und Fig. 3 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Kühlung der zwischen dem Generatorausgang und dem Heizschwingkreis vorgesehenen Koppelelemente dar. Zu bemerken ist, daß auch die Elemente des Heizschwingkreises und/od-er der Ausgangskreis des Hochfrequenzgenerators gekühlt werden können.
Gemäß Fig. 1 ist der Ausgang 2 eines Hochfrequenzgenerators 1 bekannte Bauart als Schwingkreis mit variierbarer Einstellung der Ausgangsfrequenz ausgestaltet. Im Beispielsfalle ist eine sogenannte Hartley-Schaltung verwendet, bei der der Anodenstrom J mittels eines zwischen Anode und Kathode der Generator-Elektronenröhre vorgesehenen Instruments ablesbar ist. Die Ausgangsfrequenz wird über den mit verstellbarer Kapazität ausgestatteten Kondensator 2a des Ausgangsschwingkreises 2 eingestellt. Die Ankopplung des aus der Induktionsheizspule 7 und dem ihr parallelgeschalteten Kondensators 6 gebildeten Heizschwingkreises erfolgt über eine Hochfrequenzleitung 5, ein induktives oder kapazitives Kopplungsglied, welches ein breites Frequenzband durchläßt, sowie über die Auskoppelspule 3, die ihrerseits mit der Induktionsspule 2b des Ausgangs schwingkreis es 2 des Hochfre-:;. quenzgenerators 1 einen Übertrager oder Transformator mit veränderbarem Kopplungsgrad bildet. Der zonenzuschmelzende Halbleiterstab 8, insbesondere Siliciumstab, wird von der Induktionsheizspule 7 ringförmig, insbesondere koaxial, umgeben und ist in bekannter Weise im Inneren eines Zonenschmelzgefäßes an seinen Enden in vertikaler Stellung frei gehaltert. Auf die Wiedergabe eines Zonenschmelzgefäßes sowie der Stabhalterungen ist verzichtet worden, weil sich die Erfindung nicht mit der Ausbildung dieser - allgemein bekannten - Apparateteile befaßt.
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Bei der Einleitung des tiegellosen Zonenschmelzens zur Herstellung einkristalliner versetzungsfreier Siliciumstäbe wird die erste Schmelzzone, wie bereits angedeutet, an der Grenze zwischen einem einkristallinen Keimling und dem in einen Einkristall überzuführenden Siliciumstab erzeugt. Gewöhnlich ist der Durchmesser des Keimkristalls um ein Vielfaches kleiner als der des umzuschmelzenden Stabes. Man sieht deshalb einen allmählichen Übergang des Durchmessers der Schmelzzone von dem des Keimkristalls zu dem des aufzuschmelzenden Stabes vor, dem man, um dies zu erleichtern, eine konische Verjüngung an dem zuerst aufzuschmelzenden Ende, insbesondere dem unteren Ende, gibt. Da der Durchmesser der Induktionsheizspule 7 unverändert bleibt, tritt eine beträchtliche Änderung der Gegeninduktivität zwischen der Heizspule und dem Siliciumstab während der Verschiebung der Schmelzzone von der Grenze zum Keimkristall in den aufzuschmelzenden Siliciumstab auf. (Wie man leicht einsieht nimmt die Gegeninduktivität und.die Ankopplung des Stabes 8 an die Induktionsheizspule 7 mit wachsendem Durchmesser des Stabes 8 zu«) Dies hat erhebliche Änderungen des in der Schmelzzone erzeugten Stromes I zufolge, wie man an der folgenden angenäherten Beziehung
I =
-Λ2 + (R1 + IuI1)(H2 + i6L2 -
abliest, die für den Fall zweier rein induktiv gekoppelter wechselstromdurchflossener Stromkreise gilt, wobei die Kapazität des einen Stromkreises zu vernachlässigen ist. ( Es bedeutet in dieser Formel:M= Gegeninduktivität zwischen dem Stab, also der Schmelzzone, und der Induktions- ' heizspule, R1 = Ohm·1 scher Widerstand der Schmelzzone, L1 = Selbstinduktion der Sehmelzzone, R2= gesamter Ohm1scher Widerstand der zwischen der erregenden EMK, also dem Hochfrequenzgenerator 1, und dem Stab 8 liegenden Übertragungselemente, L9 = gesamte Selbstinduktion und C0= gesamte Kapazität dieser Elemente, U = Uoe die vom Generator 1
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gelieferte H-Tchfrequenzspanmmg sowie co die Kreisfrequenz, i.die imaginäre Einheit und e die Eulersche Zahl.) Eine ähnliche aber komplizierter zusammengesetzte Beziehung gilt auch für die in der Schmelzzone umgesetzte Wirkleistung.
Aber nicht nur der Strom in der Schmelzzone sondern auch der Strom in den Übertragungselementen sowie die dort umgesetzte Leistung hängt von M", L., und R.. ab. Auch hier ist die Darstellung etwas komplizierter als die oben angegebene Beziehung, so daß von einer Wiedergabe abgesehen wird. Dabei ist aber festzustellen, daß die Verluste in den Übertragungsgliedern, also vor allem in der Hochfrequenzleitung 5 mit kleiner werdendem M ansteigen.
Um dem zu begegnen kann man durch laufende Nachstellung der Auskopplung des Heizschwingkreises dafür sorgen, daß ein optimaler Arbeitspunkt, insbesondere auf der kapazitiven Flanke des Heizschwingkreises, in jedem Augenblick des Verfahrens gewährleistet ist, derart, ' daß'die überschüssige Wärmeentwicklung in den Übertragungsgliedern, vor allem in der Hochfrequenzleitung 5, gebremst wird. Es hat sich aber andererseits gezeigt, daß eine solche Nachstellung der Kopplung umständlich und auch nicht ungefährlich für die mechanische Stabilität der geschmolzenen Zone ist.
Deshalb schlägt die Erfindung vor, daß bei gegebenem Frequenzbereich des Generators 1 die Einstellung der Koppelglieder 3 und 4 so bemessen wird, daß optimale Übertragung bei minimaler Entwicklung von Wärme in den Übertragungsgliedern 3, 4 und 5 dann gegeben ist, wenn die Schmelzzone an Stellen des Siliciumstabes wandert, an denen dieser seinen normalen Durchmesser hat. Diese Einstellung soll aber auch dann beibehalten werden, wenn die Schmelzzone an Stellen mit abweichendem Durchmesser, insbesonde-
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re am Übergang zwischen dem Keimkristall und dem Normalstab, geführt wird.. Um die dann in besonderem Ausmaße in den Schaltungsteilen 5 und ggf. auch 4 und 3 entwik-"
kelte Wärme unschädlich zu machen, werden beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung diese Energieübertragung dienenden Schaltungsteile wirksam gekühlt.
Ein für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des tiegellosen Zonenschmelzen geeignetes Hochfrequenzkabel wird anhand der Fig. 2 beschrieben. Seine Länge ist wesentlich kleiner als der vierte Teil der Wellenlängen, die zu den vom Generator 1 erzeugten elektrischen Schwingungen gehören.
Der Kern des in koaxialer Bauart erstellten Kabels 5 wird von einem als Wellrohr ausgestalteten Kühlrohr 10 aus einem elastischen nichtferromagnetischem Metall, z.B. einer Kupferlegierung wie Tombak, gebildet. Die Wellung des Rohres 10, sein Durchmesser und seine Wandstärke sind so gewählt, daß eine ausreichende Biegbarkeit des Rohres gewährleistet ist. Beispielsweise beträgt die Wandstärke 0,1 - 0,2 mm, der Abstand benachbarter Wellenberge bzw. Wellentäler 0,5 cm und der Durchmesser 1,2 cm. Über dieses Kühlrohr 10 ist ein strumpfartiges Geflecht aus feinen Kupferdrähten ( die ggf. versilbert sind ) straff aufgezogen, so daß das den Innenleiter des Kabels 5 bildende Geflecht 11 an den Wellenbergen des Wellrohres 10 in unmittelbarem Wärmeleitungskontakt mit dem von einem Kühlmittel 15 durchströmten Wellrohr 10 gehalten ist. Die zwischen dem Innenleiter 11 und dem konzentrisch zu diesem angeordneten und ebenfalls aus einem feinen Kupfergeflecht bestehenden Außenleiter 12 sowie die den Außenleiter 12 abdeckende Isolierschichten 13 und 14 bestehen beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen oder Ployäthylen oder Polystyrol oder einem sonstigen verlustarmen Kunststoff.
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Sie kann in Form von dünnen aufgewickelten Bändern aufgebracht sein. Die Dimensionierung der leiter und Isolierschichten des Ea"bels 5 soll ebenfalls die er±"orderliche Biegsamkeit gewährleisten. So werden die Isolierschichten 13 und 14 auf Wandstärken von etwa 0,3 - 0,6 cm bemessen. Das Kabel 5 ist schließlich an seiner Außenseite mit einem·
zu erdenden Schirm 9 in Gestalt einer Metallisierung oder eines li'etallgeflechtes versehen.
Im Betrieb wird das Wellrohr 10 von einem flüssigen oder einem gasförmigen Kühlmittel 15 durchströmt. Dies kann z.B. Kühlwasser sein, das von einer Wasserleitung oder einer Pumpe geliefert wird. Gegebenenfalls kann die Anwendung eines Kühlgases, das von einer Kältemaschine geliefert wird, zweckmäßig sein.
Wenn, auch der Hauptteil der entwickelten Verlustwärme in dem Hochfrequenzkabel 5 entsteht, so ist -jedoch auch in der Auskoppelspule und in dem Koppelglied 4 mit einer beträchtlichen Wärmeentwicklung bei Abweichung des Schmelzzonendurchmessers von seinem normalen Wert zu rechnen. Eine Kühlung dieser Elemente ist , wenn auch nicht so kritisch wie beim Kabel 5, ebenfalls angebracht. Hier wird die Anwendung eines allen Elementen gemeinsamen Kühlkanals vorgeschlagen, etwa in der Art, wie' sie in Fig. 3 dargestellt ist.
Das Koppelglied 4 besteht aus einer Induktionsspule L, , falls der Betriebszustand der Anordnung einem Arbeitspunkt L) auf der induktiven Flanke der Resonanzkurve und aus einer Kapazität, falls der Betriebszustand einem Arbeitspunkt CJ auf der kapazitiven Flanke der Resonanzkurve entsprechen soll. Da der zweite Fall bevorzugt angewendet wird, ist in Fig. 3 das Kopplungsglied 4 durch einen Koppelkondensator C, dargestellt. Dieser ist beispielsweise als spannungsfester keramischer Koaxialkondensator ausgebildet.
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Der Inneieiter 16 des Koppelkondensators C, bildet zugleich die Wandung eines von dem Kühlmedium 15 durchströmten Behälters und ist durch eine dünne Schicht 17 aus dielektrischem, irisbesondere keramischem Material von'dem Außenleiter 18 des Kondensators getrennt. Auch hier ist ein verlustarmes Dielektrikum zweckmäßig. Das Kühlmittel 15 wird dem Kühlbehälter des Kondensators C, durch ein Rohr 20 zugeführ.t und ein Rohr •19 abgeführt.
Die Auskoppelspule 3 ist hinsichtlich des Kühlmittelstroms 15 und in elektrischer Beziehung über das aus leitendem Material bestehende Rohr 20 und den Innenleiter 16 von G, in Serie geschaltet. Die zweite Elektrode 18 von G, geht an den einen Leiter, im Beispielsfalle den Außenleiter 12, des Hochfrequenzkabels 5. Die aus einem gewundenen Kupferrohr bestehende Auskoppelspule 3 ist sowohl in elektrischer Beziehung als auch hinsichtlich des Kühlstromes mit'dem aus dem Wellrohr 10 und dem Metallstrumpf 11 gebildeten Innenleiter des Kabels 5 in Serie geschaltet. Deshalb bestehen die das Kühlmittel führenden Verbindungsrohre aus gutleitendem Metall, z.B. Cu.
Das Wellrohr 10 des Kabels 5 erhält an dem der Koppelspule 3 abgewandtem Ende die Zufuhr an frischem Kühlmittel. Dieser kann ggf. über den Kondensator 6 des Heizschwingkreises kommen, der dann in ähnlicher Weise wie der Kondensator C, ausgestaltet und über ein aus leitendem Metall bestehendes weiteres Rohr mit dem der Auskoppelspule 3 abgewandtem Ende des Wellrohrs 10 verbunden ist. Verwendet man anstelle eines Kopplungskondensators für das Koppelelement 4 ein Kopplungsinduktivität L, , so kann diese ähnlich wie die Auskoppelspule 3 als gewundenes und von dem Kühlmittel 15 durchströmtes Rohr ausgestaltet sein. Sie ist aber im Gegensatz zu der Auakoppelspule nicht mit der Schwingkreisspule 2b des Generators 1 gekoppelt.
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Die Auskoppelspule 3 ist beispielsweise koaxial zu der Schwingkreisspule 2b am Ausgang des Generators 1 angeordnet und kann axial verschoben werden. Hierdurch wird die Kopplung zwischen der Auskoppelspule 3 und der Schwingkreisspule 2b und damit die Ankopplung des die Induktionsheizspule 7 enthaltenden Heizschwingkreises an den Hochfrequenzgenerator 1 in definierter Weise verstellt.
Der Bereich der Ausgangsfrequenz des Generators 1 und die Stellung der Auskoppelspule 3 wird bevorzugt so eingestellt, daß der Anodengleichstrom J der Ausgangsröhre im Generator 1 ca. 10 - 20$ weniger als den maximalen Wert hat, falls die geschmolzene Zone im Siliciumstab 8 in einem den normalen Durchmesser aufweisenden Stabteil voll ausgebildet ist. Diese Einstellung ist eine Angelegenheit der Erfahrung und läßt sich nach einigen Versuchen leicht ermitteln und auf analoge Verhältnisse übertragen. Weicht nun der Schmelzzone von den normalen Verhältnissen ab, so ist eine Veränderung der Auskopplung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nciht mehr erforderlich, weil die sich stark . im Betrieb erwärmenden Bestandteile gegen eine Überhitzung wirksam geschützt sind.
3 Figuren
6 Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zum Durchführen des tiegellosen Zonenschmelze'ns an kristallisierbaren Stäben, insbesondere an Halbleiterstäben, bei der die geschmolzene Zone in dem zu behandelnden Stab durch das elektromagnetische Feld einer den an seinen Enden gehalterten Stab ringförmig und mit Abstand umgebenden Induktionsheizspule erzeugt wird, bei dem die Induktionsheizspule durch einen zu ihr parallel geschalteten Kondensator zu einem elektrischen Heizschwingkreis ergänzt und dieser Heizschwingkreis über eine Hochfrequenzleitung und mindestens ein verstellbares Kopplungselement von einem eine Wechselspannung mit verstellbarer Frequenz liefernden Hochfrequenzgenerator beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwischen dem Ausgang des Hochfrequenzgenerators und dem die Induktionsheizspule enthaltenden elektrischen Heizschwingkreis vorgesehenen Schaltungsteilen mindestens die Hochfrequenzleitung mit einem ein strömendes Kühlmittel führenden Kanal ausgerüstet ist.
    .) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter der als Koaxialkabel ausgebildeten Hochfrequenzleitung seiner Länge nach von dem das Kühlmittel führenden Kanal durchsetzt ist.
    3.) Vorrichtung nach Anspr\i.ch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter der Hochfrequenzleitung als strumpfartiges Metallgeflecht, insbesondere Kupfergeflecht, auf den als Wellrohr aus nicht ferromagnetischem Metall, z.B. Tombak, ausgebildeten Kühlkanal aufgezogen ist.
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    4.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein der Ankopplung der Hochfrequenzleitung und/oder des die Induktionsheizspule enthaltenden Heizschwingkreises dienendes Kopplungelement mit einem Kühlkanal versehen "bzw. in einem Kühlkanal angeo'rdnet ist.
    5.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 .bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle des Hochfrequenzkabels und mindestens eines Kopplungselements bezüglich des Kühlstromes hintereinandergeschaltet sind.
    6.) »Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,..dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung des die Induktionsheizspule enthaltenden Heizschwingkreises an den Hochfrequenzgenerator bei gegebener Ausgangsfrequenz dieses Generators auf ausreichende Leistungsübertragung auf die Schmelzzpne bei Maximaldurchmesser des umzuschmelzenden kristallisierbaren Stabes eingestellt und diese Einstellung auch bei abweichenden kleineren Stabdurchmessern beibehalten v/ird.
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US05/572,966 US3985947A (en) 1974-05-27 1975-04-30 Device and method for crucible-free zone melting of crystallizable rods in particular semiconductor rods
PL1975180244A PL101295B1 (pl) 1974-05-27 1975-05-07 Urzadzenie do prowadzenia beztyglowego topienia strefowego krystalizujacych pretow,zwlaszcza pretow polprzewodnikowych
IT23457/75A IT1038229B (it) 1974-05-27 1975-05-19 Dispositivo per fondere a zona progressiva senza crogiuolo sacchette cristallizzabili specialmente bacchette di materiale semiconduttore
JP50062841A JPS512605A (en) 1974-05-27 1975-05-26 Ketsushokakanonabo tokunihandotaibonimurutsubotaiyojuhoojitsushisurusochi

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4220626A (en) * 1978-04-13 1980-09-02 Monsanto Company RF Induction heating circuits for float zone refining of semiconductor rods
DE2922215A1 (de) * 1979-05-31 1980-12-11 Siemens Ag Vorrichtung zum beheizen einer aus dielektrischem material bestehenden reaktorwand
US4579719A (en) * 1982-08-06 1986-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for crucible-free floating-zone melting a semiconductor rod, particularly of silicon

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2938348A1 (de) * 1979-09-21 1981-04-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und vorrichtung zum herstellen von silicium durch tiegelfreies zonenschmelzen
GB2146186A (en) * 1983-08-25 1985-04-11 Electroheating Int Apparatus for electrically heating a metallic workpiece
US4900887A (en) * 1986-05-16 1990-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Floating zone drawing circuitry for semiconductor rods
GB8714216D0 (en) * 1987-06-17 1987-07-22 Hiden Analytical Ltd Power supply circuits
JP3398172B2 (ja) * 1993-04-09 2003-04-21 電気興業株式会社 高周波誘導加熱における加熱温度制御方法及び高周波誘導加熱温度制御装置
US5900060A (en) * 1996-07-03 1999-05-04 Cermet, Inc. Pressurized skull crucible apparatus for crystal growth and related system and methods
US5863326A (en) * 1996-07-03 1999-01-26 Cermet, Inc. Pressurized skull crucible for crystal growth using the Czochralski technique
US6211498B1 (en) * 1999-03-01 2001-04-03 Powell Power Electronics, Inc. Induction heating apparatus and transformer
US20170122476A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 General Electric Company Microwave-based fluid conduit heating system and method of operating the same
US20170280511A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-28 Thomas E. Fiducci Faraday Effect Circulating Heat System and Method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE21938C (de) * J. H. MC. LEAN, Dr. med., in St. Louis, Missouri, V. St. A Neuerung an Gewehrpatronen
NL260305A (de) * 1960-01-20
CH434392A (de) * 1965-12-24 1967-04-30 Patelhold Patentverwertung Hochfrequenzgenerator
DE2141188C3 (de) * 1971-08-17 1979-09-13 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Vorrichtung für das tiegellose Zonenschmelzen
JPS4882504A (de) * 1972-02-09 1973-11-05

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4220626A (en) * 1978-04-13 1980-09-02 Monsanto Company RF Induction heating circuits for float zone refining of semiconductor rods
DE2922215A1 (de) * 1979-05-31 1980-12-11 Siemens Ag Vorrichtung zum beheizen einer aus dielektrischem material bestehenden reaktorwand
US4579719A (en) * 1982-08-06 1986-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for crucible-free floating-zone melting a semiconductor rod, particularly of silicon

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PL101295B1 (pl) 1978-12-30
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IT1038229B (it) 1979-11-20
JPS5635634B2 (de) 1981-08-18
GB1497566A (en) 1978-01-12

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