DE2430813A1 - Antriebsvorrichtung fuer ein einkristallzuechtungsgeraet - Google Patents
Antriebsvorrichtung fuer ein einkristallzuechtungsgeraetInfo
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Description
Antriebevorriclitung fur ein Binkristallzuclituagsgerat
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung
für ein EinkristallzüchtungsgerSt mit einem Flüssigkeitsbehälter,
wobei der Flüseigkeitspegel durch Mittel aueserhalb
der Vorrichtung, durch einen Schwimmer in Form eines Hohlzylinders,
der in die Flüssigkeit eingetaucht ist, und durch ein zylindrisches zentrales Element geregelt wird,
da· in den Schwimmer gesteckt und.mit dem Schwimmer in
vertikaler Richtung bewegbar ist, wobei die innenabmessung
des erwähnten Schwimmers bedeutend geringer ist al» die
des zentralen Elementes.
In gewissen Einrichtungen, insbesondere in Labora»
torlumsausrtife^ung, ist es wünschenswert, Materiaiverlagorungen
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oder Verschiebungen mechanischer Teile langsam und regelmässig
stoss- und schwingungsfrei ablaufen zu lassen.
Dies ist besonders wichtig beim Züchten von gewissen
Einkristallen,die Sondertechnüen erfordern, wobei die
Herstellungstechnik auf der Erzielung höchster Reinheit und
reinster Kristallform basiert und die erwähnten Parameter
die Arbeitsweise der Geräte bestimmen, in denen die erwähnten
Einkristalle gebraucht werden»
Unter diesen äusserst wichtigen Einkristallen befinden sich die Einkristalle von Cadmiuratellurid CdTe, die
insbesondere' bei dex" Nukleardetektion Verwendung finden.
Bei der Herstellung der erwähnten Einkristalle wird von einem stSchiometrischen Werkstoff aus Tellur- und Cadmium«
atomen ausgegangen, die durch direkte Synthese der betreffenden Elemente gewonnen worden sind.
Der erwähnte Werkstoff wird darauf gereinigt und nach der sogenannten T,H,M,-Methode (Travelling Heater Method)
monokristallxii gemacht, wobei eine Zone mit einer flüssigen
Lösung langsam längs"dem polykristallinen Werkstoff bewegt
wird. Auf diese Weise erfolgt die Reinigung durch die grossere Löslichkeit der Verunreinigungen in der Flüssigkeitsphase,
und ist spontanes Einkristallwachstum möglich, wenn
die Verlagerungen mit grosser Regelmässigkeit verlaufen.
Um ein derartiges Wachstum exi fördern, ist es
somit erforderlich, ein Quarzrohr mit dem polykristallinen.
Werkstoff in einer Of-tngruppierung, die exit
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Temperaturen betrieben wird, langsam zu verschieben.
Die Anwendung einer derartigen Methode erfordert den Gebrauch einer speziellen Antriebsvorrichtung, deren
Antrieb langsam (etwa hundert Mikron/Stunde), regelmässig
und unempfindlich gegen externe Schwingungen erfolgen muss.
Die bisher benutzte Vorrichtung bestand aus einem Rahmen, der aus einem verhältnismässig schweren Tisch und
vier auf dem Tisch montierten vertikalen Metallstäben, die an. einem Ende im oberen Teil und am anderen Ende auf ungefähr
20 cm vom Tisch verstrebt waren, und schliesslich aus einem Stab zusammengesetzt viar, der auf einer«der
oberen Verstrebungen befestigt war und zwei Antriebsscheiben trug. Zur Verwirklichung des Absinkens des Rohres z.B, wird
es durch ein Kabel an seiner Basis heruntergezogen, das auf
einer Antriebsscheibe mit elektrischem Antrieb, z.B. einem
Motor, aufgewickelt ist und das Rohr wird an der Oberseite
durch ein anderes Kabel festgehalten, das über zwei andere
Antriebsscheiben geführt ist und an seinem Ende ein Gegengewicht
trägt.
Eine derartige Vorrichtung reicht nicht aus. In Wirklichkeit geben die durch den Motor ausgelösten, vom
Rahmen verstärkten und vom Rohr über die Antriebsscheiben,
■und- das obere Kabel weitergc-lciteten Schwingungen eine
ruckweise und sehr uiiregelm"ssig3 YerscMebungsbewogiitig;
ausserdem bilden sich unerwünschte Schwingungen, die hauptsächlich
durch, die- Mngcnde KonstrttJction d<sr· Anordnung:
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verursacht werden. Das Aufwickeln des Kabels auf eine
Antriebsscheibe gibt auch Schwierigkeiten, weil die Oberfläche
des Kabels durch die Beschaffenheit des Materials unregelraSssig ist.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die verschiedenen. Nachteile zu verringern und eine Vorrichtung zu schaffen,
die keine mechanischen Elemente aufweist, die Schwingungen oder spontan auftretende Reibungen erzeugen.
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Einkristallzüchtungsgerät mit einem Flüssigkeitsbehälter,
wobei der Flüssigkeitspegel durch Mittel ausserhalb der Vorrichtung, durch einen Schwimmer in Form eines Hohlzylinders,
der in die Flüssigkeit eingetaucht ist, und durch ein zylindrisches zentrales Element geregelt wird, das in
den Schwimmer gesteckt und mit dem Schwimmer in vertikaler
Richtung bewegbar ist, wobei die Höhenabmessung des erwähnten
Schwimmers bedeutend geringer ist als die des zentralen Elementes, Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
das vertikal angeordnete zentrale Element an der Oberseite einen Körper trägt, der langsam durch einen Züchtungsofen
zu führen ist, und an der Unterseite mit einem Lager, das sich mit der Mitte der Schwimmerbasis berührt, mit einer
Kammer in Verbindung mit einem ersten Gaseintritt zwischen der Innenwandung des Schwimmers und dem zentralen Element,
welche erwähnte erste Kammer eine langgezogene Form hat,
das zentrale Rlement umgibt und auf der ganzen Höhe eine
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- 5 - 15.6.7*«.
Vielzahl dem zentralen Element zugewandter Düsen und eine
Vielzahl der Innenwandung des Schwimmers zugewandter Düsen
zur Bildung eines pneumatischen Lagers aufweist, und mit
einer zweiten Kammer in Verbindung mit einem zweiten Gaseintritt versehen ist, welche zweite Kammer ringförmig ist
und eine Vielzahl dem zen.tra.len Element zugewandter Düsen zum Auslösen einer Drehbewegung des zentralen Elementes
aufweist.
Das zentrale Element' ist vorzugsweise ein gerader Glasstab« Erstens bietet die Vorrichtung den Vorteil, dass
die Aufstellung von Fluidlagern langsame und regelmässige
Verschiebungen ohne Schwingungen oder Stösse ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist es, dass damit
eine langsame und regelmassige vertikale Verschiebung zusammen- mit einer Drehbewegung unabhängig von der vertikalen
Verschiebung möglich ist} durch die Drehbewegung ist es möglich, die Asymmetrien während der Kristallisierung beim
Gebrauch der Vorrichtung zur MonokristallzÜchtung von Werkstoff zu verringei'ü, Durch Variieren der zugeführt en Gas—
menge, die durch die ringförmige Kammer-, mit der die erwähnte Bewegung geregelt wird, geführt wird, ist es möglich, diese
Bewegung als Funktion der Kristallqualität des gewünschten Materials nach Bedarf zu beschleunigen oder abzubremsen.
Ein anderer Vorteil ist weiter, dass die Vorrichtung
einfach herstellbar und leicht bedienbar ist und dass .billige und gängige Fluide wie Luft und i/asser benutzt werden können«
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Figuren dargestellten und die Erfindung nicht einschränkenden
Beispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Durchschnitt durch' eine erfindungsgemässe
Vorrichtung, und
Pig, 2 eine vereinfachte Unteransicht der ringförmigen
Kammer für die Drehbewegung des zentralen Elements,
Einfachheitshalber sind in den beiden Figuren die gleichen Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet,
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Ztichtungsofens 1 für
das Monokristallzüchten eines ¥erkstoffes. In den erwähnten
Ofen verschiebt sich ein Quarzrohr 2 mit einem kristallisierten Gemisch, das nach dem obenbeschriebenen Verfahren langsam
bewegt werden muss« Das erwähnte Rohr 2 kann ein einfacher Stab sein. Das Quarzrohr 2 setzt sich bis ausserhalb des
Züchtungsofens 1 mit einem zylindrischen Element 3 fort,, das
zum Beispiel ein Glasstab sein kann. In der Mitte des
unteren Endes k enthält der Glasstab 3 ein Kugellager 51
das sich auf einem erhöhten Teil 6 im Boden 7 eines Schwimmers mit offener Zylinderform abstützt, in welchem Schwimmer 8
der Glasstab 3-sted<t# Der mit einem Gewicht, z.B. aus Blei,
beschwerte Schwimmer 8 wird in eine Flüssigkeit 10 eingetaucht, die sich in einem Behälter 11 befindet und vorzugsweise
!fässer ist. Das Niveau der im Behälter 11 enthaltenen
Flüssigkeit 10 ist von der· Flüssigkeitszufuhr durch ein Rohr 12 oder von der Flussiglceitsabfuhr durch doa Austritt
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- 7 - 15.6.7k,
tines anderen Rohres 13 abhangig. Die Flüssigkeitsabfuhr
kann zum Beispiel durch Verdampfen oder auf irgend eine andere Weise erfolgen»
Für die Beschreibung ist der Betrieb der Vorrichtung
mit Verdampfung der Flüssigkeit gewählt, Während des Verdampf
ens der Flüssigkeit 10 sinkt das Niveau 14 der erwähnten
Flüssigkeit 10 derart, dass der Boden 7 des Schwimmers 8 heruntergeht und durch den vorspringenden Teil 6, der das
Lager 5 am unteren Ende k des Stabes 3 trägt, ihn mit nach
unten zieht. Wenn also die Flüssigkeit langsam und regelmassig;
verdampft, geht infolgedessen der Stab 3 nach unten, wodurch
auch das Quarzrohr 2 im Züchtungsofen 1 heruntergeht.
Wenn Flüssigkeit zugegeben statt abgeführt wird, erzielt man damit die gleiche Bewegung, jedoch in umgekehrter
Richtung. Denn in diesem Falle drückt die Flüssigkeit 10
den Boden 7 des Schwimmers 8 nach oben, der vorspringende
Teil 6 des erwähnten Bodens 7 drückt das Lager 5 hoch und überträgt die aufsteigende Bewegung auf den Stab 3 und damit
auf das Qüarzrohr 2. Also wird das erwähnte Rohr 2 im Züchtungsofen
1 nach oben bewegt.
Im Raum zwischen dein Schwimmer 8 und dem Stab 3
befindet sich eine langgezogene Kammer 15* die den Stab 3 umgibt und eine Anzahl Oeffnungen mit Düsen 150, 151» 152,
153, 15^, 155, 156- und 157 besitzt« Es sei hierbei bemerkt,
dass einige dieser Oeffnungen. orthogonal auf die Iraieiiw&riduiig
16 des ScJrvnunnjers 8 und andere OeJT'frmiigen auf den
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Glasstab 3 gerichtet sind. Es ist weiter möglich, die Oeffnungen in bezug auf die Iniienwandung 16 des Schwimmers
und auf den Glasstab 3 schräg anzuordnen.
Ein Fluid unter Druck, z.B. komprimierte Luft, wird
durch ein Rohr 17 in eine Richtung F1 zugeführt, lSuft in
der Kammer 15 und durch die Düsen 150 bis 157 um, in welcher
Nähe das Fluid Fluidlager bildet; nachdem es sich in den Fluidlagern ausgedehnt hat, gelangt das Fluid auch in den
Raum 18, der vom Boden 7 des Schwimmers 8 und von der Kammer 15 begrenzt wird, wonach es durch, die Rohre 19 in
Richtung F1 1 entweicht.
Da die Luft ununterbrochen umlauft, bewirken die Fluidlager in Höhe der Düsen die Zentrierung des Sts.bes
in bezug auf den Schwimmer 8. In Wirklichkeit umgibt das Fluid den Stab 3t der an seinem unteren Ende k bewegbar ist,
weil er sich mit dem Kugellager 5 a"-f dem Vorsprung 6 im
Boden 7 des Schwimmers 8 abstützt; dadurch kann sich der
Stab mit Hilfe des ihn umgebenden Fluids jederzeit Susserst genau in der Achse der Vorrichtung zentrieren.
Also wenn die Flüssigkeit 10, in die der Schwimmer eingetaucht ist, kontinuierlich entfernt wird, sinkt der
Stab 3 ununterbrochen und regelraässig ohne Stösse oder
unerwünschte Reibung bei der Kristallisierung, die im Züchtungsofen 1 stattfindet.
Durch ein anderes Rohr 20 wird ein anderes Fluid unter Druck, z»B» auch komprimierte Luft, in Richtung der·
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Pfeilspitze F2 in eine ringförmige Kammer 21 mit Oeffnungen,
die mit Düsen 22 bestückt sind, eingeführt.
Fig. 2 zeigt die Bewegung des Fluids in der ringförmigen
Kammer 21 längs dem Stab 3» einfachheitshalber sind die verschiedenen Teile der ringförmigen Kanuner nicht
masst.abg.er echt' wiedergegeben. In dieser Figur ist ersichtlich,
dass der Stab 3 unter dem Einfluss des Druckes der
komprimierten Luft, die durch die Düsen eintritt, in der imit F„ bezeichneten Richtung zu drehen anfängt. Der Stab 3
wird also mit einer Drehbewegung angetrieben, wobei die
Drehgeschwindigkeit durch Beeinflussung der Zufuhr und des Druckes der zugeführten Luft leicht regelbar ist» Eine
gewisse Anzahl kleiner"Oeffnuugen, die deutlichkeitshalber
in. Fig, 2 nicht dargestellt sind, ermöglichen es der Luft,
aus der ringförmigen Kammer nach der Ausdehnung zu ent~
weichen, wobei die erwähnte Luft durch Kanäle in der in
Fig. T vollständig dargestellten und in Fig. 2 diagrammmässig
mit einem gestrichelten Pfeil angegebenen Richtung Ff_
entweicht.
In Fig, 1 bezeichnet 23 die Oeffnung, durch die
der Glasstab 3 gesteckt ist.
Der erwähnte Behälter 11 ist an der Basis durch einen starren Boden 24 abgeschlossen und auf einer Platte
montiert, die die Stabilität der Vorrichtung gewährleistet und sich auf den Blöcken 26 stützt, die die durch die
Umgebung erzeugten Schxiinguxigiiji maximal absorbieren und
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ein gutes thermisches Gleichgewicht bewirken.
Die zwei Kammern, von denen die unterschiedlichen Teile bereits beschrieben wurden, ermöglichen einen langsamen
und regelraässigen stossfröien Antrieb in einer vertikalen
Richtung, nach oben oder nach unten, und weiter, dass neben der erwähnten vertikalen Verschiebung eine verhältnismässig
langsame Drehbewegung entsprechend dem auf den Stab ausgeübtön Fluiddruck erreicht wird,
Wenn die Düsen der langgezogenen Kammer 15 in bezug
auf die Innenwandung Λ6 des Schwimmers 8 und in bezug auf
den Glasstab 3 schräg angeordnet sind, ist es bei Nzchtvorhandensein
eines Pressluftumlaufs in der ringförmigen Kammer trotzdem möglich, eine gewisse Drehung des Glasstabes zu
erreichen; es ist andererseits somit nicht möglich, die Drehzahl des erwähnten Stabes beliebig zu regeln, da in
diesem Falle die Selbstzentrierung des erwähnten Stabes
sowie seine Dretmng voneinander und vom gleichen Pressluft- /
druck abhängig sind»
Eine erf indungsgemäss e Vorrichtung wurde auf gebattt,
wobei der Stab aus Glas, der Schwimmer aus Plexiglas, der Behälter aus nichtrostendem Stahl und die Kammern, in denen
die Pressluft umläuft, aus Messing bestehen, als Flüssigkeit wurde Wasser verwendet, eine Gumniipaclcung, die nicht
in der Figur dargestellt ist, schloss den Boden des Behälters 11 einwandfrei ab, die Platte 25 war gegossen ur?d
die Blöcke 26 bestanden aus Kork.
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Die charakteristischen Abmessungen betrugen:
Behälterhöhe 623 mm, Schwimmerhöhe 4o6 mm, Stablänge 616 mm,
4 2
FlUssigkeitsraum 10 mm .
Ausserdem wurde als Abstand zwischen dem Glasstab 3 und jeder Düseder Kammer 15 mit langgezogener Form, 0,03 mm
gewählt, könnte jedoch genau so gut zwischen 0,005 und 0,05 nun
gewählt werden; auch der Abstand zwischen dem Glasstab 3 und jeder Düse der ringförmigen Kammer 21 wurde auf 0,03 mm
angesetzt, könnte jedoch auch zwischen 0,005 und 0,05 gewählt werden. Für ein regelmässiges Verdampfen der Flüssig-
- 3
keit toa-1'cm betrug die vertikale Verschiebung 0,1 mm und
für einen Pressluftdruck von 1,2 Bar betrug die Drehzahl
5 Umdrehungen in der Minute»
Die erwähnten Abmessungen sind nur beispielsweise ■*
angegeben und müssen keinesfalls als Beschränkungen der Erfindung betrachtet werden.
Derartige Vorrichtungen eignen sich insbesondere für die Züchtung derartiger Kristalle,'deren Wachstum
äusserst langsam vor sich geht und bei denen jeder mechanische
Kontakt mit der Aussenseite der Vorrichtung vermieden werden muss«
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Claims (1)
- -. 71 72.15.6.72WPATENTANSPRUECHE t1 . Antriebsvorrichtung für ein Einkristallzüchtungsgerät mit einem Flüssigkeitsbehälter, wobei der Flüssigkeitspegel durch Mittel ausserhalb der Vorrichtung, durch einen Schwimmer in Form eines Hohlzylinders, der in die Flüssigkeit eingetaucht ist, und durch ein zylindrisches zentrales Element geregelt wird, das in den Schwimmer gesteckt und mit dem Schwimmer in vertikaler Richtung bewegbar ist, wobei die iH8henabmessung des erwähnten Schwimmers bedeutend geringer ist als die des zentralen Elementes, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikal angeordnete zentrale Element an der Oberseite einen Körper trägt, der langsam durch einen Züchtungsofen zu führen ist, und an der Unterseite mit einem Lager, das sich mit der Mitte der Schwimmerbasis berührt, mit einer Kammer in Verbindung mit einem ersten Gaseintritt zwischen der Innenwandung des Schwimmers und dem zentralen Element, welche erwähnte erste Kammer eine langgezogene Form hat, das zentrale Element umgibt und auf der ganzen Höhe eine Vielzahl dem zentralen Element zugewandter Düsen und eine Vielzahl der Innenwandung des Schwimmers zugewandter Düsen zur Bildung eines pneumatischen Lagers aufweist, und mit einer zweiten. Kammer in Verbindung mit einem zweiten Gaseintritt versehen ist, welche zweite Kammer ringförmig ist und eine Vielzahl dem zentralen Element zugewandter Düsen zum Auslösen einer Drehbewegung des zentralen Elementes aufweist,409882/0980• PPHNT* 71 72.-13 - 15.6.74.2, Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen der ersten Kammer mit langgezogener Form, die dem zentralen Element und der Innenwandung des Schwimmers zugewandt sind, in bezug- auf das erwähnte 'zentraleElement und auf die erwähnte Innenwandung orthogonal sind*3» Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen der ersten Kammer mit langgezogener Form, die dem zentralen Element und der Innenwandung des Schwimmers zugewandt sind, in bezug auf das erwähnte zentrale Element und auf die erwähnte Innenwandung schräg angeordnet sind .4« Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Düsen der zweiten ringförmigen Kammer in bezug auf das zentrale Element schräg angeordnet sind,5. Antriebsvorrichtung nach ^in^m der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische zentrale Element ein gerader Glasstab ist»6, Antriebsvorrichtung nach einera der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem zentralen. Element und einer Düse der Kammer mit langgezogener Form von 0,005 . . «. 0,05 nun beträgt,7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem zentralen. Element und einer Düse der ringförmigen Kammer von 0>,005 .f, 0,05 mm beträgt.409882/0980
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| DE1080071B (de) * | 1959-02-03 | 1960-04-21 | Paul Lucas Dipl Chem | Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE816922A (fr) | 1974-12-27 |
| JPS5616120B2 (de) | 1981-04-14 |
| IT1015398B (it) | 1977-05-10 |
| JPS5037684A (de) | 1975-04-08 |
| DE2430813C3 (de) | 1982-02-25 |
| US3966416A (en) | 1976-06-29 |
| GB1458565A (en) | 1976-12-15 |
| DE2430813B2 (de) | 1981-03-12 |
| FR2235458A1 (de) | 1975-01-24 |
| FR2235458B1 (de) | 1977-05-13 |
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