DE2455173A1 - Vorrichtung zum abstuetzen des den keimkristall enthaltenden stabendes beim tiegelfreien zonenschmelzen - Google Patents
Vorrichtung zum abstuetzen des den keimkristall enthaltenden stabendes beim tiegelfreien zonenschmelzenInfo
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Description
2 A 5 5 1 7 3
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 21.NOV. 1974
Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
74/1193
Vorrichtung zum Abstützen des den Keimkristall enthaltenden Stab-
endes_beini_tiegelfreien_Zonenschmelzeni· _ _ _
Zusatz zum Patent VPA 73/1237. .( Patentanmeldung P 23.5-8.300.8)
"Die Hauptanmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zürn Abstützen des den Keimkristall enthaltenden Stabendes beim
tiegelfreien Zonenschmelzen eines ?.n seinem unteren Ende mit dem
angeschmolzenen Keimkristall versehenen, senkrecht an den beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes durch eine mit der Halterung
des Keimkristalls gekoppelte, axial verschiebbare und drehbare, in ihrer höchsten Lage den' über dem Keimkristall liegenden
Konusbereich des Stabes umschließende Trichterhülse.
Durch eine solche Trichterhülse wird erreicht, daß Vibrationen vermieden werden, welche auftreten, wenn beim tiegelfreien Zonenschmelzen
die Schmelzzone zu weit (ca. 50 cm, je nach Durchmesser)
von der Anschmelzstelle des Keimkristalls bzw. der zur Vermeidung von Kristallversetzungen am Keimkristall gezogenen flaschenhals- .
förmigen Dünnstelle entfernt ist. In der Hauptanmeldung ist die aus einem Teil bestehende Abstützhülse durch von außen einwirkende
Antriebsmittel relativ zur Stabhalterung in axialer Richtung verschiebbar
ausgebildet. Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Verfahren wird, bevor die Schmelzzone die für das Auftreten der
Schwingungen kritische Entfernung von der Anschmelzstelle Keimkristall/Halbleiterkristallstab erreicht hat, die Trichterhülse
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so weit nach oben verschoben, daß sie den über dem Keimkristall
liegenden Konusbereich des Halbleiterkristallstabes umschließt, und dann mit einem Stabilisierungsmittel gefüllt.
Das notwendige Verschieben der Trichterhülse im Laufe des Verfahrens
geht auf Kosten der Einbauhöhe der zonenzuschmelzenden Stäbe in der Zonenschmelzkammer. Sehr lange Halbleiterkristallstäbe können
deshalb mit dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Verfahren
bzw. deren Vorrichtung nur hergestellt werden, wenn die Schmelzkammer
verlängert wird.
Die erfindungsgernäße Vorrichtimg schafft hier Abhilfe. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trichterhülse mehrteilig ausgebildet
und mit einem zum Zusammenbau geeigneten Klappsystem versehen ist.
Das Zusammenklappen der einzelnen Teile erfolgt erst dann, wenn die Schmelzzone vielt genug weg vom Keimkristallende gewandert ist,
jedoch noch vor.der für das Auftreten von Vibrationen kritischen
Stelle. Damit wird gewährleistet, daß die abzustützende Stelle am Stab so weit abgekühlt ist, daß eine Berührung mit dem abstützenden
Mittel nicht mehr stört.
Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1-6 noch näher erläutert werden. Dabei zeigen die
Pig. 1-4 schematisch ein auf rein mechanischer Basis beruhendes Klappsystem und die
Pig. 5 und 6 mehrteilige Abstützhülsen mit magnetischem Klappsystem.
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Das Ausführungsbeispiel in Pig. 1 zeigt eine Trichterhülse-2,
welche aus zwei kippbar an der Stabhalterung 3 gelagerten
Halbschalen 4 und 5 aus Titan und einer Mitnehmerringplatte 6
axis Stähl besteht, die die beiden Halbschalen 4 und 5 zusammenklappt
und auf der Stabhalterung 3 montiert ist. Zur Betätigung der Mitnehmerringplatte 6 ist in der die Stabhalterung 3 tragenden
Achse 7 ein, in'axialer Richtung verschiebbarer Stift 8 angeordnet.
Die Figur 1 zeigt die Anordnung mit halb hochgeschobener •Mitnehmerringplatte. Der Stift 8 im Innern der Achse 7 drückt
beim Hochschieben auf eine Ausnehmung 9 in der Platte .6 und
schiebt die Platte hoch. Dabei werden die Halbschalen 4 und 5 über die Drehpunkte 10 und 11 und die beweglichen, auf der Platte
befindlichen Stege 12 und 13 zusammengeklappt. Mit dem Bezugszeichen 14 ist der in der Stabhalterung 3 eingespannte Keimkristall
bezeichnet. Als Stabilisierungsmittel wird dann in die geschlossene Hülse (strichpunktiert in der Zeichnung dargestellt) von
oben Sand oder Quarz 15 oder Glaskugeln bzw. Metallkugeln eingefüllt.
■ '
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Trichterhülse aus zwei Halbschalen 16 und 17 aus Titan, welche
in einer an der Peripherie der die Stabhalterung 3 umgebenden Ringplatte 18 aus Stahl angebrachten Paßvorrichtung 19, welche
nach dem Prinzip Nut/Feder aufgebaut ist, eingepaßt sind. Die Figur 2 zeigt die Anordnung vor dem Füllen mit dem abstützenden
Medium. Mit dem Bezugszeichen 14 ist der Keimkristall, mit 20 die flaschenhalsförmige Dünnstelle über dem Keimkristall und mit
der Konusbereich des Stabes bezeichnet. Für das evtl. aus der Schmelzzone abtropfende Halbleitermaterial ist auf d-er Ringplatte
18 aus Stahl eine Molybdänplatte 22 montiert. Der Bodenteil der Zonenschmelzkammer wird mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnet.
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Fig. 3 zeigt die im Längsschnitt in Fig. 2 dargestellten Halbschalen
16 und 17 in Perspektive. Die an ihrem oberen und unteren Rand angebrachten Schnappverschlüsse 24 und 25 sorgen für
eine gute Montage. Durch die an den Halbschalen 16 und 17 angreifenden Schwenkarrae 26 und 27 v/erden die Halbschalen über ein
Gestänge 28 koaxial zum Halbleiterstab miteinander verklinkt,
dann das ganze System abgesenkt und auf der Ringplatte 18 aufgesetzt. Die Schwenkarme 26 und 27r v/erden nach der Montage der Halbschalen
von der Trichterhülse v/egge schwenkt.
In Fig. 4 ist eine Trichterhülse 30 dargestellt, welche aus mehreren,
teleskopartig übereinander angeordneten Teilen 31, $2 und
33 besteht, die für den Abstützvorgang durch von außen einwirkende
Mittel 47 nach oben auseinandergezogen worden sind. Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform nach der Lehre der Erfindung
dargestellt, bei der die Trichterhülse aus zwei, die Außenwandung der Hülse bildenden, aus einem magnetischen Werkstoff gefertigten
Halbschalen 34 und 35 besteht. Als Boden der Hülse ist ein Elektromagnet 36 mit Erregerspule 37 vorgesehen, der die Halbschalen
34 und 35 magnetisch festhält und die Hülse nach unten abschließt,
Durch .den Elektromagneten 36 ist starr eine drehbar ausgebildete Achse 38 geführt, auf der die den Keimkristall 14 tragende Stabhalterung
3 montiert ist. Mittels der Drehachse' wird das ganze System gedreht. Durch die hohle Achse 38 wird die Stromzuführung
39 für die Erregerspule 37 gasdicht hindurchgeführt. Der Strom fließt über die Achse 38 zurück. Außerdem kann die Achse
zur Kühlung der Spule 37 in ihrem Innern mit einem Kühlsystem (in der" Zeichnung nicht dargestellt) versehen sein.
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Damit keine schädlichen Dämpfe aus dem Lack der Spule "beim Evakuieren
des Rezipienten in diesen gelangen können, und damit die Pumpzeiten nicht übermäßig lang v/erden, wird gemäß .
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung die Spule mit Silikonkautschuk vergossen. Sie kann auch
gasdicht in einen nicht magnetischen Behälter aus Metall eingelötet werden.
Pig. 6 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Pig. 5* Hier besteht
die aus magnetischem Werkstoff gefertigte Hülse 42 aus mehreren Eisenblechen 41; sie sind mittels Scharnieren 43 auf die
die Stabhalterung 3 tragenden Grundplatte 45 montiert. Die Figur
zeigt die Anordnung im halb-offenen Zustand. Durch den unter der den Keimkristall 14 tragenden Stabhalterung 3 angeordneten Elektromagneten
46 werdenVJKfeche hochgezogen und dadurch die Hülse geschlossen
(strichpunktiert in der Zeichnung dargestellt).
Durch die Vorrichtung nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit
gegeben, nicht nur sehr dicke SiliciumeinkristallstäDe (Durchmesser größer 70 mm), sondern auch sehr lange Stäbe (größer
500 mm) völlig versetzungsfrei herzustellen. Durch die einfache Ausführung der verschiedenen Klappsysteme mit der mehrteiligen
Abstützhülse kann diese Vorrichtung zusätzlich ah jeder bereits
vorhandenen Stabhalterung montiert werden.
11 Patentansprüche
6 Figuren
6 Figuren
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Claims (11)
1. Vorrichtung zum Abstützen des den Keimkristall enthaltenden
Stabendes beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines an seinem unteren Ende mit dem angeschmolzenen Keimkristall versehenen,
senkrecht an den beiden Enden gehalterten Halbleiterkristallstabes
durch eine mit der Halterung des Keimkristalls gekoppelte, axial verschiebbare und drehbare, in ihrer höchsten
Lage den über dem Keimkristall liegenden Konusbereich des
Stabes umschließende Trichterhülse, nach Patent
(Patentanmeldung P 23.58.300.8 = VPA 73/1237), dadurch
gekennzeichnet , daß die Trichterhülse mehrteilig
ausgebildet und mit einem zum Zusammenbau geeigneten Klappsystem versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Trichterhülse aus zwei, an der Stabhalterung
kippbar gelagerten Halbschalen und einer Mitnehmerringplatte besteht, welche die beiden Halbschalen zusammenklappt
und auf der Stabhalterung montiert ist, und daß zu. Betätigung der Mitnehmerringplatte in der die Stabhalterung tragenden
Achse ein, in axialer Richtung verschiebbarer Stift angeordnet ist (Fig. 1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Trichterhülse aus zwei Halbschalen
besteht, welche in einer an der Peripherie der die Stabhalterung umgebenden Ringplatte angebrachten Paßvorrichtung eingepaßt
sind, und daß Schwenkarme vorgesehen sind, welche die Halbschalen miteinander verklinken, absenken und auf die Ringplatte
aufsetzen (Fig. 2 und 3).
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4. Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekenn zeichnet
, daß die Schwenkarme von der Trichterhülse abnehmbar ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet
', daß die Trichterhülse aus mehreren teleskopartig übereinander angeordneten Teilen besteht ■, die für den
"Abstützvorgang nach oben auseinanderziehbar sind (Fig. 4).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5» dadurch gekenn zeichnet
, daß die Trichterhülse aus Titan und die Ringplatte aus Stahl besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet , daß die Trichterhülse aus mindestens zwei,
die Außenwandung 'der Hülse bildenden, aus einem magnetischen Werkstoff gefertigten Klappen besteht, daß als Boden der Hülse
ein Elektromagnet mit Erregerspule vorgesehen ist, der die Klappen magnetisch festhält und die Hülse nach unten abschließt,
und daß durch den Elektromagneten starr eine drehbar ausgebildete Achse geführt ist, auf die die Stabhalterung montiert
ist (Fig. 5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dad ure.h gekenn zeichnet.
, daß die Stromzuführungen für die Erregerspule gasdicht durch die hohle Achse geführt werden.
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? Λ 5 5 1 7
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8,dadurch ge kennzeichnet
, daß die Errgerspule mit Silikonkautschuk vergossen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7-9, dadurch ge kennzeichnet
, daß die Achse zur Kühlung der Spule in ihrem Inneren mit einem Kühlsystem versehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7-10, dadurch ge kennzeichnet , daß die aus magnetischem Werkstoff
"bestehenden Klappen aus Eisenblech bestehen und mittels Scharnieren
auf der die Stabhalterung tragenden Grundplatte montiert sind (Fig. 6).
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