DE2515850C3

DE2515850C3 - Vorrichtung zum Stützen des Kristallstabs beim tiegellosen Zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2515850C3
Application number: DE19752515850
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr.-Ing. Drechsel; Joachim Dipl.-Ing. Floymayr; Karl Ing.(Grad.) Jericho; Uwe Dr.-Ing. Reimpell
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1980-04-24
Also published as: FR2306736B1; BE840605A; JPS5750754B2; FR2306736A1; IT1059583B; GB1478006A; JPS51133106A; DE2515850B2; DE2515850A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stützen des Kristallstabs beim tiegellosen Zonenschmelzen mit an einem parallel zur Stabachse verschiebbaren Führungsgestänge angeordneten Klemmkörpern.

Bei der Herstellung von Einkristallen durch tiegelfreies Zonenschmelzen werden im allgemeinen die Enden des Stabes, aus dem der Einkristall gebildet wird, in Drehung versetzt. Dies geschieht durch einen entsprechenden Antrieb der Einspannvorrichtungen. Falls durch den Umschmelzvorgang eine Querschnittsveränderung erfolgt, müssen die Einspannvorrichtungen zusätzlich axiale Bewegungen ausführen können.

Für die Einleitung der Einkristallherstellung wird ein sogenannter Impfkristall verwendet, von dem das Kristallwachstum ausgeht. Wegen der Forderung nach versetzungsfreiem Kristallwachstum muß nach dem Ansetzen des Impfkristalles ein Ausziehen eines dünnen Halses bei Beginn des Ziehprozesses erfolgen. Durch diese Maßnahme wachsen sich Versetzungen im Kristallgitter aus. Der dünne Hals, an den sich die Übergangszone, auch als Schulter bezeichnet, anschließt, hat in der Praxis einen Durchmesser zwischen etwa 2 und 4 mm; er stellt somit das schwächste Glied zwischen der Einspannvorrichtung und dem in Bildung begriffenen Einkristall dar.

Die Durchmesser der fertigen Einkristalle liegen meist oberhalb 50 mm, bisweilen auch oberhalb 80 mm. Die heute erreichbare Länge beträgt etwa 800 bis 1000 mm. Aus Rationalisierungsgründen werden möglichst große Kristalle angestrebt, d.h. solche mit größerem Durchmesser und größerer Länge. Ein solches Bestreben wird durch die heute bekannten Vorrichtungen aus den nachstehenden Gründen erheblich behindert:

Bei der Rotation des Kristalls entstehen Schwingungen durch praktisch unvermeidbares, nicht rotationssymmetrisches Wachsen des Kristalls. Hierdurch ist die Gefahr gegeben, daß bei größeren Schwingungen die Kristallstruktur in dem Sinne beeinflußt wird, daß die geforderte Versetzungsfreiheit verloren geht. Vor allem aber besteht die Gefahr, daß der schwingende Kristall die Heizeinrichtung berührt oder an der Stelle des Halses abbricht, wodurch der Herstellvorgang sofort unterbrochen wird. Die an sich wünschenswerte Steigerung von Länge und Durchmesser des Kristalls ist daher wegen der geringen Festigkeit des Halses eng begrenzt Zusätzlich v/ird auch eine höhere Drehzahl des Kristalls angestrebt um die Verteilung der Dotierstoffe im Kristallgitter zu verbessern. Auch der Drehzahlsteigerung sind durch den dünnen Hals Grenzen gesetzt da etwaige Unwuchten vorzeitig zu einem Abbrechen des Halses führen würden.

Durch die DE-OS 15 19 901 und die DE-OS 2348 883 ist eine Vorrichtung analog der eingangs angegebenen Gattung bekannt, bei der die Stützvorrichtung aus mindestens zwei axial, d.h. parallel zur Kristallachse beweglichen Backen besteht, die bei ihrem Einsatz am konischen Teil des in Bildung begriffenen Einkristalls zur Anlage kommen. Dieser konische Teil besitzt aber in der Praxis keineswegs eine ideale Kegelform, sondern vielmehr ein erhebliches Maß an Oberflächenregelmäßigkeiten, worauf in der genannten DE-OS 23 48 883 zutreffend hingewiesen wird. Um diese Unregelmäßigkeiten auszugleichen sind die Backen mit einer Auflage aus einem komprimierbaren Werkstoff wie beispielsweise Grafitfilz belegt. Ein solches Material ist jedoch keineswegs geeignet, sämtliche im praktischen Betrieb auftretende Oberflächenunregelmäßigkeiten soweit auszugleichen, daß keine Querkräfte auf den konischen Teil und damit auf den Hals ausgeübt werden. Es wird daher auch in der genannten Literaturstelle eingeräumt, daß durch die Stützvorrichtung eine leichte Querbewegung des konischen Teils auftreten kann. Die Praxis hat dabei gezeigt, daß wegen der Sprödigkeit des verwendeten Werkstoffs bereits bei einer leichten Querbewegung häufig ein Abbrechen des Halses erfolgt. Die vorbekannte Vorrichtung weist den weiteren Nachteil auf, daß die Angriffspunkte der Stützvorrichtung nahezu an der tiefsten Stelle des Einkristalles liegen, so daß eine mit zunehmender Länge des Einkristalls nachlassende Stützwirkung die Folge ist. Dies erklärt sich durch die sich kontinuierlich in ungünstigem Sinne verändernden Hebelverhältnisse.

Der wesentlichste Nachteil der vorbekannten Vorrichtung ist jedoch darin zu sehen, daß die Stützvorrichtung eine erhebliche, axiale Kraftkomponente auf den Einkristall überträgt, deren Reaktionskraft ausgerechnet den schwächsten Querschnitt des Einkristalls, nämlich den Hals belastet. Es wird daher in der

genannten Druckschrift auch zutreffend angegeben, daß der von der Stützvorrichtung ausgeübte Druck die maximal zulässige Zugspannung in dem kleinsten Querschnitt zwischen dem Keim und dem konischen Teil nicht überschreiten darf. Diese maximal zulässige Zugspannung ist aber keineswegs eine genau definierte Größe, sie wird darüberhinauä durch die aufgrund der Oberflächenregefmäßigkeiten im konischen Teil auf den Hals ausgeübten Biegemomente in nicht vorhersehbarer Weise verringert Hiermit wird die Gefahr des Abbrechens des Halses und damit die Unterbrechung der Kristallherstellung in unvertretbarer Weise vergrößert

Durch die DE-PS 12 10 415, US-PS 28 76 147 und die DE-AS 12 82 601 ist es beim Zonenschmelzen vorbe- ΐί kannt, den bereits gebildeten Einkristall zwischen radial angepreßten Transportrollen zu führen, d.h. ihn in Drehung zu versetzen und gleichzeitig in axialer Richtung kontinuierlich abzuziehen. Die Rollen haben hierbei eine völlig andere Aufgabe, nämlich den Stab während seiner kontinuierlichen Bewegung möglichst genau zu zentrieren. So soll z. B. der obere feste Teil des Einkristalls in richtiger Fluchtstellung mittels der Führungsrollen gehalten werden, die elastsich federnd gegeneinander gedruckt werden (DE-AS 12 82 601,25 Spalte 3, Zeilen 52—58). Die vorbekannten Vorrichtungen mit zwangsläufiger Zentrierung des Einkristalls dienen auch nicht zum Zonenschmelzen von Einkristallen, die über den besagten dünnen »Hals« mit dem Keimkristall in Verbindung stehen. Infolgedessen stellt Jo sich das Problem eines Bruchs an der Stelle des Halses überhaupt nicht Die Verwendung der vorbekannten Vorrichtungen bei der Herstellung von Einkristallen gemäß Gattungsbegriff würde sehr schnell zu einem Bruch des Halses führen. J5

Durch die US-PS 30 02 821 ist ferner eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Ziehen eines Einkristalls aus einem Schmelztiegel vorbekannt, bei dem der Einkristall durch zwü Sätze von radialen Klemmbacken nach Art einer Pilgerschrittbewegung abgezogen wird. Auch -w diese Klemmbacken bewirken eine zwangsweise Zentrierung des Einkristalls, die nur möglich ist, weil der Einkristall nicht durch einen Hals im Querschnitt geschwächt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgab«; zugrunde, eine Stützvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß damit Einkristalle von größerem Durchmesser und größerer Länge als bisher erzeugt werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einer Ausführungstarm der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Klemmkörper als Rotationskörper ausgebildet und lose in einer korbförmigen, die Stabachse konzentrisch umgebenden Aufnahme mit Stützflächen gelagert sind, und daß die Stützflächen unter einem spitzen Winkel zur Stabachse ausgerichtet sind.

Bei einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erfolgt die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch, daß die Klemmkörper am Ende von radial auf die Stabachse gerichteten Faltenbälgen angeordnet t>o sind, die über das hohle Führungsgestänge und mit Absperrventilen versehene getrennte Druckmittelleitungen mit einer Druckmittelquelle verbunden sind.

Bei einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Lösung der gestellten Aufgabe <>5 dadurch, daß die Klemmkörper an Stützen befestigt sind, die über Parallellenkereinrichtungen mit dem Führungsgestänge verbunden sind.

Bei Befolgung der Lehre der Erfindung führen dabei die Klemmkörper in Bezug auf den Einkristall eine zusammengesetzte Bewegung aus, und zwar zunächst eine gegenüber dem Einkristall kräftefreie Annäherungsbewegung, bei der sich die Klemmkörper der unregelmäßigen Oberflächengeometrie des Einkristalls anpassen, worauf die volle Klemmkraft erreicht wird, die sich infolge der Arretierung der Klemmkörper als praktisch beliebig große Reaktionskraft äußert Unabhängig von der gegebenenfalls exzentrischen oder sogar schiefen Stellung und/oder anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten des Einkristalls legen sich die Klemmkörper zunächst ohne merkliche Reaktionskräfte an den Einkristall an, wobei die Klemmkraft bei im wesentlichen unveränderter Lage der Klemmkörper erhöht wird. Es wird also bewußt auf eine zwangsweise Zentrierung des Einkristalls verzichtet und der Einkristall in der durch den Hals vorgegebenen Lage sicher gehalten.

Mit der crfindungsgernäSen Lösung ist der weitere Vorteil verbunden, daß die Stützvorrichtung an einer praktisch beliebigen Stelle des Einkristalls angesetzt werden kann. Damit können stets optimale Verhältnisse in Bezug auf die auf den Hals einwirkenden Kräfte erzielt werden. Insbesondere ist es möglich, die Stützvorrichtung nach der Herstellung einer Teillänge des Einkristalls nachzusetzen, d. h. in Richtung auf die Schmelzzone zu verschieben. Auf diese Weise ist es möglich. Einkristalle einer Länge herzustellen, die nur durch die Bauhöhe der Anlage begrenzt ist. Ein Abbrechen an der Stelle des Halses wird auch hierbei sicher vermieden, da sich die Klemmvorrichtung auch der am neuen Ort der Klemmung gegebenenfalls veränderten Oberflächengeometrie und Stellung des Einkristalls automalisch anpaßt.

Außerdem ist es möglich, Stützvorrichtungen über die Länge des Einkristalls verteilt mehrfach anzuordnen, so daß ein Umkippen des fertigen Kristallteils verhindert wird und eine Fertigstellung des Einkristalls auch dann ermö-jlicht wird, wenn durch andere zufällige Einflüsse der Hals wider Erwarten doch einmal abbrechen sollte. In besonders zweckmäßiger Weise werden hierbei mehrere Systeme von Klemmkörpern in unterschiedlichen horizontalen Ebenen auf die Länge des Einkristalls verteilt angeordnet

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß keinerlei zusätzliche axiale Kräfte auf den Hals einwirken, so daß die Klemmkräfte der Stützvorrichtung nicht durch die maximal zulässige Zugspannung im engsten Querschnitt begrenzt ist. Die Stabilität der Halterung wird infolgedessen wesentlich erhöht, so daß die geforderte Versetzungsfreiheit der Kristallstruktur nicht durch Schwingungen gefährdet wird. Auch die Drehzahl des Kristalls kann merklich gesteigert werden, da etwa dennoch auftretende Unwuchten durch die Stützvorrichtung abgefangen werden. Hierdurch wird die Qualität des fertigen Einkristalls verbesse-. (.

Bezüglich der notwendigen Beweglichkeit der Stützvorrichtung ist lediglich die Forderung zu erfüllen, daß die Stützvorrichtung die Bewegung einer Heizeinrichtung nicht behindert, sofern eine bewegliche Heizeinrichtung vorhanden ist, wie beispielsweise beim tiegelfreien Zonenschmelzen in Form einer Induktionsspule. Zu diesem Zweck muß die Stützvorrichtung mindestens teilweise bis unter die Halterung für den Keimkristall zurückziehbar sein. Sie kann der Induktionsspule jedoch jeweils soweit nacheer.etzt werden.

daß der bereits gebildete Einkristall eine hinreichend geringe Temperatur für die Ausbildung einer ausreichend festen Oberfläche besitzt.

Die Zahl der verwendeten Klemmkörper in jeder Ebene ist im Grunde belanglos. In besonders zweckmäßiger Weise werden jedoch drei auf den Umfang verteilte Klemmkörper in jeder Ebene verwendet. Bei Verwendung von Klemmkörpern, die als Rotationskörper ausgebildet und lose in einer korbförmigen, die Stabachse konzentrisch umgebenden Aufnahme gelagert sind, legen sich die Klemmkörper entweder nach ihrem Einlegen in die Aufnahme oder nach ihrer Freigabe innerhalb der Aufnahme zunächst praktisch kräftefrei, d. h. unter ihrem Eigengewicht an den Einkristall an, und zwar unter Berücksichtigung der Oberflächengeometrie und Stellung des Einkristalls. An der Sieiie einer eingefallenen Kfiäiäüüuci fläche

sich der Klemmkörper etwas tiefer in die Aufnahme ab; an der Stelle einer vorgewölbten Kristalloberfläche bleibt der Klemmkörper in einer höheren Lage an der geneigten Stützfläche liegen. Analoge Verhältnisse gelten auch bei schirfer Stellung des Einkristalls. Hierbei erfolgt die angegebene Anpassung der Stützvorricht-ng in Bezug auf die nachträglich nicht mehr veränderbare Oberflächenformen des Einkristalls. Die sich einstellende Klemmkraft wird selbsttätig außerordentlich groß, sobald nur die Tendenz besteht, daß der Einkristall aus seiner einmal festgelegten Lage ausgelenkt werden soll. Für den Fall, daß der Winkel zwischen den Stützflächen und der Kristallachse so gewählt wird, daß Selbsthemmung auftritt, sind die Klemmkörper automatisch arretiert. Um die Klemmung des gewünschten Teils aufheben zu können, wird in vorteilhafter Weise den Klemmkörpern eine Hubeinrichtung für die Klemmkörper zugeordnet, durch welche die Klemmung aufhebbar ist. Eine solche Hubeinrichtung kann beispielsweise in besonders einfacher Ausführung aus einer Auflage für die Klemmkörper bestehen, welcher ein durch Druckmittel betätigbarer Faltenbalg 7iipporrfnpt iii Durch entsnrerhendp .Steuerung Hp* Faltenbalges werden hierbei die Klemmkörper in den keilförmigen Spalt zwischen ihren Stützflächen und der Kristalloberfläche nach oben angehoben und geben hierbei die Kristalloberfläche frei.

Als Rotationskörper für die Klemmkörper kommen Walzen, Ringe oder Kugeln in Frage, wie sie auch für Wälzlager verwendet werden. Wenn die Aufnahme für die Klemmkörper rotationssymmetrisch, d. h. als Drehteil ausgeführt Lt, werden zweckmäßig Kugeln als Klemmkörper verwendet. Um zu verhindern, daß die Rotationskörper aus der Aufnahme herausfallen, wenn sich in ihr kein Einkristall befindet, wird die Auflage in Richtung auf die Kristallachse ansteigend ausgebildet Dies kann in Form einer kontinuierlichen Steigung geschehen, durch welche die Rotationskörper die Tendenz erhalten, sich von der Kristalioberfläche wegzubewegen. Andererseits ist es auch möglich, die Auflage in Richtung auf den Einkristall mit einem umlaufenden, hochstehenden Rand zu versehen.

Die Verwendung von Rotationskörper als Klemmkörper ist dann besonders zweckmäßig, wenn an dem gleichen Führungsgestänge untereinander zwei Aufnahmen mit Klemmkörpern angeordnet sind. Hierbei ist eine gegenseitige Behinderung durch Antriebsorgane ausgeschlossen.

Eine weitere Variante des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper am Ende von radial auf die Kristallachse gerichteten Druckmittelantrieben angeordnet sind, welche über das Führungsgestänge mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, wobei in den einzelnen Druckmittelleitungen getrennte Absperrventile angeordnet sind. Die Klemmkörper können hierbei als Spitzer.. Kiigelkalotten oder ebene Platten ausgeführt sein, die aus wärmebcsländi gern Material bestehen oder mit einem solchen überzogen sind.

Bei Verwendung von Klemmkörpern, die am Ende von radial auf die Stabaclr ·.· gerichteten Kaltenbälgen angeordnet sind, werden zweckmäßig kleine T'altenbälge verwendet, welche mit ihrem dem Klemmkörper abgewandten Ende mit dem Führiingsgestänge verbunden sind, durch das sie auch mit dem für die Betätigung erforderlichen Druckmittel beaufschlagt werden. Als Druckmittelquelle dient für sämtliche Antriebe zweck-

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der auf die Klemmkörper einwirkenden Kräfte gewährleistet ist. Bei Einleitung des Klemmvorganges legen sich hierbei die Klemmkörper zunächst praktisch kräftefrei an den Einkristall an. wobei automatisch eine Anpassung der Oberfläche erfolgt. Derjenige Klemmkörper, der als erstes die Kristalloberfläche erreicht, kommt zum Stillstand, während weiteres Druckmittel in die übrigen Druckmittelantriebe nachströmt, bis die Klemmkörper auch dort zur Anlage kommen.

Eine geringe, jedoch unschädliche Kraftdifferenz entsteht nur durch die Federcharakteristik der Faltenbälge, die jedoch genügend flach gehalten werden kann. Nach dem Aniegen der Klemmkörper kann die Klemmkraft durch Erhöhung des Drucks im Druckmittel gesteigert werden. Eine Arretierung erfolgt auf diese Weise jedoch noch nicht, da ein Druckmittelausgleich auf dem Umweg über die gemeinsame Versorgungsleitung möglich ist. Um ein Ausweichen des Druckmittels auszuschalten, sind in den einzelnen Druckmittelleitungen getrennte Absperrventile angeordnet, die nach Herstellung des gewünschten Drucks im Druckmittel geschlossen werden. Auf diese Weise wird die geforderte Arretierung der .Stiitzvnrrirhtiinp rrrpirht

Bei Verwendung von Klemmkörpern, die an Stützen befestigt sind, die über Parallellenkereinrichtungen mit dem Führungsgestänge verbunden sind, werden die Parallellenkereinrichtungen so angeordnet, daß deren Schwenkebenen radial zur Kristallachse ausgerichet sind. Dabei weisen das Führungsgestänge und die Lenkerteile in ausgeschwenktem Zustand im wesentlichen die Form eines »Z« auf, während sie im Zustand der Klemmung eine im wesentlichen gestreckte Lage einnehmen. Eine solche Lenkeranordnung besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß sie sehr weit aus dem Bereich des Einkristalls ausgeschwenkt werden kann, um beispielsweise die Bewegung der Induktionsspule beim Zonenschmelzen zu ermöglichen. Außerdem kann eine solche Lenkeranordnung sehr leicht auf stark unterschiedliche Kristalldurchmesser eingestellt werden. Der Antrieb der Lenkeranordnung erfolgt auf eine in der Spezialbeschreibung angegebene Weise.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, ihre Details und Wirkungsweise seien nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 5 näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine vollständige Vorrichtung mit Rotationskörpern als Klemmkörper,

F i g. 2 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand gemäß F i g. 1,

Fig.3 einen Vertikalschnitt durch eine vollständige Vorrichtung mit Klemmkörpern, die am Ende von Druckmittelantrieben angeordnet sind, sowie schema-

tisch die Druckmittelversorgung der Vorrichtung,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Gegenstand gemäß F ig. J,

Fig.5 einen Vertikalschnitt durch eine vollständige Vorrichtung mit Klemmkörpern, die am Ende von Para!> :logrammlenke^ranordnungen angebracht sind.

In Fig. 1, die eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen zeigt, ist mit 10 eine Kammer bezeichnet, in der über eine Saugleitung ' t mittels eines nicht dargestellten Pumpsatzes ein für den Zonenschmelzvorgang ausreichendes Vakuum erzeugt werden kann. Die Kammer 10 besitzt an ihrer Unterseite eine vakuumdichte Drehdurchführung 12 für eine Antriebswelle 13, die an ihrem oberen Ende eine Halterung 14 für einen Keimkristall 15 besitzt. Der Keimkristall 15 steht über einen sogenannten Hals 16 anö cir-c kegelförmige Ubergangs/one !7 mit rjpm eigentlichen Einkristall 18 in Verbindung. Dieser wurde durch Umschmelzen von stabförmigem Ausgangsmaterial erzeugt, dessen nicht umgcschmolzener Teil noch zu sehen und mit 19 bezeichnet ist. Zwischen den Einkristall 18 und dem unbehandelten Teil 19 befindet sich eine Schmelzzone 20, die aufgrund des Einflusses einer vertikal beweglichen Induktionsspule 21 zustandegekommen ist. Die Induktionsspule bewegt sich in Richtung des Pfeils 22 kontinuierlich nach oben, wodurch der Einkristall erzeugt wird. Der Zonenschmelzvorgang ist in einem Stadium dargestellt, in dem et» a ²/₃ des Umschmelzvorganges bereits beendet ist. Der Hals 16 sowie die kegelförmige Zone 17 wurden durch entsprechende Steuerung der Verfahrensparameter erzeugt. Diesbezügliche Einzelheiten sind jedoch Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt. Das obere Ende des stabförmigen Ausgangsmaterials ist in einer weiteren Halterung 23 befestigt, die über eine Antriebswelle 24 mit einem Antriebsmotor 25 in Verbindung steht.

An der Antriebswelle 13 ist über eine Quertraverse 26 eine gemeinsame mit der Antriebswelle rotierende Stützvorrichtung 27 befestigt, deren wesentlicher Teil aus mehreren, an den Einkristall 18 auf seiner im wesentlichen zylindrischen Oberfläche in radialer Richtung anlegbaren, auf den Umfang verteilten Klemmkörpern 28 besteht. Im vorliegenden Falle sind zwei Systeme von Klemmkörpern 28 in unterschiedlichen horizontalen Ebenen »A« und »B« angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Einkristall 18 auch im Falle eines Bruchs des Flaschenhalses 16 nicht umkippen kann.

Die Klemmkörper 28 sind dabei einem parallel zur Kristallachse verschiebbaren Führungsgestänge 29 zugeordnet, dessen Verschiebbarkeit unabhängig von einer Klemmung durchführbar ist und zwar mit Hilfe von Antriebszylindern 30, mit denen das Führungsgestänge 29 über nicht dargestellte Kolben zusammenwirkt Die Beaufschlagung der Antriebszylinder 30 erfolgt über entsprechende, nicht dargestellte Kanäle in der Antriebswelle 13 sowie in der Quertraverse 26. Die Zufuhr des Druckmittels zur Antriebswelle 13 erfolgt über eine herkömmliche Rotationskupplung 31 und eine Leitung 32, die über ein Steuerventil 33 mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle in Verbindung steht Ein weiteres Steuerventil 34 dient zur Entlüfung, wenn die Klemmung bewirkt werden soll.

Die Klemmkörper 28 sind im vorliegenden Falle als Rotationskörper (Kugeln) ausgebildet und lose in einer korbförmigen, den Einkristall konzentrisch umgebenden Aufnahme 35 gelagert Die Aufnahme 35 ist als Rotationskörper ausgebildet und mit einer Innenkontur versehen, durch die Stützflächen 36 für die Klemmkörper gebildet werden, die unter einem spitzen Winkel zur Achse des Einkristalls 18 angeordnet sind (Fig. 2). Die Stützflächen 36 haben dabei einen solchen mittleren Abstand von der Oberfläche des Einkristalls 18, daß die Klemmkörper einerseits am Einkristall, andererseits an den Stützflächen anliegen, wie dies deutlicher in Fig.2 dargestellt ist. Der gewählte Winkel zwischen den

ι» Stützflächen 36, die einen Hohlkegel bilden, und der Kristallachse ist dabei so gewählt, daß Selbsthemmung auftritt. Die Aufnahme 35 ist dabei druckmitteldicht mit dem oberen Ende des Führungsgestänges 29 verbunden.

Aus Fig. 2, in der gleiche Teile mit gleichen

ι ' Bezugszeichen versehen sind, ist ferner ersichtlich, daß unterhalb der Klemmkörper 28 eine Hubeinrichtung 37 angeordnet >?·, d"Th welrhe Hie K lemmung aufeehoben wird, wenn die Klemmkörper 28 in Richtung der nach oben weisenden Pfeile angehoben werden. Die Hubeinrichtung 37 besteht aus einer Auflage 38, die beispielsweise als Kreisring ausgeführt sein kann. Der Auflage 38 ist dabei mindestens ein durch ein Druckmittel betätigbarer Faltenbalg 39 zugeordnet. Die Druckmittelbeaufschlagung der Hubeinrichtung 37 erfolgt über eine Bohrung 40 in der Antriebswelle 13, über Querbohrungen 41 in der Quertraverse 26, über die Antriebszylinder 30 und Bohrungen 42 im Führungsgestänge 29 der Stützvorrichtung 27. Die Bohrungen 42 setzen sich innerhalb der Aufnahme 35 fort und stehen

ίο über radiale Bohrungen 43 mit den Faltenbälgen 38 in Verbindung. Die Auflage 38 ist in Richtung auf die Achse des Einkristalls 18 ansteigend ausgebildet, so daß die Klemmkörper 28 bei Aufhebung der Klemmung die Tendenz haben, von dem Einkristall 18 weg in Richtung auf die Stützfläche 36 zu rollen. Im Falle der Ausbildung der Auflage 38 als Kreisring bildet deren Oberfläche die Mantelfläche eines stumpfen Kegels.

In F i g. 3 sind gleiche oder äquivalente Gegenstände wie in F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der

■«ο wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, daß die Stützvorrichtung 27 in diesem Fall Klemmkörper 2» enthält, die am Ende von radial auf die Kristallachse gerichteten Druckmit'telantrieben 50 angeordnet sind. Die Druckmittelantriebe bestehen aus Faltenbälgen 51, die am oberen Ende des Führungsgestänges 28 angebracht sind. Das Führungsgestänge ist in diesem Falle ebenfalls hohl ausgebildet und dient zur Fortleitung des Druckmittels. Das Führungsgestänge 29 ist längsverschieblich in einer Scheibe 52 gelagert, und zwar unter Zwischenschaltung von Dichtungen 52a. Die Scheibe 52 ist vakuumdicht an der Antriebswelle 13 befestigt, so daß das Führungsgestänge 29 mit den Klemmkörpern 28 gemeinsam mit der Halterung 14 und dem Keimkristall 15 rotiert Die Scheibe 52 wirkt mit dem gehäuseseitigen Teil der Drehdurchführung 12 zusammen, und zwar ebenfalls unter Zwischenschaltung von Dichtungen 12a. Die Beaufschlagung der Druckmittelantriebe 50 erfolgt über die Rotationskupplungen 31, die nur symbolisch dargestellt sind, da wegen der erforderlichen Drehung des Führungsgestänges 29 naturgemäß eine koaxiale Rotationskupplung erforderlich ist Jeder der Druckmittelantriebe 50 wird über eine getrennte Druckmittelleitung 53, 54 und 55 mit einer nicht dargestellten Druckmitteiquelie verbunden. In diesen Druckmittelleitungen befinden sich getrennte Absperrventile 53a, 54a und 55a. Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 ist mit drei Klemmkörpern 28 bzw. drei Druckmittelantrieben 50 versehen, von denen in der

gewählten Darstellung jedoch nur zwei sichtbar sind. Die Druckmittelleitung 55 führt zu dem nicht sichtbaren dritten Druckmittelantrieb. Eine gemeinsame Versorgungsleitung 56 ka-.n durch ein zentrales Absperrventil 57 unterbrochen werden.

In Fig.4 sind folgende Einzelheiten deutlicher dargestellt. Das Führungsgestänge 29 ist mit einer Bohrung 42 versehen und besitzt an seinem oberen Ende ein Anschlußstück 58, an dem der Faltenbalg 51 in radialer Richtung zur Kristallachse angeordnet ist. Am Ende des Faltenbalgs 51 ist der Klemmkörper 28 befestigt, der als Scheibe mit einem kalottenförmigen Fortsatz ausgebildet ist.

Die Vorrichtung gemäß den F i g. 3 und 4 hat folgende Wirkungsweise: Nach Herstellung des »Flaschenhalses« 16 und der kegelförmigen Zone 17 sowie eines geringen T"i!s der Lärs-c des Einkristalls JS hat die Hcizcinrich tung in Form der Induktionsspule 21 eine entsprechende Höhenlage eingenommen. Die Klemmkörper 28 werden nunmehr mittels des Führungsgestänges 29 in die in Fig.3 dargestellte Position gebracht. Die Faltenbälge 51 nehmen dabei noch eine eingezogene Stellung ein, in der die Klemmkörper 28 nicht am Einkristall 18 anliegen. Anschließend werden die Druckmittelantriebe 50 bei geöffneten Absperrventilen 53a, 54a und 55a sowie 57 mit einem Druckmittel beaufschlagt, so daß sich die Faltenbälge 51 in radialer Richtung ausdehnen, bis die Klemmkörper 28 am Einkristall 18 zur Anlage kommen. Derjenige Klemmkörper 28, der als erstes zur Anlage am Einkristall 18 kommt, verbleibt in dieser Stellung, während die übrigen Klemmkörper 28 ihre Bewegung bis zur Anlage am Einkristall 18 fortsetzen. Hierbei findet automatisch eine Anpassung der Klemmkörper 28 statt, ohne daß hierbei unzulässige Querkräfte auf den Einkristall 18 einwirken. Danach wird der Druck im Druckmittelantrieb noch etwas erhöht und das Absperrventil 57 geschlossen. Der Einkristall 18 könnte in diesem Fall noch in radialer Richtung bewegt werden, wobei das aus einem Druckmittelantrieb 50 verdränete Druckmittel auf dem Umweg über die Druckmittelleitungen 53, 54 und 55 zu den anderen Druckmittelantrieben 50 strömt. Um diese Möglichkeit auszuschließen und die Druckmittelantriebe 50 zu arretieren, sind in den Druckmittelleitungen die

^r) Absperrventile 53a. 54a und 55a vorgesehen. Sobald diese geschlossen sind, ist die Stützvorrichtung 27 arretiert, und der Einkristall 18 wird sicher gehalten.

Bei dem Gegenstand gemäß F i g. 5 sind die Klemmkörper 28 am Ende von mit dem Führungsgestange 29 verbundenen Parallellenkereinrichtungen (Parallelogrammlenkeranordnungen)60 angeordnet, deren Schwenkebene radial zur Achse des Einkristalls 18 riusgerichtet sind. Die Beweglichkeit der Parallellenkereinrichtungen erstreckt sich dabei von der ausgezoge-

nen dargestellten Position bis zur gestrichelt dargestellten Position 60a. Zwischen den Klemmkörpcrn 28 und

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Stütze 61, die bei der Bewegung der Lenkereinrichtung 60 ihre senkrechte Stellung beibehält. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Führungsgestänge 29 und die Lenkerteile 60 bzw. 61 in ausgeschwenktem Zustand (ausgezogene Linien) im wesentlichen die Form eines »Z« aufweisen, während sie im Zustand der Klemmung eine im wesentlichen gestrecke Lage einnehmen (gestrichelte Stellung 6OaJl Hierbei legen sich die Klemmkörper 28 fest an den Einkristall an. Die Schwenkbewegung der Lenkereinrichtung 60 wird durch Antriebszylinder 30 auf eine nicht dargestellte und für den Durchschnittsfachmann geläufige Weise bewirkt. Das Führungsgestänge 29 ist auch in diesem Falle in der Scheibe 52 längsverschieblich gelagert. Die Längsverschiebung erfolgt über eine auf dem Antriebszylinder 30 angeordnete Zahnstange 62 und ein damit kämmendes Ritzel 63.

Die Beaufschlagung der Druckmittelantriebe und die Arretierung erfolgt in analoger Weise zu Fig.3. Es ist auch hier ersichtlich, daß nach Arretierung der Klemmkörper 28 eine zuverlässige und sichere Halterung des Einkristalls erfolgt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stützen des Kristallstabs beim tiegellosen Zonenschmelzen mit an einem parallel zur Stabachse verschiebbaren Fühningsgestänge ϊ angeordneten KJemmkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (28) als Rotationskörper ausgebildet und lose in einer korbförmigen, die Stabachse konzentrisch umgebenden Aufnahme (35) mit Stützflächen (36) gelagert iu sind, und daß die Stützflächen unter einem spitzen Winkel zur Stabachse ausgerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (35) eine Auflage (38) mit mindestens einem Faltenbalg (39) aufweist, der ιϊ über Bohrungen (43 und 42) in der Aufnahme (35) bzw. im Führungsgestänge (29) mit einem Druckmittelzylinder (30) verbunden ist.

3. Vorrichiung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (38) in Richtung auf die 2" Stabachse ansteigend angeordnet ist

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Führungsgestänge (29) zwei Aufnahmen (35) untereinander angeordnet sind. -J

5. Vorrichtung zum Stützen des Kristallstabs beim tiegellosen Zonenschmelzen mit an einem parallel zur Stabachse verschiebbaren Führungsgestänge angeordneten Klemmkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (28) am Ende von « radial auf die Stabachse gerichteten Faltenbälgen (51) angeordnet sind, die über da-» hohle Führungsgestänge (29) und mit Absperrventilen versehene getrennte Druckmittelleitungen (LJ, 54,55) mit einer Druckmittelquelle verbunden sind. ^! '

6. Vorrichtung zum Stützen des Kristallstabs beim tiegellosen Zonenschmelzen mit an einem parallel zur Stabachse verschiebbaren Führungsgestänge angeordneten Klemmkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (28) an Stützen (6) -»ο befestigt sind, die über Parallellenkereinrichtungen (60) mit dem Führungsgestänge (29) verbunden sind.