DE2538831A1

DE2538831A1 - Vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen

Info

Publication number: DE2538831A1
Application number: DE19752538831
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Herrmann; Heinz Dr Herzer; Franz Dipl Phys Koehl
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1975-09-01
Filing date: 1975-09-01
Publication date: 1977-03-03
Also published as: DK366176A; JPS5229644A

Description

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit einer einzigen, den Stab ringförmig umgebenden Windung.
Beim tiegeifreien Zonenschmelzen werden als Induktionsheizspulen neben Zylinderspulen und mehrwindigen Flachspulen heute bevorzugt einwindige Flachspulen eingesetzt, die es gestatten, den Stab lediglich an einer sehr schmalen Stelle aufzuschmelzen. Die hierdurch erhöhte Stabilität der Schmelzzone ist besonders bei großen Stabdurchmessern von Bedeutung. Mit derartigen einwindigen Flachspulen gelingt es, Stäbe in versetzungsfreie Einkristalle mit bis zu 7,5 cm Durchmesser zu überführen.
Der an den Stromzuführungen derartiger einwindiger Flachspulen ausgebildete Schlitz wirkt sich bei größeren Stabdurchmessern jedoch sehr ungünstig aus. Die starke Feldkonzentration am Spulenschlitz kann bei Stäben mit größerem Durchmesser am Außenrand nahe der Erstarrungsfront zu Rückschmelzungen führen, die Versetzungen im Stab bedingen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizspule zu entwickeln, die ein homogeneres elektromagnetisches Feld erzeugt als bekannte einwindige Flachspulen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit liner Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, mit einer einzigen, den Stab ringförmig umgebenden Windung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spulenenden der Flachspule überlappend ausgebildet sind.
Die Überlappung kann dabei von ea. 1 mm bis zu einigen Zentimetern reichen, wobei eine vom Innen- zum Außenrand zunehmende Überlappung meist vorteilhaft ist. Besonders günstig ist es auch, die'beiden rohrförmigen Stromzuführungen zumindest weitgehend übereinander liegend auszuführen, um auch hier eine Feldasymmetrie durch Schlitzwirkung auszuschalten oder zumindest einzuschränken. Der Innendurchmesser der erfindungsgemäßen, beispielsweise aus Silber gefertigten Induktionsheizspule beträgt etwa 20 bis 40 mm, bevorzugt 25 bis 35 mm, der Außendurchmesser etwa 110 bis 180 mm, bevorzugt 130 bis 150 mm.
Der Hohlquerschnitt der von einem geeigneten Kühlmittel durchströmten Flachspulekann dabei beispielsweise weitgehend rechteckig, angenähert dreieckig beziehungsweise konusförmig sein, wobei der spitze Winkel respektive Öffnungswinkel im Innenrand der Spule liegt.
Die starke Feldkonzentration am Schlitz der Stromzuführung der herkömmlichen einwindigen Flachspulen wird durch die Überlappung des Schlitzes stark abgeschwächt. In dem durch die erfindungsgemäße Flachspule erzeugten, weitgehend homogenen elektromagnetischen Feld können Stäbe mit beispielsweise 10 cm Durchmesser und mehr versetzungsfrei gezogen werden, da Rückschmelzungen der Erstarrungsfront nicht mehr auftreten.
Die erfindungsgemäße Induktionsheizspule läßt sich bei den üblichen Zonenziehverfahren unter Schutzgas, wie auch unter Vakuum, beispielsweise auch beim Dünnhalsziehen d.h. beim Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes unter seitlicher Verschiebung des wiedererstarrenden Stabteiles, einsetzen.
In den Figuren 1 und 2 sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Induktionsheizspule dargestellt.
Figur 1 zeigt eine Flachspule 1 mit den beiden Stromzuführungen 2 in der Draufsicht und im Querschnitt. Die Flachspule 1 weist einen weitgehend rechteckigen Hohlquerschnitt 3 mit abgerundeten Kanten auf. Die Spulenenden, die in die beiden rohrförmigen Stronzuführungen 2 übergehen, sind vom Innenrand 4 zum Außenrand 5 der Spule 1 gleichmäßig überlappend ausgebildet, wobei sich die Überlappung in die Stromzuführungen 2 fortsetzt.
Figur 2 zeigt eine andere erfindungsgemäße Induktionsheizspule, wiederum in Draufsicht und Querschnitt. Bei dieser einwindigen Flachspule 1 ist die Überlappung der Spulenenden vom Innenrand 4 zum Außenrand 5 der Flachspule 1 von wenigen Millimetern bis auf über 2 cm ansteigend ausgebildet. Die Breite der einander ebenfalls überlappenden rohrförmigen Stromzuführungen 2 entspricht bei dieser Ausführungsform fast der Breite der Überlappung der Spulenenden am Außenrand 5 der Spule 1. Der Hohlquerschnitt 3 der Flachspule 1 entspricht wiederum einem Rechteck mit abgerundeten Ecken.

Claims

Patent anspruch:

Induktionsheizspule zum tiegel freien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes1 insbesondere Halbleiterstabes, mit einer einzigen, den Stab ringförmig umgebenden Windung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Spulenenden der Flachspule einander überlappend ausgebildet sind.

L e e r s e i t e