DE2607729A1

DE2607729A1 - Vorrichtung zum tiegelfreien zonenschmelzen von halbleitermaterialstaeben

Info

Publication number: DE2607729A1
Application number: DE19762607729
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-02-25
Filing date: 1976-02-25
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2607729C2

Description

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von IIalbleiterma-
terialstäben.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zuin tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterrialstäben, insbesondere von Siliciumeinkristallstäben mit großen Durcheessern, bei der die Schmelzzone durch eine den Stab ringförmig umgebende InduItionshoizspule erzeugt wird, wobei ein.aus der Spule und einer parallelgeschalteten Kapazität gebildeter Heizkreis über Stromzuführungen an den Ausgangskreis eines Hochfrequenzgenerators angekoppelt ist und die Kapazität durch parallelgeschaltete, mit einem Kühlmittelkreislauf verbundene Keramikkondensatoren gebildet wird.
Fine solche Vorrichtung ist aus der DT-OS 2.434.136 bekannt.
3ei dem hier verwendeten Heizkreis Yl-,t Einzelkapazitäten großer Kapazität läßt sich jedoch in den einzelnen Kondensatoren eine sehr ungleiche Stromdichteverteilung nicht vermeiden. Sie kann bei großer 3elastung, wie sie beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Siliciumeinkristallstäben beim uebergang auf Stabdurchmesser von größer als 50 mm oft auftritt, zur Zerstörung an den Stellen höchster Stromdichte führen; Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht deshalb in der Erhöhung der Belastbarkeit des abgestimmten Heizkreises und damit in der Reduzierung von Verlusten.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß Keramikkondensatoren verwendet werden, die eine ganzflächige Innen- und Außen-Metallbelegung aufweisen und daß jede Einzelkapazität durch geeignete Stromzuführungen an die Metallbelege in relativ kleine Teilkapazitäten aufgeteilt ist. Auf diese Weise kann die-Strowlrerteilung in jeder Teilkapazität und damit auch für die Gesamtkapazität gleichmäßiger gemacht werden.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Keramikkondensatoren über zwei Platten (A und B) aus elektrisch gut ieitendem Material miteinander verbunden sind, von denen die den Kondensatoren direkt benachbarte Platte A als Kontaktplatte für die Außenbelege der Kondensatoren und die der Spulenzuführung benachbarte Platte B über durch die Kontaktplatte A hindurchgeführte Stromzuführungen als Kontaktplatte für die Innenbelege dient.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß rotationssymmetrisch ausgebildete Keramlickondensatoren, vorzugsweise aus Bariumtitanatkeramik bestehende und mit Silberbelegen versehene Rohr- und/oder auch Topfkondensatoren verwendet werden.
An Hand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 - 3, aus welchen noch weitere Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen sind, soll die Vorrichtung näher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erSindungsgemäße Kondensatoranordnung, Fig. 2 stellt einen Längsschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung dar und Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einzelkondensators mit symmetrisch aufgeteilten Stromzuführungen.
In Fig. 1 ist eine Kondensatoranordnung in Form einer Matrix, bestehend aus 5 x 4 parallelgeschalteten Keramikkondensatoren 2, mit einer Kapazität von je 2000 pF dargestellt. Die vorzugsweise aus Bariumtitanatkeramik bestehenden, mit Silberbelegungen versehenen Topfkondensatoren 2 sind über zwei Platten A und 3 aus versilbertem Kupfer miteinander verbunden. Dabei sind die Kondensatoren 2 an die Platte A über ein Kontaktlot mit ihrem Außenbelag direkt angeflanscht und über Verbindungsstege 3, welche als Stromzuführungen für die Innenbelege dienen, an die Platte B angeschraubt (in der Zeichnung nicht sichtbar). Mit dem Bezugsseichen 4 ist die Zuführung zur Spule gekennzeichnet.
Durch diese kann die WasserfvErung für den gemeinsamen Kühlmittelkreislauf erfolgen; es ist aber ebenso auch eine getrennte Wasserführung von Spule und Kondensatoranordnung möglich. Mit Hilfe der in der Figur 1 gezeigten Anordnung ist die Möglichkeit gegeben, bei einer Länge des Einzelkondensators von 12 cm, einem Durchmesser von 3 cm, einer Eigenkapazität von 2000 pF und 20 Teilkondensatoren einen 3 MXz--Spulenstrom von 2300A sicher zu führen.
In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die erste Reihe der in Fig.
abgebildeten Kondensatoren dargestellt. Die in Form eines Topfes ausgebildeten Kondensatoren 2 bestehen aus einer Rariumtitanatleram.ik 5, welche sowohl innen als auch außen mit Silberbelegungen 6 und 7 versehen sind. Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind die Kondensatoren mit ihrem Außenbelag 6 an ihrer offenen Seite über einen weichen Ringflansch 8, vorzugsweise aus Kupfer, an die Kontaktplatte A mit einem aus einer Blei-Zinnlegierung bestehenden Lot angelötet.
Der Innenbelag 7 ist über symtnetrisch aufgeteilte, weiche Stromzuführungen 9 und über den Verbindungssteg 3 mit der Platte B verbunden. Die Verbindung erfolgt durch eine Schraube 10. Die Kondensatoren 2 sind in einen Kupferkasten 11 eingebaut, der an einen gemeinsamen Eühlmittelkreislauf mit der in der Figur nicht abgebildeten Spule angeschlossen ist (s. Pfeil 12). Zur zusätzlichen Wasserabdichtung ist beim Übergang Kondensatorrand/Platte A zur sicheren Abdichtung Silikongummi 13 eingegossen. Der mit dem Eezugszeichen 14 gekennzeichnete Bereich an der offenen Seite des Kondensators dient als Isolierstrecke.
Durch den Pfeil 15 wird der Wasserablauf angezeigt. Die Spulenzuführung 4 sowie die Platte B wird mit einer zusätzlichen Wasserkühlung 21 versehen.
In Fig. 3 wird ein besonders güstiges Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung dargestellt, bei dem eine sehr gleichmäßige Stromverteilung auch im Einzelkondensator dadurch erreicht wird, daß die Anschlüsse der Stromzuführungen 19 und 20 an den Innen- (7) und auch an den Außenbelegen 6 in der Mitte des Topfkondensators 2 angebracht sind. Damit keine mechanischen Verspannungen entstehen, werden hler versilberte Kupf erringe 16 (innen) und 17 (außen) iiber den Silberbelag 6 und 7 geschoben und mit ihm verlötet. Wie aus der Figur zu ersehen ist, erfolgt eine s metrisch Aufteilung der Stromzuführungen 19 und 20 sowohl für den Innenbelag 7 als auch für den Außenbelag 6. Ansonsten gelten die gleichen Besugszeichen wie in Fig. 1 und 2.
10 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e .1.) Vorrichtung zum tiegeifreien Zonenschmelzen von Ilaibleitermaterialstäben, insbesondere von Siliciumeinkristallstäben mit großem Durchmesser, bei der die Schmelzzone durch eine den Stab ringförmige umgebende Induktionsheizspule erzeugt wird, wobei ein aus der Spule und einer parallelgeschalteten Kapazi tät gebildeter Heizkreis über Stromzuführungen an den Ausgangskre s eines Hochfrequenzgenerators angekoppelt ist und die Kapazität durch parallelgeschaltete, mit einem Kühlm:tttelkrei slauf verbundene Keramikkondensatoren gebildet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Keramlkkondensatoren verwendet sind, die eine ganzflächige Innen- und Außen-Metallbelegung ausweisen und daß jede Einzelkapazität durch geeingnete Stromzuführungen an die Metallbelege in relativ kleine leilkapazitäten aufgeteilt ist.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i e h n e t, daß die Kermikkondensatoren über zwei Platten (h und B) aus elektrisch gut leitendem Material mit einander verbunden sind, von denen die den Kondensatoresn direkt benachbarte Platte A als Kontaktplatte für die Außeiibelege der Kondensatoren und die der Spulenzuführung benachbarte Platte B über durch die Kontaktplatte A für die Außonbelege hindurchgeführte Stromzuführungen als Kontaktplatte für die Innenbelege dient.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung rotationssymmetrisch ausgebildeter Keramikkondensatoren.
4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Stromzuführung für die Außenbelege über einen weichen Ringkontaktflansch, der unmittelbar an der Platte A angelötet ist, erfolgt.
5.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stromzuführung für die Innenbelege durch an die Kontaktplatte B angeschraubte Verbindungsst-eSe, welche durch die Platte X hindurchgefuhrt sind, erfolgt und die Verbindungsstege mit dem Innenbelag durch symmetrisch aufgeteilte Zuführungen verbunden sind.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Strpmzuführungen für die innen und Außenbelege symmetrisch aufgeteilt sind und durch Kotaktflansche mit den Belegen im Mittelbereich des Koudensato:s verbunden sind.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung von aus Bariumtitanatk@ramik bestehenden, mit Silberbelegen versehenen Rohr- und/oder Topfkondensatoren.
8.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung weicher versilberter Kontaktflansche zu den Belegen.
9.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 8, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Anordnung der parallelgeschalteten Kermikkondensatoren von je 2000 pF Kapazität in Form einer I¢atrix.
10.) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 9, d a d ii r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Platte 3 mit einer zusätzlichen Wasserkühlung versehen ist.