DE2730161A1

DE2730161A1 - Vorrichtung zum ziehen eines kristalls

Info

Publication number: DE2730161A1
Application number: DE19772730161
Authority: DE
Inventors: David N Jewett; Brian H Mackintosh
Original assignee: Mobil Tyco Solar Energy Corp
Current assignee: Schott Solar CSP Inc
Priority date: 1977-01-24
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1978-07-27
Also published as: AU2484077A; FR2377841B1; IN147431B; CA1087073A; IL51999A0; US4118197A; NL7705395A; AU509354B2; DE2730161C2; JPS5393183A; GB1539126A; IL51999A; GB1539125A; JPS597676B2; FR2377841A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing Curt Wallach

^Uw Dipl.-Ing. Günther Koch

30161 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D -8000 München 2 Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ? 4. JULI 1977

Unser Zeichen: 1588l H/Bu (Fu)

Titel: Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls

Anmelder: Mobil Tyco Solar Energy Corporation

Waltham, Mass.
l6 Hickory Drive
USA

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-Ing. C. Wallach
Dipl.-Ing. G. Koch
Dipl.-Phys. Dr. T. Haibach Dipl.-Ing. R. Feldkamp

Erfinder: Brian H. Mackintosh

West Roxbury, Mass.
92 Corey Street
USA

David N. Jewett
Harvard, Mass.
Under Pin Hill Road
USA

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Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Schmelze mit einem Ofen, in dem ein Schmelztiegel angeordnet ist, der eine Schmelze enthält, aus der ein Kristall gezogen werden soll und mit einer Ziehvorrichtung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Ziehschmelze.

Es sind bereits eine Reihe verschiedener Verfahren zum Ziehen kristalliner Körper aus einer Schmelze bekannt. Zwei derartig bekannte Verfahren sind beschrieben in den US-Patentschriften 3 591 348 und 3 471 366. Die erstgenannte Patentschrift beschreibt, wie kristalline Körper nach dem sog. EFG Verfahren (edge-defined, film-fed growth technique) hergestellt werden. Bei diesem EFG Verfahren wird die Form des zu ziehenden kristallinen Körpers von der äußeren oder Kantengestalt der Endoberfläche eines Formelements bestimmt, das in Ermangelung eines besseren Namens als Form bezeichnet wird. Bei diesem Ver-

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fahren wird mit Hilfe eines Keims aus einer Schmelze, die zwischen dem wachsenden kristallinen Körper und der Endoberfläche der Form angeordnet ist, ein Kristall gezogen, wobei die Schmelze kontinuierlich aus einem geeigneten Schmelzvorrat über eine oder mehrere Kapillaren in der Form ergänzt wird. Der Kristall wächst hierbei in der Form der Kantengestalt des oberen Endes der Form.

Die US-Patentschrift 3 471 266 beschreibt ein verwandtes Verfahren, das ein Formelement verwendet, das eine Kapillare zur Aufnahme eines Schmelzvorrats umfaßt, aus der ein kristalliner Körper gezogen wird. In Abhängigkeit von der Querschnittsform der Kapillare und durch entsprechende Steuerung der Wärmebedingungen am oberen Ende der Kapillare ist es möglich, kristalline Körper ausgewählter Querschnittsform herzustellen.

Beide Verfahren können beim Ziehen von Körpern aus Aluminiumoxid oder Silizium verschiedener Form einschließlich zylindrischer Rohre und dünner flacher Bänder verwendet werden.

Das Ziehen von Kristallen nach den beiden oben beschriebenen Verfahren erfordert üblicherweise die Verwendung von Formhaltern, Wärmeschirmen, Nacherhitzern und Führungen zusätzlich zu den Formen. Diese Bestandteile müssen mit hoher Präzision hergestellt werden und müssen in einer genauen Position zueinander über einem Schmelztiegel mit geschmolzenem Material angeordnet werden, so daß die Schmelze durch Kapillarwirkung in die Form transportiert wird und durch Verfestigung in einen im wesentlichen monokristallinen Körper vorgewählter Querschnittsform überführt wird. Üblicherweise werden diese Teile in dem kalten Ofen zusammengebaut und in ihrer richtigen Lage zu dem Schmelztiegel installiert. Falls jedoch eines der Teile schadhaft wird, ist es nicht nur erforderlich, den Kristallziehprozess zu beenden. Der Ofen muß auch auf Zimmertemperatur abgekühlt werden, bevor das defekte Teil ersetzt werden kann. Das

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Abkühlen des Ofens auf Zimmertemperatur erfordert mehrere Stunden. Ferner erfordert Üblicherwelse das Austauschen eines defekten Teils,das Auseinanderbauen und Zusammenbauen der anderen benachbarten Teile, wie auch eine neue Ausrichtung der Teile. Es ist auch bekannt, daß das Problem des Ziehens von Kristallen mit relativ hohen Geschwindigkeiten unter Vermeidung von Spannungen 1. einen sehr steilen Gradienten an der Kristallwachstumsgrenze erfordert, um die latente Schmelzhitze abzuführen und ein schnelles Kristallwachstum zu bewirken und 2. eine lineare Herabsetzung der Temperatur längs des Kristalls von einem Punkt in der Nähe des Schmelzpunktes bis auf geeignete niedrige Temperaturen, um Wärmespannungen in dem Kristall zu vermeiden, umfaßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Ziehen kristalliner Körper anzugeben, in der die oben beschrfe benen Kapillarformen verwendet werden und die es gestattet, die für das Kristallziehen verwendeten Teile zu ersetzen, ohne daß der gesamte Bfen zu erst abgekühlt werden muß oder daß in anderer Weise die Um gebung oder die Ziehbedingungen verändert werden.

Sie vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Schmelze der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine oder mehrere Patronen, die so angeordnet sind, daß sie durch eine öffnung in dem Ofen in den Ofen hinein und aus diesem herausgezogen werden können, daß jede Patrone eine Kapillarform umfaßt, die in der Lage ist, eine Ziehschmelze zu liefern und durch wärmeleitende Vorrichtungen, die derart angeordnet sind, daß der Wärmegradient in dem aus der Ziehschmelze zu ziehenden Kristall gesteuert wird und daß der Ziehmechanismus hinter den wärmeleitenden Vorrichtungen angeordnet ist.

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Bei den erfindungsgemäß verwendeten Kapillaren sind alle für das Ziehen wesentlichen Teile, insbesondere die Kapillarform, der Formhalter, erforderliche Wärmeschirme, Heizelemente und andere kritische Elemente als eine einheitliche Struktur in Form einer Patrone angeordnet, die bei Betriebstemperatur in den Ofen eingesetzt werden kann und aus diesem wieder entfernt werden kann, ohne daß der Ofen zuerst auf Zimmertemperatur abgekühlt wird. Diese Teile können daher schnell ersetzt werden, ohne daß zuerst die Abkühlung des Ofens abzuwarten ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in einer Vorrichtung mehrere Patronen angeordnet werden können, die zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Kristalle gleicher oder verschiedener Querschnittsform Verwendung finden können. Jede einzelne dieser Patronen kann unabhängig von den anderen aus dem Ofen herausgezogen und eingesetzt werden, so daß auch eine Reparatur oder ein Ersatz einer einzelnen Patrone ohne Störung des Betriebs der anderen Patronen stattfinden kann. Auch kann die Temperatur und die Wachstumsbedingungen der einzelnen Kristalle unabhängig geregelt werden.

Weiterhin schlägt die Erfindung eine Patrone vor, die mindestens eine der folgenden Komponenten umfaßt: a) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines steilen Wärmegradienten ausschließlich an der Wachstumsoberfläche und b) eine Vorrichtung zur Erzeugung ehes im wesentlichen gleichmäßigen Wärmegradienten längs einer vorbestimmten Länge des gezogenen Kristalls, wodurch Wärmespannungen in dem Kristall verhindert bzw. gelöst werden.

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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Seitenriß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ofen, mehreren Ziehmechanismen und mehreren Komponentenkartuschen für das Kri3tallziehen,

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Schnittzeichnung des Ofenmechanismus sowie einen Teil einer Patrone,

Figur 3 zeigt einen vergrößerten Längsschnitt, der in Figur 2 dargestellten Patrone längs der Schnittlinie 3-3 in Figur 12,

Figur 4 zeigt einen Längsschnitt der Patrone längs der Schnittlinie 4-4 in Figur 12,

Figuren 5-7 zeigen Schnittdarstellungen der Patrone längs der Schnittlinien 5-5, 6-6 und 7-7 in Figur 4, Figuren 8-10 zeigen Schnittzeichnungen der Patrone längs der Schnittlinien 8-8, 9-9 und 10-10 in Figur 4 und

Figuren 11-13 zeigen Schnittneichnuri^en der Patrone längs der Schnittlinien 11-11, 12-12 und 13-13 in Figur 4.

Die dargestellte Ausführungsform der Patrone dient zwar zum Ziehen flacher Siliziumbänder. Sie kann aber auch zum Ziehen kristalliner Körper aus einem anderen Material und/oder anderer Querschnittsform verwendet werden. Beispielsweise kann die Erfindung beim Ziehen kristalliner Körper aus Aluminiumoxid oder zum Ziehen kristalliner Körper rohrförmigen Querschnitts oder in der Form massiver Stäbe verwendet v/erden. Ferner ist es möglich, den Ofen so umzubauen, daß er zur Erhitzung des Rohmaterials und des Schmelztiegels anstelle elektrischer Widerstandsheizkörper eine Hochfrequenzerwärmung verwendet. Nattirlieh hängt die Wahl des Materials des Schmelztiegels und auch der Kristallziehkomponenten der Patronen von der Zusammensetzung der Schmelze ab. Besteht beispielsweise die Schmelze aus Aluminiumoxid, sollte vorzugsweise für den Schmelztiegel die Form, den Formhalter und die Hitzeschirme Molybdän oder Wolfram verwendet werden, während im Falle von Silizium der

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schmelztiegel und der Formhalter vorzugsweise aus den im folgenden beschriebenen Stoffen bestehen sollte.

In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Bezeichnungen "Kapillarformelement" (capillary die member) und "Kapillarfonnanordnung" (capillary die assembly) mit der in den US-Patentschriften 3 591 348, 3 471 366 und 3 870 477 definierten Bedeutung verwendet. Die Bezeichnung "Wachstumsgrenzfläche" wird zur Beschreibung der Flüssig-Fest-Grenzfläche zwischen der durch die Kapillarform zugeführte Schmelze und dem aus der Schmelze gezogenen festen Körper verwendet.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, die einen Ofen in Form einer horizontalen Hülle 2 zeigt, die von einem Rahmen 4 getragen wird und eine doppelwandige äußere Hülse aus konzentrischen Stahlzylindern 6 und 8 umfaßt, die mit ringförmigen Endwänden 10 einen Wassermantel bilden mit einem Hohlraum 12, in dem Wasser zirkuliert. Der Ofen umfaßt wenigstens eine und vorzugsweise zwei Sichtöffnungen 14, in die hermetisch abgedichtete Fenster 16 eingesetzt sind. In die äußere Hülse des Ofens ist eine innere Hülse 18 eingesetzt, die aus Stahl besteht und die auf ihrer Innenseite mit einer relativ steifen Auskleidung aus einem geeigneten Isoliermaterial 20, wie faserfcrmigen Graphit ausgekleidet ist. Die innere Hülse 18 wird von der äußeren Hülse mit Hilfe einer Halteanordnung an jedem Ende gehalten. Jede Halteanordnung kann aus einem Paar von ersten Haltegliedern 22 bestehen, die an dem inneren Zylinder 8 der äußeren Hülse befestigt sind und einem Paar sich horizontal ausdehnenden zweiten Halteelementen 24, die an den ersten Halteelementen und auch der inneren Hülse 18 befestigt sind.

Die innere Oberfläche der Auskleidung 20 ist von einer zweiten isoliert enden Auskleidung 26 bedeckt, die vorzugsweise aus mehreren Lagen von Graphitplatten (wie sie in der US-PS 3 404 beschrieben sind) bestehen, die dort durch einen Kleber be-

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festigt sind. Die innere Hülse 18 und ihre Auskleidungen 20 und 26 sind mit ausgerichteten Öffnungen ausgebildet, die zusammen einen Sichtkanal 28 bilden, der zu jeder der Sichtöffnungen 14 ausgerichtet ist. Innerhalb der Auskleidung 26 sind drei längliche elektrische Graphitwiderstandsheizkörper 30, 32 und 34 bogenförmigen Querschnitts angeordnet. Die Heizwiderstände 32 bis 36 erstrecken sich>längs des Ofens und je ein Ende jedes Heizwiderstandes ist nit einem besonderen elektrisch leitenden Heizwiderstandsträgerstab 36, der sich durch eine Durchlaßöffnung 38, die aus zueinander ausgerichteten Öffnungen in der inneren Hülse 18 und den dazugehörigen Auskleidungen 20 und 26 besteht, erstreckt. Jeder Heizwiderstandsträgerstab 3b ist an seinem äußeren Ende mit einem besonderen elektrisch leitenden Anschlußstück 40 verbunden. Jedes Anschlußstück 40 wiederum ist mit einem besonderen hohlen elektrischen Leiter verbunden. Die beiden Anschlußstücke 40, die mit jedem Heizwiderstand verbunden sind, sind/mit einem entsprechenden Paar von hohlen Leitern 42 mit einer (nicht gezeigten) elektrischen Stromquelle verbunden, die außerhalb der Ofenumhüllung angeordnet ist. Die Leiter 42 sind hohl, so daß Wasser zur Kühlung hierin zirkulieren kann.

In dem von den Heizwiderständen 30 bis 34 umgebenen Hohlraum ist ein Schmelztiegelhalter 44 aus Graphit angeordnet, der sich längs des Ofens erstreckt und einen bogenförmigen Querschnitt aufweist. Der Schmelztiegelhalter 44 wird an mehreren Punkten durch einzelne Tragstäbe 46 getragen, die sich durch geeignete Öffnungen in den Auskleidungen 20 und 26 erstrecken und die mit der inneren Oberfläche der inneren Hülse 18 verbunden sind.

Der trogförmige Schmelztiegelhalter 44 trägt einen länglichen Quarz-(oder Graphit) Schmelztiegel 48, der vorzugsweise ebenfalls trogförmigen Querschnitt aufweist. Im wesentlichen ist der Schmelztiegel 48 das was man gemeinhin als "Boot" bezeichnet. Der Schmelztiegel 48 wird zur Aufnahme des Beschickungsmaterials verwendet, das bei richtiger Wirkungsweise der Heizwiderstände

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in die Schmelze 50 umgewandelt wird. Jedea Ende des Ofens ist durch eine kreisförmige Deckplatte 51, die mit der entsprechenden Endwand 10 durch Bolzen verbunden ist, verschlossen.

In Betriebsverbindung mit dem Ofen stehen einige Patronen 52, von denen Jede vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise mit einem getrennten Ziehmechanismus 54 verbunden ist und von diesem gehaltert wird, welcher vorzugsweise so angeordnet ist, daß er in der im folgenden beschriebenen Weise gehoben und abgesenkt werden kann.

Wie im folgenden im einzelnen beschrieben, enthält jede Patrone eine Kapillarform sowie mehrere damit verbundene Kristallziehkomponenten. Die Patronen sind länglich und für das Eintauchen in die innere Hülse 16 des Ofens ausgebildet. Daher weisen die innere Hülse 18 und ihre Auskleidungen 20 und 26 für jede Patrone fluchtende öffnungen auf, die einen Zugang 56 (Figur 2) bilden, durch den die Patrone in ihre Betriebsstellung gebracht werden kann. Jeder Zugang 56 hat eine solche Größe, daß er eng an die entsprechende Patrone 52 anschließt.

Wie in Figur 2 gezeigt, umfaßt und hält das untere Ende jeder Patrone eine Kapillarform 58, die zum Ziehen von Siliziumbändern ausgebildet ist. Wenn die Patrone richtig in ihre Betriebsstellung in Bezug auf den Ofen gebracht wird, taucht das untere Ende der Kapillarform in die Schmelze 50,wie das Figur zeigt.

Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, weist die äußere Hülse des Ofens einen einzelnen länglichen Zugang auf, der durch die öffnung 60 gebildet wird, durch die mehrere Patronen 52 in die Ofenhülle eingeführt und in die in Figur 2 dargestellte Stellung gebracht werden können. Die Zugangsöffnung 60 ist mit einem horizontalen Flansch 62 versehen, der als Anschlag für die Patrone dient, wenn sie in den Ofen eingeführt wird. Der Flansch 62 bildet eine Anzahl von öffnungen 63, die mit den

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verschiedenen Zugängen 56 fluchten. Die Öffnungen 63 sind in ihrer Größe und Anzahl so gewählt, daß sie das Einführen und Herausziehen der Patronen in bzw. aus dem Ofen gestatten.

Jede Patrone 52 ist mit einem getrennten Kristallziehmechanismus 54 verbunden, der getragen wird von einem Halter 66 an dem Rahmen 4 gegeüber dem er hin- und herbewegt werden kann. Jeder Halter 66 umfaßt ein paar vertikaler Gleitstäbe 68A und 68B, die zur Führung und gleitenden Halterung eines Ziehmechanismus dienen. Die untereen Enden der Gleitstäbe 63 sind mit dem Plansch 62 am unteren Ende der Öffnung 60 des Ofens verbunden. Auf eine detaillierte Beschreibung der Konstruktion des Ziehmechanismus 54 wird verzichtet, da für die Durchführung der Erfindung verschiedene Kristallziehmechanismen verwendet werden können. Vorzugsweise verwendet man jedoch ein Paar einander gegenüberstehender endloser Bänder, die den wachsenden Kristall erfassen und transportieren und in ihrer Konstruktion der US-PS 3 607 112 entsprechen. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfaßt jeder Ziehmechanismus eine Grundplatte 70, mit der die Patrone 52 sowie eine obere Platte 76 verbunden ist, die mit Hilfe eines Seils 78 mit einer an dem Rahmen 4 befestigten Winde 80 verbunden ist. Die Grundplatte 70 und die obere Platte 76 haben fluchtende Löcher zur gleitenden Aufnahme der Stäbe 68A und 68B. Die Welle (capstan) 82 jeder Winde wird von einem Motor 84 mit umkehrbarer Drehrichtung angetrieben und läßt das Seil 78 den Ziehmechanismus und die Patrone anheben oder absenken. Der Halter 66 ist derart angeordnet, daß die Winden die Patronen vollständig aus dem Ofen zurückziehen können un& neben sie vorzugsweise so weit an, daß die unteren Enden der Kapillarformen 58 um mindestens 12,5 oder 15cm über dem Plansch 62 stehen. Die Patrone 52 ist daher voll zugänglich für Wartungszwecke und Reparaturen. Es ist auch sehr günstig, daß jede Patrone durch Bolzen und Nuten oder Schrauben lösbar mit ihrem Ziehmechanismus verbunden 1st, so daß eine vollständige Patroneneinheit entfernt und durch eine andere gleiche oder verschiedene ersetzt werden kann.

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In der in den Figuren 3 Isis 12 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Patrone im wesentlichen eine Kapillarform 58, einen Formhalter, eine Kühlvorrichtung, die einen relativ steilen Temperaturgradienten unmittelbar über der Form aufrechterhält zur Erhöhung der Kristallwachstumsgeschwindigkeit und eine wärmeleitende Struktur auf, um den Kristall gemäß einem relativ flachen sorgfältig gesteuerten Temperaturgradienten zu kühlen, um Spannungen zu reduzieren, sowie andere Bestandteile, die zu einer einheitlichen Struktur zusammengebaut sind, die in einem Ofen in kaltem Zustand eingesetzt werden können. Wie man am besten in den F!garen 3 bis 5 erkennt, besteht die Patrone aus einer Bodemiand 90 aus Graphit, die mit einem hohlen Gehäuseunterteil 92A mit rechteckigem Querschnitt verbunden ist. Das Gehäuse 92 besteht aus Graphitplatten und weist relativ schmale Seitenwände 94A und 96A und relativ breite Seitenwände 98A und 100A auf. Die Bodenwand 90 besteht in Wirklichkeit aus zwei Graphitplatten 9OA und 9OB, die sich in Schlitzen in den Wänden 94A und 96A erstrecken, und durch Graphitstifte 102 mit diesen fest verbunden sind, während die unteren Enden der Wände 98A und 100A, wie in Figur 3 gezeigt, eine Zunge/Nut-Verbindung mit der gleichen Bodenwand bilden. Das obere Ende des Gehäuseunterteils 92 ist lösfcar mit Schrauben 101 mit einem hohlen Gehäuseoberteil 92B verbunden, das aus den Wänden 94B, 96B, 98B und 100B aus rostfreiem Stahl besteht. Die oberen Enden dieser Wände sind mit einem im folgenden im einzelnen beschriebenen Kopfteil verbunden.

Wie in den Figuren 3, 4, 11 und 12 dargestellt, besteht jedes Kopfteil aus einem metallischen Kopfblock 104, der an einem U-förmigen Kanalelement 106 befestigt ist. Die Ausbuchtung 107 des Kanals 106 ist mit einer rechteckigen öffnung vasehen, durch die sich die oberen Gehäusewände 94B bis 100B erstrecken. Hit jedem Ende eines Kanals 106 ist eine Klammer 110 verbunden mit einem Flansch 112, der durch geeignete Schrauben mit der Grundplatte 70 der entsprechenden Kristallziehvorrichtung lösbar ver-

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bunden 1st. Wie in Figur 3 zu erkennen, weist der Kopfblock 104 zwei gleiche im Abstand voneinander angeordnete Montageblöcke 114A und 114B auf. Schrauben 113 dienen dazu, die oberen Enden der Wände 94B bis 100B mit den Montageblöcken 114 zu verbinden, wodurch die Kopfanordnung mit dem Gehäuseoberteil 92B verbunden wird. Man muß beachten, daß das Kanalelement 106 seitlich über die relativ breiten Seitenwände 98B und 100B des Gehäuseoberteils 92B hinausragt und auf diese Weise von dem Flansch 62 der Zugangsöffnung 60 beim Absenken der Patrone in den Ofen ab gefangen wird. Bei geeigneter Bestimmung der Länge der Patrone wirken das Kanalelement 106 und der Flansch 62, der das Absenken der Patrone beendet, wenn das untere Ende der Kapillarform 58 kurz vor dem Schmelztiegelboden angekommen ist, wie dies Figur 2 zeigt.

Mit der Unterseite des Kopfblocks 104 sind zwei längliche im Abstand angeordnete (Dragblöcke 116A und B (Figur 3 und 11) mit vier Schrauben 115 (Figur 11 bis 13) verbunden, die voneinander einen solchen Abstand aufweisen, daß sie an die oberen Enden der beiden wärmeleitenden Graphitplatten 118A und 118B die gleiche Form aufweisen, angepaßt sind. Wie im fölenden im einzelnen beschrieben, bilden die Graphitplatten 118A und 118B eine Struktur, die die Kühlung des Kristalls nicht nur fördert, sondern auch einen kontrollierten Temperaturgradienten längs der Ziehachse sicherstellt, so daß thermische Spannungen in dem Endprodukt vermieden bzw. reduziert werden. Die oberen Enden der Graphitplatten 118A und 118B sind mit den Tragblöcken 116 durch Schrauben 120 verbunden. Innerkftlb des Gehäuseunterteils 92A und mit dessen Schmalseiten 94A und 96A verbunden sind zwei gleiche Paßplatten 122 angeordnet, die mit Rippen 127 versehen sind, die in Leitschlitze in den schmalen Seitenwänden 94A und 96A passen. Sie Paßplatten 122 sind an ihren gegenüberstehenden Oberflächen eingekerbt, um die wärmeleitenden Graphitplatten 118A und 118B und zwei Einsatzplatten 128A und 128B aufzunehmen.

Die letzteren sind in zusammenpassenden Kerben in den Graphitplatten 118A und B angeordnet und wirken mit den Paßplatten 122 ♦als Anschlag

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zusammen, um die unteren Enden der gleichen Platten dicht gegeneinander und fest gegenüber den übrigen Bestandteilen der Patrone zu halten. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die inneren Flächen der Graphitplatten 118A und 118B flache Vertiefungen aufweisen, die einen engen Durchlaß für das zu ziehende flache Band bilden.

In den Figuren 3, 4 und 9 bis 13 erkennt man, daß der Kopfblock 104 fünf Öffnungen 132, 134, 136, 138 und 140 aufweist. Die öffnungen 132 und 134 sind Wassereinlaß- und auslaßöffnungen, die mit einer Kühlwasserquelle durch Rohre 133 und 135 und einer Pumpe verbunden sind. Die öffnung 132 steht über einen inneren Kanal in dem Koqpf block 104 mit einem Metallrohr 142A in Verbindung, das mit dem Montageblock 114A verbunden ist. Die Öffnung 134 steht über einen inneren Kanal in dem Kopfblock 104 mit einem Metallrohr 142C in Verbindung, das mit dem Montagblock 114B verbunden ist. Ein weiteres Metallrohr 142D (Figur 12) ist mit dem Montageblock 114B verbunden und steht über einen inneren Kanal in dem Kopfblock 104 mit der öffnung 138 in Verbindung. Zwischen den öffnui^n 136 und 138 ist ein Verbindungsrohr 139 angeordnet. Mit den Rohren 142C und D verbunden ist ein U-förmiges Metallrohr 143B, das ein paar paralleler sich vertikal erstreckender Abschnitte 144A (Figur 4) umfaßt, die an ihren unteren Enden durch einen Querabschnitt 144B verbunden sind. Ein zweites U-förmiges Rohr 143A ist mit den Rohren 142A und B verbunden. Die unteren Abschnitte 144B der U-förmigen Rohre 143A und B sind in Höhlungen in den beiden gleichen Kühlschuhen 146A und B aus Molybdän angeordnet. Diese Kühlschuhe sind mit den Rohren 143A und B derart verbunden, daß die Kühlschuhe in Wirklbhkeit diese Rohre tragen. Die Kühlschuhe 146A und B sind in der Nachbarschaft der unteren Enden der Graphitplatten 118A und B angeordnet und mit den gegenüberliegenden Seiten einer Kühlplatte 148 verbunden, die in einer Ebene V-förmig ausgebildet ist (Figur 3) und ein längliches Mittelloch 149 aufweist, durch das der wachsende Kristall gezogen werden kann. Die Enden der Kühlplatte 148 weisen Zungen 148A

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und B auf, die in Führungsnuten in den schmalen Seitenwänden 94B und 96A passen. Die Kühlplatte 148 besteht aus Metall und erstreckt sich unterhalb der Graphitplatten 118A und B unmittelbar über dem oberen Ende der Kapillarform. Mehrere Strahlenschutzschirme 147 sind zwischen der Kühlplatte 148 und den Graphitplatten 118A und B verteilt, um den Wärmeübergang zwischen beiden zu vermindern. Die Kühlplatte 148 kann unterschiedliche Formen annehmen, vorzugsweise ist sie jedoch auf beiden Seiten des Mittelloches 149 geneigt, wie das Figur 3 zeigt.

Auf Grund der obigen Beschreibung eriennt man, daß ein Kühlflüssigkeitskreislauf vorgesehen ist, in dem Kühlwasser in die Patrone über ein Rohr 133 geleitet wird, das von dort wiederum durch Rohre H2A, 143A, 139 und H3B fließt und über das Rohr 135 austritt, wobei Wärme aus den Kühlschuhen H6A und 146B und von der Kühlplatte 148 abgeführt wird.

Es sind auch Vorkehrungen zur Zufuhr eines Kühlgases getroffen. Hierzu ist ein Paar von Rohren 150A und 150B mit relativ kleinem Durchmesser vorgesehen, die mit den Tragblöcken 116A und B verbunden sind. Das Rohr I50B steht über einen inneren Kanal in dem Kopfblock 104 und den Tragblöcken 116A und B mit der öffnung 140 in Verbindung. Das Rohr I5OA steht über einen Kanal 152 im Kopfblock 104 in Verbindung. Der Kanal 152 steht durch zusätzliche innere Kanäle 153, 154 und 155mLt der öffnung 140 in Verbindung. Die letztere ist über ein Rohr 141 mit einer Kühlgasquelle verbunden. Die unteren Enden der Rohre I5OA und I5OB sind in Öffnungen der Einsatzplatten 128A und 128B festgelegt. Jede Einsatzplatte 128A und B weist eine Kerbe auf, so daß jede Platte und die benachbarte Kühlplatte 118 (A oder B) eine Sammelkammer 156 bilden, so daß Gas, das über die Rohre 150A und B eingeführt wird, über die Sammelkammer 156 in den länglichen Zwischenraum 130 zwischen den Graphitplatten 118A und B gelangt. Die Leitung 141 ist (obwohl nicht dargestellt) mit einer Quelle eines geeigneten Kühlgases mit einer

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bestimmten Wärmeleitfähigkeit verbunden. Vorzugsweise besteht dieses Gas aus Helium oder Argon, das über die Einlaßleitung 141 unter leichtem positiven Druck und mit einer Geschwindigkeit, die gerade zur Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre zwischen den Graphitplatten 118A und B ausreicht, zugeführt wird.

Wie in den Figuren 3 und 9 zu erkennen, sind die unteren Enden der Graphitplatten 118A und B zur Bildung zweier länglicher paralleler Ausnehmungen eingekerbt, die die Seitenteile eines elektrischen Widerstandsnacherhitzer aus Graphit 170 aufnehmen. Figur 9 zeigt,daß der Widerstandsnacherhitzer 170 die Form einer rechteckigen Schiene, mit: einer rechteckigen Öffnung, deren Seitenabschnitte 141 sich längs der Ausnehmung 168 erstrecken, und deren Endabschnitte 172 sich längs gegenüberliegender Flächen der Graphitplatten 118A und B erstrecken. Der Widerstandsnacherhitzer 170 wird von einem Paar elektrischer Stromzuführungsschienen I73A und B gehalten (Figur 9 und 11 bis 13), die sich durch Löcher in dem Kopfblock 104 erstrecken.

Wie man in den Figuren 3 bis 6 erkennt, weist die Patrone auch ein Formoberflächenheizelement 174 und ein Paar von Formendheizelementen 176 und 178 auf. Das Formoberflächenheizelement 174 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und umfaßt ein Paar paralleler Oberflächenheizbereiche 180A und B und ein paar Anschlußbereiche 182A und B. Die letzteren sind einem Paar elektrischer Stromzuführungsschienen 184A und B verbunden. Das Formendheizelement 176 ist in zwei leitenden Blöcken 186A und B montiert, die mit der Stromzuführungsschiene 184A und einer elektrischen Stromzuführungsschiene 188 verbunden sind. Das Formendheizelement 178 ist in zwei leitenden Blöcken I90A und B montiert, die mit elektrischen Stromzuführungsschienen 192 und 184B verbunden sind. Die Heizelemente 174, 176 und 178 bestehen aus Graphit und sind derart angeordnet, daß sie die Seiten und Enden des Oberteils der Kapillarform 58 beheizen, ♦mit

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Wie man in den Figuren 5 bis 13 erkennt, erstrecken sich die oberen Enden der sechs Stromzuführungsschienen 173A und B, 184A und B, 188 und 192 durch den Kopfblock 104. Sie erstrecken sich auch nach unten durch die Faßplatten 122, die aus elektrisch isolierendem Material bestehen. Sie unteren Enden der Stromzufihrungsschienen 173A und B enden/ uncr tragen das Widerstandsheizelement 170. Wie Figur 4 zeigt, weist zu diesem Zweck jede Stromzuführungsschiene einen Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser auf, der sich durch einen Endbereich 174 des Heiz elementes erstreckt und der zur Aufnahme einer Schraubenmutter 1^0 mit einem Gewinde versehen ist, die die Stromschiene an dem Heizelement befestigt. Wie man in den Figuren 4 bis 6 erkennt, sind die unteren Enden der Stromzuführungsschienen 184A und B, 188 und 192 ebenfalls zur Aufnahme von Schraubmuttern 159 mit

Gewinden versehen, mit deren Hilfe die Blöcke 186A und B und

I90A und B mit den Stromzuführungsschienen fest verbunden sind. Diese Stromzuführungsschienen gehen auch durch mehrere flache im Abstand voneinander angeordnete Platten 196, die ein Mehrlagenstrahlungsschild bilden. Die Platten 196 ruhen auf Schul- tern, die in den Seitenwänden 94A und 96A des Unterteils des Patronengehäuses ausgebildet sind. Die Platten 196 haben alle längliche Schlitze,durch die sich die oberen Enden der Kapillarform 58 erstreckt. Die Platten 196 sind derart angeordnet, daß die oberste mit der oberen Endoberfläche der Kapillarform fluchtet oder ein wenig darunterliegt.

In den Figuren 3 und 7 bis 10 erkennt man, daß zur Messung der Temperatur im Bereich des oberen Endes der Kapillarform 58 ein Thermoelement angeordnet ist. Der Thermoelementkopf 203 wird von einem Keramikrohr 202 nahe an der Kapillarform gehaltert, während die DrahtZuführungen des Thermoelements in einem Keramikrohr 204 befestigt sind, das in einem Durchlaß des Kopfblocks 104 angeordnet ist. Die oberen Enden der Thermoelementzuleitungen werden durch das obere Ende des Kopfblocks 104 nach außen geführt und sind mit den Anschlüssen eines Verbin-

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dungssteckers 206 verbunden, der an dem Kopfblock befestigt ist. Ein zweiter Verbindungsstecker 207 ist zum Anschluß eines zweiten Thermoelements 208 (Figur 4) vorgesehen, das in einem Loch in der Einsatzplatte 128B (Figur 10) für die Gaszuführung angeordnet ist, um die Temperatur unmittelbar über dem Widerstandsnacherhitzerelement 170 zu überwachen. Die Zuleitungen des Thermoelements 208 sind durch ein Keramikrohr 210 durch den Kopfblock 104 zu den Anschlüssen des Verbindungssteckers nach außen geführt.

Die wärmeleitende Struktur mit den Graphitplatten 118A und 118B ist derart geformt, daß sie einen kontrollierten Temperaturgradienten längs dieser Platten gewährleistet. Daher weisen die Graphitplatten 118A und B wie in Figur 3 dargestellt, entlang ihrer Längsausdehnung keine einheitliche Stärke auf. Stattdessen erstrecken sich ausgehend von den unteren Enden ein kurzes Stück lang die äußeren Oberflächen 212 der Graphitplatten 118A und B parallel zu ihren geraden inneren Oberflächen, worauf,wie bei 212A angedeutet, die äußeren Oberflächen geneigt sind und unter einem festen Winkel der inneren Oberfläche zustreben. Im Bereich ihrer oberen Enden erstrecken sich die äußeren Oberflächen wiederum parallel zu den inneren Oberflächen, wie dies bei 212B angedeutet ist. Auf Grund dieser keilförmigen Gestalt sind in den äußeren Oberflächen 212 der Graphitplatten 118A und B, wie Figur 3 zeigt, Vertiefungen vorgesehen, in denen Teile der Gasrohre 150A und 150B untergebracb/fefeind.

Die Kapillarform 58 besteht aus Graphit und umfaßt, wie die Figuren 3 bis 5 zeigen, einen oberen Kapillarenabschnitt 215 mit einem engen horizontalen Kapillarschlitz 216, der sich über die gesamte Länge des oberen Endes erstreckt, sowie mehrere vertikale Bohrungen 218, die den Schlitz 216 schneiden. Das untere Ende des oberen kapillaren Abschnitts ist zwischen zwei Platten 220A und 220B gelegt, die eine untere Kapillare 224 bilden. Die Platten 220A und B wiederum liegen zwischen Plat-

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ten 9OA und 9OB. Die oberen und unteren Formabschnitte sind durch zwei Graphitstifte 226 verbunden, die sich durch die Platten 9OA und 9OB,wie in Figur 5 gezeigt, erstrecken. Die Platten 9OA und 9OB sind vorzugsweise, wie bei 228 gezeigt, im Bereich der Schmalseiten der Kapillarformanordnung ausgeschnitten, um den Hitzeübergang in diesen Bereichen der Kapillarform zu vermindern.

Neben den bereits beschriebenen Teilen ist ein Wärmeisoliermaterial 230 in das Gehäuse um die Platten 118A und B gepackt, um den Wärmeverlust zu vermindern. Zur Erleichterung der Darstellung ist nur ein Teil des Isoliermaterials in den Figuren 3, 4 und 11 gezeichnet. Als Isoliermaterial kann Graphitfilz verwendet werden.

Wie in den Figuren 3, 4, 12 und 13 zu erkennen, liegt über der oberen Oberfläche des Kopfblocks 104 ein Laminat aus zwei Aluminiumplatten und einer dazwischenliegenden Kupferlage 236 aus sechs einzelnen flachen Kupferplatten 238 bis 243, die gegenüber den benachbarten Aluminiumplatten isoliert sind. Dieses Laminat ist durch Schrauben 246 mit dem Kopfblock verbunden. Ein Ende jedes der Platten 238 bis 243 steht über ein Ende des Kopfblocks 104 über und bildet eine Anschlußfahne 248 für den Anschluß einer elektrischen Stromquelle.

Die oberen Enden der Stromzuführungsschienen 184A und B, 188, 192, 173A und B weisen einen verminderten Durchmesser auf, wodurch Schultern gebildet werden, auf denen die Kupferplatten ruhen. Auch weisen sie Gewinde auf, auf denen Schraubmuttern aufgeschraubt sind, die die Kupferplatten gegen die Schultern pressen.

Wie in Figuren 12 und 13 zu erkennen, weisen der Kopfblock 104 und das darüberliegende Laminat längliche öffnungen 252 und auf, die mit der Kapillarform 58 fluchten und eine solche

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Größe aufweisen, daß sie das Zurückziehen des wachsenden Bandkristalls gestatten. Wenn das auch nicht dargestellt ist, so ist es doch klar, daß die obere Platte 76 und die Grundplatte jedes Ziehmechanismus entsprechend geformte und ausgerichtete öffnungen aufweist, durch die das Band von dem Ziehmechanismus gezogen werden kann.

Es versteht sich auch von selbst, wenn es auch nicht dargestellt ist, daß die verschiedenen Heizelenmte und die beiden Thermoelemente derart angeordnet sind, daß sie an eine Stromquelle angeschlossen werden können, wobei Vorrichtungen zur Einstellung der jedem Heizelement zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit von den gewünschten Betriebsparametern und der von den beiden Thermoelementen ermittelten Temperatur vorgesehen sind.

Die Funktion und die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung ergibt sich für den Fachmann aus der obigen Beschreibung von selbst. Die folgende Beschreibung dieser Funktion erfolgt im folgenden der Bequemlichkeit halber nur für eine Patrone. Unter der Annahme, daß der Schmelztiegel mit Schmelze gefüllt ist, wird eine der Patronen derart abgesengt, daß das untere Ende der Kapillarform in Kontakt mit dem geschmolzenen Beschickungsmaterial gelangt. Das geschmolzene Beschickungsmaterial steigt bis zur Spitze der Form. Hierauf wird in der in den US-Patentschriften 3 591 348 und 3 607 112 beschriebenen Weise ein Keimkristall mit Hilfe des Ziehmechanismus abgesenkt, bis er mit der Spitze der Kapillarform in Kontakt kommt. Das untere Ende des Keimkristalls schmilzt und verbindet sich mit dem geschmolzenen Material am oberen Ende der Form. Hierauf werden die Kristallziehbänder des Ziehmechanismus angetrieben,um"den Keimkristall bei einer ausgewählten Geschwindigkeit nach oben zu ziehen. Während der Keimkristall nach oben gezogen wird, wird kontinuierlich neues kristallines Material an dem Keimkristall gebildet.

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Die beschriebene Vorrichtung gestattet es, im wesentlichen monokristalline Siliziumbänder kontollierter Größe und bei optimalen Geschwindigkeiten und mit genauer Steuerung der verschiedenen Kristallwachstumsparameter zu ziehen. Das System gestattet es auch, aus einem einzelnen Ofen bei verschiedenen Ziehgeschwindigkeiten mehrere Kristalle zu ziehen, da jede Patrone mit ihrem eigenen Ziehmechanismus verbunden ist. Die horizontale Reihenanordnung der Mehrpatronanordnung nach Figur 1 hat eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften. 1. Sind die Wärmeverhältnisse längs des Ofens komplementär zu dem was benötigt wird an der Wachstumsgrenze jeder Form unabhängig von der Bandbreite. 2. Steht um jede Form ein im wesentlichen freier Raum zur Verfügung und es ist auf Grund der Anordnung der Patronen und des Ofens möglich, jede Bandform von zwei Seiten zu beobachten.

Die Verwendung mehrerer Heizelemente, wie das in den Figuren 3, 4 und 6 gezeigt wird, ermöglicht es, die thermischen Bedingungen jeder einzelnen Form einfacher einzustellen. Die von der Vorrichtung 148 direkt über der Form geschaffene Kühlzone gestattet es, die Schmelzwärme schnell abzuführen. Ferner erlaubt es diese Kühlzone in Verbindung mit den Graphitplatten 118A und 118B in dem Band bei dessen Abkühlung ein ganz bestimmtes Temperaturprofil zu schaffen. Dies hilft dazu, restliche Spannungen in dem Band zu verhindern und gestattet auch das Ziehen kristalliner Körper bei relativ hoher Geschwindigkeit. Beispielsweise wurde ein System, das ähnlich dem beschriebenen aufgebaut war, zur Verwendung einer 5cm breiten Kapillarform betrieben. Hierbei wurden 5cm breite Siliziumbänder bei einer Geschwindigkeit von 5cm/min hergestellt, ohne daß in dem Band hohe Restspannungen aufgetreten wären.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der besonderen Konstruktion der Patronen· Wie man aus den Figuren 4 und 5 erkennt, ist die Bodenwand der Patrone mit dem Rest der Patrone mit Hilfe von Graphitstiften verbunden, die leicht entfernt und ersetzt wer den können. Dies ist dort von Vorteil, wo die Kapillarform

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oft ersetzt werden muß. Die Kapillarform wird leicht von der Bodenwand der Patrone durch Entfernen der Graphitstifte 226 gelöst. Auch geetattet die Patronenanordnung die Verwendung von WärmeSchilden, wie dies bei 196 gezeigt ist, die thermisch die Formheizelemente 174, 176 und 178 gegenüber dem Raum über der Form,in den das neu kristallisierte Material gezogen wird, isolieren. Natürlich kann die Anzahl der Wärmeschilde nach Bedarf geändert werden. Die beschriebene Verwendung von Thermoelementen gestattet die genaue Steuerung der Temperatur am oberen Ende der Form,an dem die Kristallisation auftritt, wie auch an dem unteren Ende der Graphitplatten 118A und 118B. Die letztgenannten sind wiederum mit einer zentralen öffnung einer solchen Form versehen, die sich eng der Querschnittsform und Größe des zu erzeugenden Kristalls anpaßt. Auf Grund der relativ großen Stärke und hohen thermischen Leitfähigkeit der Graphitplatten 118A und 118B tritt ein gleichmäßiger Wärmestrom längs ihrer Länge von einem Bereich in der Nähe der Form bis zu dem Kopfblock 104 auf, der durch in den Rohren 133, 135 und 139 zirkulierendes Wasser gekühlt wird. Das Heizelement 170 an dem unteren Ende der Graphitplatten 118A und 118B unterstützt die Steuerung und Änderung der Temperatur längs der Plattenlänge.

richtung Im wesentlichen leiten die beiden Kühlblöcke dieWärme in Längs-

auf Grund der Tatsache, daß die Isolation 230 Strahlungswärmeverlust seitlich von dem Kristall verhhdert. Ein weiterer Vorteil der Patronenkonstruktion ist, daß Rohre 150A und 150B zur Gaszufuhr zum Kanal 130 vorgesehen sind, durch den der Kristall gezogen wird. Dieser Gasfluß sichert eine saubere Umgebung des neugeformten Kristalls und verbessert die Wärmeleitung in dem schmalen Spalt zwischen dem Kristall und der umgebenden Struktür der Graphitplatten 118A und 118B. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Tatsache, daß die verschiedenen elektrischen und Flüssigkeitsverbindungen zu der Patrone hergestellt werden, wens diese aus dem Ofen entfernt ist.Ik die Patronen aus dem Ofen entfernbar sind, ist ein Austausch von Teilen in einem von dem Kristallziehbereich getrennten Arbeitsraum möglich, so daß die

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Wahrscheinlichkeit einer Verschmutzung des Ziehbereiches vermindert wird.

Natürlich ist eine Abänderung der beschriebenen Vorrichtung möglich, ohne die Prinzipien der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann das Kühlgasrohrsystem in der Weise geändert werden, daß das Kühlgas durch öffnungen in der Kühlplatte 148 zugeführt wird. Auch die Montageblöcfce 114A und B und/oder die Rohre 142A und B und/oder die Rohre H3A und B können derart geändert werden, daß das Heben und Senken der Kühlplatte 148 in Bezug auf das obere Ende der Kapillarform möglich ist. Eine weitere mögliche Modifikation besteht darin, eine Form zum Ziehen eines kristallinen Körpers anderer Querschnittsform zu verwenden und entsprechend die Form der inneren Oberfläche der Platten 118A und B zu ändern. So kann beispielsweise die Form so gestaltet sein, daß sie das Ziehen von zylindrischen Rohren gestattet, wobei die innere und äußere sich längs erstreckenden Oberflächen der Platten 118A und B eine kreisförmige Kurvenform aufweisen, um an die Querschnittskurvenform des wachsenden Kristalls angepaßt zu sein.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Patrone besteht auch noch darin, daß sie außerhalb des Ofens bei Zimmertemperatur zusammengebaut werden kann und in den Ofen eingesetzt und aus diesem entfernt, ohne daß dieser gekühlt werden muß.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ziehen eines Kristalls aus einer Schmelze mit einem Ofen, in dem ein Schmelztiegel angeordnet ist, der eine Schmelze enthält, aus der ein Kristall gezogen werden soll, und&it einer Ziehvorrichtung, zum Ziehen eines Kristalls aus einer Ziehschmelze gekennzeichnet durch eine oder mehrere Patronen, die so angeordnet sind, daß sie durch eine Öffnung in dem Ofen in den Ofen hinein und aus diesem herausgezogen werden können, daß jede Patrone eine Kapillarform umfaßt, die in der Lage ist, eine Ziehschmelze zu liefern, und durch wärmeleitende Vorrichtungen, die derart angeordnet sind, daß der Wärmegradient in dem aus der Ziehschmelze zu ziehenden Kristall gesteuert wird, und daß der Ziehmechanismus hinter den wärmeleitenden Vorrichtungen angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Positionierung der Patrone derart, daß die Kapillarform in ihre Betriebsstellung gegenüber dem Schmelztiegel gelangt.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Kapillarform eine Kapillare mit einem oberen Ende und einem unteren Ende aufweist und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um die Patrone derart in den Ofen zu bringen, daß das untere Ende der Kapillare innerhalb des Schmelztiegels endet.

4♦ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Patrone eine Kühlvorrichtung umfaßt, die zwischen dem oberen Ende der Kapillarform und den wärmeleitenden Vorrichtungen einen scharfen Wärmegradienten erzeugt

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ORIGINAL INSPECTED

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Kühlvorrichtung ein Paar im gegenseitigen Abstand angeordneter Abschnitte umfaßt, die symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Kapillarform angeordnet sind und daß eine Vorrichtung zur Kühlung dieser Abschnitte durch die Wärmeleitung vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Kühlvorrichtung ein Paar wärmeleitender Elemente umfaßt und daß eine Vorrichtung zum Zirkulieren eines Kühlmittels durch die wärmeleitenden Elemente vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die wärmeleitende Vorrichtung ein Paar einander gegenüberstehender länglicher wärmeleitender Elemente umfaßt, die sich parallel zu der Ziehachse des Ziehmechanismus erstrecken und die derart geformt sind, daß sie einen gesteuerten Temperaturgradienten längs der Länge eines Kristalls erzeugen, der zwischen und sich längs der wärmeleitenden Elemente erstreckend angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet , daß jedes der wärmeleitenden Elemente ein unteres Ende und ein oberes Ende aufweist und daß die Patrone ferner eine örtliche Heizvorrichtung zur Zufuhr von Wärme zu dem unteren Ende der wärmeleitenden Elemente aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Patrone eine Wärmesenke in leitender Verbindung mit dem oberen Ende der wärmeleitenden Elemente aufweist, um Wärme von den wärmeleitenden Elementen abzuführen.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Patrone ferner Isoliermittel um Im wesentlichen die gesamte Länge der wärmelei teilen Elemente aufweist, um im wesentlichen eine Wärmestrahlung in die Umgebung dieser Elemente zu verhindern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η zeichnet , daß die wärmeleitenden Elemente einen Raum bilden, durch den ein Kristall gezogen werden kann, wobei der Raum so bemessen ist, daß die wärmeleitenden Elemente den Kristall fast berühren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η -zeichnet , daß die Patrone ferner eine Vorrichtung zur Zufuhr eines gasförmigen wärmeleitenden Mediums in den Raum,der von dem Nacherhitzer umgeben^uwird, umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Patrone mit dem Ziehmechanismus verbunden ist.

H. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η

zeichnet , daß der Ziehmechanismus und die Patrone als Einheit in Richtung zu dem Ofen und von diesem weg bewegt werden kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß mindestens zwei in den Ofen hinein und aus diesem heraus- bewegbare Patronen vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um mindestens zwei Patronen getrennt in den Ofen hinein und aus diesem heraus zu bewegen.

17. Patrone zur Verwendung beim Ziehen eines Kristalls aus einer Schmelze, die in einem Ofen enthalten ist ge

'S

kennzeichnet durch eine Kapillarform, eine Vorrichtung zum Halten der Kapillarform, eine wärmeleitende Vorrichtung, die über der Kapillarform angeordnet ist, um den Temperaturgradienten längs eines aus einer Ziehschmelze am oberen Ende der Form zu ziehenden Kristalls zu steuern, einen wärmeleitenden Kopfblock und eine Vorrichtung, um den Kapillarformhalter und die wärmeleitende Vorrichtung mit dem Kopfblock zu verbinden, so daß die wärmeleitende Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Kopfblock angeordnet ist.

18. Patrone nach Anspruch 17 gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das die wärmeleitende Vorrichtung im Abstand umgibt und Isoliermaterial zwischen dem Gehäuse und der wärmeleitenden Vorrichtung, um Strahlungswärmeverluste von der wärmeleitenden Vorrichtung zu verhindern.

19. Patrone nach Anspruch 17 gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung zwischen der Kapillarform und der wärmeleitenden Vorrichtung.

20. Patrone nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net , daß die Kühlvorrichtung ein Kühlelement umfaßt, das in der Nachbarschaft des oberen Endes der Kapillarform angeordnet ist und durch eine Vorrichtung um ein Kühlmittel durch einen Teil des Kühlelementes zu zirkulieren.

21. Patrone nach Anspruch 17 gekennzeichnet durch eine elektrische Heizvorrichtung, die in der Nachbarschaft der Kapillarform angeordnet ist, einen elektrischen Leiter, dessen ein TEnde mit der elektrischen Heizvorrichtung und dessen anderes Ende mit dem wärmeleitenden Kopfblock verbunden ist und durch eine Vorrichtung, die den elektrischen Leiter mit einer elektrischen Stromquelle verbindet.

22. Patrone nach Anspruch 21 gekennzeichnet durch einen Temperatursensor, der in der Nachbarschaft der

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Kapillarform angeordnet ist und durch eine Vorrichtung, die den Temperatursensor mit einer elektrischen Klemme verbindet, die von dem Kopfblock versorgt wird.

23. Patrone nach Anspruch 17 gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das die wärmeleitende Vorrichtung umgibt und daß die Haltevorrichtung für die Kapillarform mit einem Ende des Gehäuses verbunden ist, während das andere Ende des Gehäuses mit dem Kopfblock verbunden ist.

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