DE2938793C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine teilbare, aus zwei symmetri­ schen Hälften bestehende, als einwindige Flachspule aufgebaute Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Stäben aus Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, mit Mitteln zur Flüssigkeitskühlung.

Eine solche Spule ist z. B. in der britischen Patentschrift 14 98 085 beschrieben worden. Eine solche Flachspule hat gegenüber einer Zylinderspule den Vorteil einer wesentlich geringeren ach­ sialen Ausdehnung der Schmelzzone, wodurch eine Erhöhung der Stabilität der Schmelzzone erreicht wird. Dies ist insbesondere beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Siliziumkristallstäben mit großen Durchmessern von Bedeutung. Eine Flachspule hat gegen­ über einer Ringspule mit einer dem Querschnitt gleichen Höhe auch eine verminderte Induktivität, die bei gleicher Schmelz­ leistung einen geringeren Spannungsabfall an der Heizspule und damit eine kleinere Überschlagsneigung in einer mit Schutzgas, beispielsweise Argon, gefüllten Zonenkammer aufweist. Außerdem hat diese Spule den Vorteil einer gleichmäßigeren Feldverteilung und einer besseren Stützwirkung für die Schmelzzone.

Beim Ziehen von Halbleiterstäben, die größeren Durchmesser als der Innendurchmesser der Induktionsheizspule haben, kann man die Spule am Stabende nur ausfädeln, wenn man den Halbleiterstab am Stabende auseinander zieht oder bricht. Dies ist dann ungünstig, wenn mehrere Schmelzzonendurchgänge gemacht werden müssen, wie es beispielsweise beim Herstellen versetzungsfreier Halbleiter­ stäbe der Fall ist. Hier muß entweder vor Ziehbeginn ein Ansatz­ stück an das Stabende angeschmolzen werden, das dünner als der Spuleninnendurchmesser ist oder es muß vor jedem Zonenschmelz­ durchgang ein neues Ansatzstück angeschmolzen werden. Beide Methoden sind sehr umständlich und vor allem bei der Herstellung von Halbleiterstäben mit großen Durchmessern, d. h. im Bereich von 60 bis 80 mm und darüber, sehr teuer.

Die erwähnte Induktionsheizspule ist daher in zwei Hälften zer­ legbar, die durch Schraubverbindungen und für die Kühlung vorge­ sehene Abdichtungen miteinander verbunden sind.

Bei einer Spule der genannten Art ergibt sich jedoch das Problem, die Trennfuge einwandfrei abzudichten. Dies ist jedoch wegen der starken thermischen Beanspruchung der Spule nicht zufriedenstel­ lend zu lösen.

Die Erfindung hat daher das Ziel, eine Spule der genannten Gat­ tung derart weiterzubilden, daß an der Trennfläche keine Dicht­ probleme auftreten.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß jede dieser Hälften ihr eigenes unabhängiges Kühlflüssigkeitskreislaufsystem enthält.

In der britischen Patentschrift 10 02 388 ist zwar eine teilbare Induktionsheizspule beschrieben, bei denen die einzelnen Teile individuelle Kühlmittelzuführungen und Abführungen haben. Die Zu- und Abführungen sind jeweils an den Enden der einzelnen Tei­ le angeordnet, so daß diese Teile nur in einer Richtung vom Kühlmittelstrom durchflossen werden. Die Anordnungen der Zu- und Abführungen an weit voneinander entfernten Stellen der Teile er­ fordert viel Raum und kommt für das tiegelfreie Zonenschmelzen schon deshalb nicht in Betracht, da dort Strom und Kühlmittel durch eine vakuum- oder gasdichte Durchführung zugeführt werden muß. Der gedrängte Aufbau der erfindungsgemäßen Spule mit dicht beieinanderliegenden Zu- und Abflüssen erlaubt es, diese Spule mit Vorteil beim tiegelfreien Zonenschmelzen von Stäben aus Halbleitermaterial zu verwenden.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß neben einer zuverlässigen Dichtung auch noch eine besonders gute Kühlung bei großer Hochfrequenzleistung erreicht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß entweder das Flüssigkeitskreislaufsystem in Form von Bohrungen im Spulenkörper gebildet ist oder durch auf die Flachspule auf­ geschweißt oder aufgelötete Kühlschlangen.

Die für die Teilung vorgesehene Trennfuge ist zweckmäßigerweise senkrecht zur Spulenebene angeordnet.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind an den Trennflächen Verbindungen aus leitendem Material vorgesehen. Gemäß einem besonders günstigen Ausführungs­ beispiel nach der Lehre der Erfindung bestehen diese Ver­ bindungen aus versilbertem Messing und sind durch Hart­ löten an den Inneneinsatzhälften befestigt.

Für die Schraubverbindungen sind im gut leitenden Spulen­ material vorzugsweise Einsätze aus Stahl geeignet.

Eine besondere Ausführungsform gemäß vorliegender Erfin­ dung sieht vor, daß am Außenrand der Spule eine Erdungs­ schelle angebracht ist; zweckmäßigerweise ist die Er­ dungsschelle in dem den Stromanschlüssen und Kühlwasser­ zuführungen gegenüberliegenden Bereich der Spule angeord­ net.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aus­ führungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen in der Spulenebene liegenden Schnitt durch die Spule, bei der das Flüssigkeitskreislaufsystem in Form von Bohrungen im Spulenkörper gebildet ist.

Die aus Kupfer oder Silber gefertigte Spule 1 besteht aus zwei symmetrisch ausgebildeten Hälften, die über die Trennfuge 10 miteinander elektrisch und mechanisch ver­ bunden sind. Die mechanische Verbindung wird durch die Verschraubung 5 bewerkstelligt, die gemäß vorliegender Erfindung keine Wasserführung mehr enthält.

Die Bohrungen im Spulenkörper sind so geführt, daß zwei voneinander unabhängige Systeme 3 für die eine und 4 für die andere Spulenhälfte entstehen. Der Flüssigkeitsver­ lauf ist durch die Pfeile 8 für das eine bzw. 9 für das andere System gekennzeichnet.

Die Anschraubklötzchen 2 der Spule 1 sind in Fig. 2 in der Vorderansicht dargestellt. Sie sind an den Stirn­ flächen mit Silber plattiert und weisen im Bereich der Bohrungen 11 und 12 für das eine und 13 und 14 für das andere Kühlsystem Gummidichtungen 6 auf. Mit 7 sind die Befestigungslöcher zum Anschrauben an die HF-Durchfüh­ rung bezeichnet.

Die Induktionsheizspulen gemäß der Erfindung können nicht nur beim tiegelfreien Zonenschmelzen in einer Schutzgasatmosphäre verwendet werden, sondern mit ähn­ lichen Vorteilen auch beim tiegelfreien Zonenschmelzen im Vakuum. Durch ihre spezielle Ausbildung ist bei ihrer Verwendung die Möglichkeit gegeben, Siliciumeinkristall­ stäbe mit Durchmessern von mehr als 80 mm und Längen von 100 cm völlig versetzungsfrei herzustellen.

Claims (10)

1. Teilbare, aus zwei symmetrischen Hälften bestehende, als einwindige Flachspule aufgebaute Induktionsheizspule zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Stäben aus Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, mit Mitteln zur Flüssigkeitskühlung, dadurch gekennzeichnet, daß jede dieser Hälften ihr eigenes unabhängiges Kühlflüssig­ keitskreislaufsystem enthält.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitskreislaufsystem in Form von Bohrungen im Spulenkörper gebildet ist.

3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitskreislaufsystem aus auf die Flach­ spule aufgeschweißten bzw. aufgelöteten Kühlschlangen besteht.

4. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Teilung vorge­ sehene Trennfuge senkrecht zur Spulenebene angeordnet ist.

5. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Trennflächen Verbin­ dungen aus leitendem Material vorgesehen sind.

6. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bereich der Trennfuge mit einem Silberbelag versehen ist.

7. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Kupfer oder Silber besteht.

8. Spule nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schraubverbindungen im gut leitenden Spulen­ material Einsätze aus Stahl verwendet sind.

9. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrand der Spule eine Erdungsschelle angebracht ist.

10. Spule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdungsschelle an dem den Stromanschlüssen und Kühl­ wasserzuführungen gegenüberliegenden Bereich der Spule angeordnet ist.