DK142062B - Fremgangsmaade og apparat til digelfri zonesmeltning af halvlederstave ved hjaelp af en varmespole - Google Patents

Description

142062 i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til digelfri zonesmeltning af en halvlederstav ved hjælp af en varme-spole, som aksialt omslutter halvlederstaven og kan forskydes parallelt med dennes akseretning, hvilken spole 5 fødes med elektrisk højfrekvensenergi og ved induktiv opvarmning tilvejebringer en gennem halvlederstaven vandrende smeltezone, ved hvilken fremgangsmåde den aksiale afstand mellem de to faste dele af halvlederstaven, der bærer smeltezonen, styres med en første 10 regulering samtidigt med, at energitilførslen til smeltezonen styres med en anden regulering, idet reguleringerne hver sker ved hjælp af afvigelsen af en smeltezonens tilstand bestemmende reguleringsstørrelse fra den tilsvarende bør-værdi, hvorved der som regule-15 ringsstørrelser anvendes frekvensen af den fra en HF-generator over en som elektrisk svingningskreds udformet varmestrømkreds til varmespolen afgivne varmstrøm, samt styrken af den til HF-generatoren førte anodestrøm.

Sådanne fremgangsmåder kendes og en beskrevet 20 udførligt i litteraturen, f.eks. i tysk patentskrift nr. 1.277.813. Principielt består fremgangsmåden i, at en varmespole, som omgiver halvlederstaven ringformet, føres i stavens længderetning, og at halvlederstaven ved induktiv opvarmning smeltes i det område, hvor varme-25 spolen befinder sig. Ved at føre smeltezonen gennem halvlederstaven opnås en omdannelse af halvlederstaven fra polykrystallinsk til enkrystallinsk materiale samt en rensning af materialet og en påvirkning af stavdiameteren.

30 Stavdiameteren kan i første linie påvirkes af størrelsen og formen af det emeltede volumen af smeltezonen, som kan bestemmes ved hjælp af stræknings-opstem-ningsmekanismen og ved tilføringen af højfrekvensener-gien. Med denne fremgangsmåde med anodestrømmen eller 35 varmekredsspændingen og generatorfrekvensen som reguleringsstørrelser trækkes der i overensstemmelse med et forelagt program for generatorfrekvens og anodestrøm (= varmestrøm) overgange fra den tynde kimkrystal til 2 1A 2 O 6 2 den foreskrevne diameter af halvlederstaven, og ligeledes reguleres diameteren til konstant værdi.

Det har imidlertid vist sig, at der med den tidligere anvendte elektriske diameterregulering med de to 5 reguleringsstørrelser - anodestrøm (= varmestrøm) eller varmekredsspænding og generatorfrekvens - ikke kan udreguleres for afvigelser fra den ønskede diameter af størrelsesordenen ca. 5 %, hvilket ikke kan tilfredsstille kravene ved den tendens, der findes til fremstil-10 ling af halvlederstave med større diameter på op til 100 mm og mere.

Disse afvigelser hidrører f.eks. fra, at det smeltede volumen af den induktivt med varmestrømkredsen koblede smeltezone af halvlederstaven inden for visse 15 grænser kan antage forskellige former og størrelser i afhængighed af trækningsprocessens forløb.

Ved varierende form af smeltezonen fås forskellige koblingsmodstande, og forløbet af den komplekse modstand af varmestrømkredsen ændrer sig med frekvensen.

20 Herved fås der imidlertid også forskelige resonanskurver, dvs. at resonansfrekvens, resonansmaksimum og hermed godhed og halwærdibredde af varmekredsen varierer med smeltezonens form. Alligevel kan kurverne skæres i trækningsprocessens arbejdspunkt.

25 Dette resulterer i, at stavdiameteren ved regule ring med to reguleringsstørrelser kan varierer i et vist område, f.eks. på grund af forskellige trækningsprocesforløb, uden at variationerne kan udreguleres ved denne fremgangsmåde.

30 Opfindelsen går ud på at udelukke diameterafvi geiserne ved den tidligere kendte elektriske diameterregulering med to reguleringsstørrelser.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at der som tredje reguleringsstørrelse anvendes den ved hjælp af 35 spændingen på varmestrømkredsen vurderede godhed af denne kreds, og ved, at i det mindste en af de to reguleringer styres skiftevis af i det mindste to reguleringsstørrelser .

3 142062

Ved en grundregulering af diameteren ved hjælp af generatorfrekvensen og stræknings-opstemningsmekanismen tjener herved den ene af de tre reguleringsstørrelser, nemlig generatorfrekvens, anodestrøm eller varmestrøm-5 kredsspænding - efter sammenligning med de ønskede værdier - til regulering af stræknings-opstemnings-mekanismen eller generatorfrekvensen, medens de to andre reguleringsstørrelser skiftevis indkobles til regulering af henholdsvis generatorfrekvensen eller 10 stræknings-opstemningsmekanismen.

Stræknings-opstemningsmekanismen udgør det ene reguleringsobjekt og HF-generatorens frekvensindstillingsorgan det andet. Ved begrebet "stræknings-opstemningsmekanisme" skal forstås de i forhold til 15 hinanden aksialt forskydelige, holdere for halvlederstavens to ender, samt de drivmidler, der bevirker en forskydning på veldefineret måde, fi.eke. indstillings-motor og et mekanisk drev, der overfører bevægelsen.

Ved hjælp af den information, der tilføres en til 20 stræknings-opstemningsmekanismen knyttet reguleringskreds, bliver smeltezonen enten trykket noget sammen, dvs. opstemmet, eller trukket ud, dvs. strakt, hvorved der sker en ændring af det udkrystalliserede halvledermateriales diameter.

25 Med opfindelsen opnås den fordel, at halvleder staven kan trækkes med mere konstant diameter end ved trækningen med to reguleringsstørrelser.

Til bedre indbyrdes udligning, dvs. til opnåelse af en særlig ensartethed for alle zonesmeltningsproces-30 ser kan de tre reguleringsstørrelser ifølge opfindelsen tilføres begge reguleringerne i cyklisk ombytning.

Ifølge opfindelsen kan en ændring af tilførlngen af reguleringsstørrelserne til reguleringerne hensigtsmæssigt først ske, når er-værdien for en regulerings-35 størrelse er blevet lig med dennes bør-værdi. Det kan imidlertid være enklere, hvis ifølge opfindelsen reguleringen for den aksiale afstand mellem de to fast® dele af halvlederstaven, der bærer smeltezone, får fast 142062 4 tilført kun den ene af de tre reguleringsstørrelser.

Opfindelsen angår også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, indeholdende et første reguleringsobjekt, der bestemmer afstanden mellem 5 de to faste stavdele, som bærer smeltezonen, et andet reguleringsobjekt, som bestemmer energitilførslen til smeltezonen via frekvensen af den fra en HF-generator afgivne strøm, en delreguleringskreds med en er-værdi-måler for generatorfrekvensen, en bør-værdigiver og en 10 komparator og en anden delreguleringskreds med en anden er-værdimåler for generatorens anodestrøm, en anden bør-værdigiver og en anden komparator, hvilket apparat er ejendommeligt ved en tredje delreguleringskreds med en tredje er-værdimåler for spændingen på varmestrøm -15 kredsen, en tredje bør-værdigiver og en tredje komparator, samt en omskifter til at knytte hver af de to reguleringsobjekter til en af delreguleringskredsene, hvilkén omskifter er således udformet, at der ved hver betjening af omskifteren sker en omkobling af i det 20 mindste det ene af de to reguleringsobjekter til en af de andre delreguleringskredse.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den skematiske tegning, der viser et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfin-25 delsen.

X det viste apparat findes en varmespole 2, som tilvejebringer smeltezonen i en halvlederstav 1, og som f.eks. over en spole 5 er forbundet med en højfrekvensgenerator 4 til en varmestrømkreds.

30 Varmestrømkredsens spænding, generatorens fre kvens og anodestrømmen måles ved hjælp af instrumenter 6, 7 og 8 og tilføres sammenligningstrin 9, 10 og 11 til sammenligning af er-værdien og bør-værdien. Reguleringsafvigelserne tilføres indstillingsmotorerne 35 for en stræknings-opstemningsmekanisme 13 og en frekvensreguleringsindretning for højfrekvensgeneratoren 4, efter at de i en kobling 12 er udvalgt i overensstemmelse med et forelagt program. Ifølge opfin

Claims (2)

142062 delsen sker dette således, at den ene af de tre reguleringsstørrelser tilføres indstillingsmotoren for stræk-ningsopstemningsmekanismen 13 eller for frekvensreguleringsindretningen for højfrekvensgeneratoren 4, 5 medens de to andre reguleringsstørrelser over en omskifterindretning i en kobling 12 vekselvis forbindes til indstillingsmotoren for frekvensreguleringsindretningen eller for stræknings-opsternningsmekanismen. Omskiftningen sker dog først, når den aktuelle værdi er lig med io den ønskede værdi for den udvalgte reguleringsstørrelse.

1. Fremgangsmåde til digelfri zonesmeltning af en halvlederstav ved hjælp af en varmespole, som aksialt 15 omslutter halvlederstaven og kan forskydes parallelt aed dennes akseretning, hvilken spole fødes med elektrisk højfrekvensenergi og ved induktiv opvarmning tilvejebringer en gennem halvlederstaven vandrende smeltezone# ved hvilken fremgangsmåde den aksiale afstand mellem de 20 to faste dele af halvlederstaven, der bærer smeltezonen, styres med en første regulering samtidigt med, at energitilførslen til smeltezonen styres med en anden regulering, idet reguleringerne hver sker ved hjælp af afvigelsen af en smeltezonens tilstand bestemmende 25 reguleringsstørrelse fra den tilsvarende bør-værdi, hvorved der som reguleringsstørrelser anvendes frekvensen af den fra en HF-generator over en som elektrisk svingningskreds udformet varmestrømkreds til varmespolen afgivne varmestrøm, samt styrken af den til HF-30 generatoren førte anodestrøm, kendetegnet ved, at der som tredje reguleringsstørrelse anvendes den ved hjælp af spændingen på varmestrømkredsen vurderede godhed af denne kreds, og ved, at i det mindste en af de to reguleringer styres skiftevis af i det 35 mindste to reguleringsstørrelser.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegne t ved, at de tre reguleringsstørrelser i cyklisk ombytning tilføres begge reguleringer.