DK176877B1 - Induktionsvarmespole og fremgangsmåde til smeltning af granulat af halvledermateriale. - Google Patents

Description

DK 176877 B1

Opfindelsen angår en induktionsvarmespole og en fremgangsmåde til smeltning af granulat af halvledermateriale på en tallerken med udløbsrør. Ifølge tysk offentliggørelsesskrift nr. 102 04 178 A1 er denne type induktionsvarmespole nødvendig for at kunne fremstille en énkrystal af halvledermateriale med granulat som 5 råstof.

Figur 4 viser en kendt induktionsvarmespole i en indretning under fremstillingen af en énkrystal. Granulatet, som er smeltet ved hjælp af induktionsvarmespolen, flyder gennem en åbning i midten af tallerkenen ned i en smeltemasse under dannelse af en 10 tragtformet film af halvledermateriale. Smeltemassen danner et reservoir, som, styret af en trækspole, krystalliserer på en énkrystal samtidig med en forøgelse af dennes rumfang. For at opnå et fejlfrit forløb af krystalvæksten er det blandt andet vigtigt, at filmen og den tilgrænsende smeltemasse forbliver flydende. For at undgå en ukontrolleret frysning af filmen og smeltemassen er der tilvejebragt opvarmning ved en 15 strålevarmer. En sådan strålevarmer er dog dyr og kun lidt effektiv, fordi den største del af strålingen, som rammer filmen, reflekteres og dermed bliver virkningsløs.

Derudover kan filmen og smeltemassen ikke opvarmes ensartet, fordi strålingens forskellige indfaldsvinkler varierer tydeligt.

20 Den foreliggende opfindelses opgave er på en nemmere og mere effektiv måde at opnå en regelmæssig opvarmning af filmen og den tilgrænsende smeltemasse.

Opfindelsen angår en induktionsvarmespole til smeltning af granulat af halvledermateriale på en tallerken med et udløbsrør, omfattende en med 25 strømførespalte forsynet spole med en overside og en underside og med en gennemstrømningsåbning til granulat i et område liggende uden for spolens midtpunkt og strømførende segmenter, som fremstår i midtpunktet af spolens underside og som via et forbindelsesstykke er elektrisk ledende forbundet med en nedre ende.

30 Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til smeltning af granulat af halvledermateriale på en tallerken med et udløbsrør ved hjælp af en induktionsvarmespole, omfattende dannelsen af en film af smeltet halvledermateriale, som fugter udløbsrøret, og en smeltemasse af halvledermateriale med en fri overflade, som er omgivet af filmen, som er ejendommelig ved, at filmen og smeltemassen 35 opvarmes på den frie overflade ved hjælp af strømførende segmenter, som fremstår i DK 176877 B1 2 midtpunktet af induktionsvarmespolens underside og som er elektrisk ledende forbundet med en nedre ende via et forbindelsesstykke.

Induktionsvarmespolen, som anvendes til smeltning af granulatet, anvendes ifølge 5 opfindelsen også til induktivt at opvarme og holde filmen og den tilgrænsende smeltemasses øvre område flydende. Dermed opnås formålet, at tilvejebringe en kontinuerlig og styrbar strømning af smeltemasse fra tallerkenen indtil énkrystallen. Til dette formål fremviser spolen strømførende segmenter, som fremstår i midtpunktet af spolens underside, og som rager ind i kanalen, som filmen af halvledermateriale 10 begrænser i siden og smeltemassen begrænser forneden. Segmenterne er fortrinsvis udformet således, at en induktiv opvarmning af filmen og smeltemassen i området af den af filmen omgivne frie overflade af smeltemassen er særlig effektiv. Særlig foretrukket er en form af segmenterne, der gør, at kanalens rumfang fyldes næsten fuldstændigt af segmenterne. Segmenterne er derfor eksempelvis udformet som to 15 segmenter, der danner en keglestub, og som via et forbindelsesstykke på deres nedre ende er elektrisk ledende forbundet med hinanden.

Disse og yderligere kendetegn ved opfindelsen beskrives i det følgende mere udførligt ved hjælp af figurer. Figur 1 viser skematisk et længdesnit af en foretrukken 20 udførelsesform af induktionsvarmespolen ifølge opfindelsen i en indretning under driften. Figur 2 og 3 viser induktionsvarmespolen set ovenfra og i tværsnit. Figur 4 er en gengivelse svarende til Figur 1 repræsenterende det aktuelle tekniske niveau.

Ensartede kendetegn er forsynet med samme henvisningstal, 25 Induktionsvarmespolen er udformet således, at en højfrekvensstrøm i alt væsentligt strømmer igennem spolen 1 og segmenterne 2 (Figur 2 og 3). Segmenterne er elektrisk ledende forbundet med hinanden på deres nedre ender via et tyndt forbindelsesstykke 3. Spolen fremviser radialt rettede strømførespalter 4, som fremtvinger en elektrisk strømning i en mæanderformet bane gennem spolen. Banen 30 fører fra spoletilslutninger 5 på kanten af spolen 1 til segmenterne 2 i spolemidtpunktet gennem segmenterne og gennem spolen tilbage igen til spoletilslutningerne. På denne måde sikres det, at alle områder af tallerkenens overflade dækkes lige meget af det elektromagnetiske feit, som dér inducerer strømmen til at smelte granulat og til at opretholde den smelteflydende tilstand.

J

35 3 DK 176877 B1

Spolen 1 har på et ydre område i det mindste én gennemstrømningsåbning 6 til tilførslen af granulat af halvledermateriale på den drejende tallerken. Gennemstrømningsåbningen dannes fortrinsvis af en af strømførespalterne 4, som til formålet er udvidet på et stykke.

5

Induktionsvarmespolen er endvidere udstyret med et kølesystem, som omfatter kølekanaler 7 i spolen 1, hvorigennem der strømmer kølemiddel eksempelvis vand.

For også at opnå en intensiv køling af segmenterne 2, er kølekanalerne ført frem til segmenterne og forbundet med hinanden via en rørbro 8, Rørbroen når i midtpunktet 10 af spolen 1 's overside frem til segmenterne 2 og er eksempelvis loddet eller svejset på disse. Rørbroen 8 er snoet én eller flere gange, således at den har en tilstrækkelig høj induktans. Højfrekvensstrømmen strømmer derfor i alt væsentligt via et forbindelsesstykke 3, som forbinder segmenterne 2, og ikke via rørbroen 8. På grund af strømfluxet er feltlinietætheden omkring forbindelsesstykket meget høj, og den 15 induktive opvarmning af smeltemassen, som ved fremstillingen af en énkrystal ligger umiddelbart overfor forbindelsesstykket, er særlig effektiv. Der ligger fortrinsvis det samme elektriske potentiale på smeltemassen og forbindelsesstykket, især fortrinsvis masse-potentiale.

20 En foretrukken relativ indretning af induktionsvarmespolen og tallerkenen 9 under fremstillingen af en énkrystal 10 er vist i Figur 1. Segmenterne 2 danner en keglestub og når omkring forbindelsesstykket 3 næsten helt frem til smeltemassen. Den fra tallerkenen 9's udløbsrør 11 strømmende film 12 af smeltet halvledermateriale omgiver en kanal, hvis rumfang næsten er fuldstændig fyldt med de strømførende segmenter 25 2. Fortrinsvis er hældningsvinklen på segmenternes udvendige flade og hældningsvinklen for udløbsrørets indvendige flade ens. Den kontinuerlige strøm af smeltet halvledermateriale fra tallerkenen til smeltemassen kan yderligere forbedres ved, at keglestubben anbringes en anelse asymmetrisk i kanalen, og der derved fortrinsvis opvarmes én side. Derved dannes ved begyndelsen af dyrkningsprocessen, 30 når der kun er brug for lidt smeltemassestrømning, en defineret lukket smeltemassebane,

Tallerkenen 9 består fortrinsvis af det samme halvledermateriale som granulatet 13 og er fortrinsvis udført på en måde ligesom beholderen, der er beskrevet i tysk 35 offentliggørelsesskrift nr. 102 04 178 A1, hvis indhold hermed udtrykkeligt inddrages.

Den kan dog også være udført som enkelt flad plade med centralt udløbsrør, især når 4 DK 176877 B1 den anvendes til at smelte granulat til fremstillingen af énkrystaller med forholdsvis lille diameter. Henvisningstallet 14 betegner en tragt, som granulatet 13 føres ind i.

Opfindelsen anvendes fortrinsvis til fremstillingen af énkrystaller af silicium.

5 Halvlederskiverne, der skæres ud af énkrystallerne, egner sig eksempelvis til fremstilling af solceller eller elektroniske komponenter, eksempelvis effekttransistorer og tyristorer.

Eksempel: 10 Med en induktionsvarmespole ifølge opfindelsen i en indretning ifølge Figur 1 blev der fremstillet énkrystaller af silicium, uden at der blev stillet en strålevarmer til rådighed for kanalen og den tilgrænsende smeltemasse. De trukne énkrystaller var fri for forskydninger, og der opstod intet udbyttetab på grund af størkning af silicium i filmen eller i smeltemassens tilgrænsende område.

15

Claims (9)

1. Induktionsvarmespole til smeltning af granulat af halvledermateriale på en tallerken med et udløbs rør, omfattende en med strømførespalte forsynet spole med en overside 5 og en underside og med en gennemstrømningsåbning til granulat i et område liggende uden for spolens midtpunkt og strømførende segmenter, som fremstår i midtpunktet af spolens underside, og som via et forbindelsesstykke er elektrisk ledende forbundet på en nedre ende.

2. Induktionsvarmespole ifølge krav 1, kendetegnet ved, at i det mindste én af strømførespalterne er udvidet for at danne gennemstrømningsåbningen.

3. Induktionsvarmespole ifølge krav 1 eller krav 2, kendetegnet ved, at segmenterne danner en form som en keglestub. 15

4. Induktionsvarmespole ifølge et af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at hældningsvinklen på de strømførende segmenters udvendige flade og hældningsvinklen for udløbsrørets indvendige flade er ens.

5. Induktionsvarmespole ifølge et af kravene 1 til 4, kendetegnet ved et kølesystem til køling af spolen og segmenterne.

5 DK 176877 B1

6. Induktionsvarmespole ifølge krav 5, kendetegnet ved, at kølesystemet omfatter en rørbro, gennemstrømmet og omgivet af kølemiddel, som i midtpunktet af spolens 25 overside er i kontakt med de strømførende segmenter.

7. Fremgangsmåde til smeltning af granulat af halvledermateriale på en tallerken med et udløbsrør ved hjælp af en induktionsvarmespole, omfattende dannelsen af en film af smeltet halvledermateriale, som fugter udløbsrøret, og en smeltemasse af 30 halvledermateriale med en fri overflade, som er omgivet af filmen, kendetegnet ved, at filmen og smeltemassen opvarmes på den frie overflade ved hjælp af strømførende segmenter, der fremstår i midtpunktet for induktionsvarmespolens underside, og som via et forbindelsesstykke er elektrisk ledende forbundet på en nedre ende.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at granulat af silicium smeltes på en tallerken af silicium. DK 176877 B1 6

9. Fremgangsmåde ifølge krav 7 eller krav 8, kendetegnet ved, at forbindelsesstykket og smeltemassen lægges på det samme elektriske potentiale.