FR2568797A1 - Procede et appareil pour la coulee de materiaux conducteurs et semi-conducteurs - Google Patents

Procede et appareil pour la coulee de materiaux conducteurs et semi-conducteurs Download PDF

Info

Publication number
FR2568797A1
FR2568797A1 FR8512282A FR8512282A FR2568797A1 FR 2568797 A1 FR2568797 A1 FR 2568797A1 FR 8512282 A FR8512282 A FR 8512282A FR 8512282 A FR8512282 A FR 8512282A FR 2568797 A1 FR2568797 A1 FR 2568797A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
material
conductive elements
container
casting
conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8512282A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2568797B1 (fr
Inventor
Theodore Frank Ciszek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
US Department of Energy
Original Assignee
US Department of Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US06/640,286 priority Critical patent/US4572812A/en
Application filed by US Department of Energy filed Critical US Department of Energy
Publication of FR2568797A1 publication Critical patent/FR2568797A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2568797B1 publication Critical patent/FR2568797B1/fr
Application status is Expired legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/02Use of electric or magnetic effects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14Plants for continuous casting
    • B22D11/141Plants for continuous casting for vertical casting

Abstract

<P>PROCEDE ET APPAREIL POUR LA COULEE DE MATERIAUX CONDUCTEURS ET SEMI-CONDUCTEURS.</P><P>L'APPAREIL COMPORTE UNE PLURALITE D'ELEMENTS CONDUCTEURS 2 DISPOSES DE FACON A DEFINIR UN DOMAINE EN FORME DE RECIPIENT 4 AYANT UNE SECTION TRANSVERSALE DE FORME SOUHAITEE. UNE PARTIE OU LA TOTALITE DU MATERIAU CONDUCTEUR OU SEMI-CONDUCTEUR 14 DEVANT ETRE COULEE, EST INTRODUITE DANS LE DOMAINE EN FORME DE RECIPIENT 4. UN MOYEN EST PREVU POUR INDUIRE UN COURANT ELECTRIQUE DANSCHACUN DES ELEMENTS CONDUCTEURS 2, CES COURANTS AGISSANT COLLECTIVEMENT POUR INDUIRE UN COURANT DANS LE MATERIAU 14. LE COURANT INDUIT PARCOURANT LES ELEMENTS CONDUCTEURS 2 S'ECOULE DANS UN SENS PRATIQUEMENT OPPOSE AU COURANT INDUIT DANS LE MATERIAU, DE SORTE QUE LE MATERIAU 14 EST ECARTE DES ELEMENTS CONDUCTEURS 2 LORS DU PROCESSUS DE COULEE.</P>

Description

PROCEDE ET APPAREIL POUR LA COULEE DE MATERIAUX CONDUC-

TEURS ET SEMI-CONDUCTEURS.

Le Gouvernement des Etats-Unis détient des droits afférant à la présente invention, conformément au contrat n DE-ACO2-83CH10093 entre le"U.S. Departement of Energy"et le "Solar Energy Research Institute", division du"Midwest Research Institute' La présente a pour but de fournir un procédé et un appareil pour couler des matériaux conducteurs et semiconducteurs, et plus précisément, un procédé et

un appareil pour couler ces matériaux de manière prati-

quement continue avec une contamination minimum du

matériau de coulée.

On sait que les matériaux conducteurs et semi-

conducteurs peuvent être coulés en lingots ayant une section transversale de formes particulières. Jusqu'à présente, les procédés pour couler ces matériaux utilisaient des techniques de coulée discontinue dans lesquelles une quantité prédéterminée de matériau n2u d'alimentation, qu'il soit à l'état solide ou à l'état fondu, était introduite dans un moule de coulée ayant une section transversale de forme particulière. Si le matériau d'alimentation est introduit dans le moule à l'état solide, des moyenspermettant de faire fondre

ce matériau sont utilisés.Une fois le matériau d'alimen-

tation à l'état fondu, on le laisse se solidifier et se refroidir à l'intérieur du moule pour produire un lingot

coulé ayant une section transversale de la forme souhai-

tée, déterminée par la forme des parois intérieures du moule. Ces procédés de coutée en discontinu présentent au moins deux inconvénients communs. En premier lieu, comme

les lingots coulés sont produits lot par lot, la produc-

tion globale de lingots est limitée par le nombre de moules de coulée disponibles à un instant donné, et

est en outre limitée par le temps de production prolon-

gé qui est nécessaire pour effectuer la fusion, la solidification et le refroidissement de chaque lot. En second lieu, dans tous Les procédés en discontinu connus, on laisse le matériau d'alimentation venir au contact des parois intérieures du moule de coulée pendant les étapes de fusion et/ou de solidification. Lorsque L'on souhaite produire un lingot de pureté élevée, ce contact est

nuisible car des contaminants provenant des parois inté-

rieures du moule sont introduits dans le matériau fondu et se trouvent piégés dans la structure cristalline du lingot obtenu. En outre, lorsque l'on souhaite obtenir un lingot ayant des grosseurs de grainscristallins importantes, le contact entre le matériau fondu et les parois intérieures du moule lors de la solidification est gênant en raison des effets de nucléation sur Les

parois.

La présente invention a donc pourobjet de fournir un procédé et un appareil qui permettent de couler de façon pratiquement continue des matériaux conducteurs et

semi-conducteurs en lingots ayant des sections transver-

sales de formes prédéterminées.

L'invention a également pourobjet de fournir un procédé et un appareil pour couler ce matériau, de telle manière qu'il ne vienne pratiquement pas au contact des parois intérieures d'un moule de coulée pendant les

étapes de fusion, de solidification et/ou de refroidis-

sement du processus de coulée.

L'invention a en outre pour objet de fournir un procédé et un appareil pour couler ces matériaux de telle manière que le laitier ou que les débrits flottants dans l'environnement de coulée, n'aient pas d'effet

notable sur la qualité du lingot de coulée obtenu.

La présente invention a en outre pour objet de

fournir un procédé et un appareil pour couler des maté-

riaux conducteurs et semi-conducteurs, dans lesquels

la chaleur provenant du matériau fondu peut être rapide-

ment et efficacement éliminée afin de permettre une soli-

dification et un refroidissement rapides du lingot obtenu.

L'invention a enfin pour objet de fournir un procé-

dé et un appareil pour couler ce matériau, dans lequel Le matériau d'alimentation peut être introduit sous des

formes et avec des dimensions très diverses.

D'autres objets,avantages et caractéristiques nouvelles de la présente invention seront d'une part

décrits ci-après, et apparaîtront d'autre part aux spé-

cialistes de la technique à la lecture de ce qui suit, ou pourront apparaître lors de la mise en-pratique de

la présente invention. Les objets et avantages de l'in-

vention peuvent être réalisés et atteints au moyen des

dispositifs et des combinaisons décrites dans Les reven-

dications annexées.

La présente invention fournit un appareil qui

comprend une pluralité d'éléments électriquement conduc-

teurs disposés côte à côte de façon à définir un domaine ayant la forme d'un récipient ayant un sommet et un fond ouverts. L'appareil comprend en outre un moyen pour induire des courants électriques alternatifs à haute fréquence dans chacun des éléments conducteurs. Enfin, un élément de support rétracti le est disposé à travers le fond à extrémité ouverte dudit domaine en forme de

récipient.

Lors de la mise en oeuvre de la présente inven-

tion, l'élément de support est initialement disposé vers l'intérieur du fond à extrémité ouverte du domaine ayant la forme d'un récipient. Le moyen d'induction est ensuite activé de façon à induire magnétiquement un courant dans chaque élément conducteur qui est adjacent au moyen d'induction,

Un matériau d'alimentation conducteur ou semi-

conducteur est ensuite introduit par le sommet du do-

maine en forme de récipient à l'état fondu ou solide.

L'élément de support a pour rôle de soutenir le maté-

riau d'alimentation. Si Le matériau d'alimentation

introduit est à l'état soLide et est de nature semi-

conductrice, desmoyensde chauffage direct sont initia-

lement nécessairespour porter le matériau d'alimentation

à une température élevée, sauf si le matériau d'alimen-

tation a préalablement été traité par un dopant approprié.

Si un matériau d'alimentation conducteur est introduit

à l'état solide, aucun moyen de chauffage n'est néces-

saire.

Les courants induits mentionnés ci-dessus dans les éléments conducteurs agissent collectivement pour

induire magnétiquement un courant électrique principa-

lement dans la partie du matériau d'alimentation qui est adjacente au moyen d'induction. Le courant induit dans le matériau chauffe celui-ci jusqu'à ce qu'il

passe à l'état fondu et/ou le maintient dans cet état.

Le courant induit dans le matériau s'écoule en sens pratiquement opposé aux courants induits parcourant chacun des éléments conducteurs, et par conséquent, le matériau est écarté des éléments conducteurs. Cette

répulsion a tendance à empêcher le matériau d'alimen-

tation à venir au contact direct des parois intérieures des éléments conducteurs lors du processus de coulée,

et empêche ainsi la contamination du matériau.

Au fur et à mesure que l'élément de support s'abaisse lentement en s'écartant de la partie du domaine en forme de récipient qui est adjacente au moyen d'induction, la partie inférieure du matériau fondu se solidifie sans contact notable avec les parois intérieures des éléments conducteurs, du fait des courants électriques répulsifs mentionnés précédemment. Comme le matériau ne vient pas au contact des éléments conducteurs lorsqu'il se solidifie, on évite toute nucléation sur Les parois et les grosseurs de grains cristallins obtenues dans le Lingot de coulée sont rendues maximales. Au fur et à' mesure que le processus de solidification se poursuit, on peut introduire du nouveau matériau d'alimentation au sommet du domaine en forme de récipient. Le nouveau matériau d'alimentation peut être ajouté à une vitesse telle qu'il puisse être fondu avec le matériau d'alimen- tation fondu déjà présent dans le domaine en forme de récipient. La solidification et l'introduction continues du matériau dans l'appareil conduisent à un procédé de nature pratiquement continue et permettent de produire de grands lingots de pureté élevée ayant une section

transversale de la forme souhaitée.

Les dessins annexés, qui sont incorporés et font

partie du présent mémoire, illustrent un mode de réali-

sation de la présente invention et associés à la descrip-

tion servent à expliquer les principes de la présente invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'appareil utilisé dans la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale dudit mode de réalisation de l'appareil de la présente invention. Les figures 3A à 3Csont une série de vues en coupe transversale représentant ledit mode de réalisation à des étapes successives de la coulée d'un matériau

conducteur ou semi-conducteur.

On décrit ci-après de façon détaillée, un mode de réalisation de la présente invention. D'autres modes de réalisation apparaîtront aux spécialistes de la

technique.

Conformément à ce mode de réalisation de la présente invention, la figure 1 représente une vue en perspective d'un appareil de coulée. Comme l'illustre la figure, l'appareil comprend une pluralité d'éléments verticaux électriquement conducteurs 2 disposés côte à côte de façon à définir un domaine en forme de récipient 4

ayant un sommet et un fond ouverts. Les éléments verti-

caux 2 ne peuvent pas se toucher mutuellement mais sont fixés à un élément de base commun 6 (par des techniques

de soudage à L'argent, ou des techniques de ce type).

Chaque élément vertical 2 est muni de passages Longitu-

dinaux intérieurs 20 permettant l'écoulement dans ceux-

ci d'un liquide de refroidissement. A titre d'exemple, les éléments verticaux 2 peuvent être constitués par un

tube de cuivre.

Il est à noter que les éléments verticaux 2 peuvent être disposés de façon à définir une section transversale de forme particulière à l'intérieur dudit domaine en forme de récipient 4. Comme ceLa apparaîtra par La suite, la forme de la section transversale à l'intérieur du domaine en forme de récipient 4, détermine La forme de la section transversale du produit final sous forme de lingots, pouvant être produits par la mise en

oeuvre de la présente invention.

L'appareil comprend en outre une bobine de chauf-

fage par induction par radiofréquences (RF) 8 qui comporte de préférence plus d'une spire. La bobine RF 8 peut être disposée de façon à encercler une partie supérieure de

la pluralité mentionnée précédemment d'éléments verti-

caux 2,mais la bobine RF 8 ne doit pas pouvoir venir au contact direct de l'un quelconque des éléments verticaux 2. Comme l'illustre la figure 2, un écran 16 peut être interposé entre Les éléments verticaux 2 et la bobine RF 8 afin d'empêcher la formation d'un arc électrique entre les éléments verticaux 2 et la bobine RF 8, et peut par exemple être constitué par un matériau tel

que du quartz.

Un élément de support rétractile verticaLement est disposé à travers Le fond à extrémité ouverte

dudit domaine en forme de récipient 4. L'élément de sup-

port 10 peut être conçu de façon à présenter une surface supérieure 12 qui ait pratiquement La même forme que celle définie par la section transversale horizontale du domaine en forme de récipient 4. Pour permettre un mouvement pratiquement vertical de l'élément de support à l'intérieur du domaine en forme de récipient 4, la surface supérieure 12 de l'élément de support 10 peut présenter des dimensions légèrement inférieures

à celles de la section transversale horizontale du do-

maine en forme de récipient 4. L'élément de support 10 peut, par exemple, être constitué par un matériau tel

que du graphite.

Lors de la mise en oeuvre de la présente in-

vention, l'élément de support 10 peut initialement

être disposé vers l'intérieur du fond à extrémité ou-

verte du domaine en forme de récipient 4, afin que la surface supérieure 12 de l'élément de support 10 soit pratiquement au même niveau que la spire la plus inférieure de la bobine RF 8 (voir fig. 3A). On fait ensuite circuler du liquide de refroidissement dans les passages 20 des

éléments verticaux 2, et l'on active la bobine RF 8.

L'énergie électrique fournie à la bobine RF peut par exemple provenir d'un générateur électrique. Le courant électrique s'écoulant dans les spires de la bobine RF 8 induit magnétiquement un courant commun principalement dans la partie de chacun des éléments verticaux 2 qui est entourée par ladite bobine RF 8. De cette manière,

chacun des éléments verticaux 2 joue le rôle d'un enrou-

lement de transformateur secondaire abaisseur de tension à une spire. Le liquide de refroidissement qui circule dans les passages 20 des éléments verticaux 2 a tendance à empêcher les éléments verticaux 2 à surchauffer en

réponse au courant induit circulant dans ceux-ci.

Comme le montre la figure 3A, un matériau d'ali-

mentation conducteur ou semi-conducteur 14 est ensuite in-

troduit par la sommet du domaine en forme de récipient 4.

Le matériau d'alimentation 14 peut être soit-à l'état

solide, comme le montre la figure 3A, soit à l'état fondu.

Il est à noter que le matériau d'alimentation solide 14

peut être introduit sous des formes et avec des dimen-

sions diverses sans affecter notablement le fonctionnement

de l'appareil décrit. La surface supérieure 12 de l'été-

ment de support 10 a pour rôle de soutenir verticalement le matériau d'alimentation 14 qui est introduit. Si le matériau d'alimentation 14 est semi-conducteur et s'il est introduit dans l'appareil sous forme solide, desmoyers de chauffage auxiliairessontnécessairespour porter le matériau d'alimentation 14 à une température élevée à l'intérieur du domaine en forme de récipient 4, à laquelle le matériau d'alimentation 14 devient conducteur et est directement chauffé par les courants RF induits dans les

éléments verticaux 2. Lesmoyensde chauffage mentionnésci-

dessuspourraient par exemple être une barre de chauffage en graphite qui est amenée au contact direct du matériau d'alimentation semi-conducteur solide 14. Si l'élément de support est constitué par un matériau conducteur (par exemple du graphite), il est chauffé par les courants RF induits dans les éléments verticaux 2, et joue le rôle desmoyens de chauffage auxiliaires.Si le matériau d'alimentation

14 est un matériau conducteur solide, lesmoyersde chauffa-

ge auxiliaires ne sont pas nécessaires.

Les courants décrits ci-dessus, qui sont induits dans les éléments verticaux 2, agissent collectivement pour induire magnétiquement un courant radiofréquence (RF) principalement dans la partie du matériau 14 qui est entourée par la bobine RF 8. Comme l'illustre la figure 3B, le courant RF induit dans le matériau 14 chauffe celui-ci jusqu'à l'état fondu et/ou le maintient dans cet état. On notera que l'énergie appliquée à la bobine RF 8 peut être limitée à celle qui est nécessaire pour induire un courant dans le matériau d'alimentation 14

qui soit suffisant pour lui permettre d'atteindrel'état Tondu.

Comme cela est connu dans la technique, de nom-

breux matériaux s'oxydent lorsqu'ils sont amenés à l'état

fondu dans des conditions atmosphériques normales. L'oxy-

dation conduit généralement à la formation d'une couche de laitier sur la surface du matériau fondu. Comme la présence de laitier dans le processus de coulée est

généralement peu souhaitable, il est à noter que la pré-

sente invention peut être mise en oeuvre dans une atmos-

phère régulée (par exemple sous vide ou en présence d'un

gaz inerte) pour minimiser la production de laitier.

Divers moyens sont connus dans la technique pour fournir une atmosphère régulée pour la coulée de matériaux

conducteurs et semi-conducteurs.

Se référant de nouveau à la figure 3B, le courant induit mentionné cidessus dans le matériau fondu 14 est, à tout instant, en sens pratiquement opposé aux courants parcourant les éléments verticaux 2, et, par conséquent, le matériau fondu 14 est écarté des éléments verticaux 2. Cette répulsion a tendance à empêcher le matériau fondu 14 à venir au contact direct des parois intérieures 18 des éléments verticaux 2, et empêche ainsi pratiquement l'introduction de contaminants en provenance des parois

intérieures 18 dans le matériau fondu 14, lors du proces-

sus de coulée. On notera par conséquent que la présente invention fournit un appareil et un procédé nouveaux pour

produire des lingots de pureté élevée.

Au fur et à mesure que l'élément de support rétractile 10 s'abaisse lentement en s'écartant de la

partie du domaine en forme de récipient 4 qui est entou-

rée par la bobine RF 8 (voir figure 3C), le courant induit s'écoulant dans la partie la plus inférieure du matériau

fondu 14 diminue progressivement et cette partie la plus infé-

rieure se solidifie progressivement en un lingot de coulée 22 pratiquement sans venir au contact des parois intérieures 18 des éléments verticaux 2. La solidification

2568'797

du matériau fondu 14 peut être accélérée par le liquide de refroidissement s'écoulant dans les passages 20 des éléments verticaux 2, ce liquide de refroidissement

évacuant la chaleur de fusion rayonné provoquée par la-

solidification. Comme le matériau fondu 14 ne peut pra- tiquement pas venir au contact des éléments verticaux 2 au fur et à mesure qu'il se solidifie en un lingot 22, toute nucltéation sur les parois est évitée et les grosseurs de grains cristallins du lingot résultant 22

sont rendues maximales.--

Il est à noter que lors de la mise en oeuvre de la présente invention, le matériau fondu 14 se solifie en un lingot 22 au niveau d'une interface immergée 24 (voir figure 3C). Il en résulte que Le Laitier et Les contaminants non souhaitables éventuels pouvant apparaître au sommet du matériau fondu 14 dans L'appareil ne sont

pas incorporés dans le Lingot 22. Cé fait contribue éga-

lement à l'obtention d'un lingot 22 de pureté éLevée.

Au fur et à mesure que la solidification du matériau fondu 14 se poursuit, l'élément de support 10 s'abaisse progressivement en sortant du domaine en forme

de récipient 4 et du matériau d'alimentation suppLémen-

taire 14 peut être introduit par le sommet du domaine en forme de récipient 4, comme le montre La figure 3C. Le nouveau matériau d'alimentation 14 peut être ajouté à une vitesse telle qu'il puisse être mis en fusion avec le matériau fondu déjà présent 14 dans le domaine en forme de récipient 4. La solidification continue du matériau fondu 14 en lingot de coulée 22, et L'addition de matériau d'alimentation 14 à une vitesse adaptée fournissent un procédé pratiquement continu pour couler

des matériaux conducteurs et semi-conducteurs. Par consé-

quent, on peut atteindre une production importante de

lingots en utilisant la présente invention.

La présente invention se prête tout particuliè-

rement à la coulée de silicium en lingots de pureté

élevée ayant des grosseurs de grains cristallins impor-

tantes. Ces lingots peuvent ensuite être traités en vue d'applications photovoltaiques dans Lesquelles des compo- sants de silicium de haute pureté sont nécessaires, et o la production d'énergie photovoltalque peut être rendue maximale grâce à l'utiLisation de composant de silicium

ayant des grosseurs de grains cristallins importantes.

Dans un mode de réalisation.expérimental de

l'invention, on utilise seize éléments de cuivre verticaux.

Chacun présente une section transversale carrée de 6 mm x

6 mm, et une longueur de 104 mm. Ils sont disposés verti-

calement pour former une zone de confinement de section transversale

carrée de 26 mm x 26 mm avec des coins légèrement octa-

édriques. Chaque élément de cuivre est fixé à une base commune par soudure à l'argent et est muni de moyer de refroidissement par eau. Une bobine RF en cuivre à cinq spires comportant deux spires extérieures de 83 mm de diamètre intérieure et trois spires intérieures de 61 mm de diamètre intérieur est utiliséeo La bobine a une hauteur de 38 mm et est disposée de façon à ce que son plan médian se trouve à 34 mm en-dessous des

sommets des éléments de cuivre verticaux. Un écran anti-

arc de quartz d'une épaisseur de 2 mm est disposé concen-

triquement entre la bobine et le réseau d'éléments ver-

ticauxo Un éLément de support en graphite est utilisé.

On dispose ensuite 12 g de silicium sur l'élément de support de telle manière qu'il se trouve dans le plan médian de la bobine. Un générateur RF est utilisé,e pour alimenter la bobine RF à une fréquence de 464 kHz et avec une puissance de 6,8 kW. Au bout de 7 min., la chaleur rayonnée par l'élément de support en graphite chauffe le silicium à une température à laquelle il est capable de conduire des courants RF induits. La puissance est ensuite portée à 10,3 kW pour faire fondre Les 12 g de silicium. On introduit ensuite une barre de silicium solide d'un diamètre de 20 mm par l'extrémité supérieure ouverte du domaine de confinement et on La met en contact avec le silicium fondu. A ce stade, la puissance est portée à 15,7 kW, l'élément de support est abaissé à une vitesse de 2,5 mm/min. et la barre d'alimentation en siLicium est

introduite dans le domaine de confinement à 5,4 mm/min.

Au bout d'une heure et 10 minutes de fonctionnement, la barre d'alimentation est complètement consommée et un lingot de silicium coulé d'une Longueur de 17 cm est produit. Le lingot de coulée a une section transversale

pratiquement carrée (d'environ 25 mm x 25 mm).

Ce qui précède illustre uniquement les principes de l'invention. En outre, étant donné que de nombreux modifications et changements apparaîtront facilement aux spécialistes de la technique, l'invention n'est pas Limitée aux seuls modes de réalisations représentés et décrits; toutes modifications et équivalences convenables ne sortent

pas du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Appareil destiné à être utilisé dans un
procédé pour couler un matériau conducteur ou semiconduc-
teur (14), l'appareil étant caractérisé par: - une pluralité d'éléments conducteurs (2) disposés de façon à définir un domaine en forme de récipient (4) pour recevoir et contenir le matériau (14); et - un dispositif de chauffage électrique (8) pour induire des premiers courants électriques dans chacun des
éléments conducteurs (2), lesquels premiers courants élec-
triques agissent collectivement pour induire un second courant électrique dans le matériau (14), ce second courant électrique s'écoulant en sens pratiquement opposé
au sens commun d'écoulement des premiers courants élec-
triques, afin que le matériau (14) soit écarté des éLé-
ments conducteurs (2) et qu'il ne vienne pratiquement pas
à leur contact, pendant la coulée du matériau (14).
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau (14) est à l'état fondu pendant au
moins une partie du processus de coulée.
3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments conducteurs (2) sont disposés pratiquement verticalement et côte à côte, afin que le domaine en forme de récipient (4) présente un sommet et un fond ouverts, et en ce qu'il comporte en outre un
support verticalement rétractile (10) initialement dis-
posé vers l'intérieur du fond du domaine en forme de récipient (4) pour soutenir le matériau (14), le support rétractile (10) pouvant s'abaisser verticalement et s'écarter du fond en forme de récipient (4) de telle manière que le matériau fondu (14) qui est soutenu par l'élément rétractile (10) se solidifie en un lingot de coulée (22) au fur et à mesure que le matériau fondu (14) s'abaisse en s'écartant des éléments conducteurs (2), afin que, au fur et à mesure que le support rétractile (10) s'abaisse verticaLement, du matériau supplémentaire (14) puisse être introduit au sommet du domaine en forme de
récipient (4) pour fournir un procédé de coulée prati-
quement continu.
4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que du liquide de refroidissement circule dans chacun des éléments conducteurs (2) pour refroidir les
éléments conducteurs (2).
5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premiers courants électriques sont induits pratiquement dans une partie supérieure de chacun des éléments conducteurs (2), afin que le second courant
électrique ne soit pratiquement induit que dans la par-
tie du matériau (14) qui est adjacente aux parties su-
périeures des éléments conducteurs (2), afin que le matériau fondu (14) se-solidifie progressivement en un lingot de coulée (22) au fur et à mesure que le matériau fondu (14) s'abaisse en s'écartant des parties supérieures
des éléments conducteurs (2), et que le liquide de refroi-
dissement accélère la solidification du matériau fondu (14) en évacuant de l'appareil la chaleur de fusion
produite par la solidification.
6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage électrique (8) est une bobine de chauffage par induction par radiofréquences et en ce que la bobine de chauffage par induction (8) est disposée de façon à encercler au moins une partie de la
pluralité d'éléments conducteurs (2).
7. Appareil selon la revendicatin 6, caractérisé en ce qu'un écran (16) est interposé entre la bobine de chauffage par induction (8) et la pluralité d'éléments conducteurs (2) afin d'empêcher la formation d'arcs
électriques entre ceux-ci.
8. Appareil pour la coulée d'un matériau conduc-
teur ou semiconducteur (14) de façon pratiquement continue, caractérisé par: - une pluralité.d'éléments conducteurs (2) disposés pratiquement verticalement et côte à côte afin de définir un domaine en forme de récipient (4) pour recevoir et contenir le matériau (14), le domaine en forme de récipient (4) ayant un sommet et un fond ouverts, et ayant une section transversale de la forme souhaitée; - un dispositif de chauffage électrique (8) destiné à induire des premiers courants électriques dans chacun des éléments conducteurs (2), lesquels premiers courants électriques agissent collectivement pour induire un second courant électrique dans-te matériau (14), ce second courant électrique amenant le matériau (14) à l'état fondu pendant au moins une partie du processus de coulée, et ce second courant électrique s'écoulant en sens pratiquement opposé au sens commun d'écoulement des premiers courants électriques, afin que le matériau (14) soit écarté des éléments conducteurs (2) et qu'il ne vienne pratiquement pas à leur contact lors de la coulée du matériau (14); et
- un support verticalement rétractile (10) ini-
tialement disposé vers l'intérieur du fond du domaine en forme de récipient (4) destiné à soutenir le matériau (14),
le support rétractile (10) pouvant s'abaisser verti-
calement en s'écartant du fond du domaine en forme de récipient (4), de telle manière que le matériau fondu (4) soutenu par le support rétractile (10), se solidifie en un lingot de coulée (22) au fur et à mesure que le matériau fondu (14) s'abaisse en s'écartant des éléments
conducteurs (2), le lingot (22) ayant une section trans-
versale de forme pratiquement identique à la forme de section transversale souhaitée, afin que, au fur et à mesure que le support rétractile (10) s'abaisse verticalement, du matériau supplémentaire (14) puisse être introduit au sommet du domaine en forme de récipient (4), pour fournir un
procédé de coulée pratiquement continu.
9. Procédé à utiliser dans un processus de coulée d'un matériau conducteur ou semi-conducteur (14), ce procédé étant caractérisé: - en ce qu'on dispose une pluralité d'éléments conducteurs (2) afin de définir un domaine en forme de récipient (4); - en ce qu'on introduit le matériau (14) dans le domaine en forme de récipient (4);
- en ce qu'on induit des premiers courants élec-
triques dans chacun de ces éléments conducteurs (2); - en ce qu'on utilise les premiers courants électriques pour induire un second courant électrique dans le matériau (14), lequeL second courant électrique s'écoule en sens pratiquement opposé au sens commun d'écoulement des premiers courants électriques; et - en ce qu'on utilise les premiers courants électriques et le second courant électrique afin que le matériau (14) soit écarté des éléments conducteurs (2) et qu'il ne puisse pratiquement pas venir à leur contact pendant la
coulée du matériau (14).
10. Procédé pour couler un matériau conducteur ou semi-conducteur (14) de façon pratiquement continue, caractérisé: - en ce qu'on dispose une pluralité d'éléments conducteurs (2) côte à côte et de façon pratiquement
verticale afin de définir un domaine en forme de réci-
pient (4) ayant un sommet et un fond ouverts, et ayant une section transversale de forme souhaitée, - en ce qu'on introduit le matériau (14) dans le domaine en forme de récipient (4); - en ce qu'on induit des premiers courants électriques dans chacun des éléments conducteurs (2); en ce qu'on utilise les premiers courants électriques pour induire un second courant électrique dans le matériau (14), lequel second courant électrique amène le matériau à l'état fondu pendant au moins une partie du processus de couLée, et lequel second courant électrique s'écoule pratiquement en sens opposé au sens d'écoulement des premiers courants électriques; - en ce qu'on utilise les premiers courants
électriques et le second courant électrique afin d'écar-
ter le matériau (14) des éléments conducteurs (2) et de l'empêcher de venir pratiquement à leur contact pendant la coulée dudit matériau (14); en ce que l'on dispose un support verticalement rétractile (10) vers l'intérieur du fond du domaine en forme de récipient (4) pour soutenir le matériau (14); - en ce que l'on rétracte le support rétractile (10) verticalement vers le bas en l'écartant du domaine en forme de récipient (4), de telle manière que le matériau fondu (14) soutenu par l'élément rétractile (10) se solidifie en un lingot (22) au fur et à mesure que le matériau fondu (14) s'abaisse en s'écartant des éléments
conducteurs (2), le lingot (22) ayant une section trans-
versale de forme pratiquement identique à la forme de section transversale souhaitée;
- en ce que l'on introduit des quantités supplé-
mentaires du matériau (14) par le sommet du domaine en forme de récipient (4); et - en ce que l'on répète les opérations ci-dessus
pour fournir un procédé de coulée pratiquement en continu.
FR8512282A 1984-08-13 1985-08-12 Procede et appareil pour la coulee de materiaux conducteurs et semi-conducteurs Expired FR2568797B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/640,286 US4572812A (en) 1984-08-13 1984-08-13 Method and apparatus for casting conductive and semiconductive materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2568797A1 true FR2568797A1 (fr) 1986-02-14
FR2568797B1 FR2568797B1 (fr) 1987-07-10

Family

ID=24567633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8512282A Expired FR2568797B1 (fr) 1984-08-13 1985-08-12 Procede et appareil pour la coulee de materiaux conducteurs et semi-conducteurs

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4572812A (fr)
JP (1) JPS6152962A (fr)
DE (1) DE3529044A1 (fr)
FR (1) FR2568797B1 (fr)
IT (1) IT1184819B (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313223A1 (fr) * 1987-09-25 1989-04-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Système de visualisation frontal pour véhicule routier

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3518829A1 (de) * 1985-05-24 1986-11-27 Heliotronic Gmbh Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus siliciumgranulat fuer die erzeugung von siliciumschmelzen
JPS6453732A (en) * 1987-08-25 1989-03-01 Osaka Titanium Method for casting silicon
JPS6453733A (en) * 1987-08-25 1989-03-01 Osaka Titanium Method for casting silicon
DE68913237T2 (de) * 1988-07-05 1994-09-29 Osaka Titanium Siliciumgiessvorrichtung.
JPH02235545A (en) * 1989-03-10 1990-09-18 Daido Steel Co Ltd Apparatus and method for casting activated metal
DE3923550C2 (de) * 1989-07-15 1997-10-23 Ald Vacuum Techn Gmbh Verfahren und Dauerform zum Formgießen von elektrisch leitenden Werkstoffen
JP2922078B2 (ja) * 1993-03-17 1999-07-19 株式会社トクヤマ シリコンロッドの製造方法
JP2660477B2 (ja) * 1993-03-31 1997-10-08 住友シチックス株式会社 シリコン鋳造方法
JP2522221Y2 (ja) * 1993-04-02 1997-01-08 株式会社トミー ポイント切換え装置
DE19607098C2 (de) * 1996-02-24 1999-06-17 Ald Vacuum Techn Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Erstarren einer Schmelze aus Silizium zu einem Block in einem bodenlosen metallischen Kaltwandtiegel
DE19705458A1 (de) * 1997-02-13 1998-08-20 Leybold Systems Gmbh Tiegel zum induktiven Schmelzen oder Überhitzen von Metallen, Legierungen oder anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen
JPH11310496A (ja) * 1998-02-25 1999-11-09 Mitsubishi Materials Corp 一方向凝固組織を有するシリコンインゴットの製造方法およびその製造装置
SE512774C2 (sv) * 1998-03-06 2000-05-08 Abb Ab Anordning för gjutning av metall
US8021483B2 (en) * 2002-02-20 2011-09-20 Hemlock Semiconductor Corporation Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods
US7691199B2 (en) * 2004-06-18 2010-04-06 Memc Electronic Materials, Inc. Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material
US7465351B2 (en) * 2004-06-18 2008-12-16 Memc Electronic Materials, Inc. Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material
US7344594B2 (en) * 2004-06-18 2008-03-18 Memc Electronic Materials, Inc. Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material
JP2007051026A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Sumco Solar Corp シリコン多結晶の鋳造方法
WO2010071614A1 (fr) 2008-12-15 2010-06-24 Pillar Jsc Procédé de production de lingots de silicium polycristallin par le méthode d'induction et appareil pour la mise en oeuvre du procédé
UA95131C2 (ru) * 2009-08-25 2011-07-11 Частное Акционерное Общество «Пиллар» Способ получения слитков мультикристаллического кремния индукционным методом
WO2011067201A1 (fr) * 2009-12-04 2011-06-09 Solarworld Innovations Gmbh Dispositif servant à contenir une masse fondue de silicium
ES2704883T3 (es) * 2011-03-14 2019-03-20 Consarc Corp Crisol frío de inducción eléctrica con fondo abierto para su uso en colada electromagnética de lingotes y método para colar en el crisol
WO2013111314A1 (fr) * 2012-01-27 2013-08-01 Kaneko Kyojiro Procédé de purification de silicium
DE102012005069A1 (de) 2012-03-15 2013-09-19 Etec Gmbh "Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von solartauglichen Siliziumblöcken"
US9315917B2 (en) 2012-07-30 2016-04-19 Solar World Industries America Inc. Apparatus and method for the production of ingots
US10022787B2 (en) 2015-08-24 2018-07-17 Retech Systems, Llc Method and system for sensing ingot position in reduced cross-sectional area molds

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2316026A1 (fr) * 1975-07-04 1977-01-28 Anvar Dispositif electromagnetique de confinement des metaux liquides
US4116598A (en) * 1975-03-04 1978-09-26 Fizichesky Institut Imeni P.N. Lebedeva Akademii Nauk Sssr Apparatus for producing high-melting-metal-oxide-based crystalline materials
FR2397251A1 (fr) * 1977-07-12 1979-02-09 Anvar Procede et dispositif pour diriger, en l'absence de parois, des veines metalliques liquides, notamment pour les centrer, les guider ou controler leur forme circulaire
EP0021889A1 (fr) * 1979-05-31 1981-01-07 ANVAR Agence Nationale de Valorisation de la Recherche Procédé pour réaliser le confinement des métaux liquides par mise en oeuvre d'un champ électromagnétique
US4358416A (en) * 1980-12-04 1982-11-09 Olin Corporation Apparatus and process for cooling and solidifying molten material being electromagnetically cast
JPS5832545A (en) * 1981-08-19 1983-02-25 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for changing sectional dimension of continuously cast ingot
FR2518436A1 (fr) * 1981-12-22 1983-06-24 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif, de type electromagnetique, pour le formage des metaux
US4452297A (en) * 1982-03-05 1984-06-05 Olin Corporation Process and apparatus for selecting the drive frequencies for individual electromagnetic containment inductors

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4990227A (fr) * 1972-12-28 1974-08-28
US4465118A (en) * 1981-07-02 1984-08-14 International Telephone And Telegraph Corporation Process and apparatus having improved efficiency for producing a semi-solid slurry
US4469165A (en) * 1982-06-07 1984-09-04 Olin Corporation Electromagnetic edge control of thin strip material

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4116598A (en) * 1975-03-04 1978-09-26 Fizichesky Institut Imeni P.N. Lebedeva Akademii Nauk Sssr Apparatus for producing high-melting-metal-oxide-based crystalline materials
FR2316026A1 (fr) * 1975-07-04 1977-01-28 Anvar Dispositif electromagnetique de confinement des metaux liquides
FR2397251A1 (fr) * 1977-07-12 1979-02-09 Anvar Procede et dispositif pour diriger, en l'absence de parois, des veines metalliques liquides, notamment pour les centrer, les guider ou controler leur forme circulaire
EP0021889A1 (fr) * 1979-05-31 1981-01-07 ANVAR Agence Nationale de Valorisation de la Recherche Procédé pour réaliser le confinement des métaux liquides par mise en oeuvre d'un champ électromagnétique
US4358416A (en) * 1980-12-04 1982-11-09 Olin Corporation Apparatus and process for cooling and solidifying molten material being electromagnetically cast
JPS5832545A (en) * 1981-08-19 1983-02-25 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for changing sectional dimension of continuously cast ingot
FR2518436A1 (fr) * 1981-12-22 1983-06-24 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif, de type electromagnetique, pour le formage des metaux
US4452297A (en) * 1982-03-05 1984-06-05 Olin Corporation Process and apparatus for selecting the drive frequencies for individual electromagnetic containment inductors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 7, no. 112 (M-215)[1257], 17 mai 1983 & JP - A - 58 32 545 (SUMITOMO KINZOKU KOGYO K.K.) 25-02-1983 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0313223A1 (fr) * 1987-09-25 1989-04-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Système de visualisation frontal pour véhicule routier

Also Published As

Publication number Publication date
DE3529044A1 (de) 1986-02-20
US4572812A (en) 1986-02-25
IT8521923D0 (it) 1985-08-12
IT1184819B (it) 1987-10-28
FR2568797B1 (fr) 1987-07-10
JPS6152962A (en) 1986-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7635414B2 (en) System for continuous growing of monocrystalline silicon
DE19607098C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Erstarren einer Schmelze aus Silizium zu einem Block in einem bodenlosen metallischen Kaltwandtiegel
AU608785B2 (en) Method for induction melting reactive metals and alloys
US20110259262A1 (en) Systems and methods for growing monocrystalline silicon ingots by directional solidification
JP5380442B2 (ja) 種結晶から鋳造シリコンを製造するための方法および装置
DE102006017621B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von multikristallinem Silizium
US7867334B2 (en) Silicon casting apparatus and method of producing silicon ingot
DE69932760T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Siliciumstabes mit einer Struktur hergestellt durch gerichtete Erstarrung
US6994835B2 (en) Silicon continuous casting method
JP5344919B2 (ja) 結晶成長のための装置及び方法
US4858557A (en) Epitaxial reactors
TW444513B (en) Electrical resistance heater for crystal growing apparatus
EP2028292B1 (fr) Procédé de fabrication de corps métallique ou semi-métalliques monocristallins
US4382838A (en) Novel silicon crystals and process for their preparation
JP2013508251A (ja) 多結晶半導体材料、特にシリコンを取得する方法及び装置
ES2328580T3 (es) Instalacion de crecimiento de cristales.
JP4008065B2 (ja) 複数の鋳造物を同時に鋳造して方向性凝固する方法および装置
FR2543981A1 (fr) Procede de fabrication de materiaux semi-conducteurs et four de traitement pour la mise en oeuvre de ce procede
JPH0633218B2 (ja) シリコン単結晶の製造装置
SU1433420A3 (ru) Холодный тигель
US4838933A (en) Apparatus for melting and continuous casting of metals, the process involved and use of the apparatus
US4609402A (en) Method of forming magnetostrictive rods from rare earth-iron alloys
US20060123946A1 (en) Method and apparatus for treating articles during formation
EP1754806A1 (fr) Procédé pour couler du silicium polycristallin
US3160497A (en) Method of melting refractory metals using a double heating process

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse