JPH0196087A - 単結晶を引出すための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、るつぼ内にある融液から真空下で単結晶を引
出すための装置であって、るつぼの配置された真空扉と
、融液の加熱部材と、融液上方の引出し部材と、融液を
覆う、開口を有するカバー部材とを備えておシ、かっこ
の装置によって引出し部材を用いて単結晶が融液表面か
ら上方へ引出し可能でちり、かつこの装置が加熱部材の
熱放射によって加熱可能である形式のものに関する。

真空条件下で融液から単結晶を引出すに当っては、るつ
ぼ縁に訃ける温度状態をできる限シ低く保持し、かつ融
液内での流れの形成を回避することが１袈である。

単結晶を引出す際の不都合な作用に対抗するためには、
既に単結晶を引出すための公知の装置に訃いて（米国特
許第３３５９０７７号明細書）融液の表面における熱勾
配を低下させるための融液カバーが設けられた。

更に融液のためのるつぼ２２部分シェルに構成し、かつ
横断面真円の円筒形の挿入体を設け、かつ後装入装置の
装入ホッパを、後装入物がるつぼの内側のシェルの縁と
挿入体との間に残った縁部分内に充填可能であるように
構成することが知られている（ヨーロッパ特許 第０１７０８５６号明細書）。更にこの公知の装置は既
に２つの加熱装置を備えておシ、そのうちの１つは扁平
な円板形の形状を持っていて、るつぼの下方に保持され
ており、かつもう１つはるつぼをＸ巻く中空円筒形の加
熱体として形成されて号ハる。

最後に種子結晶の肩部と融液との過大な温度差を小さく
するために用いられる装置が既に知られており（米国特
許第３５１１６１０号明細書）、そのためには種子結晶
を支持する部材が加熱装置を備えておシ、これによって
」子績晶の支持体の助けで熱？：種子結晶へ伝達するこ
とができる。この目的のためには結晶ホルダのための引
出し部材上のプレートが用いられる。

本発明の課題は、連続的に供給される装入物の溶融を改
善し、引出し過程中の装入時の浴の動揺を出きる限シ回
避し、かつ後装入物の溶融のためのエネルギー通過によ
って惹起こされるるつぼ壁の温度上昇を阻止することで
ある。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、冒頭に記
載の形式の装置において加熱部材としてるつぼの底面に
平行な平面内（４−延び九、ほぼ環状の、扁平な第１の
加熱体と、るつぼを少なくとも部分的に環巻くように第
１の加熱体の平面に対して垂直に配置された、ほぼ横断
面真円の円筒形の第２の加熱体とを備えて′ｊ？シ、こ
の第２の加熱体の上縁が第１の加熱体に平行な、ほぼプ
レート状の加熱体へ移行しており、この加熱体がるつぼ
の上縁と円環林のカバー部材の下面との間の平面内に配
置されていることでちる。

第２の加熱体の、フランジ部分として構成さｎていて、
しかも融液を少なくとも部分的に上方から覆う部分が後
装入された溶融物の直接的な加熱を可能にし、しかもる
つぼ全体が加熱に曝されることはない。

環状の、扁平な部分２備えた横断面真円の円筒形の第２
の加熱体の代わＩ）に、ほぼ円板形の、扁平な第２の加
熱体を設けてもよく、その環状の、扁平な部分がるつぼ
の上縁と円環伏のカバー部材の下面との間の平面内に配
置されていて、しかも単数または複数の、垂直に下方に
延びた加熱体脚部を備えており、これらの加熱体脚部が
締付は部材に形成さｆｔ’７’（切欠きに係合していて
、しかも切欠き内で締付けられているか、くさびで締付
けられているか、またはねじ結合されている。

第１の加熱体（るつぼの加熱もしくは温度調Ｓ）の給電
も第２の加熱体（直接装入物に作用）の給電も有利には
別個に行なわれる、それというのも第２の加熱体の加熱
出力が単位時間内に供給される後装入量に直接依存する
からである。

有利にはプレート状の第１の加熱体がるつぼ支持２ンに
平行に配置された、少なくとも２つの棒伏の給電部材に
よって保持されており、給電部材が一方で釡のための底
部プレートの所で絶縁されて貫通案内されており、かつ
他方で第１の加熱体の加熱体脚部に固定されている。

その場合に、第１の加熱体の、給電部材と固定的に結合
された加熱体脚部が２つのほぼ半円形の部分を介して結
合されており、これらの部分が中央開口全形成していて
、しかもメアンデル状に曲げられた加熱コイルによって
構成されている。

有利には円筒形に構成された第２の加熱体の環状の、扁
平な部分が複数の、全周にわたって分配されて配置され
大スリットを備えてｈｐ、このスリットが横断面真円の
円筒形の側壁の範囲内にまで延びている。その代わシに
、またはまた付加的にほぼ横断面真円の円筒形に構成さ
れた第２の加熱体の側壁が複数の、側壁の全周にわ九っ
て分配されて配置さ九たスリットを有しており、これら
のスリットがこの加熱体の下縁から半径方向でみて内側
へ延び穴、環状の、扁平な部分の範囲内まで延びている
。

有利には第２の加熱体の側壁は下方へ延びた加熱体脚部
を備えておシ、該加熱体脚部が、給電部材によって保持
された、半径方向でみて内側へ延びた締付は部材に設け
られた切欠きに係合してかり、その場合に第２の加熱体
の加熱体脚部がくさびｔ用いてほぼ矩形の切欠き内で締
付けられているがまたはここでねじ結合されているかま
たはリベット締めされている。

装入物の連続的な供給を保証する光めには、横断面真円
の円筒形の第２の加熱体の環状の、扁平表部分が開口ま
たは切欠き全備えており、釡の外部に設けられた装入装
置の供玲管の装入ホッパが上記の開口または切欠きに貫
通係合している。

有利にはるつぼおよび２つの加熱体がほぼ円筒形の保護
管によって少なくとも部分的に包囲されており、保護管
が切欠きｔ有する下縁でもって溶融物捕集槽上に支持さ
ｎておフ、溶融物捕集槽が管によって釡の底部プレート
上に保持されており、るつぼ底面に平行な平面内で延び
ておシ、かつ中央開口を有しており、この中央開口を通
って鉛直のるつぼ支持ぎンが案内されている。

僅かな熱損失で均一な熱分配が保証されるよりにするｋ
めには、るつぼが破損した場合に溶融物を捕集するため
の溶融物捕集槽、韮びに保護管、およびるつぼの上方に
配置されていて、しかも保護管によって支持された、カ
バー部材としてのカバープレートに有利にはグラファイ
トフェルト製の絶縁材マットが設けられている。

融液の動揺を回避するためには、融液と反応しない材料
から制作された、融液の通過のための開口または切欠き
を有する中空円筒形のリングがるつぼ内に同心的に挿入
されており、その場合に装入物のための装入ホッパが、
リングの外面とるつぼ縁とによって制限された範囲内に
開口している。

融液の汚染は、るつぼの内壁がｆ液と反応しない材料か
ら成るシェルまたは挿入体を備えておシ、かつ第２の加
熱体の、少なくともるつぼの上方に配置された環状の、
扁平な部材が被覆されていることによっても取除かれる
。

以下においてス示の実施例について本発明を詳説する。

主として装置は、装置フレームの二重壁の釡の底部プレ
ート３上に支持された、真空室５２を形成する、同様に
二重壁の釜４と、釜４内に配置されていて、しかも底部
プレート３上に支承された、外側に取巻く断熱材を備え
た支持管５と、支持管５によって保持された、内部に絶
縁材マットのグラファイトフェルトプレート８を支承し
た環状の槽７と、底部プレート３に保持された、槽７の
上方に保持された第１の加熱体である底部加熱体１０の
ための２つの給電部材９，９ａと、底部プレート３内に
保持された更に２つの給電部材１１．１１ａ（これらに
はそれぞれ締付は部材１２．１２＆がねじ結合されてお
り、締付は部材は第２の加熱体である端面のまたは円筒
形の加熱体１３を支持している）と、るつぼ１４と、槽
７上に支持された、外側に断熱材（絶縁材マット）１６
を有する、放射保護管１５と、この保護管１５によって
支持された、上方の端面の断熱材（絶縁材マット）１８
と保護ガラス２１．２２を備えた貫通ガイド１９．２０
とを有するカバープレート１７と、装入物のための供給
管２３と、カバープレート１７　、１７ａを貫通して案
内された装入ホッパ２４と、回転可能および上下に可動
である、るつぼ支持ざン２６を保持するためのるつぼ軸
２５とを備えている。

２つの給電部材９，９ａによって保持された底部加熱体
１０が第２図および第３図に示されておフ、これは互い
に対向して位置する２つの側方の加熱体脚部３１．３２
とそれぞれメアンデル状に形成された２つの加熱コイル
３３゜３４とを有している。２つの加熱コ・ｒル３３゜
３４は一緒になって底部加熱体１０の中央に開口３５と
構成しており、この開口を貫通してるつぼ支持ビン２６
が延びている。るつぼ支持ビンは上端でるつぼと固定的
に結合さ担ておシ、かつるつぼ１４はこのるつぼ支持ビ
ンを介して上下に移動することもまた回転運動をするこ
ともできる。第５図訃よび第６図に詳しく示された端面
加熱体１３は半径方向に延びたスリット３ｓ、３ｓ’、
３ｒもしくは３７．３７’、３γ“を有する円環状の、
扁平な部分２８と中空円筒形の器壁３９とから構成され
ている。中空円筒形の側壁３９は互いに対向して位置す
る２つの部分に下方へ延びた加熱体脚部４０．４０ａ’
に備えておフ、これら加熱体脚部は、給電部材１１゜１
１ａによって保持された両締付は部材１２゜１２ａに形
成された切欠き４１．４１　ａに係合している。締付は
部材１２，１２ａの２つの切欠き４１．４１ａ内におい
て端面加熱体１３への確実な電流伝達を保証するために
は、付加的なくさび４２．４２ａが台形の切欠き４１゜
４１ａ内に打込まれている。

第４囚に示された放射保護管１５は４つの矩形の切欠き
４３．４３’、４３“を備えてシシ、これらの切欠きは
放射保護管１５の全周にわたって分配されてその下縁５
７に形成さｎている。

これらの切欠き４３．４３’、４３“を貫通して締付は
部材１２．１２ａおよび底部加熱体１ｏの加熱体脚部３
１．３２が案内されている。更に放射保護管１５は斜め
に延びる孔４５を有しており、この孔はカバープレー）
１７．１１ａの保護ガラス２１および釜４の壁内に固定
された管片４７の保護ガラス４６と整列している。放射
保護管１５の側壁に設けられた別の開口４８′。

４ｇ’、４１ｆ“は釜４の内室の上方部分から下方部分
へのガスの妨げられない通過を許す。更に釜４は蓋部分
４′の範囲にカラー４８を備えておシ、該カラーは引出
し部材４９の通過を許す。

更に釡の蓋部分４′にはのぞきガラス５１全備えた管片
５０が設けられている。

２つの給電部材９，９ａには底部加熱体１０がクラファ
イトナツト２７．２７ａを介してねじ結合されている。

底部加熱体はスリン）ｋ有していてメアンデル状を成し
ている。底部加熱体１０は、るつぼもしくは融液を下端
面から加熱する役割を持つ。２つの付加的な給電部材１
１、Ｉｌ＆には、鉢形加熱体として構成された第２の加
熱体１３が締付は部材１２．１２ａを介して固定さｎて
いる。上端面からの加熱は連続的に供給される装入物の
溶融を改善する。

ケイ素融液の場合には１面加熱体１３は、グラファイト
粒子が融液内に落下して、炭素汚染を生じることを回避
するためにＳＩＣで被覆する力）もしくは覆うことがで
きる。ＳｉＯとグラファイトとの反応（２０＋　ＳｉＯ
→ｓｉｃ　＋　ｃｏ　）も阻止される。１点鎖線はアル
ゴンガス流を示す。アルビンガス流はカラー４８を介し
て中央開口５３を通υ、融液上方ないしはるつぼ１４の
周囲に達し、開口４　Ｂ’　、　４８″、　４８”を通
って下方へ貫流し、最終的に管接続部７０’を介して排
出される。

加熱装置の中央にはグラファイトのるつぼ１４が配置さ
れており、るつぼ１４内には融液と反応しない材料から
製作されたるつぼ挿入体２８が挿入されている。引出し
過程中における装入時の浴の沈静を保証するためには、
付加的なリング２９が挿入体２８内に挿入さｎ″′Ｃ込
る。

リングも同様に融゛液と反応しない材料から製作されて
いる。リング２９には下端に切欠き３０が設けられてン
ク、溶融した装入物がこの切欠きから挿入体２８の中央
へ流れることができる。

２つの加熱体１０．１３の周囲には断熱材８゜１６．１
８が取付けられてカシ、この断熱材は槽Ｔと、付加的な
グラファイトフェルトプレート８と、外側の断熱材１６
と上端面側の断熱材１８とから構成されている。断熱材
１６は円筒形に構成されており、かつ放射保護管１５に
設けられている。上方のカバープレート１７．　１１７
ａは断熱材１８とともに釜４の内面に支持さｎている。

第７囚から第９囚には第２の加熱体として使用すること
ができる加熱体５９が示さｎている。

この加熱体５９は主としてスリットを有していて、メア
ンデル状に形成された環状の扁平な部分６０から成って
カシ、この部分はこれに垂直に配置された２つの加熱体
脚部６１．６２を備えている。加熱体５９の温度は単独
で調節することができ、そのためには釜４の゛蓋内の管
片６７を介してるつぼ１４．２８内の融液の温度を測定
することができる。装入ホッパ２４を介して溶融してい
ない融液物質がるつぼ１４．２８内に供給さハたときに
は、単に第２の加熱体（第４図から第６囚もしくは第７
図から第９囚）を介してこの後装入物の慎重で迅速な溶
胎ヲ行なうことができ、これは融、液の比較的最小の動
揺でもって、しかもるつぼ１４・、２，８自体を比較的
強く加熱することなく達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は単結晶を引出すための装置の部分な断面ス、第
２因は第１図に示された底部加熱体の第６因のＡ−ＡＭ
に沿った断面図、第５図は第１図に示された底部加熱体
の平面図、第４図は外側からるつぼと加熱体を包囲する
放射保護管の側面図、第５因は第１図に示され；を円筒
加熱体の第６図のＢ　−Ｂ　國に沿った断面図、第６図
は第１図による円筒加熱体の平面図、第７図、第８図、
第９図は環状の、扁平な加熱体の別の実施例を種々の方
向から見て示した図でちる。 ３・・・底部プレート、４・・・釜、４′・・・蓋部分
、５、・、支持管、６．１６．１８・・・断熱材、１・
・・槽、８・・・グラファイトフェルトプレート、９，
９ａ。 １１．１１＆・・・給電部材、１０・・・底部加熱体、
１２．１２ａ・・・締付は部材、１３・・・端面加熱体
、１４・・・るつぼ、１７．１７ａ・・・カバープレー
ト、１９．２０・・・貫通ガイド、２１．２２・・・保
護ガラス、２３・・・供給管、２４・・・装入ホッパ、
２５・・・るつぼ軸、２６・・・るつぼ支持ぎン、２７
゜２７ａ・・・グラファイトナツト、２８・・・るつぼ
挿入体、２９・・・リング、３０・・・切欠き、３１゜
３２．４０，４０ａ、６１．６２・・・加熱体脚部、３
３．３４・・・加熱コイル、３５・・・開口、３６゜３
６’、３６”、３７．３７’、３７”、６３．６３′、
６ご’、６４，６４’、６４″・・・スリット、３８・
・・加熱体部分、３９・・・加熱体、４１．４１ａ、６
５゜６．６・・・切欠き、４２．４２ａ・・・くさび、
４３゜４３ａ・・・切欠き、４５・・・孔、４６．５１
．６８・・・のぞきガラス、４７．５０．６７・・・管
片、４８・・・カラー、４９・・・引出し部材、５２・
・・真空室、５３．５８・・・中央開口、５４−・・底
面、５５・・・るつぼ縁、５６・・・加熱体の下縁、５
７・・・下縁、５９・・・加熱体、６０−・・加熱体部
分、６９・・・アルビンガス流、７０・・・管接続部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、るつぼ（１４、２８）内にある融液から真空下で単
   結晶を引出すための装置であつて、るつぼ（１４、２８
   ）の配置された真空室 （５２）と、融液の加熱部材（１０、１３）と、融液上
   方の引出し部材（４９）と、融液を覆う、開口（５３）
   を有するカバー部材 （１７、１７ａ、１８）とを備えており、かつこの装置
   によつて引出し部材（４９）を用いて単結晶が融液表面
   から上方へ引出し可能であり、かつこの装置が加熱部材
   （１０）の熱放射によつて加熱可能である形式のものに
   おいて、加熱部材としてるつぼ（１４、２８）の底面（
   ５４）に平行な平面内に廷びた、ほぼ環状の、扁平な第
   １の加熱体（１０）と、るつぼ（１４、２８）を少なく
   とも部分的に取巻くように第１の加熱体（１０）の平面
   に対して垂直に配置された、ほぼ横断面真円の円筒形の
   第２の加熱体（１３）とを備えており、この第２の加熱
   体の上縁が第１の加熱体（１０）に平行な、ほぼプレー
   ト状の加熱体（３８）へ移行しており、この加熱体がる
   つぼ（１４、２８）の上縁（５５）と円環状のカバー部
   材（１７、１７ａ、１８）の下面との間の平面内に配置
   されていることを特徴とする、単結晶を引出すための装
   置。 ２、るつぼ（１４、２８）内にある融液から真空下で単
   結晶を引出すための装置であつて、るつぼ（１４、２８
   ）の配置された真空室 （５２）と、融液の加熱部材と、融液上方の引出し部材
   （４９）と、融液を覆う、開口 （５３）を有するカバー部材（１７、１７ａ、１８）と
   を備えており、かつこの装置によつて引出し部材（４９
   ）を用いて単結晶が融液表面から上方へ引出し可能であ
   る形式のものにおいて、加熱部材としてるつぼ（１４、 ２８）の底面（５４）に平行な平面内に延びた、ほぼ環
   状の、扁平な第１の加熱体（１０）とほぼ環状の、扁平
   な第２の加熱体（５９）とを備えており、この第２の加
   熱体がるつぼ（１４、２８）の上縁（５５）と円環状の
   カバー部材（１７、１７ａ、１８）の下面との間の平面
   内に配置されていて、しかも単数または複数の、鉛直方
   向に下方へ延びた加熱体脚部（６１、６２）を備えてお
   り、これらの加熱体脚部が締付け部材（１２、１２ａ）
   に形成された切欠き（４１、４１ａ）に係合していて、
   しかも切欠き内で締付けられているか、くさびで締付け
   られているかまたはねじ結合されていることを特徴とす
   る、単結晶を引出すための装置。 ３、環状の、扁平な第１の加熱体（１０）が、るつぼ支
   持ピン（２６）に平行に配置された、少なくとも２つの
   棒状の給電部材（９、９ａ）に固定されており、この給
   電部材（９、９ａ）が釜（４、４′）の底部プレート（
   ３）に固定されていて、しかも絶縁体を介して外部へ案
   内されている、請求項１または２記載の装置。 ４、第１の加熱体（１０）の、給電部材（９、９ａ）と
   固定的に結合された加熱体脚部 （３１、３２）が２つのほぼ半円形の部分を介して結合
   されており、これらの部分が中央開口（３５）を形成し
   ていて、しかもメアンデル状に曲げられた加熱コイル（
   ３３、３４）によつて構成されている、請求項１から３
   まてのいずれか１項記載の装置。 ５、円筒形に構成された第２の加熱体（１３）の環状の
   、扁平な部分が複数の、全周にわたつて分配されて配置
   されたスリット（３７、３７′、３７″）を有しており
   、これらのスリットが横断面真円の円筒形の側壁（３９
   ）の範囲内まで延びている、請求項３記載の装置。 ６、ほぼ横断面真円の円筒形に構成された第２の加熱体
   （１３）の側壁（３９）が複数の、この側壁の全周にわ
   たつて分配されて配置されたスリット（３６、３６′、
   ３６″）を有しており、これらのスリットがこの加熱体
   の下縁（５６）からこの加熱体の半径方向でみて内側へ
   延びた、環状の、扁平な部分（３８）の範囲内まで延び
   ている、請求項５記載の装置。 ７、第２の加熱体（１３、５９）の側壁（３９）または
   環状の、扁平な部分（６０）が下方へ延びる脚部（４０
   、４０ａもしくは６１、 ６２）を有しており、これらの脚部が、給電部材（１１
   、１１ａ）によつて保持された、半径方向でみて内側へ
   延びた締付け部材 （１２、１２ａ）に形成された切欠き（４１、４１ａ）
   内に係合しており、第２の加熱体 （１３）の脚部（４０、４０ａ）がほぼ矩形の切欠き（
   ４１、４１ａ）内でくさび（４２、４２ａ）によつて締
   付けられているか、またはここでねじ結合されているか
   またはリベット締めされている、請求項１から６までの
   いずれか１項記載の装置。 ８、第２の加熱体（１３、５９）の環状の、扁平な部分
   （３８、６０）が開口もしくは切欠き（５７ａ、５７ｂ
   もしくは６５、６６）を有しており、釡（４、４′）の
   外部に設けられた装入装置の供給管（２３）の装入ホッ
   パ （２４）が上記の開口もしくは切欠きに貫通係合してい
   る、請求項１から７まてのいずれか１項記載の装置。 ９、るつぼ（１４、２８）および２つの加熱体（１０も
   しくは１３、５９）がほぼ円筒形の保護管（１５）によ
   つて少なくとも部分的に包囲されており、保護管が切欠
   き（４３、 ４３′、４３″）を有する下縁（５７）でもつて溶融物
   捕集槽（７）上に支持されており、溶融物捕集槽がソケ
   ット部材または管（５）によつて釡の底部プレート（３
   ）上に保持されており、るつぼ（１４、２８）の底面（
   ５４）の平面に平行な平面内で延びており、かつ中央開
   口（５８）を有しており、この中央開口を通つて鉛直の
   るつぼ支持ピン（２６）が案内されている、請求項１か
   ら８までのいずれか１項記載の装置。 １０、溶融物捕集槽（７）、並びに保護管 （１５）、およびるつぼ（１４、２８）の上方に配置さ
   れていて、しかも保護管（１５）によつて支持された、
   カバー部材としてのカバープレート（１７、１７ａ）に
   絶縁材マット（８、１６、１８）が設けられている、請
   求項１から９までのいずれか１項記載の装置。 １１、融液と反応しない材料から製作された、融液の通
   過のための開口または切欠き（３０）を有する中空円筒
   形のリング（２９）がるつぼ（１４、２８）内に同心的
   に挿入されている、請求項１から１０までのいずれか１
   項記載の装置。 １２、るつぼ（１４）の内壁が融液と反応しない材料製
   のシェルまたは挿入体（２８）を備えており、かつ装入
   ホッパ（２４）が、一方てリング（２９）の半径方向で
   みて外側の壁によつて、かつ他方でるつぼ縁（５５）に
   よつて制限された、るつぼ（１４、２８）の範囲内に開
   口している、請求項１から１１までのいずれか１項記載
   の装置。 １３、第２の加熱体（１３、５９）の少なくともるつぼ
   （１４、２８）の上方に配置された、環状の扁平な部分
   （３８、６０）が、この加熱体の構成成分が融液内に落
   下しないように保証する耐摩耗性の、スケールを形成し
   ない材料で被覆されている、請求項１から１２まてのい
   ずれか１項記載の装置。 １４、第２の加熱体（５９）の環状の、扁平な部分（６
   ０）が複数の半径方向に延びたスリット（６３、６３′
   、６３″もしくは６４、６４′、６４″）を有しており
   、かつ扁平な部分（６０）の縁から鉛直方向に下方へ延
   びた加熱体脚部（６１、６２）を備えている、請求項２
   記載の装置。