JPS62222594A - 結晶ロツドのるつぼなしゾ−ン引上げ用誘導加熱コイル - 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、溶融帯中でロッド材料を誘導コイルが環状に
囲繞し、誘導コイルがコイルスリットによって互いに分
離したコイル端部を有する、結晶ロッドのるつぼなしゾ
ーン引上げ用誘導加熱コイルに関する。

結晶ロッドのるつぼなしゾーン引上げ、特に例えばケイ
素またはゲルマニウムのような半導性材料の結晶ロッド
のるつぼなしゾーン引上げでは経験上、次の２つの原因
のために引上げ過程の障害が認められる：すなわち、一
方では例えば直径７１以上の結晶ロッドの高出力密度を
要する引上げでは、コイルスリット８１域において火花
連絡が生じやすい、この火花連絡は結晶の品質に好まし
くない影響を及ぼし、さらに誘導コイルとリード線とを
損傷する。このため、西ドイツ特許公開第２，３１９，
７００号明細書と西ドイツ特許公開第２．４２２．０１
１号明細書では、コイルスリットを吹付は塗装した酸化
アルミニウムまたはポリビスマレインイミドによっても
しくは真空下での耐熱性絶縁材（例えば石英ガラス）に
よって閉塞している。コイル端部に絶縁材が固く結合す
るために、２タイプの誘導加熱コイルを製造するのが困
難であり、誘導加熱コイルは特に取付けと除去の過程で
こわれやすい、さらに、接着剤が必要であるために、蒸
発によって汚染が生ずる危険がある。

さらに、直径が比較的大きいロッドの場合には、コイル
スリット内で一出力密度が高いために一場の強さが大き
くなり、凝固前面付近の外縁で転位の発生を伴う再溶融
が生ずる。西ドイツ公開第２．５３８，８３１号明細書
によると、コイル端部を重ね合わせてコイルを加熱する
ことによって、この障害の原因を克服することが実際に
可能である。

しかし、コイルスリットの外面的形状の結果として、こ
の場合には火花連絡する危険が特に大きく、作業は比較
的低い出力密度でのみ行うことができるにすぎない、他
方では、出力密度を増すために、コイルスリット領域の
電位の異なる面の間の間隔を拡大すると、この状態でコ
イルの厚さも大きくしなければならない。従って、結晶
ロッド供給源と加熱コイルとの間で接触が生ずる危険性
が再び増大し、その結果溶融と引上げの過程が敏感に妨
害される。

本発明の課題は、この先行技術から出発して、複雑でな
く、取扱いが容易であり、るつぼなしゾーン引上げ過程
で高い出力密度の達成を保証し、同時にこの引上げ過程
の障害のない実施を保証するような誘導加熱コイルを提
供することであった。

この課題は、電位の異なる面間の火花連絡路がコイルス
リット内に可動に挿入される耐熱性絶縁材製の１個以上
のフラット構造体によって覆われている誘導加熱コイル
によって達成される。

このようなフラット構造体の材料としては、ゾーン引上
げ条件下で、すなわち各場合に結晶ロフトを形成する材
料の融点範囲の温度及び容器内に設定した圧力の条件に
おいて安定な形状を有し、気密性であり、絶縁性を存す
るような材料が考えられる。従って、例えばコランダム
、酸化マグネシウムまたは酸化ベリリウムのような高温
安定性の酸化物材料、ムライトまたは「ピタゴラス塊」
と呼ばれるフルミノケイ酸塩のようなケイ酸塩材料、な
らびに特に石英が原則として適している。

石英は、その脆さにも拘らず、特に石英ガラスとして、
その純度、気密性、温度安定性ならびに多面的な加工可
能性と形状安定性のために、好ましく用いられる。

フラット構造体を設計する場合には、コイルスリットの
部分の幾何学によって可能な火花連絡距離が決定される
ことを考慮しなければならない。

これに関連して、互いに間隔が存在する条件から、すな
わち設定された電位差と存在する作業雰囲気とから生ず
る最大に可能な火花長さよりも小さい面の間で、原則と
して火花連絡が生じ得る。そのため、火花連絡の危険は
コイルスリット自体のみでなく、コイル上面と下面なら
びにコイル内縁と外縁の隣接面の領域にも存在する。従
って、フラット構造体の成形によって、コイルスリフト
のみでなく危険にさらされる隣接面領域をも、火花連絡
を防止するように確実に被覆することが重要である。こ
のためには、火花連絡路の可能な出発点と最終点のみを
被覆するだけで一般に充分であるが、両側を被覆する実
施態様も原則として実行可能である。

特にフラット構造体の着脱が容易と云うことから、フラ
ット構造体がコイルスリット内に嵌合するのではなく、
コイルを装着した場合にも、容易な可動性を保証するよ
うな好ましくは約Ｑ、１〜２龍のゆとりを持ってコイル
スリット内に存在するような厚さを選択することが合目
的である。使用が好ましい石英ガラスの場合には、通常
１〜６■１厚さの材料がフラット構造体の製造に用いら
れる。

しかし、コイルを除去する場合にフラット構造体がコイ
ルスリット内に可動に存在するが、コイルを装着した場
合にフラット構造体がコイル内に固定されてすなわちぴ
ったり嵌合して存在するような配置も除外されるわけで
はない。

コイルの外縁を趙えた火花連絡は簡単に、例えば絶縁性
フラット構造体をコイルスリットからコイル外縁を超え
て、電位の異なる縁面間の、その都度の引上げ条件に相
当する火花長さを実際に趙えるような程度に突出させる
ことによって阻止される。この突出長さは経験的に便宜
的に定められるが、−Ｉｎには５〜ｔｓｍである。場合
によっては、ｆｔｉ導体を少な（ともコイルの付近で同
様に被覆することが必要であろう。

コイルの内孔範囲では当然、コイル内に挿入した絶縁性
フラット構造体が典型的に約３０〜３５龍の大きい内孔
直径の場合にのみ、溶融帯に近接しているため、内縁か
ら充分な幅だけ突出する。従って、コイル内側を超えて
火花連絡が生ずるのを避けるために、コイルスリットを
内縁に対してロート状に拡大するのがを利である。この
結果、この範囲においても、電位の異なる面の間に、絶
縁性フラット構造体とともに、火花連絡を不可能にする
ような間隔が形成される。このような拡大はコイルの外
縁に対しても生ずると考えられる。

開き角度、すなわちコイルスリットの拡大が始まる頂点
とコイルスリットがコイル内孔の弧状部に合体する点と
の間の角度は２０＠〜１２０”であることが好ましい、
コイルスリットの開きの−これらの２点間で測定して一
部のりは、好ましい配置では、内孔半径の０．３〜１．
８倍に相当する。

本発明による誘導加熱コイルの場合には、例えば西ドツ
イ特許公開第２，５３８，８３１号明細書に述べられて
いるように、コイル端部を重ね合わせることによって、
コイルスリットを特に有利に設計することができる。こ
の実施態様によると、結晶ロッドがコイルスリット付近
で再溶融する危険が城少し、場の強さが大きい場合にも
、火花連絡の発生を恐れる必要はなくなる。

ロート状に拡大したコイルスリット、重なり合うコイル
端部及び挿入した絶縁性フラット構造体を備えた、本発
明によって形成した誘導加熱コイルを、コイルスリット
部分の断面とともに第１図と第１ａ図ならびに第２図と
第２ａ図に示す、第３　ａ　−ｄ図はコイルスリットと
、挿入するフラット構造体との可能な改良形を示す、全
ての図において互いに対応する部分は同じ参照番号で示
す。

第１図は多重巻き誘導加熱コイル１を示す、このコイル
は２個の管状電流導体２を有し、この管状電流導体２に
よってコイルの巻き４がコイル端部３の部分に供給され
る０重なり合うコイル端部３によって形成されるコイル
スリットはコイルの内縁５の方向にロート状に拡大され
ている０例えば石英ガラス製のＺ形の折り曲げられた、
可動な帯状フラット構造体６がコイルスリット内に挿入
され、この帯状フラット構造体は可能な火花連絡路を覆
うために、コイルスリットの一ロート状に拡大した一領
域中に達して、コイルの外縁７を覆う。

第１ａ図は第１図の線Ａ−８に沿って、誘導加熱コイル
を通る断面を示す。これによると、フラット構造体６の
形状のために、コイルスリット８内の可能な火花連絡路
のみでなく、巻き４の末端をなす、斜めに切断したコイ
ル端部３の上面と下面の可能な火花連絡路も覆われるこ
とがわかる。

第２図は同様に用いることのできる、単巻きフラットコ
イル９を示す。これの２個の管状電流導体２はフラット
巻き４の末端をなし、フラット巻き４は互いに重ね合っ
たコイル端部３の中に合流する。コイル端部３によって
形成されるコイルスリットはコイルの内縁５の方向にロ
ート状に拡大している。このコイルスリット内に可動な
フラット構造体６が存在し、コイルの外縁を超えて突出
するーまたはコイルの内孔内に突出する一フラット構造
体の一部はこの領域内での火花連絡を阻止する。

第２ａ図は斜めに切断したコイル端部３によって形成さ
れるコイルスリットの第２図の線Ａ−Ｂに沿った断面な
らびにＺ形に折り曲げられた絶縁性フラット構造体６を
示す。

第３ａ図〜第３ｄ図はコイルスリットならびに関連する
絶縁性フラット構造体の可能な断面を例示する。

第３ａ図によると、Ｈ形断面を有する絶縁性フラ７）構
造体６は例えば、コイル端部３を重ね合わさないで用い
ることができる。

第３ｂ図によると、重なり合うコイル端部３は例えば、
斜めに延びるコイルスリット８が形成されるように、斜
めに切断することができる。この場合に、絶縁性フラッ
ト構造体は例えばＺ形断面を存し、この構造体によって
特に火花連絡路を生成しやすい先端を囲繞することがで
きる。しかし、例えば、片側コイル端部のみの上面と下
面を含むような、またはコイルスリットの斜めの部分に
合流するコイル端部の上面または下面の鋭角推移部分を
覆うような、他の形状のフラット構造体も考えられる。

第３Ｃ図によると、重なり合うコイル端部３は互いに重
なり合った段状の末端を有し、絶縁性フラット構造体６
によって図示する様に囲繞されている。

第３ｄ図によると、コイルスリット８は互いに係合する
コイル端部３から形成され、適当な形状の絶縁性フラッ
ト構造体６によって覆われている。

ここに述べた可能な実施Ｂ様は、本発明の概念を詳しく
説明するものとして解釈すべきであり、本発明の限定す
るものとして解釈すべきではない。

例えば、？ｊ！雑な形状のコイルスリットの場合には、
互いに嵌合することによって最終的形状をなすような、
数部分から成る絶縁性フラット構造体も考えられる。し
かし、この場合には、各構成部分の接触面に沿った可能
な火花連絡長さを特に注意すべきである。

本発明による誘導加熱コイルは原則として通常のゾーン
引上げ装置において、及び例えば作業雰囲気またはロッ
ド回転に関して通常のゾーン引上げ法に相当する条件下
で用いられる。これの特別な利点は、火花連絡傾向を減
するが、時には結晶成長を妨げることもある作業雰囲気
への添加剤をこの場合には省略することができることで
ある。

通常のコイルはその形状が火花連絡路被覆フラット構造
体のコイルスリット内への挿入を可能にするものであれ
ば、実際に頻繁に再設計される。換言すると、新たに製
造するコイルの場合にも、例えばそれぞれ２０〜４０５
ｍと１１０〜１８０ｕの内径と外径というような通常の
サイズ、中空横断面及び例えば銀のような材料は固執さ
れる。この場合に、コイルはシングルターンまたはマル
チターンコイルとして、また例えばフラットコイルもし
くは取りはずし可能な形状として形成される。

本発明による誘導加熱コイルを用いると、直径１０〜１
２ｃ１１以上の結晶ロッドを引上げるるつぼなしゾーン
引上げの場合にも火花連絡または再溶融の危険なく必要
な出力密度を用意することができ、火花連絡または再溶
融から生ずる引上げ過程の障害を避けることができる。

これを次の実施例に基づいてさらに詳しく説明する。

実施例１ 図１に示したコイルと同様に設計されているが、コイル
スリットのロート状拡大を有さす、また絶縁性フラット
構造体の使用が不可能である、通常の３巻き銀製誘導加
熱コイル（内径約３０＋＋ｎ、外径約１５０鶴）を用い
て、通常のゾーン引上げ装、置において、通常の引上げ
条件（２，５バールのアルゴン雰囲気）下で、多結晶ケ
イ素ストックロッド（直径約１００鶴）から直径１００
龍の単結晶ロッドを引上げることにした。

引上げ過程を開始すると、誘導加熱コイルの出力は徐々
に上昇した。しかし、ストックロッドが最初に溶融した
時点においても、コイルスリット領域における火花連絡
を避けることは不可能であり、引上げ過程を中断しなけ
ればならなかった。

次に、この通常のコイルの代りに、本発明によって図１
と同様に設計した銀製の３：ｔ５き誘導加熱コイルを引
上げ装置に装備した。これの内径は約３０ｆｉであり、
外径は約１５０ｍであった。コイルスリットは約６０＠
の開く角度をなして拡大され、約ｌ５見たの内のりで、
コイル内孔の丸みに移行する。

コイルを取付けた後に、約１．２ｆｌの厚みを有する石
英ガラス・ストリップから製造され、Ｚ形に折り曲げら
れたフラット構造体を斜めに延びるコイルスリットに挿
入した。コイルスリットは約１０ｍの距離にわたって互
いに重なり合うコイル端部によって形成され、約”ｌ　
ａｍの幅を有する。コイルの上面と下面はこの構造体に
よって約１０鶴にわたって覆われ、外縁から突出する長
さも約Ｌｏｗになる。

フラット構造体は内孔の半径に相当する距離まで内側に
突出して、コイル中心に達する。

これによって、通常の条件下で引上げ過程を問題な〈実
施することができ、直径ＩＱｃｓ、長さ５０ａａを有す
る、転位のない単結晶ケイ素ロッドが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多重巻き誘導加熱コイルを示す。 第１ａ図は第１図の線Ａ−８に沿った誘導加熱コイルの
断面を示す。 第２図は本発明による単巻きフラットコイル９を示す。 第２ａ図は斜めに切断したコイル端部３によって形成さ
れるコイルスリットの第２図の線Ａ−Ｂに沿った断面、
ならびにＺ形に折り曲げられた絶縁性フラット構造体６
を示す。 第３ａ図〜第３ｄ図はコイルスリットならびに関連する
絶縁性フラット構造体の可能な断面を例示する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融帯中でロッド材料を囲繞し、コイルスリット
   によって互いに分離されたコイル端部を有する、結晶ロ
   ッドのるつぼなしゾーン引上げ用誘導加熱コイルにおい
   て、コイルスリット内に可動的に挿入された、耐熱性絶
   縁材製のフラット構造体によって、電位の異なる面の間
   の火花連絡距離が覆われていることを特徴とする誘導加
   熱コイル。
2. （２）耐熱性絶縁材として石英ガラスを用いる特許請求
   の範囲第１項記載の誘導加熱コイル。
3. （３）コイルスリットがコイルの内壁に向ってロート状
   に拡大していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の誘導加熱コイル。
4. （４）コイルスリットの開き角度が２０〜１２０°であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のい
   ずれかに記載の誘導加熱コイル。
5. （５）コイルの環状内孔への遷移点で測定して、コイル
   スリットの開きの内径が内孔半径の０．３倍〜１．８倍
   に相当することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ４項のいずれかに記載の誘導加熱コイル。
6. （６）コイルスリット領域内で重ね合うようにコイル端
   部が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項〜第５項のいずれかに記載の誘導加熱コイル。