JPS6310556B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融帯中でロツ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ツトに
よつて互いに分離したコイル端部を有する、結晶
ロツ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。

結晶ロツ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
料の結晶ロツ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７
cm以上の結晶ロツドの高出力密度を要する引上げ
では、コイルスリツト領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
2319700号明細書と西ドイツ特許公開第2422077号
明細書では、コイルスリツトを吹付け塗装した酸
化アルミニウムまたはポリビスマレインイミドに
よつてもしくは真空下での耐熱性絶縁材（例えば
石英ガラス）によつて閉塞している。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
よつ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ツドの場合に
は、コイルスリツト内で―出力密度が高いために
―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2538831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つて、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、コイルスリツ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、コイルスリツ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。従つて、結晶ロツド
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つ
た。

この課題は、電位の異なる面間の火花連絡路が
コイルスリツト内に可動に挿入される耐熱性絶縁
材製の１個以上のフラツト構造体によつて覆われ
ている誘導加熱コイルによつて達成される。

このようなフラツ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ツ
ド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、絶縁性を有するような材料が考え
られる。従つて、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」
と呼ばれるア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。

フラツト構造体を設計する場合には、コイルス
リツトの部分の幾何学によつ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ツト自体
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。従つて、
フラツト構造体の成形によつて、コイルスリツト
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。

特にフラツト構造体の着脱が容易と云うことか
ら、フラツト構造体がコイルスリツト内に嵌合す
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0.1〜２
mmのゆとりを持つてコイルスリツト内に存在する
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１〜６mm
厚さの材料がフラツ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ツト構
造体がコイルスリツト内に可動に存在するが、コ
イルを装着した場合にフラツト構造体がコイル内
に固定されてすなわちぴつ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。

コイルの外縁を超えた火花連絡は簡単に、例え
ば絶縁性フラツト構造体をコイルスリツトからコ
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超
えるような程度に突出させることによつて阻止さ
れる。この突出長さは経験的に便宜的に定められ
るが、一般には５〜15mmである。場合によつて
は、電流導体を少なく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
た絶縁性フラツト構造体が典型的に約30〜35mm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。従つ
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、コイルスリツトを内縁に対してロー
ト状に拡大するのが有利である。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
フラツト構造体とともに、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ツトの拡大が始
まる頂点とコイルスリツ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。コイルスリツトの開きの―これら
の２点間で測定して―内のりは、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
ば西ドイツ特許公開第2538831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
によつて、コイルスリツ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、結晶ロツ
ドがコイルスリツト付近で再溶融する危険が減少
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ツト、重なり合
うコイル端部及び挿入した絶縁性フラツト構造体
を備えた、本発明によつて形成した誘導加熱コイ
ルを、コイルスリツ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
３ａ〜ｄ図はコイルスリツトと、挿入するフラツ
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によつてコイルの巻き４がコイル端
部３の部分に供給される。重なり合うコイル端部
３によつて形成されるコイルスリツトはコイルの
内縁５の方向にロート状に拡大されている。例え
ば石英ガラス製のＺ形の折り曲げられた、可動な
帯状フラツト構造体６がコイルスリツト内に挿入
され、この帯状フラツト構造体は可能な火花連絡
路を覆うために、コイルスリツトの―ロート状に
拡大した―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―Ｂに沿つて、誘導加
熱コイルを通る断面を示す。これによると、フラ
ツト構造体６の形状のために、コイルスリツト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
ラツトコイル９を示す。これの２個の管状電流導
体２はフラツト巻き４の末端をなし、フラツト巻
き４は互いに重ね合つたコイル端部３の中に合流
する。コイル端部３によつて形成されるコイルス
リツトはコイルの内縁５の方向にロート状に拡大
している。このコイルスリツト内に可動なフラツ
ト構造体６が存在し、コイルの外縁を超えて突出
する―またはコイルの内孔内に突出する―フラツ
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によつ
て形成されるコイルスリツトの第２図の線Ａ―Ｂ
に沿つた断面ならびにＺ形に折り曲げられた絶縁
性フラツト構造体６を示す。

第３ａ図〜第３ｄ図はコイルスリツトならびに
関連する絶縁性フラツ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
ラツト構造体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ツト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、絶縁性フラツト構造体は例えばＺ形断面
を有し、この構造体によつ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、またはコイルスリツトの斜めの部分
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、他の形状のフラツト構造体
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
互いに重なり合つた段状の末端を有し、絶縁性フ
ラツト構造体６によつて図示する様に囲繞されて
いる。

第３ｄ図によると、コイルスリツト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
の絶縁性フラツト構造体６によつて覆われてい
る。

ここに述べた可能な実施態様は、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、複雑な形状のコイルスリツトの場合
には、互いに嵌合することによつて最終的形状を
なすような、数部分から成る絶縁性フラツト構造
体も考えられる。しかし、この場合には、各構成
部分の接触面に沿つ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
囲気またはロツ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、火花連絡傾向を減ずるが、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ツ
ト構造体のコイルスリツ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20〜40mmと110〜180mm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、また例えばフラツ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
10〜12cm以上の結晶ロツ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、コイルスリツトのロート状拡大を有さず、ま
た絶縁性フラツ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30mm、
外径約150mm）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、多結晶ケイ素ストツクロツ
ド（直径約100mm）から直径100mmの単結晶ロツド
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、ストツクロツドが
最初に溶融した時点においても、コイルスリツト
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つた。

次に、この通常のコイルの代りに、本発明によ
つて図１と同様に設計した銀製の３巻き誘導加熱
コイルを引上げ装置に装備した。これの内径は約
30mmであり、外径は約150mmであつた。コイルス
リツトは約60゜の開く角度をなして拡大され、約
15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1.2mmの厚みを有
する石英ガラス・ストリツプから製造され、Ｚ形
に折り曲げられたフラツト構造体を斜めに延びる
コイルスリツトに挿入した。コイルスリツトは約
10mmの距離にわたつて互いに重なり合うコイル端
部によつて形成され、約２mmの幅を有する。コイ
ルの上面と下面はこの構造体によつて約10mmにわ
たつて覆われ、外縁から突出する長さも約10mmに
なる。フラツ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。

これによつて、通常の条件下で引上げ過程を問
題なく実施することができ、直径10cm、長さ50cm
を有する、転位のない単結晶ケイ素ロツドが得ら
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―Ｂに沿つた誘
導加熱コイルの断面を示す。第２図は本発明によ
る単巻きフラツトコイル９を示す。第２ａ図は斜
めに切断したコイル端部３によつて形成されるコ
イルスリツトの第２図の線Ａ―Ｂに沿つた断面、
ならびにＺ形に折り曲げられた絶縁性フラツト構
造体６を示す。第３ａ図〜第３ｄ図はコイルスリ
ツトならびに関連する絶縁性フラツト構造体の可
能な断面を例示する。 １…誘導加熱コイル、２…管状電流導体、３…
コイル端部、４…コイルの巻き、５…コイルの内
縁、６…フラツト構造体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融帯中でロツド材料を囲繞し、コイルスリ
   ツトによつて互いに分離されたコイル端部を有す
   る、結晶ロツ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、コイルスリツト内に可動的
   に挿入された、耐熱性絶縁材製のフラツト構造体
   によつて、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 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 コイルスリツトがコイルの内壁に向つてロー
   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 コイルスリツトの開き角度が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 コイルの環状内孔への遷移点で測定して、コ
   イルスリツ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 コイルスリツ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。