KR101505204B1 - 증착 공정 동안 실리콘 로드에 균일한 온도 분포를 발생시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

증착 공정 동안 실리콘 로드에 균일한 온도 분포를 발생시키기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지멘스 공정(Siemens-process)에 따른 실리콘 증착 동안 하나 이상의 실리콘 로드(3)에 전류를 공급하기 위한 장치로서,
- 실리콘 로드(rod)에 전기 에너지를 공급하기 위한 전력 그리드(N)에 전기 공급 장치를 접속하도록 설계된 입력단(E),
- 상기 로드에 연결되는 하나 이상의 출력단(A),
- 상기 하나 이상의 출력단(A)에 연결된 상기 로드에 상기 전력 그리드(N)로부터 전류를 공급하도록 설계된 하나 이상의 교류전류 컨트롤러(1); 및
- 상기 하나 이상의 출력단(A)에 연결된 상기 로드에 상기 전력 그리드(N)로부터 상기 교류전류 컨트롤러(1)보다 높은 주파수를 갖는 전기를 공급하도록 설계된 하나 이상의 주파수 변환기(2)를 포함하여 이루어지고,
- 상기 로드는, 상기 교류전류 컨트롤러(1)에 의해 공급되는 저주파 전류와 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)에 의해 공급되는 고주파 전류를 동시에 공급받는 다.
Figure R1020090020077
실리콘 로드, 파워 서플라이, 교류 파워 컨트롤러, 주파수 변환기.

Description

증착 공정 동안 실리콘 로드에 균일한 온도 분포를 발생시키기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR GENERATING A UNIFORM TEMPERATURE DISTRIBUTION IN SILICON ROD DURING A DEPOSITION PROCESS}
본 발명은 지멘스 공정(Siemens-process)에 따른 실리콘 증착 동안 하나 이상의 실리콘 로드에 전류를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치에 의해 지멘스 공정에 따른 실리콘 증착 동안 하나 이상의 실리콘 로드에 전류를 공급하기 위한 방법에 관한 것이다.
지멘스 공정에 따른 실리콘 증착 동안 실리콘 로드에 전류를 공급하기 위한 장치는 선행 기술에 공지되어 있다. 이러한 장치는 전기 에너지를 공급하기 위한 파워 서플라이에 상기 장치를 접속할 수 있게 하는 입력단을 갖는다. 장치는 또한 하나 또는 다수의 실리콘 로드가 접속될 수 있는 하나 이상의 출력단을 갖는다.
하나 또는 다수의 교류 파워 컨트롤러는 출력단 또는 출력단들에 접속된 실리콘 로드 또는 실리콘 로드들에 전류를 상기 파워 서플라이로부터 공급한다. 교류 파워 컨트롤러에 의해, 전류 세기 및 전압, 따라서 실리콘 로드 내에서 열로 변환되는 전력이 세팅될 수 있다.
지멘스 공정에 따른 실리콘 로드의 제조시, 실리콘 로드는 반응기 내에서 장치에 의해 전류를 공급받는다. 반응기는 트리클로로실란으로 채워지고 압력 하에 있다. 실리콘 로드들에서 전류 전도에 의해 변환된 열 전력 손실은 실리콘 로드의 가열을 일으킨다. 실리콘 로드들의 표면 온도는 약 1,100℃에 이른다. 상기 온도에서, 트리클로로실란은 분해되고 수소의 첨가시 실리콘과 염화수소로 해리된다.
실리콘은 반응기 내에 있는 실리콘 로드(들) 상에 증착된다. 증착 공정은 공정 중에 실리콘 로드의 직경을 약 1 mm/h 만큼 성장시킨다. 이로 인해, 실리콘 로드의 횡단면이 커진다. 실리콘 로드의 비저항이 변하지 않으면, 더 큰 횡단면은 로드의 전기 저항을 감소시킨다. 또한, 전류 밀도는 반경에 걸쳐 일정한 크기로부터 반경에 크게 의존하는 크기로 변한다. 실리콘 로드의 직경이 7-10 mm일 때, 저항은 반경에 의존하지 않는다. 직경이 더 큰 경우, 로드 내부의 전류 밀도는 로드 외부에서보다 더 크다.
실리콘의 전기 전도성이 온도에 따라 증가하고 실리콘의 열 전도성은 온도에 따라 감소하기 때문에, 로드의 중심에서 전류의 감소는 내부로부터 외부로 온도 강하를 일으킨다. 온도 강하는 실리콘 로드의 내부가 1,460℃ 보다 큰 온도에 이르는 한편, 실리콘 로드의 외부는 1,100℃의 온도이도록 극단적으로 나타날 수 있다.
그러나, 실리콘 로드 중심에서 1,460℃의 온도는 로드의 중심에서 실리콘의 용융을 야기한다. 결과적으로, 실리콘이 로드로부터 흘러나올 수 있고, 로드는 파괴된다. 따라서, 증착 온도는 중심 온도가 실리콘의 용융 온도를 초과하지 않도록 설정되어야 한다.
그러나, 큰 로드 성장 또는 높은 증착 속도를 얻기 위해서는, 증착 온도가 가능한 커야 한다.
국제 출원 WO 97/36 822의 공개 공보에는 지멘스 공정에 따라 실리콘 로드에 실리콘을 증착하기 위한 장치가 공개되어 있다. 공개 공보는 실리콘 로드의 외부 표면과 중심 사이의 온도 강하의 문제점을 다루고 있다. 상기 공개 공보에는, 실리콘 로드에 와류를 발생시키는 다른 가열 수단을 제공하는 것이 제시된다. 와류는 예정된 주파수를가진 자기 교류장을 발생시킨다. 이로 인해, 전류 밀도가 변한다. 전류 밀도는 실리콘 로드의 외부 표면으로부터 실리콘 로드의 중심까지 더 균일해짐으로써, 더 균일한 온도 분포가 나타난다.
상기 공개 공보에 제시된 장치는 복잡한데, 그 이유는 실리콘 로드를 가열하기 위한 종래의 저항 가열 수단에 추가해서, 제 2 가열 수단, 즉 와류 가열 수단이 제공되어야 하기 때문이다.
독일 공개 공보 DE 198 82 883 T1에는, 실리콘 로드 내의 균일한 온도 분포를 얻기 위해, 고주파 또는 중간 주파 전류에서 도체에 나타나는 스킨 효과를 이용하는 장치가 공지되어 있다. 공개된 장치에서는 단 하나의 가열 수단, 즉 저항 가열 수단만이 제공된다. 그러나, 상기 저항 가열 수단은 상이한 주파수의 전류에 의해 작동된다. 이 공보의 기술적 사상에 따라, 먼저 저주파 전압이 실리콘 로드에 인가된다. 실리콘 로드의 온도가 미리 주어진 값을 초과하면, 저주파 전압이 차단되고 더 높은 주파수를 가진 전압이 인가된다. 전기 에너지를 실리콘 로드에 공급하기 위한 장치는 상기 공보 DE 198 82 883 T1에 상세히 설명되지 않는다.
실리콘 로드에 저주파 전류만을 또는 고주파 또는 중간 주파 전류만을 공급하는, 독일 공보 DE 198 82 883 T1에 공지된 방법은 실리콘 로드에 고주파 또는 중간 주파 전압만을 공급할 때 비교적 높은 유도 손실이 나타난다는 단점을 갖는다.
본 발명의 과제는 실리콘 로드 내의 더 균일한 온도 분포 및 전류 밀도 분포가 얻어지게 하는, 하나 이상의 실리콘 로드에 전류를 공급하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 바람직하게는 유도 손실이 가급적 적어야 한다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 장치가 하나 이상의 주파수 변환기를 포함하고, 상기 주파수 변환기는 하나 이상의 출력단에 접속된 하나 이상의 실리콘 로드에 전류를 파워 서플라이로부터 공급하도록 설계됨으로써, 해결된다. 주파수 변환기에 의해 제공된 전류는 교류 파워 컨트롤러에 의해 제공되는 전류보다 더 높은 주파수를 갖는다. 더 높은 주파수의 전류는 스킨 효과로 인해 실리콘 로드의 외부 범위 내로 들어가는 한편, 저주파 전류는 중심에서 높은 전류 밀도를 야기한다. 고주파 전류 및 저주파 전류의 중첩에 의해, 전체적으로 더 균일한 전류 밀도가 얻어지고, 이는 실리콘 로드의 횡단면에 걸쳐 균일한 온도 분포를 야기한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치는 교류 파워 컨트롤러 및 주파수 변환기가 동시에 하나의 전압을 그 출력단들에 제공하도록 설계된다. 상기 전압들은 본 발명에 따른 장치 내에서 혼합됨으로써, 저주파 및 중간 주파 또는 고주파 성분을 포 함하는 혼합 전압이 장치의 출력단에 제공될 수 있다. 교류 파워 컨트롤러 및 주파수 변환기의 출력 전압들의 혼합은 2개의 전압이 접속되는 하나 또는 다수의 노드에서 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러의 출력단, 하나 이상의 주파수 변환기의 출력단 및 실리콘 로드와 접속된, 장치의 출력단이 전기적으로 직렬로 배치될 수 있다. 즉, 주파수 변환기에 의해 제공되는 전류는 교류 파워 컨트롤러의 출력단을 통해 흐른 다음, 장치의 출력단에 접속된 실리콘 로드를 통해 흐른다. 역으로, 교류 파워 컨트롤러에 의해 제공되는 전류는 장치의 출력단에 접속된 실리콘 로드를 통해 흐른 다음, 주파수 변환기를 통해 다시 교류 파워 컨트롤러로 흐른다.
마찬가지로, 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러와 장치의 출력단 사이에, 하나 이상의 주파수 변환기로부터 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러를 분리하기 위한 제 1 수단(분리 수단)이 배치되는 것이 가능하다. 또한, 하나 이상의 주파수 변환기와 장치의 출력단 사이에는 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러로부터 하나 이상의 주파수 변환기를 분리하기 위한 제 2 분리 수단이 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 분리 수단이 제공되면, 한편으로는 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러 및 제 1 분리 수단으로 이루어진 장치와, 다른 한편으로는 하나 이상의 주파수 변환기와 제 2 분리 수단으로 이루어진 장치는 출력단에 대해 전기적으로 병렬로 배치될 수 있다. 즉, 교류 파워 컨트롤러에 의해 제공되는 전류는 주파수 변환기의 출력단을 통해 흐르지 않고, 마찬가지로 주파수 변환기에 의해 제공되는 전류는 교류 파워 컨트롤러의 출력단을 통해 흐르지 않는다. 따라서, 교류 파워 컨트롤러와 주파수 변환기는 각각 상대방의 전류를 고려하지 않고 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 변형예에서, 장치는 각각 하나의 실리콘 로드에 대해 한 쌍 이상의 출력단 및 한 쌍 이상의 주파수 변환기를 포함한다. 상기 주파수 변환기 쌍은 출력단 쌍에 할당된다. 한 쌍의 출력단들의 2개의 출력단 중 각각 하나의 출력단은 주파수 변환기 쌍의 하나의 주파수 변환기의 출력단에 접속될 수 있다. 또한, 한 쌍의 주파수 변환기의 2개의 주파수 변환기들은 적어도 그 전기 출력 값이 동일할 수 있다. 한 쌍의 주파수 변환기들의 각각의 주파수 변환기가 하나의 출력단을 가지며 한 쌍의 주파수 변환기들의 출력단들이 하나의 체인을 형성하고 상기 체인 내에서 주파수 변환기의 출력단들이 역 위상으로 체인화되면, 장치의 출력단들은 주파수 변환기의 출력단들과 접속되는 것이 가능하고, 이로 인해 장치의 출력단들도 체인화된다.
주파수 변환기의 출력단들의 체인은 바람직하게는 제 1 외부 단자, 중간 단자 및 제 2 외부 단자를 포함하고, 한 쌍의 주파수 변환기의 제 1 주파수 변환기의 출력단은 제 1 외부 단자 및 중간 단자에 접속되고, 한 쌍의 주파수 변환기의 제 2 주파수 변환기의 제 2 주파수 변환기의 출력단은 중간 단자 및 제 2 외부 단자에 접속된다.
또한, 교류 파워 컨트롤러의 출력단이 제 1 외부 단자 및 제 2 외부 단자와 접속되는 것이 바람직하다. 주파수 변환기의 출력단들에 있는 전압들로 이루어진 체인화된 전압은 교류 파워 컨트롤러의 출력단에 인가된다. 주파수 변환기가 그 출력값이 동일하고, 즉 특히 동일한 출력 전압으로 세팅되고 출력 전압들이 역 위상이기 때문에, 주파수 변환기의 출력단들에 있는 전압들로 이루어진 체인화된 전압은 항상 제로이다. 즉, 교류 파워 컨트롤러의 출력단에는 주파수 변환기에 의해 제공된 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 교류 파워 컨트롤러는 주파수 변환기로부터 분리된다.
제 1 외부 단자, 중간 단자 및 제 2 외부 단자는 노드들을 형성하고, 상기 노드들에서 교류 파워 컨트롤러의 저주파 전압과 주파수 변환기의 중간 주파 또는 고주파 전압이 접속된다.
주파수 변환기를 교류 파워 컨트롤러로부터 분리하는 것은, 주파수 변환기에 대해 직렬로 커패시터가 접속되고, 상기 커패시터가 장치의 출력단에 접속된 실리콘 로드와 함께 고역 패스 필터를 형성하여, 교류 파워 컨트롤러 및 주파수 변환기에 대한 영향이 감소하거나 방지됨으로써 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 주파수 변환기(들)이 바람직하게는 중간 주파수 변환기(들)일 수 있다. 하나 이상의 주파수 변환기는 서로 중첩된 상이한 중간 주파수들의 중첩된 전류들로 이루어진 혼합 전류를 장치의 출력단에 제공하도록 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 하나 이상의 주파수 변환기는 또한 장치의 출력단에 제공된 전류(들)의 주파수(들)를 세팅하도록 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러에 의해 제공된 파워와 하나 이상의 주파수 변환기에 의해 제공된 파워의 비율을 세팅하도록 설계된 조절 수단을 포함할 수 있다. 증착 공정 동안 실리콘 로드의 직경 또는 횡단면이 변하기 때문에, 실리콘 로드의 전기 저항도 변한다. 변하는 물리적 조건에도 불구하고 항상 실리콘 로드 내부에서 최적의 온도 분포가 얻어질 수 있도록, 교류 파워 컨트롤러 및 주파수 변환기의 가열 출력이 서로 비례해서 변할 수 있다. 증착 공정을 시작할 때, 예컨대 주파수 변환기의 가열 출력에 비한 교류 파워 컨트롤러의 가열 출력은 증착 프로세스의 나중 시점 동안 보다 더 크다. 장치는 예컨대 하나 이상의 실리콘 로드의 직경 및/또는 횡단면에 따라 주파수(들)를 세팅하도록 설계된 조절 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 교류 파워 컨트롤러는 파워 서플라이 제어식 교류 파워 컨트롤러인 것이 바람직하다.
실리콘의 증착 동안 본 발명에 따라 전류를 하나 이상의 실리콘 로드에 공급하는 것은 상기 장치에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 방법은, 증착 프로세스 동안 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러에 의해 제공된 파워 대 하나 이상의 주파수 변환기에 의해 제공된 파워의 비율이 하나 이상의 실리콘 로드 내에 균일한 온도 분포를 발생시킬 목적으로 변하도록 설계될 수 있다. 특히, 증착 프로세스 동안, 하나 이상의 주파수 변환기를 통해 하나 이상의 실리콘 로드에 공급되는 파워가 하나 이상의 교류 파워 컨트롤러를 통해 공급되는 파워보다 더 클 수 있다.
교류 파워 컨트롤러의 출력단에 있는 전류의 주파수는 일반적인 경우 이 발명에 따른 장치가 접속될 수 있는 파워 서플라이의 파워 주파수에 상응한다. 상기 주파수는 특히 47 내지 63 Hz 에 상응한다. 주파수 변환기의 출력단에 있는 전류의 주파수는 0.3 내지 300 MHz의 중간 주파수일 수 있다.
그러나, 주파수 변환기의 출력단에 있는 주파수는 20 kHz 내지 200 kHz의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해, 실리콘 로드 내에서 균일한 온도 분포 및 전류 밀도 분포가 이루어진다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 도면을 참고로 설명된다.
도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장치의 개략적인 블록 회로도이다. 도 1, 도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 장치의 파워 경로만이 도시된다. 제어 또는 조절 신호 및 센서 신호의 라인들은 도 1, 도 2 및 도 3에 도시되지 않는다. 도 1에 따른 장치, 도 2에 따른 장치 및 도 3에 따른 장치에서 동일한 부분은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1에 도시된, 지멘스 공정(Siemens process)에 따른 실리콘의 증착 동안 실리콘 로드에 전류를 공급하기 위한, 본 발명에 따른 장치는 2개의 단자(E1, E2)를 가진 입력단(E)을 갖는다. 장치는 입력단(E)을 통해, 전기 에너지를 공급하기 위한 파워 서플라이(N)에 접속된다. 교류 파워 컨트롤러(1) 및 주파수 변환기(2)가 각각 입력단(E)에 접속된다. 교류 파워 컨트롤러(1) 및 주파수 변환기(2)는 입력단(E)을 통해 파워 서플라이(N)로부터 전기 에너지를 빼낼 수 있다.
교류 파워 컨트롤러(1) 및 주파수 변환기(2)는 공지된 방식으로 형성될 수 있다. 교류 파워 컨트롤러(1)는 예컨대 상이한 파워 사이리스터의 회로 장치로 형성될 수 있다.
교류 파워 컨트롤러(1)가 파워 서플라이 제어되는 반면, 주파수 변환기는 자체 제어되어 그 출력단에, 교류 파워 컨트롤러(1)에 의해 제공되는 전압보다 훨씬 더 높은 주파수를 가진 전압을 제공한다. 교류 파워 컨트롤러(1) 또는 주파수 변환기(2)의 출력단에 인가된 전압의 전압-시간 다이어그램이 도 4 및 도 5에 도시된다.
교류 파워 컨트롤러(1)의 출력단 및 주파수 변환기(2)의 출력단은 전기적으로 직렬 접속된다.
교류 파워 컨트롤러 및 주파수 변환기의 서로 접속되지 않은 출력 측 단자들은 출력단(A)의 단자에 각각 접속되고, 상기 출력단(A)에는 실리콘 로드(3)가 접속된다. 실리콘 로드에는, 해리에 의해 트리클로로실란으로부터 얻어진 실리콘이 증착되어야 한다.
도 1에 도시된 장치와는 달리, 도 2에 도시된 장치에서는, 교류 파워 컨트롤러(1) 및 주파수 변환기(2)의 출력단들이 직렬로 접속되지 않는다. 교류 파워 컨트롤러(1)의 출력단은 제 1 분리 수단(4)을 통해 장치의 출력단(A)에 접속된다. 주파수 변환기(2)의 출력단은 유사한 방식으로 제 2 분리 수단(5)을 통해 장치의 출력단(A)에 접속된다.
교류 파워 컨트롤러(1)와 제 1 분리 수단(4)으로 이루어진 장치는 주파수 변환기(2)와 제 2 분리 수단(5)으로 이루어진 장치에 대해 전기적으로 병렬로 배치된 다.
출력단(A)에는 실리콘 로드(3)가 접속되고, 상기 실리콘 로드에 실리콘이 증착되어야 한다. 도 1에 따른 장치의 출력단 및 도 2에 따른 장치의 출력단에는 전압(U3)이 인가되고, 상기 전압(U3)의 전압-시간 다이어그램이 도 6에 도시된다. 전압(U3)은 전압들(U1, U2)의 중첩에 의해 형성된다. 도 1에 따른 장치와 도 2에 따른 장치의 출력단(A)에는, 파워 주파수에 상응하는 기본 주파수, 및 주파수 변환기(2)에 의해 세팅되는 고조파 스펙트럼을 가진 전류를 드라이브하는 전압이 인가된다. 상기 전류는 실리콘 로드(3)에서, 고조파 성분 없는 전류의 사용보다 더 균일한 전류 밀도를 야기한다. 교류 파워 컨트롤러(1)의 전압(U1)에 의해서만 드라이브되는 전류는 실리콘 로드(3)의 중심에서 높은 전류 밀도를 야기하는 한편, 주파수 변환기(2)의 전압(U2)에 의해 야기되는 고조파 성분은 실리콘 로드의 전체 횡단면에 걸쳐 실리콘 밀도의 더 균일한 분포를 야기한다. 실리콘 로드의 중심으로 전류의 감소 및 실리콘 로드(3)의 중심의 과도한 가열이 일어나지 않는다. 이로 인해, 실리콘 로드에 실리콘을 증착하기 위한 지멘스 공정은 교류 파워 컨트롤러에 의해 제공되는 전류만으로 실리콘 로드의 가열이 이루어지는 장치에서보다 더 높은 온도로 실시될 수 있다.
도 1 및 도 2에 따른 실시예와는 달리, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치는 하나의 교류 파워 컨트롤러(1) 및 2개의 주파수 변환기(2a, 2b)를 포함한다. 주파수 변환기들(2a, 2b)은 동일하게 구성되기 때문에 동일한 출력 값을 갖는다. 주파수 변환기들(2a, 2b)은 역 위상으로 작동되기 때문에, 그 출력단에는 절대값에 서 동일한 전압이 세팅되기는 하지만, 이들은 위상 위치에서 상이하다. 즉, 서로 180°위상 변이된다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치는 2개의 단자(E1, E2)를 가진 입력단을 갖는다. 장치는 상기 입력단을 통해 파워 서플라이(도 3에 도시되지 않음)에 접속된다. 교류 파워 컨트롤러(1) 및 주파수 변환기(2a, 2b)는 각각 단자들(E1, E2)에 접속된다.
교류 파워 컨트롤러(1) 및 주파수 변환기(2a, 2b)의 출력단들에 제공되는 전압들(U1 또는 U2a, U2b)은 3개의 노드들(K1, K2, K3)에서 서로 접속된다.
주파수 변환기들(2a, 2b)의 출력단들은 체인화되고, 상기 체인의 제 1 외부 단자(K1)가 2개의 주파수 변환기(2a, 2b) 중 제 1 주파수 변환기의 제 1 출력 측 단자에 접속된다. 제 1 주파수 변환기의 제 2 출력 측 단자는 체인의 내부 단자(K2)에 접속된다. 2개의 주파수 변환기(2a, 2b)의 제 2 주파수 변환기의 제 1 출력 측 단자가 체인의 상기 내부 단자(K2)에 접속된다. 상기 제 2 주파수 변환기의 제 2 출력 측 단자는 제 2 외부 단자(K3)에 접속된다. 체인의 외부 단자들(K1, K3)은 교류 파워 컨트롤러(1)의 출력 측 단자들(11, 12)에 접속된다.
체인의 제 1 외부 단자(K1) 및 중간 단자(K2)는 본 발명에 따른 장치의 제 1 출력단의 단자들(A11, A12)에 접속된다. 상기 제 1 출력단에는 제 1 실리콘 로드(3a)가 접속된다.
2개의 주파수 변환기(2a, 2b)로 이루어진 체인의 중간 단자(K2)와 제 2 외부 단자(K3)는 장치의 제 2 출력단(A21, A22)에 접속되고, 상기 출력단들에 제 2 실리 콘 로드(3b)가 접속된다.
제 1 주파수 변환기(2a)의 출력단 및 제 1 실리콘 로드(3a)는 병렬 접속된다. 마찬가지로, 제 2 주파수 변환기(2b)의 출력단과 제 2 실리콘 로드(3b)는 병렬 접속된다. 병렬 회로들은 직렬 접속되고, 상기 직렬 회로는 교류 파워 컨트롤러(1)에 접속된다.
제 1 외부 단자(K1), 중간 단자(K2) 및 제 2 외부 단자(K3)에서 교류 파워 컨트롤러 및 주파수 변환기(2a, 2b)의 출력 전압들이 서로 혼합된다. 제 1 출력단(A11, A12)에는 제 1 주파수 변환기(2a)의 전압(U2a)과 교류 파워 컨트롤러의 전압(U1)으로 이루어진 혼합 전압이 세팅된다. 제 2 출력단(A21, A22)에는 제 2 주파수 변환기의 출력 전압(U2b)과 교류 파워 컨트롤러의 출력 전압(U1)으로 이루어진 혼합 전압이 세팅된다.
주파수 변환기들(2a, 2b)의 출력단들에서의 전압들이 절대값이 동일하지만 역 위상이기 때문에, 노드(K1)과 노드(K3) 사이에서 교류 파워 컨트롤러(U1)의 출력 전압만이 강하한다. 즉, 전압들(U2a, U2b)은 서로 상쇄된다. 이로 인해, 주파수 변환기의 출력 전압이 교류 파워 컨트롤러(1)로 피드백되는 것이 방지된다.
주파수 변환기들(2a, 2b)의 출력단들에 있는 커패시터들(도시되지 않음)에 의해, 2개의 주파수 변환기들(2a, 2b)에 대한 교류 파워 컨트롤러(1)의 전압(U1)의 작용이 방지될 수 있다. 주파수 변환기들(2a, 2b)의 출력단들에서의 커패시터들은 출력단에 접속된 부하, 특히 그 옴 성분과 함께 고역 패스 필터를 형성하고, 상기 고역 패스 필터는 주파수 변환기들(2a, 2b)로부터 전압(U1)의 낮은 주파수를 분리한다. 도 1 및 도 2에 따른 장치와는 달리, 도 3에 따른 장치는 어떤 소자도 저주파 전류 공급 수단에 대해 직렬로 접속되지 않는다는 장점을 갖는다. 교류 파워 컨트롤러에 의한 저주파 전류 공급과 주파수 변환기에 의한 중간 주파 또는 고주파 전류 공급 사이의 결합이 방지된다. 다른 장점은, 본 발명에 따른 장치를 얻기 위해, 주파수 변환기들이 간단한 수단에 의해 교류 파워 컨트롤러를 구비한 기존 공급 장치와 조합될 수 있다는 것이다. 따라서, 기존 장치의 개장이 간단한 수단으로 가능하다.
도 1은 출력단들이 직렬 접속된, 교류 파워 컨트롤러와 주파수 변환기를 구비한 본 발명에 따른 장치.
도 2는 병렬 접속된 교류 파워 컨트롤러와 주파수 변환기를 구비한 본 발명에 따른 장치.
도 3은 체인화된 출력단들을 가진 2개의 주파수 변환기를 구비한 본 발명에 따른 장치.
도 4는 교류 파워 컨트롤러의 출력단에 인가된 교류 전압의 전압-시간 다이어그램.
도 5는 주파수 변환기의 출력단에 인가된 전압의 전압-시간 다이어그램.
도 6은 장치의 출력단에 인가된 전압의 전압-시간 다이어그램.

Claims (25)

  1. 실리콘 로드(rod)에 전기 에너지를 공급하기 위한 전력 그리드(N)에 전기 공급 장치를 접속하도록 설계된 입력단(E),
    상기 로드에 연결되는 하나 이상의 출력단(A),
    상기 하나 이상의 출력단(A)에 연결된 상기 로드에 상기 전력 그리드(N)로부터 전류를 공급하도록 설계된 하나 이상의 교류전류 컨트롤러(1); 및
    상기 하나 이상의 출력단(A)에 연결된 상기 로드에 상기 전력 그리드(N)로부터 상기 교류전류 컨트롤러(1)보다 높은 주파수를 갖는 전기를 공급하도록 설계된 하나 이상의 주파수 변환기(2);
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 로드는, 상기 교류전류 컨트롤러(1)에 의해 공급되는 저주파 전류와 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)에 의해 공급되는 고주파 전류를 동시에 공급받는 것이 특징인, 전류 공급 장치.
  2. 제 1항에서, 상이한 주파수의 전압 성분으로 혼합된 전압이 상기 장치의 상기 하나 이상의 출력단(A)에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  3. 제 1항에서, 상기 장치는, 상기 교류전류 컨트롤러(1) 및 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)에 의해 공급된 전압을 상기 출력단에서 공급되는 전압과 혼합하기 위해 링크하는 노드들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  4. 제 1항에서, 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)의 출력단, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)의 출력단, 및 상기 로드와 접속 가능한, 상기 장치의 출력단은 전기적으로 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  5. 제 1항에서, 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)와 상기 출력단(A) 사이에 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)로부터 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)를 전기적으로 분리하기 위한 제 1 분리 수단(4)이 배치되고, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)와 상기 출력단(A) 사이에 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)로부터 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)를 분리하기 위한 제 2 분리 수단(5)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  6. 제 5항에서, 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1) 및 상기 제 1 분리 수단(4)으로 이루어진 배열과, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)와 상기 제 2 분리 수단으로 이루어진 배열은 전기적으로 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  7. 제 1항에서, 상기 장치는 상응하는 로드에 대해 상기 한 쌍 이상의 출력단을 포함하고, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)는 상기 한 쌍의 출력단과 관련된 한 쌍 이상의 주파수 변환기(2a, 2b)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  8. 제 7항에서, 상기 출력단 쌍의 2개의 출력단 각각은 상기 주파수 변환기(2a, 2b) 쌍의 하나의 주파수 변환기(2a, 2b)의 상응하는 출력단[[a]]에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  9. 제 8항에서, 한 쌍의 주파수 변환기(2a, 2b)의 상기 2개의 주파수 변환기(2a, 2b)는 그들의 전기적 출력량과 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  10. 제 8항에서, 한 쌍의 주파수 변환기(2a, 2b) 각각은 하나의 출력단을 가지며, 한 쌍의 주파수 변환기(2a, 2b)의 출력단들은 하나의 체인을 형성하고, 상기 주파수 변환기들(2a, 2b)의 출력단들은 역 위상으로 체인화되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  11. 제 10항에서, 상기 체인은 제 1 외부 단자(K1), 중간 단자(K2) 및 제 2 외부 단자(K3)를 포함하고, 상기 주파수 변환기 쌍(2a, 2b)의 제 1 주파수 변환기(2a)의 출력단은 상기 제 1 외부 단자(K1) 및 상기 중간 단자(K2)에 접속되고, 상기 주파수 변환기(2a, 2b) 쌍의 제 2 주파수 변환기(2b)의 출력단은 상기 중간 단자(K2) 및 상기 제 2 외부 단자(K3)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  12. 제 11항에서, 상기 교류 전류 컨트롤러(1)의 출력단은 상기 제 1 외부 단자(K1) 및 상기 제 2 외부 단자(K3)에 접속되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  13. 제 1항에서. 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)는 중간 주파 변환기인 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  14. 제 1항에서, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)는 상이한 주파수의 중첩된 전류들의 혼합 전류를 상기 장치의 상기 출력단(A)에 공급하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  15. 제 1항에서, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)는 상기 장치의 상기 출력단(A)에 공급된 하나 이상의 전류의 하나 이상의 주파수를 조정할 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  16. 제 1항에서, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)는 상기 장치의 상기 출력단(A)에 공급된 하나 이상의 전류의 하나 이상의 주파수를 조정할 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  17. 제 1항에서, 상기 장치는 상기 로드의 직경 또는 횡단면의 함수인 주파수 또는 주파수들을 조절하기 위한 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  18. 제 1항에서, 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)는 망저감형(line-commutated, ein netzgefuehrter Wechselstromsteller) 교류 전류 컨트롤러인 것을 특징으로 하는, 전류 공급 장치.
  19. 실리콘 로드(rod)에 전류를 공급하기 위한 방법에서,
    상기 방법은,
    전기 에너지를 공급하기 위해 전력 그리드(N)에 연결하기 위해 입력단(E)을 제공하는 단계;
    상기 로드를 연결하기 위해 하나 이상의 출력단(A)을 제공하는 단계;
    상기 전력 그리드(N)로부터 전류를 상기 하나 이상의 출력단(A)에 연결된 상기 로드에 공급하기 위해 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)를 제공하는 단계;
    상기 하나 이상의 출력단(A)에 연결된 상기 로드에 상기 전력 그리드(N)로부터의 전류와 상기 교류 전류 컨트롤러(1)에 의해 공급되는 전류보다 더 높은 주파수를 갖는 전류를 공급하기 위해 하나 이상의 주파수 변환기(2)를 제공하는 단계; 및
    상기 교류 전류 컨트롤러(1)에 의해 공급되는 저주파 전류와, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)에 의해 공급되는 고주파 전류를 상기 로드에 동시에 공급하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 방법.
  20. 제 19항에서, 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)에 의해 공급되는 전력 대 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)에 의해 공급되는 전력의 비율이 변하는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 방법.
  21. 제 20항에서, 상기 하나 이상의 주파수 변환기(2)를 통해 상기 실리콘 로드에 공급되는 전력은 상기 하나 이상의 교류 전류 컨트롤러(1)를 통해 공급되는 전력에 비해 증가하는 것을 특징으로 하는, 전류 공급 방법.
  22. 삭제
  23. 제 19항에서, 상기 전류는 지멘스 공법(Siemens process)에 따라 실리콘이 침전(precipitation)하는 동안 실리콘 로드에 공급되는 것이 특징인, 전류 공급 방법.
  24. 삭제
  25. 제 1항에서, 상기 전류는 지멘스 공법에 따라 실리콘이 침전(precipitation)하는 동안 실리콘 로드에 공급되는 것이 특징인, 전류 공급 장치.
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