WO2010133386A1 - Aufnahmekegel für silizium-anzuchtstäbe - Google Patents

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WO2010133386A1
WO2010133386A1 PCT/EP2010/053443 EP2010053443W WO2010133386A1 WO 2010133386 A1 WO2010133386 A1 WO 2010133386A1 EP 2010053443 W EP2010053443 W EP 2010053443W WO 2010133386 A1 WO2010133386 A1 WO 2010133386A1
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KGT Graphit Technologie GmbH
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    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/035—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds in the presence of heated filaments of silicon, carbon or a refractory metal, e.g. tantalum or tungsten, or in the presence of heated silicon rods on which the formed silicon is deposited, a silicon rod being obtained, e.g. Siemens process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4418—Methods for making free-standing articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber

Definitions

  • the invention relates to a receiving cone for silicon seed rods in reactors for the addition of polysilicon.
  • Polysilicon is used for a variety of applications in large quantities, e.g. needed for the production of solar cells. Since polysilicon in the required purity is not or not sufficiently available in nature, it must be prepared by a suitable process.
  • Siemens process For the production of polysilicon, for example, the so-called Siemens process has been developed, in which a plurality of silicon culture rods, also referred to as Slimrods, are introduced into a reactor and deposited there with polysilicon in a vapor deposition process. This requires, inter alia, a sufficient temperature of the silicon thin rods, which must be close to the melting temperature of Sili ⁇ zium. To achieve this, the silicon seed rods are heated to the required temperature by means of resistance heating.
  • the silicon seed rods are placed in pairs adjacent to each other in suitable holders in the reactor, the thin silicon rods are connected elekt ⁇ risch together at the upper free end.
  • tapered graphite cones are usually used, which are designed either one or more parts.
  • the recording cone serve both the electrical contact, as well as the secure mechanical attachment of the silicon culture rods, the increase significantly by the Schichtwachst ⁇ m during the Be Schweizerungs ⁇ ngsvorganges weight.
  • the finished silicon rods should be removed as easily as possible from the mounting cone.
  • CVD chemical vapor deposition
  • SiHCl 3 high purity trichlorosilane
  • the reactor usually consists of a quartz bell with a protective outer metal bell, which is water cooled including the bottom plate and the necessary current feedthroughs.
  • the silicon seed rods are inserted into an opening in the receiving cone. It is understood that in this case a sufficiently good electrical contact can only be ensured if the opening in the receiving cone corresponds as accurately as possible to the contour of the silicon growing rod to be inserted.
  • the receiving cone consist of a base body and in these usable jaws, which are clamped by means of a union nut against the inserted silicon seed rod.
  • a holder in a device for the deposition of semiconductor material from the gas phase on rod-shaped carriers of semiconductor material of the same lattice structure and a method for their preparation is apparent.
  • graphite holders are used for silicon thin rods, which are conical or conical on their front side.
  • the holder can also be designed as a terminal in that it is partially halved at the drilled end such that one half is separated by a vertical axis to the incision incision. Both halves are held together by a graphite ring.
  • the invention is based on the object to provide a receiving cone for silicon seed rods, which ensures a good contact of the silicon seed rods used and a significant reduction of the heat output is achieved.
  • the object underlying the invention is achieved in a receiving cone for silicon seed rods in reactors for the addition of polysilicon in that the inclusion mekegel consists of a rotationally symmetrical base body with a centrally in these at the highest position usable one-piece clamping element for receiving the silicon Anzuchtstabes, wherein the body is pot-like recessed for receiving a connecting bolt and wherein the edge is inserted into the current feedthrough in the bottom of the reactor, wherein the individual parts silicon rod, clamping element, base body and receiving part of the current feedthrough as well as connecting pins are plugged into one another in a positive and non-positive manner.
  • the particularly low-mass construction of the receiving cone with the lowest possible wall thickness leads in conjunction with the central heat input via the collet to a erhebli ⁇ chen reduction of heat loss via the current implementation and thus associated with a reduction in heat demand when heating the reactor.
  • the insertable into the cone and specially designed collet enables a safe and simple voltage of the silicon seed rods used, and after coating a simple removal of the coated rods.
  • the inner contour of the collet can be adapted to almost all dimensions of silicon culture rods without having to make a change in the basic structure.
  • Another advantage of the invention is that the construction can be made very slim and easy.
  • the one-piece clamping element is formed rotationally symmetrical clamping jaw-like and has a continuous, longitudinal receiving bore for the silicon culture rod.
  • the clamping element is provided starting from both end faces with non-through slots extending along the same and extending alternately from one end face and from the other end face.
  • the clamping element is provided at one end with a collar, wherein the slots which extend from the end face of the clamping element on the collar side, extend through the collar.
  • the adjoining the collar part of the clamping element corresponds at most to the depth of the blind hole.
  • the blind bore tapers conically into the depth.
  • the blind bore should have a cone angle of 0.5 to 30 ° to achieve on the one hand a sufficient clamping effect and on the other hand to ensure that the clamping element can be released from the base element.
  • the outer circumferential surface of the clamping element tapers from the collar to the opposite end side in the same cone angle, as the blind bore.
  • the edge of the pot-lid-like base element tapers conically to the same extent as the corresponding counterpart in the current feedthrough.
  • the cone angle of the edge and the counterpart in the current should be 4 ° - 5 °.
  • an electrically conductive separating element is arranged at least between the recording of the current feedthrough and the base ⁇ body, which is also formed as a diffusion barrier and made of silver.
  • the separating element corresponds to the negative shape of the inner contour of the base element and on the underside of the negative shape of the connecting bolt of the current feedthrough.
  • a separation ⁇ medium is arranged at least between the base member and the grown silicon rod.
  • This release agent may be an electrically conductive film or
  • Disc of CFC Carbon Fiber Reinforced Carbon
  • other graphite foil may also extend to the bottom of the blind hole.
  • Fig. 1 a side view of an inventive
  • FIG. 2 is a sectional view of the receiving cone of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a variant of the inventive recording ⁇ cone with an inserted tension member and the silicon seed rod
  • Fig. 4 is a sectional view of the receiving cone of Fig. 3; 5 shows a side view of the receiving cone according to FIG. 1;
  • FIG. 6 is a sectional view of the receiving cone of FIG. 5; FIG.
  • Fig. 7 is a perspective view of the receiving ⁇ cone of FIG. 5;
  • FIG. 8 shows a side view of the receiving cone according to FIG. 3;
  • FIG. 9 is a sectional view of the receiving cone of FIG. 8; FIG.
  • Fig. 10 is a perspective view of the receiving ⁇ cone of Fig. 8;
  • FIG. 11 is a partition member for bearing on the receiving ⁇ cone of Figure 3, 4;.
  • FIG. 12 a side view of the separating element according to FIG.
  • Fig. 13 a perspective view of the separation ⁇ element of FIG. 11;
  • Fig. 14a-d details of the clamping element.
  • the receiving cone for silicon seed rods 1 consists of a rotationally symmetrical basic body 2 with a one-piece clamping element 3 which can be inserted centrally in this at the highest position for receiving the silicon seed rod 1 (FIGS. 1, 2, 5-7).
  • the main body 2 is pot-shaped for receiving a connecting bolt 4 of a current feed-out recessed (Fig. 6).
  • the edge 5 of the main body 2 can also be used in the current feedthrough in the bottom of the reactor, not shown, wherein the individual ⁇ parts silicon seed rod 1, clamping element 3, body 2 and receiving part of the current feedthrough and terminal bolts 4 are positively and non-positively plugged into each other.
  • Figures 3, 4 and 8 -. 10 show a variant of Recordin ⁇ mekegels, wherein the base body 2 does not run conically upwards, but is planar.
  • the base body 2 For receiving the clamping element 3, the base body 2 is provided with a central blind bore 6.
  • the blind hole 6 should have a taper angle of 0.5 - comprise 30 °, on the one hand to achieve a sufficient clamping action and to ensure walls ⁇ hand, that the clamping element 3 can be released from the main body 2 again, which will be apparent from the following explanations ( Figure 2, 4).
  • the clamping element 3 is of a rotationally symmetrical clamping jaw-like design and has a continuous, longitudinal receiving bore 7 for the silicon growing rod 1 (FIG. 14 a-d).
  • the clamping element 3 is starting from both end faces 8, 9 provided with longitudinally extending non-continuous slots 10, which alternately emanate from the one or from the other end face 8, 9.
  • clamping element 3 at one end with a
  • the outer circumferential surface of the clamping element 3 tapers behind the collar 11 conically with the same taper angle as the blind bore 6, so that a friction pairing is formed.
  • the edge 5 of the pot lid-like base body 2 tapers conically to the same extent, as the corresponding counterpart in the current implementation, forming a further friction pairing (Fig. 2, 4, 6, 9).
  • the cone angle of the edge 5 and the counterpart in the current feed-through should be 4 ° - 5 °.
  • the edge 5 can be easily adapted to other installation conditions.
  • the inside could also be provided with a thread, or for receiving a pin or the like. be educated.
  • an electrically conductive separating element 12 is arranged between the recording of the current feedthrough and the base body 2. Suitable for this purpose is a separating element 12 made of silver (FIGS. 1-4).
  • the separator 12 has the negative shape of the inner contour of the base element and on the bottom of the negative shape of the connecting bolt 4 of the current feedthrough.
  • At least between the Base body 2 and the grown silicon rod to arrange another release agent 13 (Fig. 11 - 13).
  • This release agent 13 may be an electrically conductive foil or disc of CFC (Carbon Fiber Reinforced Carbon) or other suitable graphite foil and may also extend to the bottom of the blind bore 6.
  • CFC Carbon Fiber Reinforced Carbon
  • the insertable into the cone and specially trained collet 3 ensures a safe and simple voltage of the silicon seed rods used 1, and after the coating their easy removal.
  • an adaptation to almost all dimensions of silicon growing rods 1 can take place without having to make a change in the base body 2, which leads to a considerable cost savings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aufnahmekegel für Silizium- Anzuchtstäbe in Reaktoren zur Anlagerung von Polysilizium. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe zu schaffen, bei dem eine gute Kontaktierung der eingesetzten Silizium-Anzuchtstäbe gewährleistet und eine deutliche Verringerung des Wärmeaustrages erreicht wird. Erreicht wird das dadurch, dass der Aufnahmekegel aus einem rotationssymmetrischen Grundkörper (2) mit einem zentrisch in diesen an höchster Position einsetzbaren einstückigen Spannelement (3) zur Aufnahme des Silizium-Anzuchtstabes (1) besteht, wobei der Grundkörpers (2) topfdeckelartig zur Aufnahme eines Anschlussbolzens (4) ausgespart ist und wobei dessen Rand (5) in die Stromdurchführung im Boden des Reaktors einsetzbar ist, wobei die Einzelteile Silizium-Anzuchtstab (1), Spannelement (3), Grundkörper (2) und Aufnahmeteil der Stromdurchführung sowie Anschlussbolzen (4) form- und kraftschlüssig ineinander steckbar sind.

Description

Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe
Die Erfindung betrifft einen Aufnahmekegel für Silizium- Anzuchtstäbe in Reaktoren zur Anlagerung von Polysilizium.
Polysilizium wird für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle in großen Mengen z.B. für die Fertigung von Solarzellen benötigt. Da Polysilizium in der erforderlichen Reinheit in der Natur nicht oder nicht ausreichend zur Verfügung steht, muss dieses mit einem geeigneten Verfahren herge- stellt werden.
Für die Herstellung von Polysilizium wurde beispielsweise das so genannte Siemens-Verfahren entwickelt, bei dem eine Vielzahl von Silizium-Anzuchtstäben, auch als Slimrods bezeichnet, in einen Reaktor eingebracht und dort in einem Aufdampfverfahren Polysilizium an diesen angelagert. Voraussetzung hierfür ist u.a. eine ausreichende Temperatur der Silizium-Dünnstäbe, die nahe der Schmelztemperatur von Sili¬ zium liegen muss. Um das zu erreichen, werden die Silizium- Anzuchtstäbe mittels Widerstandsheizung auf die benötigte Temperatur aufgeheizt.
Dazu werden die Silizium-Anzuchtstäbe jeweils paarweise benachbart in geeigneten Halterungen im Reaktor aufgestellt, wobei die Silizium-Dünnstäbe am oberen freien Ende elekt¬ risch miteinander verbunden sind. Als Halterungen für die Silizium-Anzuchtstäbe werden üblicherweise Aufnahmekegel aus Graphit verwendet, die entweder ein- oder mehrteilig ausgeführt sind. Die Aufnahmekegel dienen sowohl der elektrischen Kontaktierung, als auch der sicheren mechanischen Befestigung der Silizium-Anzuchtstäbe, die durch das Schichtwachstυm während des Beschichtυngsvorganges erheblich an Gewicht zunehmen. Außerdem sollten die fertigen Siliziumstäbe möglichst leicht aus dem Aufnahmekegel entnommen werden können.
Für die Abscheidung von Polysilizium durch eine chemische Dampfphasenabscheidung (üblicherweise mit Chemical Vapor Deposition (CVD) bezeichnet) auf den Silizium-Dünnstäben bei
1.100 °C wird hochreines Trichlorsilan (SiHCl3) verwendet, indem eine Disproportionierung nach der Formel
4 SiHC13 - Si + 3 SiC14 + 2 H2
stattfindet. Das dabei frei werdende Silizium lagert sich dabei an den Silizium-Anzuchtstäben an.
Der Reaktor besteht in der Regel aus einer Quarzglocke mit einer schützenden äußeren Metallglocke, die einschließlich der Bodenplatte sowie den notwendigen Stromdurchführungen wassergekühlt ist.
Bei der einfachsten Ausführung, d.h. bei der einteiligen Ausführung, werden die Silizium-Anzuchtstäbe in eine Öffnung im Aufnahmekegel eingesteckt. Es versteht sich, dass in diesem Fall ein hinreichend guter elektrischer Kontakt nur dann gewährleistet werden kann, wenn die Öffnung im Aufnahmekegel möglichst genau der Kontur des einzusteckenden Silizium-Anzuchtstabes entspricht.
Bei der mehrteiligen Ausführung bestehen die Aufnahmekegel aus einem Grundkörper sowie in diesen einsetzbaren Spannbacken, die mittels einer Überwurfmutter gegen den eingesteckten Silizium-Anzuchtstab verspannt werden.
Wichtig ist bei den Aufnahmekegeln, dass ein möglichst guter elektrischer Kontakt zwischen der Stromdurchführung durch die Reaktorwand zum Aufnahmekegel, dem Aufnahmekegel und den Silizium-Anzuchtstäben gewährleistet wird. Darüber hinaus muss der Wärmeaustrag an der Schnittstelle Stromdurch¬ führung, Aufnahmekegel und Silizium-Anzuchtstab so gering wie möglich sein. Die nachfolgend zitierten Druckschriften erfüllen diese Voraussetzungen nicht.
In der DE 600 32 813 T2, die sich auf ein CVD-Verfahren und eine -Vorrichtung zum Abscheiden von Polysilizium bezieht, mit dem Silizium auf Siliziumrohren abgeschieden wird, wird das vorstehend zitierte Siemensverfahren näher beschrieben. Die Siliziumrohre werden durch Halterungen aus Graphit in einer Reaktorvorrichtung gehalten.
Eine ähnliche Graphithalterung geht auch aus der US 3 200 009 A hervor.
Aus der DE 1 205 950 B geht eine Halterung in einer Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf stabförmigen Trägern aus Halbleitermaterial gleicher Gitterstruktur und ein Verfahren zu ihrer Herstellung hervor. Auch hier werden Graphithalterungen für Siliziumdünnstäbe eingesetzt, die an ihrer Stirnseite konisch bzw. kegelförmig ausgebildet sind. Die Halterung kann auch als Klemme ausgebildet sein, indem diese am ausgebohrten Ende derart teilweise halbiert ist, dass eine Hälfte durch einen zur Stabachse senkrechten Einschnitt abgetrennt wird. Beide Hälften werden durch einen Graphitring zusammengehalten.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe zu schaffen, bei dem eine gute Kontaktierung der eingesetzten Silizium-Anzuchtstäbe gewährleistet und eine deutliche Verringerung des Wärmeaustrages erreicht wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe in Reaktoren zur Anlagerung von Polysilizium dadurch gelöst, dass der Aufnah- mekegel aus einem rotationssymmetrischen Grundkörper mit einem zentrisch in diesen an höchster Position einsetzbaren einstückigen Spannelement zur Aufnahme des Silizium- Anzuchtstabes besteht, wobei der Grundkörpers topfdeckel- artig zur Aufnahme eines Anschlussbolzens ausgespart ist und wobei dessen Rand in die Stromdurchführung im Boden des Reaktors einsetzbar ist, wobei die Einzelteile Silizium- Anzuchtstab, Spannelement, Grundkörper und Aufnahmeteil der Stromdurchführung sowie Anschlussbolzen form- und kraft- schlüssig ineinander steckbar sind.
Die besonders massearme Konstruktion des Aufnahmekegels mit geringst möglicher Wandstärke führt in Verbindung mit dem zentralen Wärmeeintrag über die Spannzange zu einer erhebli¬ chen Verringerung des Wärmeaustrags über die Stromdurch- führung und damit verbunden zu einer Verringerung des Wärmebedarfs beim Anheizen des Reaktors.
Ferner ermöglicht die in den Kegel einsetzbare und speziell ausgebildete Spannzange eine sichere und einfache Spannung der eingesetzten Silizium-Anzuchtstäbe, sowie nach der Beschichtung eine einfache Entnahme der beschichteten Stäbe. Durch eine Veränderung der Innenkontur der Spannzange kann eine Anpassung an nahezu alle Dimensionen von Silizium- Anzuchtstäben erfolgen, ohne eine Veränderung der Grundstruktur vornehmen zu müssen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die Konstruktion sehr schlank und leicht ausführen lässt.
Zur Aufnahme des Spannelementes ist der Grundkörper mit einer zentrischen Sackbohrung ausgestattet.
In einer Fortbildung der Erfindung ist das einstückige Spannelement rotationssymmetrisch spannbackenähnlich ausgebildet und besitzt eine durchgehende, längs verlaufende Aufnahmebohrung für den Silizium-Anzuchtstab. Um das möglichst einfach zu erreichen, ist das Spannelement von beiden Stirnseiten ausgehend mit längs desselben verlaufenden nicht durchgehenden Schlitzen versehen, die abwechselnd von der einen bzw. von der anderen Stirnseite ausge- hen .
Dazu sind jeweils zweimal drei um 120° versetzte Schlitze im Spannelement vorgesehen, wobei die Schlitze von der einen Stirnseite gegenüber den Schlitzen von der anderen Stirnseite um 60° versetzt sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Spannelement einends mit einem Kragen versehen, wobei sich die Schlitze, die von der Stirnseite des Spannelements auf der Kragenseite ausgehen, durch den Kragen erstrecken. Das sich an den Kragen anschließende Teil des Spannelementes entspricht höchstens der Tiefe der Sackbohrung.
Um einen hinreichenden Kraftschluss zwischen dem eingesteckten Silizium-Anzuchtstab und dem Spannelement, und zwischen dem Spannelement und dem Grundelement zu erreichen, verjüngt sich die Sackbohrung in die Tiefe kegelförmig.
Die Sackbohrung sollte dazu einen Kegelwinkel von 0,5 - 30° aufweisen, um einerseits eine ausreichende Spannwirkung zu erreichen und andererseits sicherzustellen, dass sich das Spannelement aus dem Grundelement lösen lässt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass sich die Außenmantelfläche des Spannelementes vom Kragen zur gegenüber liegenden Stirnseite im gleichen Kegelwinkel verjüngt, wie die Sackbohrung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verjüngt sich der Rand des topfdeckelartigen Grundelementes im gleichen Maß kegelförmig, wie das entsprechende Gegenstück in der Stromdurchführung.
Der Kegelwinkel des Randes und des Gegenstücks in der Strom- durchführung sollte um 4° - 5° betragen.
In einer besonderen Fortführung der Erfindung ist mindestens zwischen der Aufnahme der Stromdurchführung und dem Grund¬ körper ein elektrisch leitfähiges Trennelement angeordnet, das zugleich als Diffusionssperre ausgebildet ist und aus Silber besteht.
Um eine möglichst vollständige und großflächige Trennung zu erreichen, entspricht das Trennelement der Negativform der Innenkontur des Grundelementes und auf der Unterseite der Negativ-Form des Anschlussbolzens der Stromdurchführung.
Zur Erleichterung der Entnahme des angewachsenen Silizium¬ stabes ist es von Vorteil, wenn zumindest zwischen dem Grundelement und dem angewachsenen Siliziumstab ein Trenn¬ mittel angeordnet wird.
Dieses Trennmittel kann eine elektrisch leitende Folie oder
Scheibe aus CFC (Carbon Fiber reinforced Carbon) oder einer anderen Graphitfolie sein und kann sich auch bis zum Boden der Sackbohrung erstrecken.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Aufnahmekegels mit eingesetztem Spannelement und Silizium-Anzuchtstab;
Fig. 2: eine Schnittdarstellung des Aufnahmekegels nach Fig. 1;
Fig. 3: eine Variante des erfindungsgemäßen Aufnahme¬ kegels mit eingesetztem Spannelement und Silizium-Anzuchtstab;
Fig. 4: eine Schnittdarstellung des Aufnahmekegels nach Fig. 3; Fig. 5: eine Seitenansicht des Aufnahmekegels nach Fig. l;
Fig. 6: eine Schnittdarstellung des Aufnahmekegels nach Fig. 5;
Fig. 7: eine perspektivische Darstellung des Aufnahme¬ kegels nach Fig. 5;
Fig. 8: eine Seitenansicht des Aufnahmekegels nach Fig. 3;
Fig. 9: eine Schnittdarstellung des Aufnahmekegels nach Fig. 8;
Fig. 10: eine perspektivische Darstellung des Aufnahme¬ kegels nach Fig. 8;
Fig. 11: ein Trennelement zur Auflage auf den Aufnahme¬ kegel nach Fig. 3, 4;
Fig. 12: eine Seitenansicht des Trennelementes nach Fig.
11;
Fig. 13: eine perspektivische Darstellung des Trenn¬ elementes nach Fig. 11; und
Fig. 14a-d: Einzelheiten des Spannelementes.
Der erfindungsgemäße Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe 1 besteht aus einem rotationssymmetrischen Grundkörper 2 mit einem zentrisch in diesen an höchster Position einsetzbaren einstückigen Spannelement 3 zur Aufnahme des Silizium- Anzuchtstabes 1 (Fig. 1, 2, 5 - 7) . Der Grundkörper 2 ist topfdeckelartig zur Aufnahme eines Anschlussbolzens 4 einer Stromdurchführung ausgespart (Fig. 6). Der Rand 5 des Grundkörpers 2 ist zugleich in die Stromdurchführung im Boden des nicht dargestellten Reaktors einsetzbar, wobei die Einzel¬ teile Silizium-Anzuchtstab 1, Spannelement 3, Grundkörper 2 und Aufnahmeteil der Stromdurchführung sowie Anschlussbolzen 4 form- und kraftschlüssig ineinander steckbar sind.
Die Fig. 3, 4 sowie 8 - 10 zeigen eine Variante des Aufnah¬ mekegels, bei dem der Grundkörper 2 nach oben nicht kegelartig ausläuft, sondern eben ausgebildet ist.
Zur Aufnahme des Spannelementes 3 ist der Grundkörper 2 mit einer zentrischen Sackbohrung 6 versehen. Die Sackbohrung 6 sollte einen Kegelwinkel von 0,5 - 30° aufweisen, um einerseits eine ausreichende Spannwirkung zu erreichen und ande¬ rerseits sicherzustellen, dass sich das Spannelement 3 wieder aus dem Grundkörper 2 lösen lässt, was aus den nachfolgenden Erläuterungen ersichtlich wird (Fig. 2, 4).
Das Spannelement 3 ist rotationssymmetrisch spannbacken- ähnlich ausgebildet und besitzt eine durchgehende, längs verlaufende Aufnahmebohrung 7 für den Silizium-Anzuchtstab 1 (Fig. 14 a-d) .
Um ein einfaches Spannen zu erreichen, ist das Spannelement 3 von beiden Stirnseiten 8, 9 ausgehend mit längs desselben verlaufenden nicht durchgehenden Schlitzen 10 versehen, die abwechselnd von der einen bzw. von der anderen Stirnseite 8, 9 ausgehen.
Es sind jeweils zweimal drei um 120° zueinander versetzte Schlitze 10 im Spannelement 3 vorgesehen, wobei die Schlitze
10 von der einen Stirnseite 8 gegenüber den Schlitzen 10 von der anderen Stirnseite 9 um 60° versetzt sind (Fig. 6 a-c) .
Darüber hinaus ist das Spannelement 3 einends mit einem
Kragen 11 versehen, wobei sich die Schlitze 10, die von der Stirnseite 8 des Spannelements 3 auf der Kragenseite ausge¬ hen, durch den Kragen 11 erstrecken. Das sich an den Kragen
11 anschließende Teil des Spannelementes 3 entspricht höchs- tens der Tiefe der Sackbohrung 6.
Um einen hinreichenden Kraftschluss zwischen dem eingesteck- ten Silizium-Anzuchtstab 1 und dem Spannelement 3 sowie zwischen dem Spannelement 3 und dem Grundkörper 2 zu erreichen, verjüngt sich die Außenmantelfläche des Spannelementes 3 hinter dem Kragen 11 kegelförmig mit dem gleichen Kegel- winkel wie die Sackbohrung 6, so dass eine Reibpaarung entsteht .
Da das Grundelement 2 einerseits sicher im entsprechenden Gegenstück der Stromdurchführung gehalten, aber andererseits leicht wieder entnehmbar sein muss, verjüngt sich der Rand 5 des topfdeckelartigen Grundkörpers 2 im gleichen Maß kegelförmig, wie das entsprechende Gegenstück in der Stromdurchführung, eine weitere Reibpaarung bildend (Fig. 2, 4, 6, 9) .
Der Kegelwinkel des Randes 5 und des Gegenstücks in der Stromdurchführung sollte um 4° - 5° betragen.
Der Rand 5 kann problemlos auch an andere Einbaubedingungen angepasst werden. So könnte beispielsweise die Innenseite auch mit einem Gewinde versehen sein, oder zur Aufnahme eines Zapfens o.dgl. ausgebildet sein.
Um während des Beschichtungsprozesses jegliche Diffusions¬ vorgänge zu vermeiden, die zu einer deutlichen Qualitäts¬ verschlechterung der angewachsenen Siliziumstäbe führen würde, ist zwischen der Aufnahme der Stromdurchführung und dem Grundkörper 2 ein elektrisch leitfähiges Trennelement 12 angeordnet. Geeignet hierfür ist ein Trennelement 12 aus Silber (Fig. 1 - 4) .
Um eine möglichst vollständige und großflächige Trennung zu erreichen, besitzt das Trennelement 12 die Negativform der Innenkontur des Grundelementes und auf der Unterseite die Negativ-Form des Anschlussbolzens 4 der Stromdurchführung.
Zur Erleichterung der Entnahme des angewachsenen Siliziumstabes ist es ferner möglich, zumindest zwischen dem Grundkörper 2 und dem angewachsenen Siliziumstab ein weiteres Trennmittel 13 anzuordnen (Fig. 11 - 13).
Dieses Trennmittel 13 kann eine elektrisch leitende Folie oder Scheibe aus CFC (Carbon Fiber reinforced Carbon) oder eine andere geeignete Graphitfolie sein und kann sich auch bis zum Boden der Sackbohrung 6 erstrecken.
Die besonders massearme Konstruktion des erfindungsgemäßen Aufnahmekegels mit geringst möglicher Wandstärke führt in Verbindung mit dem zentralen Wärmeeintrag über die Spann- zange 3 zu einer erheblichen Verringerung des Wärmeaustrags über die Stromdurchführung und damit verbunden zu einer deutlichen Verringerung des Wärmebedarfs beim Anheizen des Reaktors .
Außerdem gewährleistet die in den Kegel einsetzbare und speziell ausgebildete Spannzange 3 eine sichere und einfache Spannung der eingesetzten Silizium-Anzuchtstäbe 1, sowie nach der Beschichtung deren einfache Entnahme. Durch eine Veränderung der Innenkontur der Spannzange 3 kann eine Anpassung an nahezu alle Dimensionen von Silizium- Anzuchtstäben 1 erfolgen, ohne eine Veränderung der Grundkörpers 2 vornehmen zu müssen, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt.
Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe
Bezugszeichenliste
1 Silizium-Anzuchtstab
2 Grundkörper
3 Spannelement
4 Anschlussbolzen
5 Rand
6 Sackbohrung
7 Aufnahmebohrung
8 Stirnseite
9 Stirnseite
10 Schlitz
11 Kragen
12 Trennelement
13 Trennmittel

Claims

Aufnahmekegel für Silizium-AnzuchtstäbePatentansprüche
1. Aufnahmekegel für Silizium-Anzuchtstäbe in Reaktoren zur Anlagerung von Polysilizium, bestehend aus Graphit, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekegel aus einem rotations¬ symmetrischen Grundkörper (2) mit einem zentrisch in diesen an höchster Position einsetzbaren einstückigen Spannelement (3) zur Aufnahme des Silizium-Anzuchtstabes (1) besteht, wobei der Grundkörpers (2) topfdeckelartig zur Aufnahme eines Anschlussbolzens (4) ausgespart ist und wobei dessen Rand (5) in die Stromdurchführung im Boden des Reaktors einsetzbar ist, wobei die Einzelteile Silizium-Anzuchtstab (1), Spannelement (3), Grundkörper (2) und Aufnahmeteil der Stromdurchführung sowie Anschlussbolzen (4) form- und kraftschlüssig ineinander steckbar sind.
2. Aufnahmekegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) mit einer zentrischen Sackbohrung (7) zur Aufnahme des Spannelementes (3) versehen ist.
3. Aufnahmekegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Spannelement (3) rotationssymmetrisch spannbackenähnlich ausgebildet ist und eine durchgehende längs verlaufende Aufnahmebohrung (7) für einen Silizium- Anzuchtstab (1) besitzt.
4. Aufnahmekegel nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (3) von beiden Stirnseiten ausge¬ hend mit längs desselben verlaufenden nicht durchgehenden Schlitzen (10) versehen ist, die abwechselnd von der einen bzw. von der anderen Stirnseite (8; 9) ausgehen.
5. Aufnahmekegel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das jeweils zweimal drei um 120° versetzte Schlitze (10) im Spannelement (3) vorgesehen sind, wobei die Schlitze (10) von der einen Stirnseite (8) gegenüber den Schlitzen (10) von der anderen Stirnseite (9) um 60° versetzt sind.
6. Aufnahmekegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (3) einends mit einem Kragen (11) versehen ist, wobei sich die Schlitze (10), die von der Stirnseite (8) des Spannelements (3) auf der
Kragenseite ausgehen, durch den Kragen (11) erstrecken und wobei das sich an den Kragen (11) anschließende Teil des Spannelementes (3) höchstens der Tiefe der Sackbohrung (6) entspricht .
7. Aufnahmekegel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sackbohrung (6) in die Tiefe kegelförmig verjüngt .
8. Aufnahmekegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrung (6) einen Kegelwinkel von 0,5 - 30° aufweist.
9. Aufnahmekegel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenmantelfläche des Spann¬ elementes (3) vom Kragen (11) zur gegenüber liegenden Stirnseite (9) im gleichen Kegelwinkel verjüngt, wie die Sack- bohrung ( 6) .
10. Aufnahmekegel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rand (5) des topfdeckelartigen Grundkörpers () im gleichen Maß kegelförmig verjüngt, wie das Gegenstück in der Stromdurchführung.
11. Aufnahmekegel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel des Randes (5) und des Gegenstücks in der Stromdurchführung um 4° - 5° beträgt.
12. Aufnahmekegel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen der Aufnahme der Stromdurchführung und dem Grundkörper (2) ein elektrisch leitfähiges Trennelement (11) angeordnet ist.
13. Aufnahmekegel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (11) zugleich eine Diffusionssperre ist und aus Silber besteht.
14. Aufnahmekegel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (11) der Negativform der Innenkontur des Grundkörpers (2) und auf der Unterseite der Negativ-Form des Anschlussbolzens (4) der Stromdurchführung entspricht.
15. Aufnahmekegel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen dem Grundkörper (2) und dem angewachsenen Siliziumstab ein Trennmittel (13) angeordnet ist.
16. Aufnahmekegel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel (13) eine elektrisch leitende Folie oder Scheibe ist und aus CFC (Carbon Fiber reinforced Carbon) oder einer anderen Graphitfolie besteht.
17. Aufnahmekegel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Trennmittel (13) bis zum Boden der Sackbohrung (6) erstreckt.
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