DE1260439B

DE1260439B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Info

Publication number: DE1260439B
Application number: DES89439A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr-Ing Reimer Emeis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-02-08
Filing date: 1964-02-08
Publication date: 1968-02-08
Also published as: FR1445481A; SE302116B; CH414553A; GB1022427A; US3342970A; BE659252A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOId

BOIj

Deutsche Kl.: 12 c - 2

1260439
S89439IVc/12c
8. Februar 1964
8. Februar 1968

Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers aus kristallinem Material sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Gewöhnlich befindet sich in einem evakuierten oder mit Schutzgas gefüllten Gefäß der zu behandelnde stabförmige Körper, z. B. aus Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silicium, oder aus einem Metall, wie Wolfram oder Molybdän, der an seinen beiden Enden in Halterungen lotrecht eingespannt ist. Eine Heizeinrichtung beheizt den stabförmigen Körper auf einem kurzen Stück seiner Länge und erzeugt so eine Schmelzzone. Diese Schmelzzone wird durch relative Bewegung der Heizeinrichtung zur Längsachse des stabförmigen Körpers über die Länge des Stabes geführt.

Bei verschiedenen bekannten Vorrichtungen dient eine Induktionsheizspule, welche den stabförmigen Körper mit Abstand umgibt, als Heizeinrichtung zur Erzeugung der Schmelzzone. Sie kann z. B. im Falle von Silicium mit einer Frequenz von 1 bis 5 MHz gespeist werden. Sie kann durch induktive Erwärmung den Halbleiterkörper zum Schmelzen bringen. Die Heizspule muß den Halbleiterstab für gewöhnlich verhältnismäßig eng umschließen, damit eine gute Ankopplung gewährleistet ist.

Statt dessen kann, wie bereits vorgeschlagen wurde, zusätzlich zur Induktionsspule auch ein Feldkonzentrator im Feld der Induktionsspule angeordnet sein, der eine Öffnung zur Aufnahme eines stabförmigen Körpers besitzt. Für verschiedene Stabquerschnitte sind dann aber verschiedene Konzentratoren nötig oder die Ankopplung verschlechtert sich.

Mit einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial, mit zwei an den Enden des Körpers angreifenden Halterungen, einer den Körper mit Abstand umfassenden Induktionsspule, die relativ zur Längsachse des Körpers bewegt werden kann und einem Feldkonzentrator, der im Feld der Induktionsspule angeordnet ist und eine Öffnung zur Aufnahme des stabförmigen Körpers besitzt, können aber solche Ankopplungsschwierigkeiten beseitigt werden und stabförmige Körper verschiedenen oder schwankenden Querschnitts ohne Auswechselung des Konzentrators behandelt werden, wenn erfindungsgemäß der Konzentrator aus zwei oder mehr die Öffnung umschließenden Teilstücken besteht und die Öffnung des Konzentrators durch seitliche Verschiebung der Teilstücke dem jeweiligen Querschnitt des stabförmigen Körpers angepaßt werden kann.

An Hand von Ausführungsbeispielen, aus denen

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Reimer Emeis,

8553 Ebermannstadt

weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hervorgehen, sollen diese näher erläutert werden.

F i g. 1 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht dar;

F i g. 2 zeigt dieselbe Vorrichtung in der Aufsicht, teilweise im Schnitt;

F i g. 3 und 4 stellen eine weitere Ausführungsform eines Konzentrators gemäß der Erfindung in der Aufsicht und in der Seitenansicht dar.

In Fig. 1 ist in einem stabförmigen Körper 2, welcher z. B. einen kreisrunden Querschnitt haben kann, mit Hilfe einer Induktionsheizspule 3, die als spiralig gewickelte Flachspule ausgebildet sein kann, eine Schmelzzone 4 erzeugt. Mit Hilfe eines Konzentrators, der aus den Teilen 5 a, 5 b, Sc und Sd (F i g. 2) besteht, wird das Feld der Heizspule 3 konzentriert. Die Teile bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, welche sich im Feld der Induktionsspule befinden. Infolge der Teilung des Konzentrators entstehen nur jeweils solche Wirbelströme in den einzelnen Teilen, daß das Feld im Endeffekt auf die innerhalb des Konzentrators liegende Fläche konzentriert wird. Ein geschlossener Ring stellt dagegen keinen Konzentrator dar, denn in diesem Falle entsteht ein Gegenfeld zur Heizspule, und die Heizwirkung ist völlig beseitigt.

Im vorliegenden Falle der Verwendung eines Konzentrators beim tiegelfreien Zonenschmelzen kann der Konzentrator vorzugsweise aus Silber oder einem mit einem Silberüberzug versehenen Kupferteil bestehen, das vorzugsweise an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist, z. B. eine Wasserkühlung.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 094 710 ist ein Verfahren bekanntgeworden, gemäß welchem Einkristalle mit Hilfe von Keimkristallen erzeugt werden, die einen wesentlich geringeren Durchmesser als der behandelte Halbleiterstab aufweisen. In F i g. 1 ist ein derartiger Keimkristall 6 dargestellt. Mit der er-

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findungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich bei der Behandlung eines derartigen Halbleiterstabes keinerlei Schwierigkeiten, da durch Anpassung des Konzentrators eine derartige Konzentration des elektromagnetischen Feldes erzielt werden kann, daß die Ankopplung der Heizspule 3 an allen Stellen gleich gut ist. So kann z. B. der dünne Keimkristall einen Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm aufweisen, während der Halbleiterstab 2 einen Durchmesser von 12 bis 40 mm haben kann. In Fi g. 2 ist durch Pfeile die Richtung der Bewegung der Teile des Konzentrators 5 angegeben, mit deren Hilfe die Anpassung des Konzentrators an den unterschiedlichen Querschnitt des zu behandelnden stabförmigen Körpers erreicht wird. Die erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung kann auch insbesondere in den Fällen angewendet werden, in denen eine gewollte Querschnittsveränderung, z. B. eine Vergrößerung oder Verkleinerung, mit Hilfe des tiegelfreien Zonenschmelzens bewirkt werden soll.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Konzentrator dargestellt, der ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt hat und der vierfach geteilt ist. Selbstverständlich kann der Konzentrator auch zwei-, drei- oder mehrfach geteilt sein. Auch die Form des Konzentrators kann an die Querschnittsform des behandelten Stabes, z. B. ein Quadrat oder ein Sechseck, angepaßt sein.

In den F i g. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäß zu verwendenden Konzentrators dargestellt, der aus den Teilen 11 und 12 besteht, die ebenfalls in Richtung der Pfeile bewegbar sind.

Gegebenenfalls kann der Konzentrator völlig innerhalb der Windungen der Heizspule liegen und lediglich von außerhalb der Heizspule bewegbar sein. Es besteht auch die Möglichkeit, oberhalb und/oder unterhalb der Heizspule je einen Konzentrator vorzusehen.

Zweckmäßig sind alle Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung von einem verhältnismäßig großen Gefaß umschlossen, das zur Aufrechterhaltung des notwendigen Vakuums bzw. der Schutzgasatmosphäre dient. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Konzentrator in einem verhältnismäßig engen Gefäß, z. B. einem Quarzrohr, anzuordnen, während die Heizspule außerhalb des Gefäßes, z. B. außerhalb des Quarzrohres, angeordnet ist.

Die Relativbewegung zwischen Heizspule und behandeltem Stab kann durch Bewegung der Heizspule bei fest in das Gefäß eingespanntem Stab oder umgekehrt bewirkt werden. Im vorliegenden Fall erscheint die letztere Form, also die Bewegung der Stabhalterungen und die feste Montage der Heizspule und des verstellbaren Konzentrators, zweckmäßiger.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial, mit zwei an den Enden des Körpers angreifenden Halterungen, einer den Körper mit Abstand umfassenden Induktionsspule, die relativ zur Längsachse des Körpers bewegt werden kann und einem Feldkonzentrator, der im Feld der Induktionsspule angeordnet ist und eine Öffnung zur Aufnahme des stabförmigen Körpers besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator aus zwei oder mehr die öffnung umschließenden Teilstücken (5 a bis Sd, 11, 12) besteht und daß die Öffnung des Konzentrators durch seitliche Verschiebung der Teilstücke (5 a bis Sd, U, 12) dem jeweiligen Querschnitt des stabförmigen Körpers (2) angepaßt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator unterhalb der Induktionsspule (3) angebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 829 422.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen