DE1263698B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents
Verfahren zum tiegelfreien ZonenschmelzenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
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Nummer:
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Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
BOId
BOIj
Deutsche Kl.: 12 c-2
1263 698
S98712IVc/12c
7. August 1965
21. März 1968
S98712IVc/12c
7. August 1965
21. März 1968
Das Hauptpatent 1218 404 bezieht sich auf ein
Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines lot-'
recht an seinen Enden gehalterten kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, dessen Halterungen,
von denen mindestens eine um ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu
einer den Stab ringförmig umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander
abgestimmten Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wiedererstarrenden
Stabteils über die lichte Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird. Nach dem Verfahren
des Hauptpatents wird die sich drehende Halterung des wiedererstarrenden Stabteils relativ zur Heizeinrichtung
seitlich verschoben. Nach Erreichen des Sollquerschnitts wird die Halterung des wiedererstarrenden
Stabteils relativ zur Heizeinrichtung nur noch in der Höhe verschoben.
Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß der Durchmesser des der Schmelze
zugeführten Stabteils größer als der Innendurchmesser der Heizeinrichtung gewählt und die Schmelze eingeschnürt
wird. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Stab nur in einem verhältnismäßig kleinen
Bereich aufgeschmolzen und die Schmelze durch das Magnetfeld der unter ihr befindlichen Spulenwindungen
gestützt wird, so daß ein Abtropfen auch von Stäben mit größerem Durchmesser verhindert wird.
Die Stützwirkung kann durch Wahl einer geeigneten Heizstromfrequenz, beispielsweise in dem Bereich
zwischen 500 kHz und 2 MHz, nöch~erhöht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, daß mit ihm Stäbe großen Durchmessers
hergestellt werden können, deren Länge größer ist als die der nach dem Verfahren des Hauptpatents hergestellten
Stäbe. Ferner wird eine bessere Materialausbeute erzielt, da die für die Weiterverarbeitung
unbrauchbaren Stabenden von langen und von kurzen Stäben gleiche Größe haben. Außerdem besteht
die Möglichkeit, Stäbe mit gegenüber dem Verfahren des Hauptpatents weiter vergrößertem Querschnitt
herzustellen. Vorteilhaft ist es aber auch, den Querschnitt des der Schmelze zugeführten Stabteils gleich
dem gewünschten Querschnitt des auskristallisierten Stabteils zu wählen, wodurch eine große Stablänge
erzielt wird und der Stab mehrfach durch die Heizspule hindurchgeführt werden kann.
An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.
F i g. 1 bis 3 stellen verschiedene Phasen des erfrndungsgemäßen
Verfahrens dar.
In F i g. 1 wurde an dem unteren Ende eines stab-Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen
Zusatz zum Patent: 1218 404
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, 8551 Pretzfeld;
Günther Berger, 8000 München
förmigen Körpers 2, der beispielsweise aus halbleitendem Material besteht und dessen Durchmesser größer
ist als der Innendurchmesser einer Induktionsheizspule 3, erne Verjüngung 4 angebracht, die von der
ringförmigen Heizspule umschlossen ist. Die Verjüngung kann z. B. mechanisch durch Abschleifen oder
Sandstrahlen oder chemisch mittels Ätzen hergestellt sein. In dem vorliegenden Beispiel sei sie jedoch
durch Anschmelzen eines dünnen stabf örmigen Keimkristalls entstanden, welcher z. B. ein Einkristall sein
kann, der zum Einkristallzüchten dient.
Die mit Hochfrequenzstrom gespeiste Heizspule 3 erzeugt eine Schmelzzone 5. Der Keimkristall 4 werde
um seine lotrechte Achse gedreht. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Schmelzzone im Zeitpunkt,
der in F i g. 1 dargestellt ist, an der Stelle angelangt, an der der Übergang vom dünnen Keimkristall zur
normalen Stabdicke erreicht ist.
In Fig. 2 werden die weiteren Verfahrensmaßnahmen in einem späteren Zeitpunkt durch entsprechende
Pfeile dargestellt. Der Keimkristall 4 wird nicht nur nach unten mit Bezug auf die ruhend angenommene
Heizspule 3, sondern gleichzeitig in der Bildebene nach rechts bewegt. Hierdurch wird auch die Schmelzzone
nach rechts auseinandergezogen. Der obere Stabteil 2 wird im entsprechenden Verhältnis von oben
nachgeschoben. Der entstehende untere Stabteil ist mit 2 a bezeichnet.
In F i g. 3 ist der stabile Endzustand des Verfahrens
dargestellt, in dem keine weitere seitliche Verschiebung des unteren Stabteils mehr vorgenommen
• ;. . ; 809 519/548
wird, sondern die Stabteile 2 und la nur .noch nach
unten bewegt werden.
Das Verfahren wurde an einem Beispiel beschrieben, bei dem der Durchmesser des auskristallisierten
Stabteils gleich dem des der Schmelze zugeführten Sfabteils ist, bei dem ferner der Stab durch die feststehende
Heizspule von oben nach unten hindurchgeführt wird und bei dem der unten angeschmolzene
Keimkristall um seine lotrechte Achse gedreht wird. Es ist jedoch ohne weiteres einzusehen, daß die
gleiche Lehre auch für den Fall gilt, daß die Heizspule über den feststehenden Stab hinweggeführt
wird, daß beide Stabteile im entgegengesetztem Sinn um ihre Achse gedreht werden oder nur der der
Schmelze zugeführte Stabteil gedreht wird, daß der Keimkristall oben angeschmolzen wird und der Stab
und/oder die Heizeinrichtung entsprechend bewegt werden. Ferner ist es möglich, die Halterungen des
Stabes und gegebenenfalls die Heizeinrichtung so gegeneinander zu bewegen, daß der Durchmesser des ao
aus der Schmelze auskristallisierenden Stabteils ver- :
kleinert oder weiter vergrößert wird.
Die Kristallqualität kann dadurch noch verbessert werden, daß die aus der Schmelze auskristallisierende
Zone mittels einer weiteren ringförmigeh Heizeinrichrung,
deren Temperatur mindestens gleich der Schmelztemperatur des behandelten Materials ist,
nachbeheizt und dadurch der Vorgang des Erstarrens vergleichmäßigt wird. Auch kann es vorteilhaft sein,
den der Schmelze zugeführten Stab mittels einer weiteren ringförmigen Heizeinrichtung vorzuheizen.
Claims (3)
1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen .eines lotrecht an.seinen Enden gehalterten kristallinen
Stabes, insbesondere Halbleiterstabes, dessen Halterungen, von denen mindestens eine um
ihre lotrechte Achse in Drehung versetzt wird, relativ zueinander und zu einer den Stab ringförmig
umgebenden Heizeinrichtung in Richtung der Stabachse mit derart aufeinander abgestimmten
Geschwindigkeiten bewegt werden, daß die Dicke des aus der Schmelze wiedererstarrenden Stabteils
über die lichte Weite der Heizeinrichtung hinaus vergrößert wird, wobei die sich drehende Halterung
des wiedererstarrenden Stabteils relativ zur Heizeinrichtung seitlich verschoben wird, nach
Patent 1218404, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des der Schmelze zugeführten Stabteils größer als der Innendurchmesser
der Heizeinrichtung gewählt und die Schmelzzone eingeschnürt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des auskristallisierten
Stabteils gleich dem Durchmesser des der Schmelze zugeführten Stabteils gemacht
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Schmelze zugeführte
Stabteil in der Nachbarschaft der Schmelze mittels einer weiteren Heizeinrichtung zusätzlich beheizt
wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 519/548 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
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