DE1264399B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche Kl.;

Nummer:
Aktenzeichen-Anmeldetag:
Auslegetag:

BOId

BOIj

12C-2

1 264 399
S 97543IV c/12 c
10. Juni 1965
28. März 1968

Es sind Vorrichtungen zum tiegelfreien Zonenschmelzen kristalliner Halbleiterstäbe bekanntgeworden, in denen eine Heizeinrichtung, z. B. eine mit hochfrequentem Wechselstrom gespeiste, flache Induktionsspule, einen vertikalen Stab umgibt und in ihm eine Schmelzzone erzeugt. Zum Zweck der Reinigung und zum Herstellen einer einkristallinen Struktur des Stabes wird diese Schmelzzone in Längsrichtung durch den Stab gezogen. Außerdem sind Verfahren zum Verändern des Stabquerschnitts beim tiegelfreien Zonenschmelzen eines Stabes bekannt, bei dem die durch die Schmelzzone miteinander verbundenen Teilstäbe verschiedenen Querschnitts vertikal angeordnet sind.

Bei den bekannten Zonenschmelzvorrichtungen wurde gefunden, daß die Schmelzzone im Stab eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufweist. Die Schmelze in der Nähe der Oberfläche der Zone ist heißer als die Schmelze im Innern. Es treten daher Konvektionsströmungen auf, in deren Verlauf heiße Schmelzflüssigkeit an der Oberfläche der Schmelzzone aus dem Bereich der Induktionsspule heraus zur oberen Grenze der Schmelzzone hin aufsteigt und dort infolge des Aufschmelzens von neuem Material etwas abkühlt. Sodann fließt diese Schmelzflüssigkeit ins Innere der Schmelzzone, gelangt zu deren unteren Grenze und steigt von dort wieder an der Oberfläche zum Heizbereich der Induktionsspule auf. Daher bilden sich an der. oberen und an der unteren Grenzfläche der Schmelzzone im Zentrum Kegel aus erstarrtem Material aus, die in die Schmelzzone hineinragen. Wird die Schmelzzone durch den Stab gezogen, so rekristallisiert die diese Kegel umgebende Schmelze später als das Material der Kegel, d. h., die Schmelze rekristalHsiert, über den Querschnitt des Stabes betrachtet, nicht gleichzeitig. Außerdem bildet sich.im aus der Schmelze rekristallisierten Material eine über den Querschnitt des Stabes ungleichmäßige Temperaturverteilung aus. Beides kann die Ursache für das Entstehen von mechanischen Spannungen im plastischen Material und damit von Versetzungen und Kristallzwillingen im rekristallisierten Material sein.

Es hat sich außerdem herausgestellt, daß vertikal angeordnete kristalline Stäbe, deren Durchmesser einen bestimmten kritischen Wert, der für Silizium etwa bei 30 mm liegt, überschreitet, nicht ohne weiteres einem Zonenschmelzprozeß unterworfen werden können. Die Oberflächenspannung der Schmelze in der Schmelzzone und die vom elektromagnetischen Feld der Induktionsspule ausgehenden Stützkräfte reichen nicht mehr aus, ein Abtropfen der Schmelze zu verhindern.

Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Anmelder:

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

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, 8551 Pretzfeld - -

Ähnliche Schwierigkeiten treten auch in Anordnungen auf, in denen ein von einer Induktionsspule umgebener kristalliner Stäb—teinem Zonenschmelzprozeß unter gleichzeitiger Veränderung seines Querschnitts durch Stauchen oder Ziehen unterworfen wird. Auch hier bilden sich in der Schmelzzone Kegel aus erstarrtem Material aus, und es besteht die Gefahr, daß die Schmelze aus der Schmelzzone abtropft.

Die Erfindung betrifft demgemäß eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines Stabes aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial, mit in einer Schmelzkammer untergebrachten, axial verschiebbaren und drehbaren Halterungen für einen Vorratsstab und einen rekristallisierten Stab sowie einer Heizeinrichtung. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen mit gegeneinander geneigten Achsen angeordnet sind.

Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, den Zonenschmelzprozeß an einem kristallinen Stab so durchzuführen, daß sowohl ein Erstarren des Materials im Innern der Schmelzzone als auch ein Abtropfen der Schmelze vermieden wird, da eine gleichmäßig erhitzte Schmelzzone vorhanden ist.

Die Schmelzzone kann hierbei entweder vom rekristallisierten Stab bzw. vom Vorratsstab oder mit Hilfe eines Stützfeldes, das von einer oder mehreren Induktionsspulen ausgeht, abgestützt werden.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung und ihre Vorteile an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einer Schmelzkammer einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen angeordnete Halbleiterstäbe gleichen Durchmessers;

S09 520/577

3 4

F i g. 2 zeigt einen Dickstab, aus dem in einer Vor- bewegt, daß sein freies Ende in den Heizbereich der

richtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen ein Dünn- Induktionsspule 16 gelangt, wo es aufgeschmolzen

stab gezogen wird; wird. Daraufhin wird der ebenfalls in Rotation be-

Fig. 3 zeigt einen Dünnstab, der in einer Vorrich- findliche, in der Halterung 4 befestigte einkristalline tung zum tiegelfreien Zonenschmelzen zu einem Dick- 5 Impfling 7, der einen geringeren Durchmesser als der

stab gestaucht wird; Vorratsstab 14 besitzen kann, in axialer Richtung auf

F i g. 4 zeigt zwei in einer weiteren Ausführungs- das aufgeschmolzene Ende des Vorratsstabes 14 zu

form einer Vorrichtung zum tiegelfreien Zonen- bewegt und mit diesem verschmolzen. Das kann so

schmelzen angeordnete Halbleiterstäbe gleichen geschehen, daß die Achsen des Vorratsstabes 14 und Durchmessers. ' io des Impflings 7 bzw. des rekristallisierten Stabes 8

Die in F i g. 1 dargestellte Schmelzkammer 2 ist sich entweder schneiden oder einen während des gedurch einen Absaugstutzen 3 evakuiert oder mit samten Zonenschmelzprozesses immer gleichbleibeneinem Schutzgas gefüllt. In der Schmelzkammer 2 ist den Abstand voneinander besitzen. Anschließend wird eine Halterung 4 an einer Welle 5, die auch in axialer die Welle 11 mit dem Vorratsstab 14 auf die Schmelz-Richtung bewegt werden kann, so angeordnet, daß 15 zone 15 zu bewegt, während die Welle 5 mit dem ein in der Halterung 4 befestigter einkristalliner Impf- Impfling 7 und dem an diesem anwachsenden reling 7 und der an ihm angewachsene rekristallisierte kristallisierten Stab 8 von der Schmelzzone weg-Stab 8 vertikal angeordnet sind. Die Welle 5 ist am bewegt wird. Soll der rekristallisierte Stab 8, der im Boden der Schmelzkammer 2 angeordnet und in einer wesentlichen einkristallin ist, denselben Durchmesser Dichtung 9 in einer Durchführung des Schmelzkam- 20 _wi_e der Vorratsstab 14 besitzen, so müssen beide Bemergehäuses gelagert. Eine weitere Halterung 10 ist wegungen mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgen, im oberen Teil der Schmelzkammer 2 an einer Welle i_m Vorratsstab 14 vorhandene Verunreinigungen 11 angeordnet, die ebenfalls in axialer Richtung be- werden vom rekristallisierten Stab 8 ferngehalten und wegt werden kann. Die Welle 11 ist in einer Dichtung sammeln sich schließlich an dem in der Halterung 10 13 in einer Durchführung des Schmelzkammergehäu- 25 eingespannten Ende des Vorratsstabes 14 an. ses gelagert. Die Schmelzzone 15, deren Volumen gegenüber

Der in der Halterung 10 befestigte Vorratsstab 14 dem der Schmelzzonen in bisher verwendeten Voraus kristallinem Material, insbesondere Halbleiter- richtungen wesentlich kleiner ist, wird unter Einfluß material wie Silicium, ist senkrecht zum rekristalli- der Induktionsspule 16 gleichmäßig erhitzt und durch sierten Stab 8 angeordnet, mit dem er durch die 30 den einkristallinen Impfling 7 bzw. den rekristal-Schmelzzone 15 verbunden ist. Einseitig auf der lisierten Stab 8 abgestützt, so daß sich kein erAußenseite des von den Achsen der Stabhalterungen 4 starrtes Material innerhalb der Schmelzzone 15 aus- und 10 und den Stäben 8 und 14 gebildeten Knies, in bildet und keine Schmelze von der Schmelzzone 15 dem sich die Schmelzzone 15 befindet, ist eine Heiz- abtropft.

einrichtung angeordnet, die ein elektrisch aufgeheizter 35 Es kann von Vorteil sein, das sich an die Schmelz-Strahlungskörper sein kann, die im vorliegenden Fall zone 15 anschließende Ende des rekristallisierten Stajedoch aus einer flachen Induktionsspule 16 besteht, bes, in Fig. 1 des Stabes 8, mit Hilfe einer weiteren deren Windungen vorteilhaft in einer Ebene liegen Heizeinrichtung, z. B. eines Wärmestrahlung abkönnen, die z. B. gegen die Achsen des Stabes 14 und gebenden Ringes oder einer Induktionsspule, die diedes rekristallisierten Stabes 8 um etwa 45° geneigt ist 40 ses Ende des rekristallisierten Stabes umschließen, und auf der die durch die beiden Achsen gebildete nachzuheizen. Durch diese Maßnahme werden der Ebene senkrecht steht. Die Induktionsspule 16, die axiale Temperaturgradient im rekristallisierten Stab in abgedichteten Durchführungen 17 und 18 in der und damit auch der radiale Temperaturgradient ver-Schmelzkammerwandung befestigt ist, besteht aus mindert. Deshalb werden auch die mechanischen Hohldraht, der von einer Kühlflüssigkeit durchflossen 45 Spannungen im noch plastischen, aus der Schmelzist. Sie wird mit hochfrequentem Wechselstrom ge- zone 15 rekristallisierenden Material möglichst klein speist. gehalten, so daß die Anzahl der Versetzungen im Die Heizeinrichtung kann auch aus einem elek- rekristallisierten Stab vermindert wird, Um hierbei trisch aufgeheizten, Wärmestrahlung abgebenden eine möglichst kleine Schmelzzone 15 zu erhalten, Ring bestehen, der die Schmelzzone 15 umschließt. 50 kann es vorteilhaft sein, das an die Schmelzzone 15 Insbesondere zur Erzielung einer besseren Kopplung anschließende Ende des Vorratsstabes, in Fig. 1 des und damit eines größeren Wirkungsgrades kann es Stabes 14, mit Hilfe einer weiteren Heizeinrichtung, angebracht sein, als Heizeinrichtung eine flache oder z. B. eines Wärmestrahlung abgebenden, elektrisch zylinderförmige Induktionsspule zu wählen, deren aufgeheizten Ringes oder einer Induktionsspule, die Windungen die Schmelzzone 15 umschließen. Die 55 dieses Ende des Vorratsstabes umschließen, vorzylinderförmige Induktionsspule kann knieförmig ab- zuheizen.

gewinkelt sein. Im Fall einer flachen, die Schmelz- In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich-

zone 15 umschließenden Induktionsspule können die tung zum tiegelfreien Zonenschmelzen können Halte-

Windungen in einer Ebene liegen, die auf den Stä- rungen für mehrere Vorratsstäbe vorgesehen sein,

ben 8 und 14 senkrecht steht. Als Heizeinrichtung 60 Diese Vorratsstäbe können wenigstens zum Teil aus

läßt sich außerdem eine Elektronenkanone verwen- einem anderen Material als der Vorratsstab 14 und

den, deren Elektronenstrahl auf die Schmelzzone 15 der einkristalline Impfling 7 bestehen und so in der

gerichtet ist. Auch kann die Schmelzzone 15 mit Hilfe Schmelzkammer 2 angeordnet sein, daß sie mit den

eines elektrischen Lichtbogens beheizt werden. Flanken der knieförmigen Schmelzzone 15 verbunden

Zu Beginn des Zonenschmelzprozesses wird zu- 65 sind und auf diese mit unterschiedlicher, einstellbarer

nächst der zu reinigende Vorratsstab 14, der z. B. aus Vorschubgeschwindigkeit zu bewegt werden können,

polykristallinem Silicium bestehen kann, in Umdre- Man kann dadurch erreichen, daß der Schmelzzone 15

hung versetzt. Sodann wird er in axialer Richtung so eine einstellbare Menge von Fremdmaterial zugeführt

wird, das dann im rekristallisierten Stab 8 eine über dessen Querschnitt im wesentlichen gleichmäßige Konzentration besitzt, deren Höhe von der Geschwindigkeit abhängt, mit der die Vorratsstäbe auf die Schmelzzone 15 zu bewegt werden. So kann in der Vorrichtung nach F i g. 1 ein zuästzlicher Vorratsstab 6 bei einem Vorratsstab 14 aus Halbleitermaterial, z. B. Silicium, aus einer Substanz, z. B. Antimon, bestehen, mit der der rekristallisierte Stab 8 dotiert werden soll, um in ihm eine bestimmte elektrische Störstellenleitfähigkeit hervorzurufen. Es kann jedoch auch angebracht sein, den zusätzlichen Vorratsstab 6 aus dem gleichen Material wie den Vorratsstab 14 zu wählen, das Dotierungssubstanz enthalten kann. Die Halterung für den zusätzlichen Vorratsstab 6 kann vorteilhaft an einer besonderen Welle befestigt sein, die drehbar und in axialer Richtung bewegbar in einem abgedichteten Durchzug in der Schmelzkammerwandung gelagert ist.

In Fig. 2 ist ein kristalliner Vorratsstab 20, z. B.. aus Halbleitermaterial, oberhalb eines vertikalen rekristallisierten Stabes 21 in einem stampfen Winkel geneigt zu diesem angeordnet und in einer Halterung 22 befestigt. Die Halterung 22 befindet sich ähnlich wie in der Vorrichtung nach F i g. 1 im oberen Teil einer dargestellten Schmelzkammer auf einer Welle 23, die in der Schmelzkammerwandung in einer Dichtung 23 α drehbar und in axialer Richtung bewegbar gelagert ist. Der Vorratsstab 20 und der rekristallisierte Stab 21, der einen geringeren Durchmesser als der Vorratsstab 20 besitzt, sind durch eine knieförmige Schmelzzone 24 miteinander verbunden. Der rekristallisierende Stab 21 ist auf einem einkristallinen Impfling 25 aufgewachsen, der in einer Halterung 26 befestigt ist. Auch die Halterung 26 befindet sich ähnlich wie in der Vorrichtung nach F i g. 1 am Boden der Schmelzkammer auf einer Welle 27, die in einer Durchführung der nicht dargestellten Schmelzkammer in einer Dichtung 27 α drehbar und in axialer Richtung bewegbar gelagert ist. Auf der Außenseite der Schmelzzone 24 ist eine Heizeinrichtung angeordnet, die ein elektrisch aufgeheizter Strahlungsheizkörper sein kann, die im vorliegenden Fall jedoch aus einer Induktionsspule 28 besteht, die vorteilhaft konisch ausgebildet ist, da sie sich so der Oberfläche der knieförmigen Schmelzzone 24 besser anpaßt und die Schmelzzone 24 gleichmäßig erhitzt.

Der Zonenschmelzprozeß wird ähnlich wie bei der Anordnung nach F i g. 1 eingeleitet und der in der Halterung 26 befestigte einkristalline Impfling 25 mit dem in der Halterung 22 befestigten Vorratsstab 20 verschmolzen. Das kann so geschehen, daß die Achsen des Vorratsstabes 20 und des Impflings 25 bzw. des rekristallisierten Stabes 21 sich entweder schneiden oder einen während des gesamten Zonen-Schmelzprozesses immer gleichbleibenden Abstand voneinander besitzen. Beide Halterungen werden zuvor in Umdrehung versetzt. Nach Ausbildung der Schmelzzone 24 wird der Stab 20 auf die Schmelzzone 24 zu bewegt und der einkristalline Impfling 25 unter Ausbildung des rekristallisierten Stabes 21 von der Schmelzzone 24 wegbewegt. Die Bewegung des rekristallisierten Stabes 21 kann mit einer größeren Geschwindigkeit als die Bewegung des Vorratsstabes 20 erfolgen, so daß der rekristallisierte Stab 21 einen geringeren Durchmesser als der Vorratsstab 20 besitzt. Auch in der Vorrichtung nach F i g. 2 wird die Schmelzzone 24 durch den rekristallisierten Stab 21 abgestützt, außerdem wird sie gleichmäßig erhitzt, so daß sich kein erstarrtes Material in ihr befindet.

In der Vorrichtung nach F i g. 3 besitzt der Vorratsstab 30 einen geringeren Durchmesser als der rekristallisierte Stab 31. Der Vorratsstab 30 ist in einer Halterung 34 befestigt, die sich ähnlich wie in der Vorrichtung nach F i g. 1 im oberen Teil einer nicht dargestellten Schmelzkammer auf einer Welle 32 befindet, die in einer Durchführung der Schmelzkammerwandung in einer Dichtung 32 α drehbar und in axialer Richtung bewegbar gelagert ist. Der Vorratsstab 30 ist senkrecht zum vertikalen, rekristallisierten Stab 31 angeordnet und mit diesem durch die Schmelzzone 36 verbunden. Der rekristallisierte Stab 31 ist auf dem Keimkristall 38 aufgewachsen, der in der Halterung 35 befestigt ist. Die Halterung 35 befindet sich ähnlich wie in der Vorrichtung nach F i g. 1 am Boden der Schmelzkammer auf einer Welle 33, die in einem Durchzug in der Schmelzkammerwandung in einer Dichtung 33 α drehbar und in axialer Richtung bewegbar gelagert ist.

Wie in den Vorrichtungen nach F i g. 1 und 2 wird auch in der Vorrichtung nach F i g. 3 der einkristalline Impfling mit dem freien Ende des Vorratsstabes 30 verschmolzen. Das kann so geschehen, daß die Achsen des Vorratsstabes 30 und des Impflings 38 bzw. des rekristallisierten Stabes 31 sich entweder schneiden oder einen während des gesamten Schmelzprozesses immer gleichbleibenden Abstand voneinander besitzen. Impfling 38 und Vorratsstab 30 werden zuvor in Umdrehung versetzt. Nach Ausbildung der knieförmigen Schmelzzone 36 wird der Vorratsstab 30 auf die Schmelzzone 36 zu, der rekristallisierte Stab 31 mit geringerer Geschwindigkeit von der Schmelzzone 36 fortbewegt. Die gegenüber der Schmelzzone 36 angeordnete Heizeinrichtung, die ein elektrisch aufgeheizter Strahlungskörper sein kann, besteht im vorliegenden Fall aus einer Induktionsspule 37. Da die Schmelzzone 36 hier eine verhältnismäßig große Außenseite besitzt, ist es vorteilhaft, die ihr gegenüber befindliche Induktionsspule 37 mit entsprechend mehr Windungen zu versehen, die in einer zu den beiden Stäben 30 und 31 senkrechten Ebene liegen. Auch in der Vorrichtung nach F i g. 3 ist ein gleichmäßiges Erhitzen der Schmelzzone 36 und ihr Abstützen durch den rekristallisierten Stab 31 gewährleistet.

In der Vorrichtung nach F i g. 4 sind die Halterungen für den Vorratsstab 40 und für den rekristallisierten Stab 41 im oberen Teil einer nicht dargestellten Schmelzkammer angeordnet. Vorratsstab 40 und rekristallisierter Stab 41 können gleichen oder verschiedenen Durchmesser besitzen. Die Halterung 44 für den Vorratsstab 40 befindet sich auf einer Welle 42, die in einer Durchführung der Schmelzkammerwandung in einer Dichtung 42 α drehbar und in axialer Richtung bewegbar gelagert ist. Der Vorratsstab 40 ist senkrecht zum vertikalen rekristallisierten Stab 41 angeordnet und mit diesem durch die knieförmige Schmelzzone 46 verbunden. Der rekristallisierte Stab 41 ist auf dem Keimkristall 48 aufgewachsen, der in der Halterung 45 befestigt ist. Die Halterung 45 ist auf einer Welle 3 angeordnet, die im oberen Teil der Schmelzkammer in einem Durchzug in der Wandung in einer Dichtung 43 α drehbar und in axialer Richtung bewegbar gelagert ist.

Wie in den Vorrichtungen nach F i g. 1 bis 3 wird auch in der Vorrichtung nach F i g. 4 der einkristalline

Impfling 48 mit dem freien Ende des Vorratsstabes

40 verschmolzen. Das kann so geschehen, daß die Achsen des Vorratsstabes 40 und des Impflings 48 bzw. später des rekristallisierten Stabes 41 sich entweder schneiden oder einen während des gesamten Zonenschrnelzprozesses immer gleichbleibenden Abstand voneinander besitzen. Zuvor werden Impfling 48 und Vorratsstab 40 in Umdrehung versetzt. Nach Ausbildung der knieförmigen Schmelzzone 46 wird der Vorratsstab 40 auf die Schmelzzone 46 zu, der rekristallisierte Stab 41 mit gleicher oder verschiedener Geschwindigkeit von der Schmelzzone 46 fortbewegt. Die gegenüber der Außenseite der knieförmigen Schmelzzone 46 angeordnete Heizeinrichtung, die ein elektrisch aufgeheizter Strahlungskörper sein kann, besteht im vorliegenden Fall aus einer Induktionsspule 47. Die Windungen dieser Induktionsspule 47 liegen in einer zu den beiden Stäben 40 und 41 senkrechten Ebene, und das von ihnen ausgehende elektromagnetische Feld wirkt stützend auf die Flüssigkeit der Schmelzzone 46. Weitere Stützspulen für die Schmelzzone 46 können vorgesehen sein. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Heizeinrichtung ein elektrisch aufgeheizter Strahlungskörper ist.

Auch in der Vorrichtung nach F i g. 4 ist ein gleichmäßiges Erhitzen und Abstützen der Schmelzzone 46 gewährleistet. Da der rekristallisierte Stab 41 in dieser Vorrichtung hängend angeordnet ist, besteht überdies keine Gefahr, daß Flüssigkeit aus der Schmelzzone 46 über den Rand des rekristallisierten Stabes

41 quillt und dort unter Ausbildung von Kristallstörungen spiralig aufwächst. Außerdem tritt eine gewisse Selbststabilisierung der Lage der Achse des rekristallisierten Stabes 41 auf, da'die auf die Schmelzflüssigkeit wirkende Schwerkraft die Stabachse immer wieder zurück in Richtung auf die Drehachse des Stabes 41 treibt. Dadurch wird die Ausbildung von für das einkristalline Wachstum schädlichen Schwingungen insbesondere in der Schmelzzone 46 verhindert.

Die Halterungen der Vorrichtung nach F i g. 4 können auch so angeordnet sein, daß der Vorratsstab 40 und der rekristallisierte Stab 41 in einem spitzen oder in einem stampfen Winkel zueinander geneigt sind.

Eine Weiterbildung der Vorrichtungen nach den F i g. 2 bis 4 kann wie bei der Vorrichtung nach F i g. 1 darin bestehen, daß Halterungen für zusätzliche Vorratsstäbe vorgesehen sind. Diese zusätzlichen Vorratsstäbe können aus Fremdmaterial bestehen und so in der Vorrichtung angeordnet sein, daß sie mit einer Flanke der knieförmigen Schmelzzone 24 bzw. 36 und 46 in Verbindung stehen und mit einstellbarer Geschwindigkeit auf die jeweilige Schmelzzone zu bewegbar sind. Wie in der Vorrichtung nach F i g. 1 kann man dadurch im rekristallisierten Stab 21 bzw. 31 und 41 eine über den Stabquerschnitt gleichmäßige, beliebig einstellbare Konzentration des Fremdmaterials erhalten. Es kann jedoch auch angebracht sein, zusätzliche Vorratsstäbe aus dem gleichen Material wie den eigentlichen Vorratsstab zu wählen. Die Halterung für einen zusätzlichen Vorratsstab kann vorteilhaft an einer besonderen Welle befestigt sein, die drehbar und in axialer Richtung bewegbar in einem abgedichteten Durchzug in der Schmelzkammerwandung gelagert ist.

Auch in den Vorrichtungen nach Fig. 2 bis 4 kann es, wie in der Vorrichtung nach Fig. 1, vorteilhaft sein, wenn die Heizeinrichtung aus einem elektrisch aufgeheizten, Wärmestrahlung abgebenden Ring, der die jeweilige Schmelzzone umschließt, oder aus einer flachen oder zylinderförmigen Hochfrequenzspule besteht, deren Windungen die jeweilige Schmelzzone umschließen. Insbesondere zum Herstellen eines rekristallisierten Stabes mit einem größeren Durchmesser als dem des Vorratsstabes, z. B. in einer Vorrichtung nach F i g. 3, kann beispielsweise eine flache, die Schmelzzone umschließende Hochfrequenzspule günstig sein, da es mit ihrer Hilfe gelingt, einen sehr geringen radialen Temperaturgradienten und damit praktisch verschwindende mechanische Spannungen im plastischen Material und wenig Versetzungen im rekristallisierten Stab zu gewährleisten. Als Schmelzeinrichtung läßt sich in den Vorrichtungen nach F i g. 2 bis 4 auch eine Elektronenkanone verwenden. Die Schmelzzonen können auch mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens beheizt werden.

Weiterhin kann es auch in den Vorrichtungen nach Fig. 2 bis 4 von Vorteil sein, mit ähnlichen Mitteln wie in der Vorrichtung nach Fig. 1 den jeweiligen rekristallisierten Stab nachzuheizen und den jeweiligen Vorratsstab vorzuheizen.

Es ist auch möglich, in den Vorrichtungen nach Fig. 1 bis 4 die eigentlichen Vorratsstäbe in den Halterungen 4 bzw. 26, 35 und 45 zu befestigen, während die einkristallinen Impflinge bzw. die an ihnen angewachsenen rekristallisierten Stäbe, von den Halterungen 10 bzw. 22, 34 und 44 getragen werden. Die Halterungen 4 bzw. 26, 35 und 45 werden dann auf die Schmelzzone zu, die Halterungen 10 bzw. 22, 34 und 44 von der Schmelzzone wegbewegt.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines Stabes aus kristallinem Material, insbesondere Halbleitermaterial, mit in einer Schmelzkammer untergebrachten, axial verschiebbaren und drehbaren Halterungen für einen Vorratsstab und einen rekristallisierten Stab sowie einer Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen mit gegeneinander geneigten Achsen angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung für den rekristallisierten Stab am Boden der Schmelzkammer vertikal und die Halterung für den Vorratsstab im oberen Teil der Schmelzkammer angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung für den Vorratsstab am Boden der Schmelzkammer vertikal und die Halterung für den rekristallisierten Stab im oberen Teil der Schmelzkammer angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen für den Vorratsstab und den rekristallisierten Stab im oberen Teil der Schmelzkammer angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halterungen für mehrere Vorratsstäbe vorgesehen und mit unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeit verstellbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung einseitig auf der Außenseite des von den Achsen der Stabhalterungen gebildeten Knies angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung

aus einer mit hochfrequentem Wechselstrom gespeisten flachen Induktionsspule besteht, deren Windungen in einer Ebene liegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer konisch ausgebildeten, mit hochfrequentem Wechselstrom gespeisten Induktionsspule besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens

eine mit Hochfrequenzstrom gespeiste Stützspule für die zwischen Vorratsstab und rekristallisiertem Stab befindliche Schmelzzone vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Vorheizen des Vorratsstabes und zum Nachheizen des rekristallisierten Stabes vorgesehen.sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer Elektronenkanone besteht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

809 520/577 3.68 © Bundesdruckerei Berlin