DE3904858A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln eines schmelzbades - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum regeln eines schmelzbadesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum
Regeln eines Schmelzbades, insbesondere eines Schmelzbades
zum Züchten von Einkristallen oder von Körpern, bestehend
aus mehreren Kristallen.
In der Verfahrenstechnik zum Kristallzüchten sind mehrere
Verfahren bekannt, zum Beispiel Kristallzüchten aus der
Gasphase, aus der Lösung oder aus der Schmelze. Wegen
ihrer sehr weit entwickelten Verfahrenstechnik und ihrer
Produktionsquantität haben die Verfahren zum Kristallzüch
ten aus der Schmelze eine weite Verbreitung erreicht.
Bei dem Kristallzüchten aus der Schmelze unterscheidet
man das Tiegelverfahren und das tiegelfreie Verfahren.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit solchen Verfah
ren, bei denen die Kristallzüchtung mit Hilfe des Tiegel
verfahrens erfolgt.
Bei den Tiegelverfahren wird je nach Kristallmaterial
mit Unterdruck, Überdruck, in Inertgasatmosphäre oder
in oxydierender Atmosphäre gearbeitet. Bekannt gewor
den ist das sogenannte Kyropoulus-Verfahren, bei dem
ein gekühlter Keimkristall in die Schmelze eingetaucht
wird. Weiterhin ist das sogenannte Czochralski-Verfahren
bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Kristall
aus der Schmelze gezogen. Außerdem ist das Bridgman-Ver
fahren bekannt, bei dem ein vertikales Senken des Tiegels
im Temperaturgradienten durchgeführt wird.
Ferner ist die sogenannte Scull-Schmelzmethode bekannt
geworden, die quasi tiegelfrei arbeitet. Das heißt, die
Schmelze kommt nicht mit der Tiegelwand in Berührung.
An der wassergekühlten Tiegelwand bildet sich eine dünne,
thermisch gut isolierende Sinterkruste, das Scull.
Schließlich sind Kristallzüchtungsverfahren bekannt gewor
den, bei der die Schmelze im Schwebezustand aufgrund
eines Magnetfelds gehalten wird.
Die beiden letztgenannten Verfahren werden dann angewen
det, wenn Einkristalle aus Materialien mit sehr hohem,
die Standfestigkeit des Tiegelwerkstoffes übersteigenden
Schmelzpunkt gewonnen werden sollen.
Der Erfindung liegen drei Aufgabenkomplexe zugrunde:
Die beschriebenen, bekannten Verfahren und Vorrichtungen
zur Züchtung von Kristallen aus einer Schmelze, sowie
weitere Verfahren, bei denen für die Durchführung des
Verfahrens die Höhe der Oberfläche der Schmelze und/oder
die Konfiguration der Oberfläche der Schmelze von Bedeu
tung sind, sollen verbessert werden. Es sollen im Ver
gleich zum Stand der Technik bessere Voraussetzungen
für ein automatisiertes Fahren der Kristallziehanlage
geschaffen werden. Die Anlage soll selbstätig auf sich
ändernde Verfahrens- und Anlageparameter reagieren können.
Die Aufgaben des ersten Aufgabenkomplexes werden erfin
dungsgemäß durch ein Regelverfahren gelöst, nach dem
als Ist-Wert für die Regelung der Höhe und/oder Konfigura
tion der Oberfläche des Bades der Meßwert einer Triangu
lierung mit Hilfe mindestens eines Meßlichtstrahls, der
von einer Lichtquelle ausgesendet, an der Oberfläche
des Schmelzbades reflektiert und durch einen Lichtempfän
ger aufgenommen wird, benutzt wird.
Dieser Aufgabenkomplex betrifft ein Verfahren zum Ziehen
von Einkristallen aus einer in einem Tiegel befindlichen
Schmelze unter Vakuum oder unter Schutzgas bei vermin
dertem Druck und eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens, mit einer Vakuumkammer, in welcher der Tiegel
auf einem Tiegeltragbolzen angeordnet und durch die Wär
mestrahlung eines Heizelements erhitzbar ist und bei
der ein Ziehelement oberhalb der Schmelze vorgesehen
ist, mit dem der Einkristall von der Schmelzenoberfläche
aus nach oben zu herausziehbar ist und bei der ein Zuführ
rohr vorgesehen ist, dessen Einfülltrichter oberhalb
des Tiegels endet und über das das Chargiergut von einer
Nachchargiervorrichtung her in den Tiegel während des
Ziehvorgangs nachfüllbar ist.
Üblicherweise wird bei
bekannten Vorrichtungen zum Ziehen von Einkristallen
der Schmelztiegel vor dem Evakuieren des den Schmelztiegel
umschließenden Kessels mit der notwendigen Menge an
Schmelzgut, beispielsweise mit Siliziumgranulat zuzüglich
dem notwendigen Dotierstoff (wie beispielsweise Bor,
Antimon oder Phosphor), gefüllt. Man hat auch bereits
vorgeschlagen (DE-OS 28 21 481), während des Stabziehens
Siliziumgranulat nachzuchargieren, indem durch ein
beheiztes Quarzglasrohr, welches von außen durch die
Rezipientenwand und den äußeren Teil der Vorrichtung
in die Sliziumschmelze eintaucht, das Granulat nachgefüllt
wird. Weiterhin ist es bekannt (EP 01 70 856), außerhalb
des Kessels eine Zuführeinrichtung für das Siliziumgranu
lat anzuordnen, deren Auslaufrohr mit einem zylindrischen,
teilweise mit Granulat gefüllten Behälter in Verbindung
steht, in dem eine motorisch angetriebene Zumeßscheibe
rotiert, die Vertiefungen aufweist, die sich mit Granulat
füllen, wenn die Scheibe das auf der einen Seite des
Behälters angehäufte Quantum an Granulat durchläuft.
Die Scheibe transportiert dann die aufgenommene Portion
an Granulat vor das eine Ende des Auslaufrohrs, so daß
dieses dann über das Auslaufrohr bis in den Schmelztiegel
abrutschen kann. Der zylindrische Behälter ist im übrigen
über einen Verbindungsstutzen, in den ein Isolationsventil
eingeschaltet ist, mit einem zweiten Behälter verbunden,
in dem das Granulat bevorratet ist, wobei ein von Hand
bewegbarer Kolben dieses Granulat bei geöffnetem Ventil
in den Verbindungsstutzen und damit in den Behälter mit
Zumeßscheibe transportiert.
Schließlich wird gemäß einer älteren Vorrichtung für
die kontinuierliche Zuführung von Schmelzgut für den
Schmelztiegel beim Ziehen von Einkristallen in einem
Vakuumkessel mit verschließbaren Behältern, einem Trenn
oder Schleusenventil und einem in den Schmelztiegel ein
mündenden, mit dem einen Behälter verbundenen Auslaufrohr
vorgeschlagen (P 37 37 051.0), den ersten Behälter mit
einer innenliegenden, der Behälterform entsprechenden
Auskleidung, mit einem trichterförmigen Abschnitt und
einem sich an diesen
anschließenden zylindrischen Auslauf zu versehen, wobei
der Auslauf über ein Schleusenventil in den Verbindungs
stutzen des zweiten Behälters, in dem sich der Granulat
förderer befindet, verschiebbar ist, der seinerseits
über ein durch die Wand des Vakuumkessels hindurchge
führtes Auslaufrohr in den Bereich oberhalb des Schmelz
tiegels einmündet.
Es hat sich gezeigt, daß bei Vorrichtungen der beschrie
benen Art im Tiegeleinsatz im Bereich der Badoberfläche
am Tiegelrand schon nach kurzer Betriebsdauer eine beson
ders starke Abnutzung auftritt. Der Tiegelwerkstoff wird
von der Schmelze an dieser Stelle besonders stark
angegriffen, so daß sich ein Ringspalt bzw. eine
umlaufende Nut an der Innenfläche des Tiegeleinsatzes
bildet, die die Standzeit dieses kostspieligen Teils
der Vorrichtung erheblich verkürzt.
Gegenstand des zweiten Aufgabenkomplexes ist es nun,
derartige Abnutzungserscheinungen an der Innenwand des
Tiegeleinsatzes herabzusetzen und ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu schaffen, die geeignet sind, die Standzeit
des Tiegeleinsatzes wesentlich zu vergrößern.
Erfindungsgemäß wird dieser Aufgabenkomplex dadurch
gelöst, daß das Nachchargieren in Abhängigkeit der im
Tiegel jeweils enthaltenen Schmelzenmenge nach Absinken
der Schmelzenoberfläche bis auf ein Niveau unterhalb
eines Sollstands bis auf einen oberhalb des Sollstands
vorgesehenen oberen Füllstand erfolgt, so daß die
Schmelzenoberfläche während des Kristallziehvorgangs
gleichförmig um das Sollniveau pendelnd auf und nieder
steigt.
Vorzugsweise sind dazu am oberen Teil des Kessels angeord
nete Stutzen zur Halterung einer Vorrichtung zum Prüfen
des Abstands der Schmelzenoberfläche zum Tiegelrand vorge
sehen, wobei der im unteren Behälter vorgesehene Granu
latförderer der Nachchargiervorrichtung in Abhängigkeit
der von der Prüfvorrichtung erzeugten Impulse oder Signale
arbeitet.
Mit Vorteil können die von der Vorrichtung zur Überwachung
des Schmelzenstandes ausgehenden Signale von einem elek
trischen Schaltkreis unter Einbeziehung eines Schaltpro
gramms zu elektrischen Impulsen verarbeitet und zum Ein
und Ausschalten oder Regeln einer Rüttelvorrichtung der
Nachchargiervorrichtung geleitet werden.
Zweckmäßigerweise wird die Vorrichtung zum Prüfen des
Abstands der Schmelzenoberfläche zum Tiegelrand aus einem
Signalgeber, beispielsweise einer Laserquelle, und einem
Signalnehmer, beispielsweise einem Laserlichtempfänger,
gebildet, wobei die von diesen beiden Aggregaten erzeugten
Werte über elektrische Signalleitungen zur Weiterverar
beitung an den elektrischen Schaltkreis oder Programm
regler geleitet werden, der seinerseits über eine elek
trische Signalleigung mit der Rüttelvorrichtung oder
dem Förderer der Nachchargiervorrichtung verbunden ist.
Gegenstand dieses Aufgabenkomplexes ist es, Voraussetzun
gen dafür zu schaffen, daß die Regelung der Höhe der
Oberfläche und/oder der Konfiguration
weitgehend unverzüglich bei Auftretung schon geringster
Abweichungen erfolgt und nicht erst nach Erreichen einer
oberen oder unteren Grenzmarke, beziehungsweise Grenzkon
figuration. Das erfindungsgemäße Verfahren soll weitgehend
generell anwendbar sein unter anderem für Schmelzen aus
Zinn, Blei, Kupfer, Silizium, Germanium, Gallium-Arsenid,
Gallium-Phosphid usw. Mit der Erfindung sollen Verfahren
und Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden, die
kontinuierlich alle Prozeßparameter und Anlagenparameter
berücksichtigen. Insbesondere soll vermieden werden,
daß ein Pendeln der Oberfläche der Schmelze zwischen
einem oberen Füllstand und einem Niveau unterhalb des
Soll-Standes stattfindet. Die Höhe des Schmelzbades soll
eng beim Soll-Stand geregelt werden. Die gesamte Regelung
soll schneller und präziser, als dies beim Stand der
Technik der Fall ist, durchgeführt werden.
Durch die genauere und schnellere Messung der Höhe der
Oberfläche soll eine schnellere und genauer angepaßte
Chargierung möglich gemacht werden.
Ungewollte Veränderungen, insbesondere Ausreißer, beim
Wachsen des Kristalls oder beim Chargieren oder bei der
Beheizung oder bei der Geometrie des Tiegels oder anderer
Teile der Anlage sollen sofort entdeckt werden. Die
umgehend einsetzende Regelung soll die Konsequenzen der
Ausreißer reduzieren oder kompensieren.
Mit der Erfindung soll es möglich werden, mit über der
Zeit variablen Soll-Punkt und mit einer über der Zeit
variablen Soll-Konfiguration der Oberfläche der Schmelze
zu arbeiten. Die bisher angewendete
Triangulation zur Bestimmung der Höhe der Oberfläche
der Schmelze soll durch die Erfindung verbessert werden.
Die gestellten Aufgaben des dritten Komplexes werden
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Messung und Rege
lung grundsätzlich kontinuierlich erfolgt und daß
insbesondere eine kontinuierliche optoelektronische
Höhenmessung und/oder eine optoelektronische
Konfigurationsmessung durchgeführt werden.
Hierzu wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Lichtempfän
ger vorgesehen ist, der als kontinuierlich ortsempfind
licher Sensor ausgebildet ist und vorzugsweise die Höhe
der Oberfläche sensiert.
Andererseits kann es sich als vorteilhaft herausstellen,
wenn mehrere kontinuierlich ortsempfindliche Sensoren
vorgesehen sind, die vorzugsweise die Konfiguration der
Oberfläche sensieren.
Als Alternative zu einem Sensor wird in einem Ausführungs
beispiel vorgeschlagen, daß der Lichtempfänger aus mehre
ren, insbesondere array-förmig angeordneten, Sensoren
besteht, die die Höhe der Oberfläche sensieren.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, daß der Lichtempfänger
aus mehreren, insbesondere array-förmig angeordneten,
Sensoren besteht, die die Konfiguration der Oberfläche
sensieren.
Der Lichtempfänger kann als mindestens ein optoelektro
nischer Positionsdetektor (PSD), beziehungsweise
als eine kontinuierlich ortsempfindliche Lateraldiode
ausgebildet sein.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß der Soll-Punkt
der Regelung, insbesondere die Soll-Höhe der Oberfläche
des Schmelzbades variabel ist. In gleicher Weise kann
die Soll-Konfiguration der Oberfläche des Schmelzbades
variabel sein.
Zur Verbesserung der Schnelligkeit und der Genauigkeit
der Regelung wird vorgeschlagen, daß die Veränderung
der vertikalen Position der Oberfläche des Schmelzbades
über der Zeit (Geschwindigkeit) ermittelt und für die
Regelung ausgewertet wird.
Außerdem kann vorgesehen werden, daß die Veränderung
der Geschwindigkeit der Veränderung der vertikalen Posi
tion der Oberfläche des Schmelzbades über der Zeit
(Beschleunigung) ermittelt und für die Regelung ausgewer
tet wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Meßlicht
strahl aus monochromatischem Licht, Laserlicht, zerhack
tem Licht oder aus zerhacktem Laserlicht bestehen.
Zur Berücksichtigung der Bewegungen der Oberfläche der
Schmelze wird vorgeschlagen, daß der Auftreffpunkt des
Lichtstrahls auf der Schmelze auch bei zeitlich variieren
dem Reflektionswinkel aufgrund der Schmelzbadunruhe
mittels einer Sammeloptik auf den in der Bildebene der
Optik befindlichen Sensor punktförmig oder annähernd
punktförmig mit endlichem Lichtpunktdurchmesser abgebildet
wird, so daß die Position des Bildpunktes
auf dem Sensor allein durch die vertikale Position der
Schmelzbadoberfläche bestimmt wird.
Hierzu wird eine Sammeloptik vorgesehen, die den Meßlicht
strahl punktförmig oder annähernd punktförmig mit einem
endlichen Lichtpunktdurchmesser auf einer Bildebene der
Sammeloptik abbildet.
Dabei ist die Bildebene der Sammeloptik als Sensierfläche
eines Sensors ausgebildet.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, daß der Sammeloptik
ein Linienfilter vorgeschaltet ist, der vom Meßlichtstrahl
passiert werden muß, ehe dieser auf die Sammeloptik
trifft.
Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen,
daß das Sensorsignal mittels einer Auswerte-Elektronik
verarbeitet wird, daß die Auswerte-Elektronik an ihrem
Ausgang ein kontinuierliches analoges Signal, vorzugsweise
Spannungssignal, zur Verfügung stellt.
Um Störungen durch die starke Gleichlichtstrahlung, bezie
hungsweise Hintergrundstrahlung auszuschließen, wird
in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß das Sensor
signal mittels einer Auswerte-Elektronik verarbeitet
wird, daß die Auswerte-Elektronik an ihrem Ausgang ein
kontinuierliches analoges Signal, vorzugsweise Spannungs
signal, zur Verfügung stellt, das aufgrund der Ausgestal
tung der Auswerte-Elektronik unabhängig vom Gleichlicht,
insbesondere vom Gleichlichtanteil der Schmelze und der
Gleichlichtverteilung der Schmelze,
unabhängig vom Licht der Umgebung der Schmelze und unab
hängig von der Meßlichtintensität ist.
Das gewonnene Analogsignal der Auswerte-Elektronik wird
mit Hilfe eines elektronischen Rechners in eine Informa
tion über die Höhe, beziehungsweise die Konfiguration
der Oberfläche verarbeitet.
Als Alternative wird vorgeschlagen, daß das Sensorsignal
mittels eines elektronischen Rechners verarbeitet wird,
daß der elektronische Rechner an seinem Ausgang ein Signal
zur Verfügung stellt, das aufgrund der Ausgestaltung
des elektronischen Rechners unabhängig vom Gleichlicht,
insbesondere vom Gleichlichtanteil der Schmelze und der
Gleichlichtverteilung der Schmelze, unabhängig vom Licht
der Umgebung der Schmelze und unabhängig von der Meßlicht
intensität ist.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, daß bei Unterschreitung
oder Überschreitung eines vorgegebenen Grenzsignalwertes
eine Fehlermeldung erfolgt.
Um Veränderungen der Teile der Züchtungsanlage Rechnung
zu tragen, wird weiterhin vorgeschlagen, daß mit Hilfe
des elektronischen Rechners unter Berücksichtigung der
relevanten Anlagezustände das Erreichen und die Einhaltung
der gewünschten Höhe der Oberfläche, beziehungsweise
der gewünschten Konfiguration der Oberfläche geregelt
werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist
so aufgebaut, daß ein elektronischer Rechner vorgesehen
ist, der die an seinem Eingang angelieferten
Sensorsignale datenverarbeitungsgerecht aufbereitet,
verarbeitet und an seinem Ausgang Stellsignale zur Verfü
gung stellt für die Erreichung und Einhaltung der
gewünschten Höhe der Oberfläche, beziehungsweise der
gewünschten Konfiguration der Oberfläche.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in einem bevorzug
ten Ausführungsbeispiel aus einem Regelkreis, der als
Regelstrecke die veränderliche Höhe und/oder die verän
derliche Konfiguration der Oberfläche umfaßt, der als
Meßglied eine kontinuierlich arbeitende Triangulationsmeß
vorrichtung aufweist, die vorzugsweise mit einem kontinu
ierlich ortsempfindlichen Sensor ausgerüstet ist, der
als Regeleinrichtung eine Auswerte-Elektronik und/oder
einen elektronischen Rechner umfaßt, in dem ein Sollwert
oder eine Führungsgröße für die Höhe und/oder Konfigura
tion der Oberfläche installiert ist, wobei die Regelein
richtung Störgrößen, wie zum Beispiel unvorhersehbare
Änderungen der Chargierung, der Geometrie des Tiegels,
der Position und Bewegung des Tiegels und/oder des
Kristallziehelements, der Beheizung, der übrigen Kompo
nenten der Kristallzüchtungsanlage kompensiert und die
an ihrem Ausgang Stellgrößen zur Verfügung stellt, der
ein oder mehrere von den Stellgrößen beeinflußbaren
Stellglieder für alle die Höhe und die Konfiguration
der Oberfläche beeinflussenden Organe, wie zum Beispiel
Vorrichtung für die Chargierung des Tiegels, Bewegung
des Tiegels, Beheizung, Bewegung des Kristallziehelements
umfaßt.
Um eine schnelle Umrüstung der Gesamtanlage durchführen
zu können, kann ein auf einem ROM oder EPROM oder einem
anderen Speicherelement gespeicherter,
vom Source-Code in einen maschinenlesbaren Object-Code
übersetzter Algorithmus verwendet werden, der die
Führungsgröße der Regeleinrichtung darstellt. Mit der
Führungsgröße der Regeleinrichtung kann eine bestimmte
Veränderung der Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration
der Oberfläche werden. Diese Veränderung kann zur
Erzeugung bestimmter Kristallformen und/oder
Kristallgrößen dienen. Außerdem kann die Veränderung
zur Anpassung an eine gewollte Änderung des die
Regelstrecke beeinflussenden Massenstroms, beispielsweise
Chargierung, dienen. Die Veränderung kann weiterhin zur
Anpassung an eine gewollte Änderung des die Regelstrecke
beeinflussenden Energiestroms, beispielsweise Beheizung,
herangezogen werden. Schließlich kann vorgesehen werden,
daß die Veränderung zur Einhaltung, quantitativen und/oder
qualitativen Änderung einer eingestellten Dotierung der
Schmelze dient.
Eine weitere wertvolle Ausführungsform besteht darin,
daß der Meßwert der Triangulierung dazu benutzt wird,
daß der für das Schmelzbad vorgesehene Behälter,
insbesondere der Tiegel, im Rahmen einer Regelung auf
und abbewegt wird, um die Schmelzenoberfläche in die
Soll-Position oder in die Nähe der Soll-Position zu
bringen.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:.
Die gestellten Aufgaben werden gelöst. Mit der Erfindung
werden Verfahren und Vorrichtungen zur Verfügung gestellt,
die indirekt über die kontinuierliche Höhenmessung
kontinuierlich alle Prozeßparameter und Anlagenparameter
berücksichtigen. Insbesondere wird ein Pendeln
zwischen einem oberen Füllstand und einem Niveau unterhalb
des Soll-Standes vermieden. Die gesamte Regelung wird
schneller und präziser. Mit der Erfindung ist es möglich
geworden, mit variablem Soll-Punkt und mit einer variablen
Soll-Konfiguration der Oberfläche der Schmelze zu
arbeiten.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung
zu entnehmen. Diese Ausführungsbeispiele werden anhand
von sieben Figuren erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in einem Axialschnittbild
eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen Einzelheiten der Ausführungs
beispiele.
Anhand der Fig. 1 wird im nachfolgenden ein Ausführungs
beispiel für die Lösung der Aufgaben des Komplexes 2
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Vorrichtung gemäß
Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem auf der
doppelwandigen Kesselbodenplatte 103 des
Vorrichtungsgestells aufgesetzten, ebenfalls
doppelwandigen Kessel 104, der eine Vakuumkammer 152
bildet, einem im Kessel 104 angeordneten, auf der
Kesselbodenplatte 103 gelagerten Stützrohr 105 mit einer
dieses umschließenden Wärmedämmung 106, einer vom
Stützrohr 105 gehaltenen, ringförmigen Wanne 107, mit
in dieser gelagerten Graphitfilzplatten 108, zwei an
der Kesselbodenplatte 103 gehaltenen Stromzuführungen
109, für einen oberhalb der Wanne 107 gehaltenen
Bodenheizer 110, zwei weiteren, in derKesselbodenplatte
103 gehaltenen Stromzuführungen 111, mit denen jeweils
Spannbacken 112 verschraubt sind, die ihrerseits einen
Stirn- oder Zylinderheizer 113 tragen, einem Schmelztiegel
114, einem sich auf der Wanne 107 abstützenden
Strahlschutzrohr 115 mit seitlicher Wärmedämmung 116,
einer vom Strahlschutzrohr 115 getragenen Abdeckplatte
117 mit einer oberen stirnseitigen Wärmedämmung 118 und
einer Durchführung 119, mit einem Schutzglas 121, einem
Durchbruch 120, einem Zuführrohr 123 für das Chargengut,
einem durch die Abdeckplatte 117, 117 a, 118
hindurchgeführten Einfülltrichter 124 und der drehbaren
und auf und ab bewegbaren Tiegelwelle 125 zur Halterung
des Tiegeltragbolzens 126. Der von den beiden
Stromzuführungen 109 gehaltene Bodenheizer 110 besteht
aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten
Heizerfüßen 131 und den zwei mit diesen verbundenen,
jeweils mäanderförmig ausgeformten Heizschlangen 133
(von denen nur die eine dargestellt ist). Die
Heizschlangen 133 bilden zusammen im Zentrum des
Bodenheizers 110 eine Öffnung 135, durch die sich der
Tiegeltragbolzen 126 hindurcherstreckt, der mit seinem
oberen Ende mit dem Stütztiegel 114 fest verbunden ist
und über den der Tiegeleinsatz 128 mit seinem Stütztiegel
114 sowohl auf und ab bewegt als auch in eine Drehbewegung
versetzt werden kann. Der Stirnheizer 113 ist aus einem
kreisringförmigen, mit radial verlaufenden Schlitzen
136 versehenen ringförmigen, flachen Teil 138 und einem
hohlzylindrischen Seitenteil 139 gebildet. Das hohlzy
lindrische Teil 139 ist an zwei einander gegenüberlie
genden Partien mit sich nach unten zu erstreckenden
Heizerfüßen 140 versehen, die jeweils in Ausnehmungen
141 eingreifen, die in den von den
Stromzuführungen 111 gehaltenen beiden Spannbacken 112
vorgesehen sind. Um einen sicheren Stromübergang des
Stirnheizers 113 in den beiden Ausnehmungen 141 der
Spannbacken 112 zu gewährleisten, sind zusätzliche Keile
142 in die trapezförmigen Ausnehmungen 141 eingetrieben.
Das Strahlschutzrohr 115 weist vier rechteckige Ausspa
rungen 143, 143′, ... auf, die - gleichmäßig auf dem
Umfang des Strahlschutzrohrs 115 verteilt - an dessen
unterem Rand angeordnet sind. Durch diese Aussparungen
143, 143′, ... sind zum einen die Spannbacken 112 und
zum anderen die Heizerfüße 131 des Bodenheizers 110
hindurchgeföhrt. Weiterhin ist das Strahlschutzrohr 115
mit einer schräg verlaufenden Bohrung 145 versehen, die
mit dem Schutzglas 121 der Abdeckplatte 117, 117 a und
dem Schutzglas 146 des in der Wand des Kessels 104
befestigten Stutzens 147 fluchtet. Weitere Öffnungen
148 in der Seitenwand des Strahlschutzrohrs 115 gestatten
einen unbehinderten Gasdurchtritt vom oberen Abschnitt
des Innenraums des Kessels 104 in den unteren Abschnitt.
Der Kessel 104 ist im übrigen im Bereich seiner Deckel
partie 104′ mit einem Kragen 148 versehen, der den
Durchtritt des Ziehelements 149 gestattet. Weiterhin
sind in der Deckelpartie 104′ des Kessels 104 ein zweiter
Stutzen 150 mit einem Schauglas 151 und ein dritter
Stutzen 163 mit einem Schauglas 164 vorgesehen.
An die zwei Stromzuführungen 109 ist der Bodenheizer
110, der mäanderförmig geschlitzt ist, über Graphitmuttern
127 angeschraubt. Der Bodenheizer 110 hat die Aufgabe,
den Tiegel 114, 128 bzw. die Schmelze von der unteren
Stirnseite her zu beheizen. An zwei zusätzlichen Strom
zuführungen 111 ist ein
zweiter Heizkörper 113, der als Topfheizer ausgeführt
ist, über Spannbacken 112 befestigt. Die obere Stirnhei
zung verbessert das Aufschmelzen des kontinuierlich
zugeführten Chargengutes. Der Stirnheizer 113 kann im
Falle einer Siliziumschmelze mit SiC beschichtet bzw.
abgedeckt sein, um zu vermeiden, daß Graphitteilchen
in die Schmelze fallen und Kohlenstoff-Verunreinigungen
ergeben. Auch wird eine Reaktion von SiO mit Graphit
(2C + SiO - SiC + CO) verhindert. Die strichliert einge
zeichnete Linie zeigt einen Argon-Gasstrom, der über
den Kragen 148, durch die zentrale Öffnung 153, über
die Schmelze hinweg bzw. um den Tiegel 114 herum, durch
die Öffnungen 148 hindurch nach unten zu geleitet und
über Rohrstutzen 160 abgezogen werden kann.
Im Zentrum der Heizeinrichtung befindet sich der Graphit
tiegel 114, in den ein Tiegel 128, der aus einem nicht
mit der Schmelze reagierenden Werkstoff gebildet ist,
eingesetzt ist. Um eine Badberuhigung beim Chargieren
während des Ziehvorgangs zu gewährleisten, ist ein
zusätzlicher Ring 129, der ebenfalls aus einem nicht
mit der Schmelze ragierenden Werkstoff gebildet ist,
in den Tiegel 128 eingesetzt. In dem Ring 129 befinden
sich am unteren Ende Ausbrüche 130, durch die das aufge
schmolzene Chargengut in der Mitte des Tiegeleinsatzes
128 fließen kann. Um beide Heizer 110, 113 herum ist
eine Wärmedämmung 108, 116, 118 angebracht, die aus in
der Wanne 107 gelagerten Graphitfilzplatten 108, einer
seitlichen Wärmedämmung 116, die als Zylinder ausgebildet
und auf das Strahlschutzrohr 115 aufgeschoben ist, und
einer oberen stirnseitigen, kreisringförmigen Wärmedämmung
118 besteht.
Die oberen Abdeckplatten 117, 117 a stützen sich - zusammen
mit der Wärmedämmung 118 - an der zylindrischen Innen
fläche des Kessels 104 ab.
Am Deckelteil 104′ des Kessels 104, neben dem Kragen
148 für die Durchführung des Ziehelements 149, ist ein
Führungsrohr 132 befestigt, in dem eine Stange 134
längsverschieblich gelagert ist, deren oberes Ende als
Schraubenspindel 137 ausgebildet ist, die mit einer
Antriebswelle 157 im Eingriff steht, die wiederum von
einer Motor-Getriebeeinheit 154 antreibbar ist. Das
tiegelseitige (untere) Ende der Stange 134 ist mit einem
Spannfutter 158 versehen, in das ein Dünnstab 156 aus
einem hochdotiertem Werkstoff, mit dem Durchbruch 122
der Durchführung 120 und dem Schlitz 136 fluchtend,
eingespannt ist.
Um die Zusammensetzung der Schmelze konstant halten zu
können, ist der hochdotierte Dünnstab 156 mit Hilfe der
Motor-Getriebeeinheit 154 lotrecht nach unten zu in die
Schmelze absenkbar bzw. nach oben zu aus dieser heraus
fahrbar. Beim Eintauchen des Dünnstabs 156 in das
Schmelzbad wird das eingetauchte Ende des Dünnstabs 156
abgeschmolzen, wodurch die Zusammensetzung der Schmelze
reguliert bzw. konstant gehalten werden kann.
Der Füllstand der Schmelze im Tiegeleinsatz 128 kann
von einer Vorrichtung überwacht werden, die aus einem
Signalgeber 165 (einer Laserlichtquelle) besteht, der
auf den Stutzen 163 mit Schauglas 164 aufgesetzt ist
und dessen Meßstrahl auf die Schmelzenoberfläche 155
gerichtet ist. Die Reflexion des Meßstrahls (z.B. des
Laserstrahls) wird dann von dem
Impulsnehmer 168 (Laserlichtempfänger), der auf den
Stutzen 166 aufgesetzt ist, empfangen und im elektrischen
Schaltkreis oder Programmregler 174 ausgewertet. Die
Vorrichtung kann nun Signale erzeugen, die dem momentanen
Schmelzenstand entsprechen und diese an einen Granulat
förderer oder eine Rüttelvorrichtung im unteren Behälter
176 weiterleiten.
Um zu verhindern, daß die Schmelze im Bereich der
Schmelzenoberfläche 155 den aus Quarz bestehenden Tiegel
einsatz 128 in einer verhältnismäßig kurzen Betriebszeit
im Bereich der Schmelzenoberfläche so stark angreift,
daß dieser unbrauchbar wird, erfolgt das Nachchargieren
des Schmelzguts über das Zuführrohr 123 und den Einfüll
trichter 124 von der Nachchargiervorrichtung 172 her
in der Weise, daß die Schmelzenoberfläche 155 zunächst
bis auf ein geringes Maß unterhalb des Soll-Niveaus
abgesenkt wird und dann anschließend bis auf ein geringes
Maß oberhalb des Soll-Niveaus aufgefüllt wird; d.h. daß
das Schmelzgut so nachchargiert wird, daß die im Tiegel
einsatz 128 vorhandene Schmelzenmenge abwechselnd über
einen bestimmten Zeitraum entweder etwas unterhalb oder
etwas oberhalb der Sollmenge gehalten wird. Um diesen
Effekt zu erreichen, wird die in der Zeichnung rein
schematisch dargestellte Nachchargiervorrichtung 172
in Abhängigkeit der von der Vorrichtung 163 bis 168 ab
gegebenen Signale über ein von einem elektrischen Schalt
kreis 174 verarbeitbares Programm elektrisch angesteuert.
Die Nachchargiervorrichtung selbst besteht aus einem
oberen Behälter 175, in dem sich das Chargiergut in
Granulatform befindet, einem unteren Behälter 176 mit
einer Rüttelvorrichtung oder einem Förderer, über
den das Chargiergut in das Zuführrohr 123 eingeleitet
wird, und einem in ein beide Behälter 175, 176 miteinander
verbindenden Rohrstück eingeschaltetes Schleusenventil
171 mit der zugehörigen Betätigungsvorrichtung 176. (Eine
Nachchargiervorrichtung des in Frage stehenden Typs ist
in allen Einzelheiten in der älteren Patentanmeldung
P 37 37 051.0 näher beschrieben.)
Nachfolgend werden anhand der Fig. 2 bis 7 mehrere
Ausführungsbeispiele zur Lösung der Aufgaben des ersten
und dritten Aufgabenkomplexes beschrieben.
Zur Erläuterung dieser Ausführungsbeispiele werden in
Fig. 2 nochmals die Grundzüge des Verfahrens und der
Vorrichtung für das Triangulieren nach Fig. 1 herausge
stellt.
In Fig. 2 wird eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkri
stallen aus einer in einem Tiegel 1 befindlichen Schmelze
2 unter Vakuum oder unter Schutzgas bei vermindertem
Druck gezeigt. Der Tiegel 1 ist in einer Vakuumkammer
3 auf einem Tiegeltragbolzen 4 angeordnet. Der Tiegel
wird durch die Wärmestrahlung von Heizelementen 5, 6
erhitzt. Oberhalb der Schmelze ist ein Ziehelement 7
vorgesehen, mit dem der Einkristall 8 von der Schmelzen
oberfläche 9 aus nach oben herausziehbar ist. Es ist
ein Zuführrohr 10 vorgesehen, dessen Einfülltrichter
11 oberhalb des Tiegels 1 endet.
Mit 56 ist eine Dotiervorrichtung für die Schmelze
bezeichnet. Die gestrichelte Linie 57 bezeichnet einen
Schutzgasstrom.
58 ist ein Meßlichtstrahlgeber, der einen Meßlichtstrahl
59 aussendet. Dieser Meßlichtstrahl wird an der Oberfläche
9 reflektiert. Der reflektiere Meßlichtstrahl trägt die
Bezugsziffer 60. Mit 61 ist ein Lichtempfänger bezeichnet.
Meßlichtstrahlgeber 58 und Lichtempfänger 61 gehören
zu einem Triangulierungssystem, mit dem die Höhe der
Oberfläche 9 festgestellt wird. Das Signal des Licht
empfängers wird über die Leitung 62, 63 an die Nachchar
giervorrichtung 12 weitergeleitet. Die Nachchargiervor
richtung wird mit Hilfe des Signals gesteuert.
Über das Zuführrohr kann Chargiergut von der Nachchargier
vorrichtung 12 in den Tiegel 1 während des Ziehvorgangs
nachgefüllt werden. Das Nachchargieren erfolgt in Abhän
gigkeit von der im Tiegel 1 jeweils enthaltenen Schmelzen
menge.
Im einzelnen geschieht dies derart, daß nach Absinken
der Schmelzenoberfläche 9 bis auf ein Niveau unterhalb
eines Sollstandes eine Nachchargierung erfolgt. Diese
Nachchargierung wird aufrechterhalten, bis die Schmelzen
oberfläche 9 bis auf einen oberhalb des Sollstandes vorge
sehenen oberen Füllstand angestiegen ist.
Während des Kristallziehvorgangs pendelt die Schmelzen
oberfläche also zwischen einem bestimmten Niveau unterhalb
und oberhalb des Sollstandes. Soweit das Verfahren und
die Vorrichtung, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt
werden.
Durch die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele
soll dieses Pendeln zwischen
dem Niveau unterhalb des Sollstands und dem oberen Füll
stand vermieden werden.
Mit den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis
7 soll eine Regelung erzielt werden, die auf eine
kontinuierliche Messung der Oberfläche aufbauend dazu
führt, daß die Oberfläche des Schmelzbades fortlaufend
im Bereich des Sollniveaus mit geringsten Abweichungen
bleibt. Außerdem soll es durch die Erfindung möglich
werden, daß das Sollniveau gewillkürt geändert werden
kann.
In Fig. 3 wird mit 13 eine Lichtquelle bezeichnet, die
den Meßlichtstrahl 14 erzeugt. Der Meßlichtstrahl wird
an der Oberfläche 15 des Schmelzbades reflektiert. Der
reflektierte Meßlichtstrahl 16 trifft auf den Sensor
17. Dieser Sensor ist ein kontinuierlich ortsempfindlicher
Sensor, wie er beispielsweise als optoelektronischer
Positionsdetektor (Position Sensitive Detector PSD) in
der Zeitschrift "Elektronik", Heft 13, vom 29. Juni l984,
beschrieben wird, siehe dort Seiten 84 bis 88.
Der kontinuierlich ortsempfindliche Sensor kann auch
von anderer Bauart sein. Wesentlich ist, daß der Sensor,
der beispielsweise als Fotodiode ausgebildet sein kann,
Signale erzeugt, die kontinuierlich die Ortsveränderungen
der Oberfläche der Schmelze anzeigen.
Derartige Sensoren werden in der Regel mit einer Sensier
fläche ausgebildet. Das Sensorsignal gibt Auskunft über
den Auftreffpunkt des Lichtes, beziehungsweise des
Schwerpunkts des Lichtes auf der Sensierfläche. Die
Koordinaten des Auftreffpunkts, der in der Praxis
einen endlichen Durchmesser haben kann, auf der Sensier
fläche des Sensors geben Auskunft über die momentane
vertikale Position der Oberfläche der Schmelze.
Für viele Anwendungsfälle der Erfindung genügt es, daß
die Sensierfläche zumindest linienförmig ist. Beim Einsatz
sogenannter Lateraldioden, die eine Fläche für die Sensie
rung aufweist, die zweidimensional ist, wird bei den
hier beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Dimension
für die Sensierung ausgenutzt.
Derartige Lateraldioden sind in der Lage, unabhängig
von der Intensität des Lichts, den Ort des Auftreffens
eines Lichtstrahls, beziehungsweise eines Lichtpunkts
mit endlichem Lichtdurchmesser, zu bestimmen und zwar
mit Hilfe einer Auswerte-Elektronik und/oder eines elek
tronischen Rechners, siehe hierzu oben genannte Veröffent
lichung in der Zeitschrift "Elektronik".
Zur Diskriminierung des Meßlichtstrahls kann in einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung monochromatisches Licht
verwendet werden. Nur der Meßlichtstrahl mit seiner defi
nierten Wellenlänge kann den Linienfilter 35, siehe Fig. 4,
passieren. Der Meßlichtstrahl ist also durch seine
Wellenlänge markiert und aufgrund dieser Markierung vom
Sensor erkennbar.
Besonders vorteilhaft ist, wenn, wie in einem weiteren
Ausführungsbeispiel vorgeschlagen wird, als Meßlichtstrahl
ein Laserstrahl eingesetzt wird. Hierdurch wird eine
noch bessere Diskriminierung des Meßlichtstrahls erreicht,
da die Sensierfläche so ausgestaltet ist, daß nur der
betreffende Laserstrahl sensiert wird.
Eine Verbesserung der Diskriminierung wird in einem
weiteren Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der
Meßlichtstrahl ein zerhackter Laserstrahl ist. Die Sen
sierfläche ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfin
dung so aufgebaut, daß nur der zerhackte Laserstrahl
erkannt wird.
In Fig. 4 ist mit 18 eine Lichtquelle bezeichnet. Der
Meßlichtstrahl trägt die Bezugsziffer 19. Dieser Strahl
wird im Bereich 20 der Oberfläche 21 des Schmelzbads
reflektiert. Aufgrund des zeitlich varierenden Reflek
tionswinkels für den Lichtstrahl infolge des bewegten
unruhigen Bades werden mehrere reflektierte Meßlicht
strahlen erzeugt. Beispielhaft sind in Fig. 4 mit 22,
23, 24 drei reflektierte Meßlichtstrahlen bezeichnet.
Rein schematisch sind in Fig. 4 mehrere Tangenten 25,
26, 27, die an Wellen des bewegten Schmelzbads angelegt
sind, dargestellt. Mit diesen Tangenten soll deutlich
gemacht werden, daß der Reflektionswinkel für den Meß
lichtstrahl 19 sich zeitlich verändert.
Mit dem Doppelpfeil 28 und den auf dem Doppelpfeil ange
brachten Marken 29, 30, 31, 32, 33, 34 sind verschiedene
vertikale Positionen der Oberfläche des Schmelzenbads
gekennzeichnet.
Die reflektierten Meßlichtstrahlen 22, 23, 24 treffen
nach Passieren eines Linienfilters 35 auf eine Sammeloptik
36. Der Linienfilter 35 dient, wie dargelegt, zur Aussond
erung des monochromatischen Meßlichtstrahls.
Die Sammeloptik fokussiert die Meßlichtstrahlen, die
von einem Punkt der Oberfläche der Schmelze reflektiert
werden, und bewirkt eine punktförmige oder annähernd
punktförmige Abbildung der reflektierten Meßlichtstrahlen
auf der Bildebene 37 der Sammeloptik. Die Position der
punktförmigen Abbildung wird allein durch die vertikale
Position der Oberfläche des Schmelzbades bestimmt. Die
verschiedenen Positionen der punktförmigen Abbildung
des Meßlichtstrahls sind in Fig. 4 mit 38, 39, 40
bezeichnet. In der Bildebene 37 der Sammeloptik befindet
sich die Sensierfläche eines kontinuierlich ortsempfind
lichen Sensors.
Um eine bessere Diskriminierung, beziehungsweise Aussonde
rung des Meßlichtstrahls, von Störstrahlungen zu errei
chen, wird in Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel gezeigt,
das mit einem zerhackten Meßlichtstrahl, insbesondere
mit einem zerhackten Laserstrahl, arbeitet.
Mit 41 ist die Lichtquelle, die mit einem Zerhacker ausge
rüstet ist, bezeichnet. Der zerhackte Meßlichtstrahl
trägt vor der Reflektierung die Bezugsziffer 42. Nach
der Reflektierung an der Oberfläche 43 trägt der Meßlicht
strahl die Bezugsziffer 44. Der reflektierte Lasermeß
lichtstrahl ist aufgrund seiner Zerhackung zusätzlich
markiert und daher für den Sensor noch besser diskrimi
nierbar.
Mit 75, 76, 77 sind nicht zerhackte Störstrahlen bezeich
net. Diese Störstrahlen können von der Schmelze oder
von der Umgebung der Schmelze erzeugt werden. Mit 78
ist der Sensor bezeichnet.
In Fig. 6 sind eine Auswerte-Elektronik 45 und ein elek
tronischer Rechner 46 schematisch dargestellt. Die Licht
quelle trägt die Bezugsziffer 47. Die Oberfläche des
Schmelzenbades ist mit 48 bezeichnet. Der reflektierte
Meßlichtstrahl 49 wird durch den kontinuierlich orts
empfindlichen Sensor 50 sensiert. Das über die Höhe der
Oberfläche 48 Auskunft gebende Sensorsignal 51 wird an
die Auswerte-Elektronik 45 weitergeleitet.
In der Auswerte-Elektronik wird das Sensorsignal in ein
analoges Spannungssignal 52 umgewandelt, das als Ortsin
formation über die vertikale Position der Oberfläche
dem elektronischen Rechner 46 zugeführt wird. Das analoge
Spannungssignal 52 ist durch den Einsatz bekannter elek
tronischer Mittel oder durch Rechenoperationen unabhängig
vom Gleichlichtanteil, von der Gleichlichtverteilung
der Schmelze, es ist außerdem unabhängig von der Strahlung
der Umgebung und unabhängig von der Meßlichtintensität.
Außerdem kann ein adaptives Meßprinzip verwendet werden.
Mit bekannten Schaltungsmitteln oder Rechenoperationen
können Veränderungen im Meß- und Regelsystem, beispiels
weise im Bereich der Meßlichtquelle, der Optik usw.
kompensiert werden. Das adaptive Meßprinzip führt dazu,
daß trotz dieser Veränderungen das Positionssignal unver
fälscht bleibt.
Die Auswerte-Elektronik, beziehungsweise die weiter unten
besprochenen elektronischen Regler sind weiterhin so
ausgestaltet, daß sie beim Verlassen des Arbeitsbereichs
des adaptiven Meßprinzips, oder allgemeiner ausgedrückt,
daß beim Überschreiten oder Unterschreiten von
festgelegten Grenzwerten des Sensorsignals eine
Fehlermeldung 53 an den Rechner geben. Die Fehlermeldung
ist ein Indiz dafür, daß die Signale nicht mehr brauchbar
sind. Die Elektronik, beziehungsweise die eingesetzten
Rechner besitzen somit eine Selbstdiagnose.
Der elektronische Rechner 46 verarbeitet das analoge
Spannungssignal und die Fehlermeldung zu einer Information
über die Position des Schmelzbadspiegels. Der Rechner
stellt an seinem Ausgang ein Ausgangssignal 54 zur Verfü
gung, das die Information über die Position des Schmelz
badspiegels beinhaltet. Dieses Ausgangssignal beziehungs
weise Signale, ist, beziehungsweise sind, Stellgröße
für die Organe, beziehungsweise Verfahrensbedingungen,
der Kristallzüchtungsanlage, beispielsweise für die
Chargierung und/oder Beheizung und/oder Schutzgasdurch
strömung und/oder Dotierung u.s.w. Diese Organe sind
schematisch in Fig. 6 in ihrer Gesamtheit mit 55 bezeich
net.
Der Rechner 46 berücksichtigt die relevanten Zustände
der Anlage und steuert durch sein Ausgangssignal 54 das
Erreichen des Meßbereichs und die Einhaltung des Meßbe
reichs. Es gehört zu den Aufgaben des Rechners, daß die
Randbedingungen und Parameter des Verfahrens, dazu gehört
insbesondere die Soll-Höhe der Oberfläche, erreicht und
eingehalten werden. Dabei kann je nach Verfahrensvor
schrift die Soll-Höhe variabel sein.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrie
ben, bei dem die Funktionen der Auswerte-Elektronik nach
Fig. 6 und die Funktionen des Rechners nach Fig. 6
von einem einzigen Rechner, der in Fig. 7 mit 64 bezeich
net ist, durchgeführt werden.
Im einzelnen sind in Fig. 7 die Lichtquelle mit 65,
der Meßlichtstrahl mit 66, 67, die Oberfläche des
Schmelzbads mit 68, der kontinuierlich ortsempfindliche
Sensor mit 69 bezeichnet.
Das analoge Sensorsignal 70 wird am Eingang, beziehungs
weise in der Eingangsstufe 71, des Rechners für die
digitale Weiterbearbeitung aufbereitet und unter anderem
durch einen Analog/Digital-Wandler in einen digitalen
Meßwert für die elektronische Datenverarbeitung umgewan
delt.
Im Rechner 64 werden die oben beschriebenen Operationen
durchgeführt.
Am Ausgang 72, der mit einer Leistungstransistorenstufe
versehen sein kann, des Rechners werden ein oder mehrere
Stellsignale 73 für die Stellglieder, die in ihrer Gesamt
heit mit 74 bezeichnet sind, zur Verfügung gestellt.
In vorteilhafter Weise können durch die Erfindung nicht
nur die Chargierung sondern auch die Hub- und/oder Rota
tionsbewegungen des Tiegels, die Hub- und/oder Rotations
bewegungen des Kristallziehelements, die Stärke des Inert
gas- und Schutzgasstroms und die Beheizung feinfühlig
und schnell geregelt werden.
Es kann die Konfiguration der Oberfläche der Schmelze
beispielsweise durch die Regelung der Rotation des Tiegels
auf eine Soll-Konfiguration eingestellt werden, wodurch
man die Größe und die Form des zu ziehenden Kristalls
beeinflussen kann.
Die Schnelligkeit und Präzision der Regelung werden durch
die Bildung einer ersten und zweiten mathematischen Ablei
tung der Vertikalbewegung der Oberfläche, beziehungs
weise der Veränderung der Konfiguration der Oberfläche
vergrößert. Voraussetzung für die Bildung der beiden
Ableitungen ist die erfindungsgemäße Permanentmessung.
Beim Verfahren nach dem Stand der Technik, das mit einem
oberen und unteren Grenzniveau arbeitet, ist die Bildung
von mathematischen Ableitungen nicht möglich.
Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Grund
gedankens sind möglich. So kann die Regeleinrichtung
des Regelkreises beispielsweise der elektronische Rechner
ein Führungsprogramm, beispielsweise ein EDV-Programm
erhalten, nachdem die Soll-Höhe, beziehungsweise die
Soll-Konfiguration der Oberfläche der Schmelze verändert
werden kann.
Bei Anwendung mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen
für die kontinuierliche Messung der Oberfläche des
Schmelzbades, kann aus der gewonnenen Vielzahl der
Sensorsignale durch Benutzung einer Auswerte-Elektronik
und/oder eines elektronischen Rechners ein sehr genaues
Bild über die Konfiguration der Oberfläche des Schmelz
bades gewonnen werden. Der so festgestellte Ist-Zustand
der Konfiguration der Oberfläche kann dann gemäß oben
genanntem Führungsprogramm in gewünschte Soll-Konfigura
tionen, beispielsweise durch Änderung der Drehzahl des
Tiegels, geändert werden. Mit dieser programmiert verän
derlichen Konfiguration der Oberfläche können dann in
ihrer Form und Größe geplante Kristalle gezüchtet werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Grundgedankens kann in
einer besonderen Ausführungsform vorgesehen werden, daß
das Pendeln der Schmelzenoberfläche um ein Soll-Niveau
dadurch erreicht wird, daß der gesamte Tiegel 114 in
Abhängigkeit von der Laserstrahlmessung auf und ab bewegt
wird.
Liste der Einzelteile
1 Tiegel
2 Schmelze
3 Kammer
4 Tragbolzen
5 Heizelement
6 Heizelement
7 Ziehelement
8 Einkristall
9 Oberfläche
10 Rohr
11 Trichter
12 Nachchargiervorrichtung
13 Lichtquelle
14 Meßlichtstrahl
15 Oberfläche
16 Meßlichtstrahl
17 Sensor
18 Lichtquelle
19 Meßlichtstrahl
20 Bereich
21 Oberfläche
22 Meßlichtstrahl
23 Meßlichtstrahl
24 Meßlichtstrahl
25 Tangente
26 Tangente
27 Tangente
28 Doppelpfeil
29 Marke
30 Marke
31 Marke
32 Marke
33 Marke
34 Marke
35 Linienfilter
36 Sammeloptik
37 Bildebene
38 Abbildung
39 Abbildung
40 Abbildung
41 Lichtquelle
42 Meßlichtstrahl
43 Oberfläche
44 Meßlichtstrahl
45 Auswerte-Elektronik
46 elektronischer Rechner
47 Lichtquelle
48 Oberfläche
49 Meßlichtstrahl
50 Sensor
51 Sensorsignal
52 Signal
53 Fehlermeldung
54 Ausgangssignal
55 Organ
56 Dotiervorrichtung
57 Schutzgasstrom
58 Meßlichtstrahlgeber
59 Meßlichtstrahl
60 Meßlichtstrahl
61 Lichtempfänger
62 Leitung
63 Leitung
64 elektronischer Rechner
65 Lichtquelle
66 Meßlichtstrahl
67 Meßlichtstrahl
68 Oberfläche
69 Sensor
70 Sensorsignal
71 Eingang, Eingangsstufe
72 Ausgang
73 Stellsignal
74 Stellglieder
75 Störstrahl
76 Störstrahl
77 Störstrahl
78 Sensor
79 Kessenbodenplatte
104, 104′ Kessel
105 Stützrohr
106 Wärmedämmung
107 Schmelzgut-Auffangwanne
108 Graphitfilzplatten
109 Stromzuführung
110 Bodenheizer; ringförmiger, flacher erster Heizkörper
111 Stromzuführung
112 Spannbacke
113 Stirnheizer, Zylinderheizer, zweiter Heizkörper
114 Stütztiegel
115 Strahlschutzrohr
116 Wärmedämmung
117, 117 a Abdeckplatte
118 Wärmedämmung
119 Durchführung
120 Durchführung
121 Schutzglas
122 Durchbruch
123 Zuführrohr
124 Einfülltrichter
125 Tiegelwelle
126 Tiegeltragbolzen
127 Graphitmutter
128 Tiegeleinsatz
129 Ring
130 Ausbruch
131 Heizerfuß
132 Führungsrohr
133 Heizschlange
134 Stange
135 Öffnung
136 Schlitz
137 Schraubenspindel
138 ringförmiges, flaches Heizelement
139 hohlzylindrischer Heizer, Seitenteil
140 Heizerfuß
141 Ausnehmung
142 Keil
143, 143 a Aussparung
145 Schrägbohrung
146 Schauglas
147 Stutzen
148 Kragen
149 Ziehelement
150 Stutzen
151 Schauglas
152 Vakuumkammer
153 zentrale Öffnung
154 Motor-Getriebeeinheit
155 Oberfläche der Schmelze
156 Si-Stab (hochdotiert)
157 Antriebswelle
158 Spannfutter
159 ringförmiger, flacher zweiter Heizkörper
160 Rohrstutzen
161 Einkristall
162 Zuführeinrichtung; Wind- oder Hubwerk
163 Stutzen
164 Schauglas
165 Signalgeber, Laserlichtquelle
166 Stutzen
167 Schauglas
168 Signalnehmer, Laserlichtempfänger
169 Ventilkappe
170 Betätigungseinrichtung
171 Schleusenventil
172 Nachchargiervorrichtung
173 Tiegelrand
174 elektrischer Schaltkreis, Programmregler
175 oberer Behälter
176 unterer Behälter mit regelbarem Granulatförderer bzw. einem Rüttler
177 elektrische Signalleitung
178 elektrische Signalleitung
179 elektrische Signalleitung
2 Schmelze
3 Kammer
4 Tragbolzen
5 Heizelement
6 Heizelement
7 Ziehelement
8 Einkristall
9 Oberfläche
10 Rohr
11 Trichter
12 Nachchargiervorrichtung
13 Lichtquelle
14 Meßlichtstrahl
15 Oberfläche
16 Meßlichtstrahl
17 Sensor
18 Lichtquelle
19 Meßlichtstrahl
20 Bereich
21 Oberfläche
22 Meßlichtstrahl
23 Meßlichtstrahl
24 Meßlichtstrahl
25 Tangente
26 Tangente
27 Tangente
28 Doppelpfeil
29 Marke
30 Marke
31 Marke
32 Marke
33 Marke
34 Marke
35 Linienfilter
36 Sammeloptik
37 Bildebene
38 Abbildung
39 Abbildung
40 Abbildung
41 Lichtquelle
42 Meßlichtstrahl
43 Oberfläche
44 Meßlichtstrahl
45 Auswerte-Elektronik
46 elektronischer Rechner
47 Lichtquelle
48 Oberfläche
49 Meßlichtstrahl
50 Sensor
51 Sensorsignal
52 Signal
53 Fehlermeldung
54 Ausgangssignal
55 Organ
56 Dotiervorrichtung
57 Schutzgasstrom
58 Meßlichtstrahlgeber
59 Meßlichtstrahl
60 Meßlichtstrahl
61 Lichtempfänger
62 Leitung
63 Leitung
64 elektronischer Rechner
65 Lichtquelle
66 Meßlichtstrahl
67 Meßlichtstrahl
68 Oberfläche
69 Sensor
70 Sensorsignal
71 Eingang, Eingangsstufe
72 Ausgang
73 Stellsignal
74 Stellglieder
75 Störstrahl
76 Störstrahl
77 Störstrahl
78 Sensor
79 Kessenbodenplatte
104, 104′ Kessel
105 Stützrohr
106 Wärmedämmung
107 Schmelzgut-Auffangwanne
108 Graphitfilzplatten
109 Stromzuführung
110 Bodenheizer; ringförmiger, flacher erster Heizkörper
111 Stromzuführung
112 Spannbacke
113 Stirnheizer, Zylinderheizer, zweiter Heizkörper
114 Stütztiegel
115 Strahlschutzrohr
116 Wärmedämmung
117, 117 a Abdeckplatte
118 Wärmedämmung
119 Durchführung
120 Durchführung
121 Schutzglas
122 Durchbruch
123 Zuführrohr
124 Einfülltrichter
125 Tiegelwelle
126 Tiegeltragbolzen
127 Graphitmutter
128 Tiegeleinsatz
129 Ring
130 Ausbruch
131 Heizerfuß
132 Führungsrohr
133 Heizschlange
134 Stange
135 Öffnung
136 Schlitz
137 Schraubenspindel
138 ringförmiges, flaches Heizelement
139 hohlzylindrischer Heizer, Seitenteil
140 Heizerfuß
141 Ausnehmung
142 Keil
143, 143 a Aussparung
145 Schrägbohrung
146 Schauglas
147 Stutzen
148 Kragen
149 Ziehelement
150 Stutzen
151 Schauglas
152 Vakuumkammer
153 zentrale Öffnung
154 Motor-Getriebeeinheit
155 Oberfläche der Schmelze
156 Si-Stab (hochdotiert)
157 Antriebswelle
158 Spannfutter
159 ringförmiger, flacher zweiter Heizkörper
160 Rohrstutzen
161 Einkristall
162 Zuführeinrichtung; Wind- oder Hubwerk
163 Stutzen
164 Schauglas
165 Signalgeber, Laserlichtquelle
166 Stutzen
167 Schauglas
168 Signalnehmer, Laserlichtempfänger
169 Ventilkappe
170 Betätigungseinrichtung
171 Schleusenventil
172 Nachchargiervorrichtung
173 Tiegelrand
174 elektrischer Schaltkreis, Programmregler
175 oberer Behälter
176 unterer Behälter mit regelbarem Granulatförderer bzw. einem Rüttler
177 elektrische Signalleitung
178 elektrische Signalleitung
179 elektrische Signalleitung
Claims (42)
1. Verfahren zum Regeln eines Schmelzbades, insbesondere
eines Schmelzbades zum Züchten von Einkristallen oder
von Körpern, bestehend aus mehreren Kristallen, dadurch
gekennzeichnet, daß als Ist-Wert für die Regelung der
Höhe und/oder der Konfiguration der Oberfläche des Bades
der Meßwert einer Triangulierung mit Hilfe mindestens
eines Meßlichtstrahls, der von einer Lichtquelle ausge
sendet, an der Oberfläche des Schmelzbades reflektiert
und durch einen Lichtempfänger aufgenommen wird, benutzt
wird.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zum Ziehen
von Kristallen (161) aus einer in einem Tiegel (114,
128) befindlichen Schmelze unter Vakuum oder unter Schutz
gas bei vermindertem Druck, mit einer Vorrichtung mit
einem Tiegel (114, 128), der in einer Vakuumkammer (152)
auf einem Tiegeltragbolzen (126) angeordnet und durch
die Wärmestrahlung eines Heizelements (110, 159) erhitzbar
ist und bei der ein Ziehelement (149) oberhalb der
Schmelze vorgesehen ist,
mit dem der Kristall (161) von der Schmelzenoberfläche
(155) aus nach oben zu herausziehbar ist und bei der
ein Zuführrohr (123) vorgesehen ist, dessen Einfülltrich
ter (124) oberhalb des Tiegels (114, 128) endet und über
das das Chargiergut von einer Nachchargiervorrichtung
(172) her in den Tiegel (114, 128) während des Ziehvor
gangs nachfüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das
Nachchargieren in Abhängigkeit der im Tiegel (114, 128)
jeweils enthaltenen Schmelzenmenge nach Absinken der
Schmelzenoberfläche (155) bis auf ein Niveau unterhalb
eines Sollstandes bis auf einen oberhalb des Sollstands
vorgesehenen oberen Füllstand erfolgt, so daß die
Schmelzenoberfläche (155) während des Kristallziehvorgangs
gleichförmig um das Soll-Niveau pendelnd auf und nieder
steigt.
3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den
Ansprüchen 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch am oberen
Teil (104′) des Kessels (104) angeordnete Stutzen (163,
166) zur Halterung einer Vorrichtung (165 bis 168) zum
Prüfen des Abstands der Schmelzenoberfläche (155) zum
Tiegelrand (173), wobei der im unteren Behälter (176)
angeordnete Granulatförderer der Nachchargiervorrichtung
(172) in Abhängigkeit der von der Prüfvorrichtung (165
bis 168) erzeugten Impulse oder Signale arbeitet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die von den Vorrichtungen (165 bis 168) zur Überwa
chung des Schmelzenstandes ausgehenden Signale von einem
elektrischen Schaltkreis (174) unter Einbeziehung eines
Schaltprogramms zu elektrischen Impulsen verarbeitet
und zum
Ein- und Ausschalten oder Regeln einer Rüttelvorrichtung
der Nachchargiervorrichtung (172) geleitet werden.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich
tung (163 bis 168) zum Prüfen des Abstands der Schmelzen
oberfläche (155) zum Tiegelrand (173) aus einem Signal
geber (165), beispielsweise einer Laserlichtquelle, und
einem Signalnehmer (168), beispielsweise einem Laser
lichtempfänger, gebildet ist, wobei die von diesen beiden
Aggregaten erzeugten Werte über elektrische Signallei
tungen (177, 178) zur Weiterverarbeitung an den elek
trischen Schaltkreis oder Programmregler (174) geleitet
werden, der seinerseits über eine elektrische Signallei
tung (179) mit der Rüttelvorrichtung oder dem Förderer
der Nachchargiervorrichtung (172) verbunden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Messung und Regelung kontinuierlich erfolgt.
7. Verfahren nach nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinu
ierliche optoelektronische Höhenmessung und/oder eine
kontinuierliche optoelektronische Konfigurationsmessung
durchgeführt werden.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Lichtempfänger vorgesehen ist, der als kontinuierlich
ortsempfindlicher Sensor (17) ausgebildet ist und vorzugs
weise die Höhe der Oberfläche (15) sensiert.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder
mehrere kontinuierlich ortsempfindliche Sensoren vorgese
hen sind, die vorzugsweise die Konfiguration der Ober
fläche sensieren.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht
empfänger aus mehreren, insbesondere array-förmig angeord
neten, Sensoren besteht, die die Höhe der Oberfläche
sensieren.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht
empfänger aus mehreren, insbesondere array-förmig angeord
neten, Sensoren besteht, die die Konfiguration der Ober
fläche sensieren.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht
empfänger als mindestens ein optoelektronischer Positions
detektor (PSD) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht
empfänger als mindestens eine kontinuierlich ortsempfind
liche Lateraldiode ausgebildet ist.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Punkt
der Regelung, insbesondere die Soll-Höhe der Oberfläche
des Schmelzbades variabel ist.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Konfigura
tion der Oberfläche des Schmelzbades variabel ist.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung
der vertikalen Position der Oberfläche des Schmelzbades
über der Zeit (Geschwindigkeit) ermittelt und für die
Regelung ausgewertet wird.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung
der Geschwindigkeit der Veränderung der vertikalen Posi
tion der Oberfläche des Schmelzbades über der Zeit
(Beschleunigung) ermittelt und für die Regelung ausgewer
tet wird.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl
aus monochromatischem Licht besteht.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßlichtstrahl
aus Laserlicht besteht.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Meßlichtstrahl (42, 44) aus zerhacktem
Licht besteht.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet,
daß der Meßlichtstrahl (42, 44) aus zerhacktem Laserlicht
besteht.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffpunkt
des Meßlichtstrahls auf der Schmelze auch bei zeitlich
variierendem Reflektionswinkel aufgrund der Schmelzbad
unruhe mittels einer Sammeloptik (36) auf der in der
Bildebene (37) der Optik befindlichen Sensorfläche punkt
förmig oder annähernd punktförmig mit endlichem Licht
punktdurchmesser abgebildet wird, so daß die Position
der Abbildung (38, 39, 40) auf der Sensorfläche allein
durch die vertikale Position der Schmelzbadoberfläche
(21) bestimmt wird.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sammel
optik (36) vorgesehen ist, die den Meßlichtstrahl punkt
förmig oder annähernd punktförmig mit einem endlichen
Lichtpunktdurchmesser auf einer Bildebene (37) der Sammel
optik (36) abbildet.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildebene
(37) der Sammeloptik (36) als Sensierfläche eines Sensors
ausgebildet ist.
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammel
optik (36) ein Linienfilter (35) vorgeschaltet ist, der
vom Meßlichtstrahl passiert werden muß, ehe dieser auf
die Sammeloptik (36) trifft.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal
mittels einer Auswerte-Elektronik verarbeitet wird, daß
die Auswerte-Elektronik (45) an ihrem Ausgang ein konti
nuierliches analoges Signal, vorzugsweise Spannungssignal
(52), zur Verfügung stellt.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal
mittels einer Auswerte-Elektronik (45) verarbeitet wird,
daß die Auswerte-Elektronik (45) an ihrem Ausgang ein
kontinuierliches analoges Signal, vorzugsweise Spannungs
signal (52), zur Verfügung stellt, das aufgrund der Aus
gestaltung der Auswerte-Elektronik (45) unabhängig vom
Gleichlicht, insbesondere vom Gleichlichtanteil der
Schmelze und der Gleichlichtverteilung der Schmelze,
unabhängig vom Licht der Umgebung der Schmelze und unab
hängig von der Meßlichtintensität ist.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene
Analogsignal der Auswerte-Elektronik (45) mit Hilfe eines
elektronischen Rechners (46) zu einer Information über
die Höhe (48), beziehungsweise die Konfiguration der
Oberfläche verarbeitet wird.
29. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal
mittels eines elektronischen Rechners (46) verarbeitet
wird, daß der elektronische Rechner aufgrund seiner Aus
gestaltung an seinem Ausgang ein Signal (54) zur Verfü
gung stellt, das unabhängig vom Gleichlicht, insbesondere
vom Gleichlichtanteil der Schmelze
und der Gleichlichtverteilung der Schmelze, unabhängig
vom Licht der Umgebung der Schmelze und unabhängig von
der Meßlichtintensität ist.
30. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung
oder Überschreitung eines vorgegebenen Grenzsignalwertes
eine Fehlermeldung erfolgt.
31. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des
elektronischen Rechners unter Berücksichtigung der rele
vanten Anlagezustände das Erreichen und die Einhaltung
der gewünschten Höhe der Oberfläche, beziehungsweise
der gewünschten Konfiguration der Oberfläche geregelt
werden.
32. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegan
genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektro
nischer Rechner vorgesehen ist, der die an seinem Eingang
angelieferten Sensorsignale verarbeitet und an seinem
Ausgang Stellsignale zur Verfügung stellt für die Errei
chung und Einhaltung der gewünschten Höhe der Oberfläche,
beziehungsweise der gewünschten Konfiguration der Oberflä
che.
33. Verfahren zum Regeln der Höhe und/oder der Konfigura
tion der Oberfläche eines Schmelzbades nach einem oder
mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Regelkreis angewendet wird, der als
Regelstrecke die veränderliche Höhe und/oder die veränder
liche Konfiguration der Oberfläche umfaßt, der als Meß
glied eine kontinuierlich arbeitende
Triangulationsmeßvorrichtung aufweist, die vorzugsweise
mit einem kontinuierlich ortsempfindlichen Sensor ausge
rüstet ist, der als Regeleinrichtung eine Auswerte-Elek
tronik und/oder einen elektronischen Rechner umfaßt,
in der ein Sollwert oder eine Führungsgröße für die Höhe
und/oder Konfiguration der Oberfläche installiert ist,
wobei die Regeleinrichtung Störgrößen, wie zum Beispiel
Änderungen der Chargierung, der Geometrie des Tiegels,
der Position und Bewegung des Tiegels und/oder des
Kristallziehelements, der Beheizung und der übrigen Kom
ponenten der Kristallzüchtungsanlage kompensiert und
die an ihrem Ausgang Stellgrößen zur Verfügung stellt,
der ein oder mehrere von den Stellgrößen beeinflußbaren
Stellglieder für alle die Höhe und die Konfiguration
der Oberfläche beeinflussenden Organe, wie zum Beispiel
Vorrichtung für die Chargierung des Tiegels, Bewegung
des Tiegels, Beheizung, Bewegung des Kristallziehelements
umfaßt.
34. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung ein Algorithmus ist.
35. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der Oberfläche
regelt.
36. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der
Oberfläche regelt, wobei die Veränderung der Erzeugung
einer bestimmten Kristallform und/oder Kristallgröße
dient.
37. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der Oberfläche
regelt, wobei die Veränderung zur Anpassung an eine
gewollte Änderung des die Regelstrecke beeinflussenden
Massenstroms, beispielsweise Chargierung, Schutzgas dient.
38. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der Oberfläche
regelt, wobei die gewillkürte Veränderung zur Anpassung
an eine gewollte Anderung des die Regelstrecke beein
flussenden Energiestroms, beispielsweise Beheizung, dient.
39. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der Oberfläche
regelt, wobei die gewillkürte Veränderung zur Einhaltung
einer eingestellten Dotierung der Schmelze dient.
40. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der Oberfläche
regelt, wobei die gewillkürte Veränderung zur
Anpassung an eine gewollte quantitative Änderung der
Dotierung der Schmelze dient.
41. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße
der Regeleinrichtung eine gewillkürte Veränderung der
Soll-Höhe und/oder Soll-Konfiguration der Oberfläche
regelt, wobei die gewillkürte Veränderung zur Anpassung
an eine gewollte qualitative Änderung der Dotierung der
Schmelze dient.
42. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßwert der Triangulierung dazu
benutzt wird, daß der für das Schmelzbad vorgesehene
Behälter, insbesondere der Tigel (114), im Rahmen einer
Regelung auf- und abbewegt wird, um die
Schmelzenoberfläche in die Soll-Position oder in die
Nähe der Soll-Position zu bringen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3904858A DE3904858C2 (de) | 1988-03-03 | 1989-02-17 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3806917 | 1988-03-03 | ||
DE3904858A DE3904858C2 (de) | 1988-03-03 | 1989-02-17 | Verfahren zum Ziehen von Einkristallen |
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ID=6348748
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