DE4301072A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze unter Vakuum oder unter Schutzgas mit einer Vorrichtung mit einem Tiegel, der in einer Vakuumkammer angeordnet und durch die Wärmestrahlung von Heizelementen erhitzbar ist und bei der ein Ziehelement oberhalb der im Tiegel be­ findlichen Schmelze vorgesehen ist, mit dem der Einkris­ tall von der Schmelzenoberfläche aus nach oben zu her­ ausziehbar ist und bei der eine Zuführung vorgesehen ist, deren Einfüllöffnung oberhalb des Tiegels endet und über die das Chargiergut von einer Nachchargiervorrichtung aus mit einem Förderer in den Tiegel während des Ziehvorgangs nachfüllbar ist und mit Meßfühlern oder - Geräten die laufend die kennzeichnenden Größen des Kristall-Ziehpro­ zesses in einen Regler einspeisen, der den Förderer an­ steuert.

Bekannt ist bereits eine Anlage zum Ziehen von Kristallen aus einer Schmelze, mit einer optischen Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung des Durchmessers des an­ wachsenden Teiles des Kristalles (DOS 2 149 093). Die optische Vorrichtung enthält dazu Photozellen, deren Signale über Verstärker in einen PID-Regler eingegeben werden, der wiederum an einen Hochfrequenzgenerator an­ geschlossen ist, der der Leistungsregelung dient, und der im übrigen den Heizstrom für die, den Schmelzentiegel umschließenden Heiz-Spule liefert. Die Höhe des Schmelz­ bad-Spiegels wird also bei dieser Vorrichtung bereits als Regelgröße für den Heizstrom verwendet.

Bekannt sind weiterhin ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung und Regelung von Kristallzüchtungsprozes­ sen (DD 2 53 437), bei denen die Temperaturverteilung, sowie deren Veränderungen in der Nähe der Erstarrungs­ front meßtechnisch so erfaßt werden, daß eine entspre­ chende Korrektur nach dem Vergleich mit einer, für den jeweiligen Kristallzüchtungsvorgang typischen Tempera­ turverteilung erfolgen kann. Nach dieser Erfindung, wird die von einem aus einer Schmelze wachsenden Kristall und die von der Schmelze selbst emittierte Wärmestrahlung mittels einer linear - oder flächenhaften Photosensoren­ anordnung, die sich in einem optischen Abbildungssystem befindet und aus mindestens zwei räumlich getrennten Einzelelementen besteht, abgetastet, wobei Differenzsig­ nale entstehen, deren Größe proportional der Temperatur­ änderung in dem begrenzten Bereich ist, womit Tempera­ turverteilungen ermittelt werden, die mit der vorgege­ benen Temperaturverteilung ständig in Übereinstimmung gebracht werden.

Ein Rechner ermöglicht dabei die Korrektur des nichtline­ aren Zusammenhangs zwischen Temperatur und Größe des Signals, so daß jedem Signalwert eine reale Temperatur entspricht.

Es sind auch ein Meßverfahren und eine Meßordnung für den Durchmesser von Einkristallen beim Tiegel ziehen bekannt (DE 29 23 240), bei denen eine optische Erfassung des Helligkeitsprofils an der Übergangsstelle Schmelze/Ein­ kristall und eine Anzeige der räumlichen Lage des Hel­ ligkeitsprofils im Verhältnis zu einem Bezugspunkt auf einer Anzeigevorrichtung benutzt werden. Die Bilder der Übergangsstelle Schmelze/Einkristall bzw. deren Intensi­ tätssignale werden einer Auswerteschaltung für die Durch­ messerbestimmung aufgeschaltet bzw. beeinflussen über diese, die Ziehparameter, also beispielsweise quantitativ die Höhe des Schmelzenspiegels im Tiegel, oder qualitativ den Einschmelzvorgang des Ausgangsmaterials, welches in Granulat - oder Brockenform vorliegt.

Diese bekannten Auswerteschaltungen befriedigen in der Praxis jedoch nicht, da der Ziehprozeß sich insgesamt außerordentlich komplex darstellt und auch von einer Reihe von Effekten bzw. Erfahrungswerten abhängt, die von den herkömmlichen Regelschaltungen nicht richtig, oder nicht schnell genug verarbeitet werden können, da sie nicht numerischen Gleichungen oder klassisch mathemati­ scher Logik entsprechen, bzw. oftmals auf mehrdeutigen Meßwerten aufbauen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, deshalb ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Kris­ tallzüchtungsprozessen zu schaffen, die starke, z. Teil störende, komplexe und nicht - lineare Wechselwirkungen im Prozeß zwischen zunächst unabhängig voneinander gere­ gelten Prozeßparametern berücksichtigen. Insbesondere sollen die Vorrichtung und das Verfahren den Vibrator der Nachchargiervorrichtung so steuern, daß die Temperatur des Schmelzenbads und der Schmelzenstand in engsten Grenzen konstant gehalten werden, so daß der Kristall vollständig gleichmäßig und homogen aus der Schmelze wächst.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und Vorrichtung gelöst bei der die mit Hilfe der Meß­ fühler oder Meßgeräte ermittelten Größen des Kristall­ ziehprozesses, wie beispielsweise die Schmelzenbadhöhe und die Schmelzentemperatur, als Eingangssignale laufend dem Regler zugeführt werden, dem ein Fuzzy-Prozessor im­ plementiert ist, der entlang einer empirisch ermittelte Größen berücksichtigenden Regelstruktur das Stellsignal für den Förderer ausgibt.

Einzelheiten und weitere Merkmale ergeben sich aus den anhängenden Patentansprüchen.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög­ lichkeiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeich­ nungen näher dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Nachchargiereinrich­ tung mit einer als Fuzzy-Control ausgebildeten Regelschaltung,

Fig. 2 die Darstellung eines für die Regelschaltung gemäß Fig. 1 typischen Kennfeldes,

Fig. 3 eine Kristallziehanlage im Längsschnitt bei der die Regelschaltung gemäß Fig. 1 zum Einsatz ge­ langt und bei der die, die beiden Parameter Schmelzbadhöhe und Schmelzbadtemperatur über eine Lager - Meßeinrichtung bzw. ein Pyrometer bestimmt werden.

Die Kristallziehvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem auf der doppelwandigen Kesselbodenplatte 3 des Vorrichtungsgestells aufgesetzten, ebenfalls doppelwan­ digen Kessel 4, der eine Vakuumkammer 52 bildet, einem im Kessel 4 angeordneten, auf der Kesselbodenplatte 3 gela­ gerten Stützrohr 5 mit einer dieses umschließenden Wär­ medämmung 6, einer vom Stützrohr 5 gehaltenen, ringförmi­ gen Wanne 7, mit in dieser gelagerten Graphitfilzplatten 8, zwei an der Kesselbodenplatte 3 gehaltenen Stromzufüh­ rungen 9, für einen oberhalb der Wanne 7 gehaltenen Boden­ heizer 10, zwei weiteren, in der Kesselbodenplatte 3 gehaltenen Stromzuführungen 11, mit denen jeweils Spann­ backen 12 verschraubt sind, die ihrerseits einen Stirn- oder Zylinderheizer 13 tragen, einem Schmelztiegel 14, einem sich auf der Wanne 7 abstützenden Strahlschutzrohr 15 mit seitlicher Wärmedämmung 16, einer vom Strahlschutz­ rohr 15 getragenen Abdeckplatte 17 mit einer oberen stirn­ seitigen Wärmedämmung 18 und einer Durchführung 19, mit einem Schutzglas 21, einer Hülse 20, einem Zuführrohr 23 für das Chargengut, einem durch die Abdeckplatte 17, 17a, 18 hindurchgeführten Einfülltrichter 24 und der drehbaren und Tiegelwelle 25 zur Halterung des Tiegeltragbolzens 26.

Der von den beiden Stromzuführungen 9 gehaltene Bodenhei­ zer 10 besteht aus zwei einander gegenüberliegend ange­ ordneten Heizerfüßen 31 und den zwei mit diesen verbun­ denen, jeweils mäanderförmig ausgeformten Heizschlangen 33 (von denen nur die eine dargestellt ist). Die Heiz­ schlangen 33 bilden zusammen im Zentrum des Bodenheizers 10 eine Öffnung 35, durch die sich der Tiegeltragbolzen 26 hindurcherstreckt, der mit seinem oberen Ende mit dem Stütztiegel 14 fest verbunden ist und über den der Tie­ geleinsatz 28 mit seinem Stütztiegel 14 in eine Drehbe­ wegung versetzt werden kann. Der Stirnheizer 13 ist aus einem kreisringförmigen, mit radial verlaufenden Schlit­ zen 36 versehenen ringförmigen, flachen Teil 38 und einem hohlzylindrischen Seitenteil 39 gebildet. Das hohlzylin­ drische Teil 39 ist an zwei einander gegenüberliegenden Partien mit sich nach unten zu erstreckenden Heizerfüßen 40 versehen, die jeweils in Ausnehmungen 41 eingreifen, die in den von den Stromzuführungen 11 gehaltenen beiden Spannbacken 12 vorgesehen sind. Um einen sicheren Strom­ übergang des Stirnheizers 13 in den beiden Ausnehmungen 41 der Spannbacken 12 zu gewährleisten, sind zusätzliche Keile 42 in die trapezförmigen Ausnehmungen 41 einge­ trieben.

Das Strahlschutzrohr 15 weist vier rechteckige Ausspar­ ungen 43, 43a, . . . auf, die - gleichmäßig auf dem Umfang des Strahlschutzrohrs 15 verteilt - an dessen unterem Rand angeordnet sind. Durch diese Aussparungen 43, 43a, . . . sind zum einen die Spannbacken 12 und zum anderen die Heizerfüße 31 des Bodenheizers 10 hindurchgeführt. Wei­ terhin ist das Strahlschutzrohr 15 mit einer schräg ver­ laufenden Bohrung 45 versehen, die mit dem Schutzglas 21 der Abdeckplatte 17, 17a und dem Schutzglas 46 des in der Wand des Kessels 4 befestigten Stutzens 47 fluchtet. Weitere Öffnungen in der Seitenwand des Strahlschutzroh­ res 15 gestatten einen unbehinderten Gasdurchtritt vom oberen Abschnitt des Innenraums des Kessels 4 in den unteren Abschnitt. Der Kessel 4 ist im übrigen im Bereich seiner Deckelpartie 4a mit einem Kragen 48 versehen, der den Durchtritt des Ziehelements 49 gestattet. Weiterhin sind in der Deckelpartie 4a des Kessels 4 ein zweiter Stutzen 50 mit einem Schauglas 51, ein dritter Stutzen 63 mit einer Optik 64 und einer Lichtquelle 65, ein vierter Stutzen 66 mit einer Optik 67 und einem Sensor 68 und ein fünfter Stutzen 82 mit einer Optik 83 und einem Signalge­ ber 80 vorgesehen.

An die zwei Stromzuführungen 9 ist der Bodenheizer 10, der mäanderförmig geschlitzt ist, über Graphitmuttern 27 angeschraubt. Der Bodenheizer 10 hat die Aufgabe, den Tiegel 14, 28 bzw. die Schmelze von der unteren Stirn­ seite her zu beheizen. An zwei zusätzlichen Stromzufüh­ rungen 11 ist ein zweiter Heizkörper 13, der als Topf­ heizer ausgeführt ist, über Spannbacken 12 befestigt. Die obere Stirnheizung verbessert das Aufschmelzen des zuge­ führten Chargengutes. Der Stirnheizer 13 kann im Falle einer Siliziumschmelze mit SiC beschichtet bzw. abgedeckt sein, um zu vermeiden, daß Graphitteilchen in die Schmelze fallen und Kohlenstoff-Verunreinigungen ergeben. Die strichliert eingezeichnete Linie zeigt einen Argon- Gasstrom, der über den Kragen 48, durch die zentrale Öffnung 53, über die Schmelze hinweg bzw. um den Tiegel 14 herum, durch die Öffnungen 48 hindurch nach unten zu geleitet und über den Rohrstutzen 60 abgezogen werden kann.

Im Zentrum der Heizeinrichtung befindet sich der Graphit­ tiegel 14 der in den Tiegel 28, der aus einem nicht mit der Schmelze reagierenden Werkstoff gebildet ist, einge­ setzt ist.

Um eine Badberuhigung beim Chargieren während des Zieh­ vorgangs zu gewährleisten, ist ein zusätzlicher Ring 29, der ebenfalls aus einem nicht mit der Schmelze reagie­ renden Werkstoff gebildet ist, in den Tiegel 28 einge­ setzt. In den Ring 29 befinden sich am unteren Ende Aus­ brüche 30, durch die das aufgeschmolzene Chargengut in die Mitte des Tiegeleinsatzes 28 fließen kann.

Um beide Heizer 10, 13 herum ist eine Wärmedämmung 8, 16, 18 angebracht, die aus in der Wanne 7 gelagerten Gra­ phitfilzplatten 8, einer seitlichen Wärmedämmung 16, die als Zylinder ausgebildet und auf das Strahlschutzrohr 15 aufgeschoben ist, und einer oberen stirnseitigen, kreis­ ringförmigen Wärmedämmung 18 besteht. Die oberen Abdeck­ platten 17, 17a stützen sich - zusammen mit der Wärme­ dämmung 18 - an der zylindrischen Innenfläche des Kessels 4 ab.

Am Deckelteil 4a des Kessels 4, neben dem Kragen 48 für die Durchführung des Ziehelements 49, ist ein Führungs­ rohr 32 befestigt, in dem eine Stange 34 längsverschieb­ lich gelagert ist, deren oberes Ende als Schraubenspindel 37 ausgebildet ist, die mit einer Antriebswelle 57 im Eingriff steht, die wiederum von einer Motor-Getriebe­ einheit 54 antreibbar ist. Das tiegelseitige (untere) Ende der Stange 34 ist mit einem Spannfutter 58 versehen, in das ein Dünnstab 56 aus einem hochdotiertem Werkstoff, mit dem Durchbruch 22 der Durchführung 20 und dem Schlitz 36 fluchtend, eingespannt ist.

Um die Zusammensetzung der Schmelze konstant halten zu können, ist der hochdotierte Dünnstab 56 mit Hilfe der Motor-Getriebeeinheit 54 lotrecht nach unten zu in die Schmelze absenkbar bzw. nach oben zu aus dieser heraus­ fahrbar. Beim Eintauchen des Dünnstabs 56 in das Schmelzbad wird das eingetauchte Ende des Dünnstabs 56 abgeschmolzen, wodurch die Zusammensetzung der Schmelze reguliert bzw. konstant gehalten werden kann.

Der Füllstand der Schmelze im Tiegeleinsatz 28 wird von einer Vorrichtung überwacht, die aus einem Signalgeber 65 (einer Laserlichtquelle) besteht, der auf den Stutzen 63 mit Optik 64 aufgesetzt ist und dessen Meßstrahl (Laser­ strahl) auf die Schmelzenoberfläche 55 gerichtet ist. Die Reflexion des Meßstrahls (des Laserstrahls) wird dann von dem Impulsnehmer 68 (Laserlichtempfänger), der auf den Stutzen 66 aufgesetzt ist, empfangen und im elektrischen Schaltkreis oder Regler 74 ausgewertet (eine Vorrichtung zum Überwachen des Füllstands eines Schmelzenbads ist näher beschrieben in der DE 39 04 858 A1). Ebenso werden die Signale des Pyrometers 80 der vom Stutzen 82 mit Optik 83 gehalten ist über die Signalleitung zur Auswer­ tung in den Regler 74 eingegeben. Die Vorrichtung kann nun Signale erzeugen, die dem momentanen Schmelzenstand und der momentanen Schmelzentemperatur entsprechen und diese an einen Granulatförderer oder eine Rüttelvorrich­ tung im unteren Behälter 76 weiterleiten.

Das Nachchargieren des Schmelzenguts erfolgt über das Zu­ führrohr 23 und den Einfülltrichter 24 von der Nachchargiervorrichtung 72 her in der Weise, daß der Schmelzen­ zustand bzw. die Badhöhe möglichst konstant gehalten werden. Um diese Konstanz zu erreichen, wird die in der Zeichnung rein schematisch dargestellte Nachchargiervor­ richtung 72 in Abhängigkeit der von den Meßfühlern- oder Meßgeräten 63 bis 68 und 80, 82, 83 abgegebenen Ein­ gangssignale über ein von einem Regler 74 verarbeitbares Programm elektrisch zu einem Ausgangssignal verarbeitet. Die Nachchargiervorrichtung selbst besteht aus einem oberen Behälter 75, in dem sich das Chargiergut in Gra­ nulatform befindet, einem unteren Behälter 76 mit einer Rüttelvorrichtung oder einem Förderer, über den das Chargiergut in das Zuführrohr 23 eingeleitet wird, und einem in ein beide Behälter 75, 76 miteinander verbin­ denden Rohrstück eingeschaltetes Schleusenventil 71 mit der zugehörigen Betätigungsvorrichtung 76. (Eine Nachchar­ giervorrichtung des in Frage stehenden Typs ist in allen Einzelheiten im Europäischen Patent 0 314 858 näher beschrieben).

Der Regler 74 berücksichtigt nun nicht nur die von den beiden Sensoren 68 und 80 ermittelten Parameter, Badtem­ peratur und Badhöhe, sondern auch Elemente die Intuition und empirische Kenntnisse mit einschließen. Während die bisher verwendeten Regler neu abgeglichen werden mußten, wenn sich während des Betriebs der Arbeitspunkt verschob, ermöglicht der Regler 74 ein "Feed-forward"-Verfahren und übernimmt in diesem Sinne die Aufgaben eines erfah­ renen Bedieners der Anlage. Bei dem Programmregler 74 handelt es sich um einen Fuzzy-Controller der die menschliche Erfahrungen bzw. das Feed-forward-Konzept einschließt und so einerseits die Qualität des Kristalls verbessert und andererseits die erfahrene Bediener-Person überflüssig macht.

Die herausragenden Bedingungen für eine maximale Qualität des Kristalls sind:

• - Eine absolut gleichmäßige Ziehgeschwindigkeit des Kristalls,
• - eine absolut konstante Schmelzenbadtemperatur und
• - eine absolut gleichmäßige Schmelzenbadhöhe.

Diese Bedingungen lassen sich im wesentlichen nur errei­ chen, wenn die Nachchargiervorrichtung 72 immer nur so viel Granulat aus dem oberen Behälter 75 nachchargiert, wie der aufwachsende Kristall dem Schmelzenbad 55 gerade eben entzogen hat. Eine praktische Schwierigkeit besteht nur darin, daß das jeweils nachchargierte Granulat die Bad-Temperatur beeinflußt, d. h. die Badtemperatur nach dem Chargieren absenkt und es eine bestimmte Zeit dauert, bis sich die Soll-Temperatur wieder eingestellt hat. Das in Fig. 2 dargestellte Kennfeld entlang dem der Regler 74 arbeitet, ist so aufgebaut, daß in allerkleinsten Schrit­ ten nur jeweils so viel Granulat nachchargiert wird, daß es zu keiner für den Ziehprozeß nachteiligen wesentlichen Temperatur-Absenkung kommen kann. Auf der x-Achse sind in diesem Falle die Badhöhe, auf der y-Achse die Badtempera­ tur und auf der z-Achse die Förderrate bildlich darge­ stellt. Da die Förderrate möglichst konstant gehalten werden soll, ist ein Regler, der die Betätigungseinrich­ tung 70 des Schleusenventils 71 nur in großen Schritten mit "ganz auf" bzw. "ganz zu" ansteuert, ungeeignet, da dies zu einem sich "auf schaukelnden" Prozeß führen würde, d. h. zu einem Prozeß der starken "Schwingungen" unterwor­ fen sein würde, so daß der Kristall ungleichmäßig wachsen würde. Wie das Kennfeld nach Fig. 2 nun zeigt, würde sich ausgehend von einem "Idealzustand" (der sich etwa im Zentrum des Kennfelds befindet) bei einem Temperatur-An­ stieg eine Förderraten-Erhöhung ergeben und ebenso auch, wenn die Badhöhe abnimmt; dagegen wird die Förderrate abnehmen, wenn die Temperatur sinkt und wenn die Badhöhe steigt. Der verwendete Regler 74 ist mit einem Fuzzy-Tech-Baustein 3/86 DX-Prozessor der Fa. Inform Aachen ausge­ stattet (für solche Anwendungen sind eine Vielzahl von Fuzzy-Prozessoren auf dem Markt verfügbar (z. B. des Typs Togai FC 110/3 oder des Typs Omron EP-3000/4). Als Tempe­ raturmesser 80 findet ein Zweifarbenpyrometer (der Fa. Ircon) und als Strahlenquelle 65 ein Laser (der Fa. Ibel) Verwendung. Wie Fig. 3 zeigt, gehen die Meßdaten der Sen­ soren 80 und 68 über die Signalleitungen 77, 78 und 81 in den Regler 74 ein, wobei die Ansteuerung des Rüttlers bzw. Förderers 76 über die Signalleitung 79 erfolgt. Wie Fig. 1 zeigt besteht der Regler 74 aus einem Datenbus 90 über den - in an sich bekannter Weise - die Analog-Digi­ tal Wandler 85, 86, der Mikoprozessor 87 und der Fuzzy- Baustein vernetzt sind. Der AD-Ausgangs-Wandler 85 steu­ ert das Stellglied 89 an, das wiederum den Förderer steu­ ert, der das Granulat über das Förderrohr 23 in den ring­ förmigen Außenbereich des Schmelzenbads rieseln läßt.

Langjährige Prozeßbeobachtungen haben gezeigt, daß eine Prozeßstabilität nur erreicht werden kann, wenn alle Regelkreise einer Kristallvorrichtung zu einer hierarch­ ischen Regelstruktur in mehreren Ebenen verknüpft werden.

Im wesentlichen sind dies die folgenden Regelweisen:

Heizerleistung
- Spannung der Stromversorgung
Heizertemperatur	- Heizerleistung
Schmelzbadtemperatur	- Heizertemperatur
Wachstumsgeschwindigkeit	- Heizertemperatur
mittlere Ziehgeschwindigkeit	- Heizertemperatur
Kristalldurchmesser	- Ziehgeschwindigkeit
Schmelzbadhöhe	- Granulat-Förderer

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung betrifft nur den zuletzt genannten Regelkreis, wobei jedoch sinngemäß auch für alle anderen Regelkreise gilt, daß deutlich Wechsel­ wirkungen zwischen den einzelnen Parametern bestehen, so daß die entsprechenden Eingangsignale über einen Fuzzy- Prozessor verarbeitet werden können.

Bei dem oben beschriebenen Regelkreis (Schmelzbadhöhe- Förderer) besteht folgende Kausalkette zum Kristall­ wachstum:

• a) Während des Ziehprozesses erfolgt eine kleine, aber meßbare Absenkung des Schmelzspiegels.
• b) Damit entsteht eine Sollwert-Istwert-Differenz der Badhöhe (L) und es erfolgt eine Reaktion des Schmelzbadhöhenreglers durch eine entsprechende Stellgrößenänderung (Ansteuerung des Förderers F).
• c) Die Badhöhen-Differenz wird durch eine erhöhte För­ derrate des Förderers ausgeglichen (was auch der ge­ wünschten Funktion des Höhen-Regelkreises entspri­ cht).
• d) Zusätzlich tritt jedoch eine unerwünschte Beein­ flussung des Temperatur-Gleichgewichts auf: Die erhöhte Förderrate von unaufgeschmolzenem Granulat bewirkt eine Abkühlung der Außenschmelze in der Heizzone, was sich dann
• e) aufgrund der thermischen Kopplung der Heizzonen auch auf die innere Heizzone auswirken kann und hier u. Umständen ein verstärktes Kristallwachstum aufgrund der etwas kühleren Schmelzbadtemperatur verursacht.
• f) Dies führt zu einer Druchmesser-Vergrößerung des wachsenden Kristalls, welche von der Durchmesser- Regelung durch Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit wieder ausgeglichen wird.
• g) Die mittlere Ziehgeschwindigkeitserhöhung aufgrund der kühleren Schmelzbadtemperatur in der inneren Heizzone wird mittelfristig durch eine Anhebung der Heizerleistung wieder ausgeglichen. Bei ungünstigen Prozeßbedingungen oder ungeeigneter Reglerabstimmung innerhalb des Gesamtsystems kann nun das ganze Sys­ tem in unerwünschte Schwingungen geraten.

Erfindungsgemäß ist deshalb eine Verknüpfung von Höhen-Regelung und Temperatur-Regelung vorgesehen, welche nach dem Prinzip einer Fuzzy-Regelstruktur arbeitet. Die Reaktion der auf die beschriebene Weise gekoppelten Regelkreise verlaufen weich und flexibel. Sowohl das langsame "Wegdriften" einzelner Parameter, als auch das Aufschaukeln zu schwer kon­ trollierbaren Schwingungen werden auf die beschrie­ bene Weise vermieden.

Auflistung der Einzelteile

 3 Kesselbodenplatte
 4, 4′ Kessel
 5 Stützrohr
 6 Wärmedämmung
 7 Schmelzgut-Auffangwanne
 8 Graphitfilzplatten
 9 Stromzuführung
10 Bodenheizer; ringförmiger, flacher erster Heizkörper
11 Stromzuführung
12 Spannbacke
13 Stirnheizer, Zylinderheizer, zweiter Heizkörper
14 Stütztiegel
15 Strahlschutzrohr
16 Wärmedämmung
17, 17a Abdeckplatte
18 Wärmedämmung
19 Durchführung
20 Hülse
21 Schutzglas
22 Durchbruch
23 Zuführrohr
24 Einfülltrichter
25 Tiegelwelle
26 Tiegeltragbolzen
27 Graphitmutter
28 Tiegeleinsatz
29 Ring
30 Ausbruch
31 Heizerfuß
32 Führungsrohr
33 Heizschlange
34 Stange
35 Öffnung
36 Schlitz
37 Schraubenspindel
38 ringförmiges, flaches Heizelement
39 hohlzylindrischer Heizer, Seitenteil
40 Heizerfuß
41 Ausnehmung
42 Keil
43, 43a Aussparung
45 Schrägbohrung
46 Schauglas
47 Stutzen
48 Kragen
49 Ziehelement
50 Stutzen
51 Schauglas
52 Vakuumkammer
53 zentrale Öffnung
54 Motor-Getriebeeinheit
55 Oberfläche der Schmelze
56 Si-Stab (hochdotiert)
57 Antriebswelle
58 Spannfutter
59 ringförmiger, flacher zweiter Heizkörper
60 Rohrstutzen
61 Einkristall
62 Zuführeinrichtung; Wind- oder Hubwerk
63 Stutzen
64 Schauglas
65 Signalgeber, Laserlichtquelle
66 Stutzen
67 Optik
68 Signalgeber, Laserlichtempfänger
69 Ventilkappe
70 Betätigungseinrichtung
71 Schleusenventil
72 Nachchargiervorrichtung
73 Tiegelrand
74 elektrischer Schaltkreis, Programmregler
75 oberer Behälter
76 unterer Behälter mit regelbarem Granulatförderer bzw. einem Rüttler
77 elektrische Signalleitung
78 elektrische Signalleitung
79 elektrische Signalleitung
80 Pyrometer, Signalgeber
81 elektrische Signalleitung
82 Stutzen
83 Optik
84 Fuzzy-Prozessor
85 AD-Wandler
86 AD-Wandler
87 Mikro-Prozessor
88 Speicher
89 Stellglied
90 Datenbus

Claims (2)

1. Verfahren zum Ziehen von Einkristallen (61) aus einer Schmelze unter Vakuum oder unter Schutzgas mit einer Vorrichtung mit einem Tiegel (14, 28), der in einer Vakuumkammer (52) angeordnet und durch die Wärmestrahlung von Heizelementen (10, 59) erhitzbar ist und bei der ein Ziehelement (49) oberhalb der im Tiegel befindlichen Schmelze vorgesehen ist, mit dem der Einkristall (61) von der Schmelzenoberfläche (55) aus nach oben zu herausziehbar ist und bei der eine Zuführung (23) vorgesehen ist, deren Einfüll­ öffnung (24) oberhalb des Tiegels (14, 28) endet und über die das Chargiergut von einer Nachchargiervor­ richtung (72) aus mit einem Förderer (76) in den Tiegel (14, 28) während des Ziehvorgangs nachfüllbar ist und mit Meßfühlern oder - Meßgeräten (80, 65) die laufend die kennzeichnenden Größen des Kristall­ ziehprozesses in einen Regler (74) einspeisen, der den Förderer (76) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der Meßfühler oder Meßgeräte (65, 68, 80) ermittelten Größen des Kristall-Ziehprozes­ ses, wie beispielsweise die Schmelzenbadhöhe und die Schmelzentemperatur, als Eingangssignale laufend dem Regler (74) zugeführt werden, dem ein Fuzzy-Prozes­ sor implementiert ist, der entlang einer empirisch ermittelte Größen berücksichtigenden Regelstruktur das Stellsignal für den Förderer ausgibt.

2. Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen (61) aus einer Schmelze unter Vakuum oder unter Schutzgas mit einem Tiegel (14, 28) der in einer Vakuumkammer (52) angeordnet und durch die Wärmestrahlung von Heiz­ elementen (10, 59) erhitzbar ist und bei der ein Ziehelement (49) oberhalb der im Tiegel befindlichen Schmelze vorgesehen ist, mit dem der Einkristall (61) von der Schmelzenoberfläche (55) aus nach oben zu herausziehbar ist und bei der ein Zuführrohr (23) vorgesehen ist, dessen Einfülltrichter (24) oberhalb des Tiegels (14, 28) endet und über das das Chargier­ gut von einer Nachchargiervorrichtung (72) aus mit einem Förderer (76) in den Tiegel (14, 28) während des Ziehvorgangs nachfüllbar ist, und mit Meßfühlern oder - Geräten (80, 65) die laufend die kennzeichnen­ den Größen des Kristall-Ziehprozesses in einen Regler (74) einspeisen der den Förderer (76) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der Meßfüh­ ler oder Meßgeräte (65, 68, 80) ermittelten Größen des Kristall-Ziehprozesses, wie beispielsweise die Schmelzenbadhöhe und die Schmelzentemperatur, als Eingangssignale laufend dem Regler (74) zugeführt werden, dem ein Fuzzy-Prozessor implementiert ist, der entlang einer empirisch ermittelte Größen berück­ sichtigenden Regelstruktur das Stellsignal für den Förderer ausgibt.