DE2050766C3 - Verfahren und Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents

Description

Nachteilig an diesen bekannten Verfahren ist, daß 45 das Hochfrequenzkabel einen relativ großen Anteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum tiegel- an Blindstrom übertragen muß.

freien Zonenschmelzen eines an seinen Enden gehal- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

terten Stabes aus Halbleitermaterial, insbesondere Si- gründe, nicht nur diesen Nachteil zu beseitigen, sonlicium, bei dem mit einer Heizspule, die über ein dein auch das Verfahren und die dazugehörige VorHochfrequenzkabel mit einem Hochfrequenzgenera- 50 richtung für einen Regelmechanismus einfacher zu tor verbunden ist, über Hochfrequenzinduktion eine gestalten.

Schmelzzone des Stabes erhitzt wird, deren Volumen Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Ver-

durch Änderung des Abstandes zwischen den beiden fahren und bei einer Vorrichtung der eingangs ge-Stabhalterungen in Abhängigkeit von der Induktivi- nannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die tat der Heizspule gesteuert wird, wobei diese Induk- 55 Induktivität der Heizspule die Frequenz des Hochtivität abhängt von der induktiven Kopplung mit dem frequenzgenerators bestimmt, daß diese Frequenz als Schmelzzonenvolumen und sich mit einer Änderung Kriterium für die Steuerung dient und daß das Hochdes Schmelzzonenvolumens ändert. frequenzkabcl angepaßt betrieben wird.

Ein solches Verfahren und die dazugehörige Vor- Der große Vorteil gegenüber dem erwähnten Stand

richtung sind bekannt und beispielsweise in der deut- 60 der Technik besteht darin, daß zum Bilden eines sehen Patentschrift 1153 908 beschrieben. Der Kriteriums für ein Abweichen des schmelzflüssigen eigentliche technische Vorgang des Zonenschmelzens Volumens vom SoHvolumen nicht mehr ein Abweibesteht dabei darin, daß eine Heizspule um einen chen von einer bereits vorhandenen Verstimmung Halbleiterstab in seiner Längsrichtung bewegt wird. zweier Kreise benötigt wird, die zu einer erheblichen Im Bereich der Heizspule schmilzt das Halbleiterma- 65 Belastung des Hochfrequenzkabels mit Blindleistung terial durch induktive Erhitzung. Durch die Bewe- führt. Bei dem erfiiidungsgemäßen Verfahren genügt gting der Heizspule, durch das damit verbundene eine einfache Frequenzmessung, die die Abweichung Wandern der Schmelzzone mit dem anschließenden von einer Sollfrequenz als Kriterium für die VoIu-

menabweiphung bildet. Dabei ist das Hochfrequenzkabel für die Sollfrequenz so abgestimmt, daß es möglichst nur Wirkleistung übertragen muß. Das ergibt nicht nur eine geringere Kabelbelastung, sondern auch eine Erhöhung der Betriebssicherheit des verwendeten Hochfrequenzgenerators,

An Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels soll das Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung näher^ erläutert werden. Ein Halbleiterstab 1 ist an seinen beiden Enden in zwei Halterungen 3 und 4 eingespannt. Die Halterung 4 ist mechanisch mit einem Mechanismus S verbunden, der die Halterung 4 gegen die Halterung 3 in beiden Richtungen verschieben kann. Das Auslösesignal für den Mechanismus 5 wird dabei von einem Regler 6 geliefert. Der Stab 1 ist in seiner Schmelzzone von einer Heizspule 7 umgeben, der ein Kondensator 8 parallel geschaltet ist.

Die Heizenergie wird von einem Hochfrequenz- ao generator geliefert, der in an sich bekannter Weise aus einer Röhre 9 mit Anorck, Gitter un<l Katode und aus einem Schwingkreis am Ausgang der Röhre mit Rückkopplung zu ihrem Eingang besteht. Dieser Schwingkreis besteht aus einer Spule 11 und aus einem parallel dazu liegenden variablen Kondensator 10. Über ein Hochfrequenzkabel 12, vorzugsweise als Koaxialkabel ausgebildet, liegt die Heizspule 7 einem Teil der Spule 11 parallel. Der Außenleiter und damit eine Anzapfung der Spule 11 ist mi' Masse verbunden. Der eine Verbindungspunkt des Kondensators 10 mit der Spule 11 ist mit der Anode, der andere mit dem Innenleiter des Hochfrequenzkabels 12 und über einen Kondensator 13 mit dem Gitter der Röhre 9 verbunden. Zwischen Gitter und Kathode liegt ein ohmscher Widerstand 14. Die Anode erhält über eine Spule 16 eine Anodenspannung U_A, Die Kathode liegt auf Masse, Induktiv gekoppelt mit der Spule Il ist eine Spule 15, die zum Eingang des Reglers 6 führt.

Der Hochfrequenzgenerator schwingt auf einer Frequenz, die von der Größe seiner Blindwiderstände bestimmt wird. Einen Teil der Induktivität liefert die Hochfrequenzspule 7, deren Selbstinduktion, wie oben beschrieben, vun der Größe des von ihr umgebenen schmelzflüssigen Volumens abhängt. Somii beeinflußt die Größe des schmelzflüssigen Volumens die Frequenz des Hochfrequenzgenerators. Diese Frequenz wird über die Spule IS gemessen und zu Regelzwecken dem Regler 6 zugeführt. Dieser formt ein Steuersignal für den Mechanismus S, dsr über eine Abstandsverringerung bzw. Abstandsvergrößerung zwischen den beiden Stabhalterungen 3 und 4 das schnelzflüssige Volumen strecken bzw. stauchen kann und damit die Frequenz wieder auf einen eingestellten Sollwert bringt, der dem gewünschten Volumen entspricht. Has Hochfrequenzkabel 12 ist weitgehend angepaöi betrieben und erfährt dadurch keine unnötige Belastung. Über eine Änderung der Anodenspannung U_A läßt sich die der Schmelzzone zugeführte Energie steuern.

Mit dem Kondensator 8 des Ausführungsbeispiels wird die Induktivität der Heizspule 7 den Erfordernissen des Hochfrequenzgenerators angepaßt. Das läßt sich auch dadurch erreichen, daß die elektrische Länge des Hochfrequenzkabels IX zur Transformation der Induktivität der Heizspule 7 ausgenutzt wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Hochfrequenzgenerator mit der Heizspule 7 bewegt wird, d. h. mit ihr eine bauliche Einheit bildet. Dadurch wird praktisch die Länge des Hochfrequenzkabels zu Null. Dem Hochfrequenzgenerator braucht dann über ein bewegliches Kabel nur noch Gleichstromleistung zugeführt zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Erstarren des Halbleitermaterial» erreicht man eine Patentansprüche: Umwandlung des Stabes von polykristallinem in ein- kristnllines Material, frrner eine Reinigung des Mate-

1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen rials, da Fremdstoffe mit der Schmelzzone wandern, eines an seinen Enden gehalterten Stabes aus 5 und eine Beeinflussung; der Stabdicke,
Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, bei Was die Beeinflussung der Stabdicke betrifft, so dem mit einer Heizspule, die über ein Hochfre- sind in erster Linie dafür maßgebend die Große und quenzkabel mit einem Hochfrequenzgenerator die Form des scbmelzflüssigen Volumens. Es besteht verbunden ist, über Hochfrequenzinduktion eine damit zur Einflußnahme zum einen die Möglichkeit, Schmelzzone des Stabes erhitzt wird, deren VoIu- io die Zufuhr der Hochfrequenzenergie zu steuern, zum men durch Änderung des Abstandes zwischen anderen die Möglichkeit, den Abstand der beiden den beiden Stabhalterungen in Abhängigkeit von Halterungen des Stabes zu steuern und damit das der Induktivität der Heizspule gesteuert wird, schmelzflüssige Volumen zu strecken oder zu stauwobei diese Induktivität abhängt von der indukti- chen.

ven Kopplung mit dem Schmelzzonenvolumen 15 Aus der obenerwähnten Patentschrift ist es be- und sich mit einer Änderung des Schmelzzonen- kannt, zur Herstellung eines einkristallinen Halbvolumens ändert, dadurch gekennzeich- leiterstabes definierter, d.h. in einem gewünschten net, daß die Induktivität der Heizspule (7) die Bereich gleichbleibender Dicke über ein^n Mcchanis-Frequenz des H«x:hfrequenzgenerators bestimmt, mus den Abstand der beiden Stabhalterungen zu daß diese Frequenz als Kriterium für die Steue- 20 steuern. Dabei gilt als Kriterium für diese Steuerung rung dient und daß das Hochfrequenzkabel (12) die Größe des schmelzflüssigen Volumens. Dieses angepaßt betrieben wird. Volumen ist induktiv gekoppelt mit der Heizspule

2. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfah- und beeinflußt deren Selbstinduktion. Die Heizspule rens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, bildet mit einem Kondensator einen Sekundärkreis daß der Hochfrequenzgenerator mit der Heiz- 15 zu einem Primärkreis, der sich im Hochfrequenzspule (7) eine bauliche Einheit bildet, so daß die generator befindet. Zwischen Primärkreis und Sekun-Länge des Hochfrequenzkabels (12) beliebig därkreis liegt ein Hochfrequenzkabel, das die Heizklein ist. leistung überträgt. Beide Kreise sind gegeneinander

3. Vorrichtung, zum Durchführen eines Verfah- verstimmt, d. h. der Arbeitspunkt liegt auf der ansteirens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 30 genden Flanke der Durchlaßkurve der Gesamtanorddaß die Länge des Hochfrequenzkabels (12) so nung. Durch eine Änderung der Selbstinduktion der bemessen ist, daß die Induktivität der Heizspule Heizspule ändert sich diese Verstimmung, die sich in

(7) in den Schwingkreis des Hochfrequenzgenera- einer Änderung der Belastung der Generatorröhre tors transformiert wird. und damit in einer Änderung des Anodenstromes äu-

4. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfah- 35 ßert. Da nun auf diese Weise einer bestimmten rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Größe des Anodenstromes eine bestimmte Dicke des daß parallel zur Heizspule (7) ein Kondensator erstarrenden Halbleiterstabes entspricht, wird die

(8) liegt, der die wirksame Induktivität der Heiz- Größe des Anodenstromes als Kriterium für die spule (7) an den Hochfrequenzgenerator anpaßt. Steuerung benutzt. Damit ist ein Regelkreis geschlos-

<o sen, dessen Regelgröße das schmelzflüssige Volumen bzw. die Stabdicke, dessen Stellgröße der Halte-

rungsabstand und dessen Meßgröße der Anodenstrom der Generatorröhre ist.