DE2315469C3 - Method and apparatus for producing high-purity semiconductor material - Google Patents
Method and apparatus for producing high-purity semiconductor materialInfo
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Description
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65 nungsquelle an je eine Gruppe der in Serie liegenden stabförmigen Trägerkörper anlegbar ist 65 voltage source can be applied to each group of the rod-shaped support bodies lying in series
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den von den Phasen der Hilfsspannungsquelle gespeisten und je eine Gruppe von Trägerstäben enthaltenden Stromkreisen je ein Stromwandler vorgesehen ist, und daß zur Regelung auf konstanten Zündstrom je ein Steuersatz und je ein mit der Primärwicklung des Stromwandlers in Serie liegendes Paar antiparallel geschalteter Thyristoren vorgesehen sind.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that in the phases of the Auxiliary voltage source fed and a group of support rods containing circuits each one Current transformer is provided, and that for the control of constant ignition current each a tax rate and each a pair of anti-parallel connected thyristors in series with the primary winding of the current transformer are provided.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, mit stabförmigen Trägerkörpern aus Halbleitermaterial, die in einem Abscheidungsgefäß angeordnet sind, mit einer Betriebsstromquelle, hinsichtlich derer die Trägerkörper in Serie geschaltet sind, und mit einer Hilfsspannungsquelle an den Trägerkorpern, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch eine entsprechend angelegte Hiifsspannung sich in leitendem Zustand befindliche und zueinander antiparallel geschaltete Thyristoren angeordnet sind, die bei Vorliegen des Sollwertes des von der Hilfsspannungsquelle gelieferten Zündstroms in den einzelnen Gruppen von Trägerstäben in den Sperrzustand umschaltbar sind.7. Apparatus for performing the method according to claim 4, with rod-shaped support bodies made of semiconductor material, which are arranged in a separation vessel, with an operating current source, with regard to which the carrier bodies are connected in series, and with an auxiliary voltage source on the carrier bodies, characterized in that two by a correspondingly applied auxiliary voltage Thyristors that are in the conductive state and connected in antiparallel to one another are arranged, which when the setpoint value of the ignition current supplied by the auxiliary voltage source is present can be switched to the locked state in the individual groups of support rods.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt sechs Stäbe vorgesehen sind, die in Gruppen zu je zwei Stäben aufgeteilt sind, wobei die zu einer Gruppe gehörenden Trägerstäbe mit dem einen Ende an einer Elektrode befestigt und mit dem anderen Ende mit dem zur gleichen Gruppe gehörenden stabförmigen Trägerkörper über eine leitende Brücke, insbesondere aus dem gleichen Halbleitermaterial, verbunden sind, und daß diese Gruppen bezüglich der durch einen Niederspannungstransformator gegebenen Betriebsstromquelle hintereinandergeschaltet sind, während die einzelnen Gruppen durch je eine Phase der dreiphasigen Wechselstrom abgebenden Hilfsspannungsquelle beaufschlagbar sind.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that a total of six rods are provided, which are divided into groups of two rods each, with the one group belonging support rods with one end attached to an electrode and with the other end with the rod-shaped support body belonging to the same group over a conductive bridge, in particular made of the same semiconductor material, and that these groups are related the operating current source given by a low voltage transformer connected in series are, while the individual groups each through a phase of three-phase alternating current emitting auxiliary voltage source can be acted upon.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hochreinem Halbleitermaterial unter Abscheidung aus einem Reaktionsgas an der Mantelfläche von in dem Reaktionsgas auf Abscheidungstemperatur erhitzten und aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehenden stabförmigen, hinsichtlich einer durch direkten Stromdurchgang auf die Abscheidungstemperatur erhitzenden Betriebsstromquelle hintereinandergeschalteten Trägerkörpern, wobei vor Beginn der Abscheidung die Trägerkörper mit einer Hilfsspannungsquelle einer höheren Spannung als die der Betriebsstromquelle beaufschlagt und durch den hierdurch bedingten Stromfluß so weit vorgewärmt werden, daß die an die Serienschaltung der Trägerkörper angelegte Betriebsstromquelle den für die Beheizung während der Abscheidung erforderlichen Strom allein zu liefern imstande ist (Abscheidebedingung).The invention relates to a method for producing high-purity semiconductor material with deposition from a reaction gas on the jacket surface of heated in the reaction gas to the deposition temperature and rod-shaped, made of the same semiconductor material, with regard to a direct current passage series-connected to the deposition temperature heating operating power source Carrier bodies, with the carrier body being connected to an auxiliary voltage source before the start of the deposition higher voltage than that of the operating power source and the resulting Current flow are preheated so far that the operating current source applied to the series circuit of the carrier body is the one for heating during the Deposition is able to deliver the required current alone (deposition condition).
Ein solches Verfahren ist in der französischen Patentschrift 1125 207 und in der DE-AS 12 12 948 beschrieben.Such a method is described in French patent specification 1125 207 and in DE-AS 12 12 948 described.
Die Vorwärmung der stabförmigen, insbesondere aus hochreinerh Silicium bestehenden Trägerkörper durch Anlegen einer genügend hohen Hiifsspannung hat denThe preheating of the rod-shaped, in particular made of high-purity silicon support body through Applying a sufficiently high auxiliary voltage has the
Vorteil, von allen bekannten Methoden den Widerstand des bzw. der Trägerkörper von dem hohen, bei Zimmertemperatur geltenden Wert auf einen so niedrigen Wert herabzusetzen, daß die eine wesentlich niedrigere Spannung aufweisende Betriebsstromquelle die Trägerstäbe weiter aufheizen kann. Verständlicherweise kommt man um so rascher zum Ziel, je höher die zur Verfügung stehende Hilfsspannung ist Aufgrund der Hilfsspannung fließt dann in den Trägern ein elektrischer Strom zunächst geringer Stärke, der aber genügend Wärme entwickelt, um nicht nur Wärmeverluste an die Umgebung zu decken, sondern auch die Temperatur der Stäbe allmählich zu steigern und damit deren Widerstand herabzusetzen in der Lage ist. Es kommt also infolge einer genügend hoch gewählten Hilfsspannung zu keinem stationären Zustand, sondern zu einem zukzessiven Aufschaukeln der Temperatur und des Stroms und damit zu einer laufenden Verminderung des elektrischen Widerstandes des Trägerkörpers aufgrund seiner fallenden Temperatur-Widerstandscharakteristik so lange, bis die einen wesentlichen geringeren Spannungswert zur Verfügung stellende Betriebsstromquelle trotz ihrer niederen Spannung einen den Trägerstab weiter aufheizenden Strom an diesen abgeben kann. Gegebenenfalls kann dieses Vorheizen oder »Zünden« der Trägerstäbe durch Infrarotbestrahlung der Trägerstäbe unterstützt werden. Advantage of all known methods, the resistance of the carrier body or the high, at Room temperature to be reduced to such a low value that one of them is significant Operating power source having a lower voltage can further heat the support rods. Understandably The higher the available auxiliary voltage, the faster the goal is reached The auxiliary voltage then flows in the carrier, an electric current initially low strength, but the developed enough heat to cover not only heat losses to the environment, but also the Gradually increase the temperature of the rods and thus reduce their resistance is able. It does not come to a steady state as a result of a sufficiently high auxiliary voltage, but rather to an incremental increase in temperature and current, and thus to an ongoing one Reduction of the electrical resistance of the support body due to its falling temperature-resistance characteristics until the operating current source, which provides a significantly lower voltage value, despite its low one Voltage can deliver a current to the support rod which further heats up the latter. If necessary, can this preheating or "ignition" of the support rods can be supported by infrared irradiation of the support rods.
Das Zünden der Trägerstäbe erfordert einerseits eine ziemlich hohe Spannung (pro 1 m Trägerstab muß man mehrere kV rechnen). Andererseits ist die Stromtelastung beim Zünden nur in der Größenordnung von Milliampere. Für die Betriebsspannung benötigt man eine niedrige Spannung, jedoch einige Tausend Ampere Heizstrom. Man braucht also für die Betriebsstromquel-Ie einen Niederspannungstransformator und die Hilfsspannungsquelle einen Hochspannungstransformator.The ignition of the support rods requires, on the one hand, a fairly high voltage (per 1 m of support rod you have to calculate several kV). On the other hand, the current load during ignition is only in the order of magnitude of Milliamps. A low voltage, but a few thousand amperes, is required for the operating voltage Heating current. So you need a low-voltage transformer and the auxiliary voltage source for the operating current source a high voltage transformer.
Es ist nun ohne weiteres möglich, mit einer vom Stromversorgungsnetz gespeisten Betriebsstromquelle im Falle der Verwendung von Silicium als Halbleiter mehrere Meter Trägerstäbe auf die Abscheidungstemperatur zu bringen. Man nutzt diese Tatsache aus, indem man statt eines entsprechenden langen Trägerstabes mehrere Trägerstäbe mit kürzeren Längen, die vorzugsweise im selben Reaktionsgefäß angeordnet werden, bezüglich der Betriebsstromquelle hinteieinandergeschaltet. Ein gleiches Vorgehen bezüglich der der Vorwärmung dienenden Hilfsspannungsquelle führt aber zu sehr hohen Spannungen. Um diese zu vermeiden, kann man entsprechend den Ausführungen der deutschen Patentschrift 12 12 948 die Trägerstäbe einzeln mit einer Hilfsspannungsquelle mit entsprechend niedriger Spannung vorwärmen, um sie dann, sobald sie genügend vorgewärmt sind, einzeln an die Betriebsstromquelle zu legen, bis die Betriebsstromquel-Ie voll ausgelastet istIt is now easily possible with an operating power source fed by the power supply network in the case of using silicon as a semiconductor, several meters of support rods to the deposition temperature bring to. You take advantage of this fact by instead of a corresponding long support rod several support rods with shorter lengths, which are preferably arranged in the same reaction vessel, connected in series with respect to the operating power source. The same procedure with regard to the The auxiliary voltage source used for preheating leads to very high voltages. To this too avoid, you can according to the statements of the German patent 12 12 948 the support rods preheat them individually with an auxiliary voltage source with a correspondingly low voltage, in order to then as soon as they are sufficiently preheated, individually to the operating current source until the operating current source Ie is fully utilized
Ein solches Vorgehen ist jedoch zeitraubend. Aus der DE-AS 11 84 733 ist eine Anordnung zur Stromversorgung eines in einer Gasphasenabscheidungsanlage befindlichen Halbleiterträgerkörpers bekannt, an den eine Betriebsspannung, die aus einem Drehstromnetz bezogen wird, angelegt ist und an den als Zusatzspannung während der Aufheizzeit eine einphasige Spannungsquelle zugeschaltet wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch nur ein Trägerstab vorhanden und keine Regelung bzw. Begrenzung des Aufheizstromes vorgesehen. Günstiger ist es, eine simultane Vorwärmung mehrerer Trägerstäbe anzuwenden und eine Regelung des Aufheizstromes vorzusehen, wie es der vorliegenden Erfindung entsprichtHowever, such an approach is time consuming. From DE-AS 11 84 733 an arrangement for power supply is a semiconductor carrier body located in a gas phase deposition system is known to the an operating voltage, which is obtained from a three-phase network, is applied and to which as additional voltage a single-phase voltage source is switched on during the heating-up time. With this well-known Arrangement, however, there is only one support rod and no regulation or limitation of the heating current intended. It is more favorable to use a simultaneous preheating of several support rods and to provide a control of the heating current, as it corresponds to the present invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs definierten Art Sie sieht erfindungsgemäß vor, daß die einzelnen Fhasen einer 73-phasigen (n größer 2; π = ganzzahlig) Hilfsspannungsquelle an je eine Gruppe der seriengeschalteten Trägerkörper derart gelegt werden, daß alle Trägerkörper an Spannung liegen, und daß der von der Hilfsspannungsquelle gelieferte Zündstrom in jeder Gruppe auf Abscheidebedingung geregelt wird.The invention relates to a method of the type defined at the outset. According to the invention, the individual phases of a 73-phase (n greater than 2; π = integer) auxiliary voltage source are applied to a group of the series-connected carrier bodies in such a way that all carriers are connected to voltage, and that the ignition current supplied by the auxiliary voltage source is regulated in each group according to the separation condition.
Man benötigt für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Hilfsspannungsquelle z. B. ein fl-phasiges Versorgungsnetz, dessen Spannung über einen n-phasigen Transformator auf hohe Spannung uirstransportiert wird. Die einzelnen Phasen dieser umtransformierten Spannung werden dann an je eine der insgesamt vorgesehenen π Gruppen von Trägern gelegt, so daß also die Vorwärmung der einzelnen Gruppen gleichzeitig erfolgt. Da außerdem sämtliche Träger bereits so in Reihe liegen, wie sie dann während der Abscheidung an der Betriebsstromquelle liegen, bedarf es nur eines einfachen einzigen Schaltvorgangs, die Träger an die Betriebsspannungsquelle zu legen und die Hilfsspannungsquelle auszuschalten. Dies ist auf verschiedene Weise möglich, wie noch näher beschrieben werden wird.You need for the implementation of the method according to the invention as an auxiliary voltage source z. B. a fl-phase supply network, the voltage of which is transported to high voltage via an n-phase transformer. The individual phases of this transformed voltage are then applied to one of the π groups of carriers provided, so that the individual groups are preheated at the same time. In addition, since all the carriers are already in series in the way they are then connected to the operating current source during the deposition, only a simple single switching operation is required to connect the carriers to the operating voltage source and to switch off the auxiliary voltage source. This can be done in a number of ways, as will be described in more detail below.
Es ist verständlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem Verfahren nach der DE-PS 12 12 948 zeitsparend ist. Als weiterer Vorteil ist die Verminderung der benötigten Hilfsspannung zu nennen. Wenn man nämlich für eine gleichzeitige Beaufschlagung sämtlicher in Reihe geschalteter Träger mit einer Hilfsgleichspannungsquelle oder normalen Wechselspannungsquelle eine Spannung U benötigt, so kommt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Spannung zum Ziel, die um den Faktor cos (φ/η) < 1 verringert ist.It is understandable that the method according to the invention is time-saving compared to the method according to DE-PS 12 12 948. Another advantage is the reduction in the auxiliary voltage required. If a voltage U is required for the simultaneous application of all series-connected carriers to an auxiliary DC voltage source or normal AC voltage source, the method according to the invention achieves the goal with a voltage that is reduced by the factor cos (φ / η) <1 .
Der am häufigsten vorkommende Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Anwendung einer Dreiphasenspannung als Hilfsspannungsquelle gegeben, weil eine solche Spannung durch die meisten üblichen Versorgungsnetze geliefert wird. Die folgenden Betrachtungen sollen sich daher auf diesen Fall beschränken. Man erkennt aber unmittelbar, daß mar» bei Verallgemeinerung auf η Phasen die aus den F i g. 1 bis 3 ersichtlichen und dort pro Phase vorgesehenen Vorrichtungsmerkmale dann der entsprechenden größeren Phasenzahl nicht dreimal sondern eben n-mal vorsehen muß.The most common case of the method according to the invention is the use of a three-phase voltage as an auxiliary voltage source, because such a voltage is supplied by most of the usual supply networks. The following considerations should therefore be restricted to this case. One recognizes immediately, however, that when generalizing to η phases, those from FIGS. 1 to 3 device features which can be seen and which are provided there for each phase must then provide the corresponding larger number of phases not three times but n times.
Es ist nun möglich, die Betriebsspannungsquelle während der Zündung abgeschaltet zu lassen und sie erst dann einzuschalten, wenn alle Stäbe gezündet sind. Dies entspricht dem in F i g. 1 dargestellten Fall. Hier muß ein Schalter betätigt werden, der die Betriebsspannung an die Gesamtheit der Trägerstäbe legt. Man kann aber auch die Betriebsspannungsquelle im vornherein an die Trägerstäbe legen (dabei ist die Primärseite abgeschaltet), aber ihre Wirksamkeit zunächst durch »Kurzschließen« der Betriebsstromquelle ausschalten. Nach erfolgtem Zündvorgang, d. h. wenn alle Gruppen von Trägerstäben den Sollwert des Zündstromes erreicht haben, wird dann dieser »Kurzschluß« aufgehoben, so daß die Betriebsstromquelle auf die Gesamtheit der Trägerstäbe arbeiten kann. Die Betriebsstromquelle ist mindestens in diesem Falle durch die Sekundärseite eines an eine Zweiphasenwechselstrom üefernde Stromquelle (also wiederum einem entsprechendenIt is now possible to leave the operating voltage source switched off during the ignition and you to be switched on only when all sticks have been ignited. This corresponds to that in FIG. 1 illustrated case. here a switch must be operated, which applies the operating voltage to the entirety of the support bars. One can but also place the operating voltage source on the support bars in advance (the primary side is switched off), but first switch off their effectiveness by »short-circuiting« the operating power source. After the ignition process, i. H. when all groups of support rods reach the setpoint of the ignition current have reached, then this "short circuit" is canceled, so that the operating current source on the whole the support rods can work. The operating current source is at least in this case through the secondary side a current source to a two-phase alternating current (i.e. again a corresponding
Versorgungsnetz) angelegten Niederspannungstransformators gegeben. Die F i g. 2 und 3 bringen eine Anschaltung der Betriebsstromquelle, bei der diese während der Vorwärmung »kurzgeschlossen« ist.Supply network) applied low-voltage transformer. The F i g. 2 and 3 bring one Connection of the operating power source at which it is »short-circuited« during preheating.
Im Beispielsfalle sind 6 etwa gleich lange Siliziumstäbe Xa bis Xf vorgesehen. Die Stäbe haben z. B. eine Länge von 0,4 bcs 2 m. Sie sind in Gruppen I, II und III aufgeteilt. Zur Gruppe I gehören die Stäbe Xa und Ιό, zur Gruppe II die Stäbe Ic und Xd und zur Gruppe III die Stäbe Ie und XF. Jeder Stab ist an seinem unteren Ende in vertikaler Lage von je einer am Boden eines Abscheidungsgefäßes 5 angeordneten Elektrode gehaltert, die gegenüber den übrigen dieser Elektroden elektrisch isoliert ist. Dem Stab Xa ist die Elektrode 2a, dem Stab Xb die Elektrode 2b und schließlich dem Stab Xf die Elektrode 2/zugeordnet. An ihren oberen Enden sind die stabförmigen Trägerkörper soweit sie zu derselben Gruppe gehören, durch je eine leitende Brücke 3a bzw. 3b bzw. 3c, die vorzugsweise aus dem betreffenden hochreinem Halbleitermaterial besteht, miteinander verbunden. Andererseits besteht zwischen den Elektroden 2iund 2cbzw. 2c/und 2e je eine leitende Verbindung 4a bzw. 4b mit je einem Mittelabgriff B bzw. C Die Elektrode 2a ist mit dem Abgriff A, die Elektrode 2/mit dem Abgriff D verbunden. Eine an die Abgriffe A und D gelegte Spannungsquelle ist somit durch die Serienschaltung der Gruppen I, II und III von stabförmigen Trägerkörpern an die Gesamtheit der in Serie liegenden Trägerstäbe Xa-Xf gelegt, während eine zwischen die Anschlüsse A und B bzw. C und D gelegte Spannungsquelle jeweils nur an eine der Gruppen I bzw. II bzw. III von Trägerstäben gelegt ist.In the example, 6 silicon rods Xa to Xf of approximately the same length are provided. The rods have z. B. a length of 0.4 to 2 m. They are divided into groups I, II and III. Group I includes bars Xa and Ιό, group II includes bars Ic and Xd, and group III includes bars Ie and XF. Each rod is held at its lower end in a vertical position by an electrode which is arranged at the bottom of a separation vessel 5 and is electrically insulated from the rest of these electrodes. The electrode 2a is assigned to the rod Xa , the electrode 2b to the rod Xb and finally the electrode 2 / to the rod Xf. At their upper ends, the rod-shaped carrier bodies, insofar as they belong to the same group , are connected to one another by a conductive bridge 3a or 3b or 3c, which preferably consists of the relevant high-purity semiconductor material. On the other hand, between the electrodes 2i and 2cbzw. 2c / and 2e each have a conductive connection 4a or 4b , each with a center tap B and C, respectively. The electrode 2a is connected to the tap A, the electrode 2 / to the tap D. A voltage source connected to taps A and D is thus connected to all of the series-connected carrier bars Xa-Xf through the series connection of groups I, II and III, while one is connected between connections A and B or C and D. applied voltage source is only applied to one of the groups I or II or III of support rods.
Demgemäß wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Betriebsstromquelle an die Anschlüsse A und D und je eine Phase der Hilfsspannungsquelle an die Anschlüsse A und S bzw. B und C'bzw. Cund D gelegt.Accordingly, in the method according to the invention, the operating current source is connected to the connections A and D and one phase each of the auxiliary voltage source is connected to the connections A and S or B and C ′ or. C and D placed.
Die Anordnung der Trägerstäbe la— l/befindet sich in einem gemeinsamen Reaktionsgefäß 5, an dessen Boden die die Trägerstäbe halternden Elektroden 2a—2/befestigt sind. Der Boden besteht beispielsweise aus einer Quarzplatte oder einer Metallplatte. Im übrigen ist das Reaktionsgefäß nur durch einen gestrichelten rechteckigen Umriß angedeutet, während Einzelheiten, z. B. hinsichtlich der Versorgung mit dem benötigten Reaktionsgas der Einfachheit halber weggelassen sind.The arrangement of the support rods 1/1 is located in a common reaction vessel 5 on which The electrodes 2a-2 / holding the support rods are attached to the bottom. The floor is made for example from a quartz plate or a metal plate. In addition, the reaction vessel is only through one dashed rectangular outline indicated, while details such. B. regarding the supply of the required reaction gas are omitted for the sake of simplicity.
Die Betriebsstromquelle ist durch die Sekundärwicklung eines an eine normale Zweiphasen-Wechselspannungsquelle gelegten Transformators 6 gegeben. Die Spannung kann beispielsweise dem zur Verfügung stehenden Versorgungsnetz entnommen werden. Zweckmäßig werden im Primärkreis des Transformators 6 Mittel zur Konstanthaltung der Amplitude bzw. des Effektivwertes des im Primärkreis des Transformators 6 fließenden Stroms vorgesehen, wie sie aus der DE-OS 21 33 863 bekannt sind.The operating current source is connected to a normal two-phase AC voltage source through the secondary winding placed transformer 6 given. The voltage can be available, for example standing supply network. They are useful in the primary circuit of the transformer 6 Means for keeping the amplitude or the effective value of the in the primary circuit of the transformer constant 6 flowing current provided, as they are known from DE-OS 21 33 863.
An der Sekundärseite des Transformators 6 sind zunächst verschiedene Abgriffstellen vorgesehen, welche es gestatten, die den Anschlüssen A und D und damit der Gesamtheit der stabförmigen Trägerkörper zugeführte Spannung auf verschiedene Werte zu bemessen. Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß die Trägerstäbe la—1/ im Verlauf des Abscheidevorgangs ihren Durchmesser vergrößern und damit ihren Widerstand gegebenenfalls um eine oder mehrere Größenordnungen verändern. Dann wird eine entsprechend niedrigere Betriebsspannung benötigt, um den Trägerstäben die für die Aufrechterhaltung der Abscheidungstemperatur erforderlichen Ströme zuzuführen. Demzufolge ist es mittels des Schalters 7 möglich, die verschiedenen, an der Sekundärseite des Wechselstromtransformators 6 abnehmbaren Spannungswerte einzeln auf die Gesamtheit der Trägerkörper zu schalten.On the secondary side of the transformer 6, various tapping points are initially provided which allow the voltage supplied to the connections A and D and thus to the entirety of the rod-shaped support bodies to be measured to different values. It must be taken into account that the support rods 1a-1 / increase their diameter in the course of the deposition process and thus change their resistance by one or more orders of magnitude if necessary. A correspondingly lower operating voltage is then required in order to supply the carrier rods with the currents required to maintain the deposition temperature. Accordingly, it is possible by means of the switch 7 to switch the various voltage values that can be taken off on the secondary side of the AC transformer 6 individually to the entirety of the carrier bodies.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung bleiben die Schalter 7 offen und demzufolge die Trägerstäbe Xa-Xf von der Betriebsspannungsquelle abgeschaltet. Statt dessen wird über die Anschlußpaare F, G bzw. G, f/bzw.In the case of the in FIG. 1, the switches 7 remain open and consequently the support bars Xa-Xf are disconnected from the operating voltage source. Instead, the connection pairs F, G or G, f / or.
ίο H, J einzeln mit je einer Phase der dreiphasigen Hilfsspannungsquelle beaufschlagt. Als Hilfsspannungsquelle ist die Sekundärseite eines Dreiphasen-Hochspannungstransformators 8 vorgesehen, dessen Primärseite von einer eine ausreichende Energie zur Verfügung stellenden dreiphasigen Spannungsquelle, z. B. einem zur Verfügung stehenden Dreiphasennetz, beaufschlagt ist. Die Anschlüsse, an denen die Phasen der Versorgungsspannungsquelle anzulegen sind, sind mit R. S, Tund Mn bezeichnet An den Anschlußpaaren U, X bzw. V. Y bzw. W, Z wird dann eine hohe Sekundärspannung abgenommen, wobei die einzelnen Phasen je einer Gruppe I, II, III von Trägerstäben in der aus der F i g. 1 ersichtlichen Weise zugeführt wird. Bei der Projektierung des Transformators 8 ist damit zu rechnen, daß man je Meter Trägerstab mit einer Effektivspannung von etwa 500 V im Falle der Verwendung von Silizium zu rechnen hat, während für die Betriebsspannung etwa 150—200 V per m Länge benötigt wird. Dabei ist ein Durchmesser des Stabes von 4—6 mm zugrunde gelegtίο H, J each acted upon by one phase of the three-phase auxiliary voltage source. The secondary side of a three-phase high-voltage transformer 8 is provided as the auxiliary voltage source. B. an available three-phase network is applied. The terminals to which the phases of the supply voltage source to be applied are, R. S, T and M n refers to the pairs of terminals U, X or V. Y and W, Z is then removed, a high secondary voltage, wherein the individual phases, depending a group I, II, III of support rods in the FIG. 1 apparent way is supplied. When planning the transformer 8, one must reckon with an effective voltage of around 500 V per meter of support bar when using silicon, while around 150-200 V per meter of length is required for the operating voltage. This is based on a diameter of the rod of 4–6 mm
Die Anschlußpaare U, X bzw. V, Y bzw. IV. Z der Sekundärseite des Drehstromtransformators 8 arbeiten auf je eine der Gruppen I, II, III von Trägerstäben. Deshalb ist das Anschlußpaar U, X mit dem Anschlußpaar A, B, das Anschlußpaar V, V mit dem Anschlußpaar B. Cund das Anschlußpaar W, ZmW dem Anschlußpaar C, D verbunden. Dazwischen sind Mittel zur Einregelung und damit Begrenzung des von dem Drehstromtransformators 8 gelieferten Zündstroms in jeder der Gruppen I, II, III von Trägerstäben auf einen Wert vorgesehen, bei dem die eine merklich niedrigere Spannung als die Hilfsspannungsquelle aufweisende Betriebsstromquelle 6 in der Lage ist, die weitere Aufheizung der Trägerstäbe la—1/ ohne weitere Unterstützung der Hilfsspannungsquelle vorzunehmen und schließlich die erforderliche Abscheidetemperatur aufrechtzuhalten.The connection pairs U, X or V, Y or IV. Z of the secondary side of the three-phase transformer 8 each work on one of the groups I, II, III of support rods. The pair of connections U, X is therefore connected to the pair of connections A, B, the pair of connections V, V to the pair of connections B. C and the pair of connections W, ZmW to the pair of connections C, D. In between, means are provided for regulating and thus limiting the ignition current supplied by the three-phase transformer 8 in each of the groups I, II, III of support rods to a value at which the operating current source 6, which has a significantly lower voltage than the auxiliary voltage source, is able to to carry out further heating of the carrier rods 1a-1 / without further support from the auxiliary voltage source and finally to maintain the required deposition temperature.
Zunächst ist in jedem der von den Phasen der Sekundärspannung der Hilfsspannungsquelle 8 betriebenen und je eine Gruppe I, II, III von Trägerstäben enthaltenden Stromkreise je ein den Strom in diesen Kreisen überwachendes Element im Beispielsfall je ein Stromwandler 9a, 9o, 9c; vorgesehen. Das überwachende Element jedes Stromkreises ist mit je einem Paar in Antiparallelschaltung angeordneter Thyristoren 10a, lOöbzw. 10c, 10c/bzw. 1Oe, 10/in Reihe geschaltet Mit Hilfe dieser Thyristorenpaare läßt sich der Einsatzpunkt für die positive bzw. negative Amplitude der betreffenden Phase der Hilfsspannungsquelle 8 einstellen. Die Einstellung selbst wird über je einen der betreffenden Phase zugeordneten Steuersatz 11a bzw. 116 bzw. lic vermitteltFirst, in each of the phases of the secondary voltage of the auxiliary voltage source 8 is operated and in each case a group I, II, III of circuits containing carrier rods, one each for the current in these Circles monitoring element in the example, one current transformer 9a, 9o, 9c; intended. The monitoring Element of each circuit is each with a pair of thyristors 10a arranged in anti-parallel connection, lOö or 10c, 10c / or. 1Oe, 10 / connected in series with With the help of these thyristor pairs, the starting point for the positive or negative amplitude of the relevant Set the phase of the auxiliary voltage source 8. The setting itself is made via one of the relevant Phase assigned tax rate 11a or 116 or lic mediated
Zu diesem Zweck arbeiten die Stromwandler 9a bzw. 9Zj bzw. 9c auf den jeweils zugeordneten Steuersatz 11a bzw. 11£> bzw. lic, der mit je einem der bereits erwähnten nachgeschalteten Thyristorpaare 10a, 106 bzw. 10c, 1Od bzw. 1Oe, 10/" für je einen Wechselstromsteller für den in dem jeweils zugeordneten Hilfsstrom-For this purpose, the current transformers 9a or 9Zj or 9c work on the respectively assigned tax rate 11a or 11 £> or lic, who each with one of the already mentioned downstream thyristor pairs 10a, 106 or 10c, 10d or 10e, 10 / "for one AC power controller each for the in the respectively assigned auxiliary power
kreis fließenden Wechselstrom bilden. Die Steuerteile 11 a bzw. 11 b bzw. lic beinhalten je einen zweipulsigen Steuersatz, d, h. einen Impulsgenerator, der pro Periode der betreffenden Phase der Hilfsspannungsquelle 8 je einen positiven und je einen negativen Steuerimpuls an die Thyristorpaare 10a, 1Oi bzw. 10c, 1Od bzw. 1Oe, 10/ abgibt und somit den arithmetischen Mittelwert oder den Effektivwert des Zündstroms durch die betreffende Gruppe I, II, III bestimmt.form a circle flowing alternating current. The control parts 11 a or 11 b or lic each contain a two-pulse tax rate, d, h. a pulse generator that emits one positive and one negative control pulse to the thyristor pairs 10a, 10i or 10c, 10d or 10e, 10 / per period of the relevant phase of the auxiliary voltage source 8 and thus the arithmetic mean or the rms value of the ignition current through the relevant group I, II, III determined.
Sobald der Zündstrom in den einzelnen Phasen der Hilfsspannungsquelle den für die betreffende Phase vorgeschriebenen Endwert erreicht hat, sorgen die Regelmittel 11a bzw. 11b bzw. Hc dafür, daß der Zündstrom beibehalten wird (insbesondere also nicht davonlaufen kann). Der erreichte Endzustand jeder Phase wird durch je eine der betreffenden Phase zugeordnete Grenzwertstufe 12a bzw. 12£> bzw. 12c registriert.As soon as the ignition current in the individual phases of the auxiliary voltage source corresponds to the phase in question has reached the prescribed end value, the control means 11a or 11b or Hc ensure that the Ignition current is maintained (in particular, it cannot run away). The final state reached everyone The phase is determined by a limit value stage 12a or 12 £> assigned to the relevant phase or 12c registered.
Das Abschalten der Hilfsspannungsquelle 8 und das unmittelbar damit verknüpfte Einschalten der Betriebsstromquelle 6 erfolgt zweckmäßig in dem Augenblick, in welchem alle Trägerstäbe la— 1/ den Sollwert des Zündstroms, also einen Zündstrom führen, der die Temperatur der Trägerstäbe so hoch hält, daß bei der danach folgenden Übernahme der Trägerstäbe durch die Betriebsslromquelle 6 diese in der Lage ist, die Trägerstäbe weiter bis auf die endgültige Abscheidungstemperatur, z.B. auf eine Temperatur von 1100— 1200°C, hochzuheizen. Erfahrungsgemäß ist dieser Endwert des Zündstroms bei der Verwendung von 3» Siliziumträgerstäben das etwa 0,5--0,9fache des zu Beginn der Abscheidung erforderlichen Betriebsstromes. The switching off of the auxiliary voltage source 8 and the switching on of the operating current source which is directly linked to it 6 is expediently carried out at the moment in which all the support rods la— 1 / the setpoint des Ignition current, so lead an ignition current that keeps the temperature of the support rods so high that at the thereafter the following takeover of the support rods by the operating current source 6 this is capable of the Carrier rods further up to the final deposition temperature, e.g. to a temperature of 1100- 1200 ° C, to be heated up. Experience has shown that this end value of the ignition current is when using 3 » Silicon support rods about 0.5-0.9 times the operating current required at the beginning of the deposition.
Der Schalter 7 muß dementsprechend strom- und spannungsfest ausgeführt sein, so daß er nicht billig ist. Mit einem weniger spannungsfesten und deshalb auch weniger kostspieligen Schalter 7 kommt man zurecht, wenn man die Betriebsspannungsquelle 6 in der aus F i g. 2 und 3 ersichtlichen Weise mit einem HilfsschalterThe switch 7 must accordingly be made current and voltage-proof, so that it is not cheap. With a less voltage-proof and therefore less expensive switch 7 you can get by, if the operating voltage source 6 is in the form shown in FIG. 2 and 3 with an auxiliary switch
13 (der nur einen verhältnismäßig geringen von der Hilfsspannungsquelle 8 gelieferten Strom zu führen hat) kurzschließt. Bei der aus Fig.3 ersichtlichen Variante ist der Hilfsschalter 13 durch eine Antiparallelschaltung13 (which only has to carry a relatively small current supplied by the auxiliary voltage source 8) shorts. In the variant shown in FIG is the auxiliary switch 13 by an anti-parallel connection
14 zweiter Thyristoren 15a und 156 ersetzt. Der Schalter 13 wird unmittelbar vor dem Abschalten der Hilfsstromquelle S geöffnet und auf diese Weise der von der Betriebsstromquelle 6 gelieferte Betriebsstrom an die Gesamtheit der in Serie geschalteten Trägerstäbe la— 1 /gegeben. Bei der in F i g. 3 dargestellten Variante läßt sich der Grad des Kurzschlusses der Betriebsstromquelle und damit der Grad des Arbeitens der Betriebsstromquelle 6 auf die Trägerstäbe beliebig einstellen, so daß es mit Hilfe der in F i g. 3 dargestellten Ergänzung einer im übrigen entsprechend F i g. 1 aufgebauten Vorrichtung möglich ist, daß der Betriebsstrom synchron mit einer Abnahme des Zündstroms gesteuert werden kann. Bei Verwendung der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsart ist eine kontinuierliche Übernahme der Trägerstäbe auf die Betriebsstromquelle 6 prinzipiell möglich.14 second thyristors 15a and 156 replaced. The desk 13 is opened immediately before switching off the auxiliary power source S and in this way that of the Operating current source 6 supplied operating current to the entirety of the carrier bars connected in series la- 1 / given. In the case of the in FIG. 3 variant shown, the degree of short circuit of the operating power source and thus the degree of operation of the operating power source 6 on the support rods is arbitrary set so that it is with the help of the in F i g. 3 an addition to an otherwise corresponding to FIG. 1 constructed device is possible that the operating current synchronously with a decrease in the ignition current can be controlled. When using the in F i g. The embodiment shown in FIG. 3 is a continuous one Transfer of the support rods to the operating power source 6 is possible in principle.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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