DE1022698B

DE1022698B - Device for inductive melting, in particular zone drawing, of semiconductors by means of a high-frequency coil

Info

Publication number: DE1022698B
Application number: DES42084A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Reimer Emeis
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-12-24
Filing date: 1954-12-24
Publication date: 1958-01-16

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso wie die Erfindung des Hauptpatentes auf das bekannte induktive Schmelzen, insbesondere Zonenziehen, von Halbleitern mittels einer Hochfrequenzspule, die in einem einstellbaren Sekundärkreis eines HF-Genera,-tors liegt. Nach dem Hauptpatent wird¹ der Sekundärlcreis im Sinne einer selbsttätigen Verminderung von Temperatarschwankungen des Halbleiters, die z. B. durch. Spannungsschwankungen des Netzes, aus welchem der HF-Generator gespeist wird, hervorgerufen, werden, können, derart abgestimmt, daß bei flüssigem Zustand des erhitzten¹ Halbleiters stets der Arbeitspunkt auf dem mit zunehmender Induktivität L steigenden Ast der Stromkurve I — f (L) unterhalb des Resonanzpunktes vorzugsweise in mittlerer Höhe Hegt. Bei sinkender Temperatur des Schmelzlings steigt dann die Induktivität der Heizspule, die Eigenfrequenz des Kreises nähert sich dem Resomanz- fall, so daß der Heizstrom steigt und die Temperatur selbsttätig wieder erhöht wird. Dabei bleibt aber eine Restdifferenz unausgeglichen, welche durch die Statik der Regelung bedingt ist. Erfindungsgemäß wird eine genauere Ausregelung dadurch erreicht, daß zusätzlich eine besondere, von einer Betriebsgröße des Heizkreises gesteuerte Regeleinrichtung vorgesehen, ist. welche die sonst verbleibendem, durch die Statik der Regelung mittels der erwähnten Abstimmung des Heizkreises bedingten Abweichungen vom Sollwert der Temperatur selbsttätig, wenn auch gegebenenfalls nachträglich, korrigiert.The present invention, like the invention of the main patent, relates to the known inductive melting, in particular zone pulling, of semiconductors by means of a high-frequency coil which is located in an adjustable secondary circuit of an HF generator. According to the main patent, ^{1 is} the secondary circuit in the sense of an automatic reduction of temperature fluctuations of the semiconductor, the z. B. by. From which the RF generator is supplied voltage fluctuations of the network, caused, can, tuned such that, in the liquid state of the heated ^H1 conductor always the operating point on the increasing with increasing inductance L branch of the current curve I - f (L) below of the resonance point is preferably in the middle. When the temperature of the fused article falls, the inductivity of the heating coil increases, the natural frequency of the circuit approaches the resonance case , so that the heating current increases and the temperature is automatically increased again. However, a residual difference remains unbalanced, which is due to the statics of the regulation. According to the invention, more precise regulation is achieved in that a special control device controlled by an operating variable of the heating circuit is also provided. which automatically corrects the otherwise remaining deviations from the setpoint of the temperature caused by the statics of the control by means of the aforementioned coordination of the heating circuit, even if afterwards if necessary.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Mit einem Generatorkreis 10, enthaltend eine gegebenenfalls regelbare Kapazität 11 und eine Induktivität 21, ist über einen Kondensator 13 ein, Sekundärlcreis 20 gekoppelt. Dieser enthält die Heizspule 22. mittels welcher ein Halbleiterstab 25 zonenweise aufgeschmolzen werden kann, wie es z. B. zwecks Erzielung eines möglichst hohen Reinheitsgrades odler zur Herstellung" eines Einkristalls insbesondere für Si, bekannt ist. Außer dieser Heizspule¹ kann gegebenenfalls im Sekundärkreis 20 nodi eine verstellbare Induktivität 12 vorgesehen sein. Die zugehörige Kapazität 23 ist im vorliegenden Beispiel als nicht veränderlich dargestellt. Der Sekundärkreis 20 ist nach dem Hauptpatent so abgestimmt, daß bei flüssigem Zustand des erhitzten Halbleiterstoffes der Arbeitspunkt auf dem mit zunehmender Induktivität steigenden Ast der Stromkurve unterhalb des Resonanzpunktes vorzugsweise in mittlerer Höhe liegt.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. A secondary circuit 20 is coupled to a generator circuit 10, containing an optionally controllable capacitance 11 and an inductance 21, via a capacitor 13. This contains the heating coil 22 by means of which a semiconductor rod 25 can be melted zone by zone, as is the case, for. B. for the purpose of achieving the highest possible degree of purity or for the production of "a single crystal, in particular for Si, is known. In addition to this heating ^{coil 1} , an adjustable inductance 12 can optionally be provided in the secondary circuit 20. The associated capacitance 23 is shown in the present example as not changeable The secondary circuit 20 is tuned according to the main patent so that, when the heated semiconductor material is in a liquid state, the operating point on the branch of the current curve, which increases with increasing inductance, is preferably in the middle below the resonance point.

Die zusätzliche Einrichtung zur Konstanthaltung des Stromes besteht aus einem Meßkreis 30, mittels dessen über einen Kondensator 14 die Spannung am Sekundärkreis abgegriffen und mittels eines Gleich-Einrichtung zum induktiven Schmelzen,The additional device for keeping the current constant consists of a measuring circuit 30, by means of whose voltage is tapped on the secondary circuit via a capacitor 14 and by means of a DC device for inductive melting,

insbesondere Zonenziehen, von Halbleiternespecially zone drawing, of semiconductors

mittels einer Hochfrequenzspuleby means of a high frequency coil

Zusatz zum Patent 962 006Addendum to patent 962 006

Anmelder:Applicant:

Siemens-SdmckertwerkeSiemens-Sdmckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Reimer Emeis, Pretzfeld,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Reimer Emeis, Pretzfeld,
has been named as the inventor

richters 16, beispielsweise einer Germaniumdiode, gleichgerichtet wird. Zum Stromkreis 30 gehören ferner eine Impedanz 15, die in der Zeichnung als Widerstand angenommen ist, ebensogut aber aus einer Drossel bestehen kann, und eine Glättungskapazität 17 sowie ein. Emtladewidierstand 18. Der gleichgerichteten Spannung wird eine konstante Hilfsspannung 29 entgegengeschaltet, die von einer Batterie 29 geliefert und an einem verstellbaren Potentiometer 19 abgegriffen wird. Mit dem Potentiometer 19 wird der Sollwert des Heizstromes eingestellt. Ein Voltmeter 28 dient zur Kontrolle der Vergleichsspannung. Die am Hochfrequienzkreis abgegriffene gleichgerichtete Spannung und die Vergleicbsspannung wirken in einander entgegengesetztem Sinne auf ein Drehspulrelais 27 mit zwei Endkontakten, durch welche über ein Hilfsrelais 24 ein Umschaltschütz 26 gesteuert wird, das seinerseits einen der beiden Motoren 31 steuert, indem es ihn im Rechts- oder Linkslauf laufen läßt, so daß eine entsprechende Verstellung der Primärkapazität 11 oder der Sekundärinduktivität 12 hervorgerufen wird. Die beschriebene Regeleinrichtung arbeitet verhältnismäßig langsam. Dies ist jedoch kein wesentlicher Nachteil, weil durch die im Hauptpa.te.nt beschriebene selbsttätige Regelung mittels geeigneter Abstimmung dies Setkundärkreises 20 eine schnell wirkende Grobregelung bereits erreicht ist, so daß größere Temperatur Schwankungen nicht vorkommen können. Die beiden selbsttätigen Regelverfahren, welche beimRichter 16, for example a germanium diode, is rectified. Belong to circuit 30 Furthermore, an impedance 15, which is assumed to be a resistance in the drawing, is just as good a choke, and a smoothing capacity 17 as well as a. Emtladewidierstand 18. The rectified voltage, a constant auxiliary voltage 29 is counteracted by a Battery 29 is supplied and tapped on an adjustable potentiometer 19. With the potentiometer 19 the setpoint of the heating current is set. A voltmeter 28 is used to control the Equivalent stress. The one tapped at the high frequency circuit rectified voltage and the comparative voltage act in opposite directions on a moving coil relay 27 with two End contacts through which a changeover contactor 26 is controlled via an auxiliary relay 24, which in turn controls one of the two motors 31 by making it run clockwise or counterclockwise, so that one corresponding adjustment of the primary capacitance 11 or the secondary inductance 12 is caused. The control device described works relatively slowly. However, this is not an essential one Disadvantage because of the one described in the main pa.te.nt automatic regulation by means of suitable coordination of this set secondary circuit 20 a fast-acting coarse regulation has already been reached, so that greater temperature fluctuations cannot occur. the two automatic control methods, which at

709 849/315709 849/315

vorliegenden Ausführangsbei spiel zur Anwendung gelangen, ergänzen einander also in besonders vorteilhafter Weise.The present application example is used arrive, so complement each other in a particularly advantageous manner.

Claims

Patent claims:

1. Device for inductive melting, in particular Zone drawing, of semiconductors by means of a high frequency coil: that is in a secondary circuit of a high-frequency generator, the heating circuit, which acts as an automatic Reduction of temperature fluctuations of the semiconductor is coordinated, according to patent 962 006, characterized in that in addition a special, of. an operating variable of the heating circuit controlled regulating device is provided, which the otherwise remaining, by, the statics of the Control by means of the aforementioned coordination of the heating circuit caused deviations from Setpoint of the temperature automatically, even if corrected afterwards if necessary.

2. Device according to claim 1, characterized in that that for a mutual coordination of the two RF circuits changing actuator on the difference between a rectified voltage tapped at the heating circuit and a constant, if necessary adjustable comparison voltage responsive control member is provided.

1 sheet of drawings