DE1208292B

DE1208292B - Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1208292B
Application number: DES84442A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Wolfgang Keller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-03-29
Filing date: 1963-03-29
Publication date: 1966-01-05
Also published as: GB1035090A; FR1431669A; BE645736A; US3271115A; GB986748A; DE1230763B; FR88198E; CH416558A; BE665626A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche 10.: 12 c-2

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 208 292
S84442IVc/12c
29. März 1963
5. Januar 1966

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen von Halbleitermaterial mit einem in lotrechter Lage eingespannten, stabförmigen Halbleiterkörper und einer zur Erzeugung der Schmelzzone dienenden, längs der Stabachse bewegbaren Induktionsheizspule sowie einer zur Vor- bzw. Nachheizung des festen Halbleitermaterials dienenden Induktionsheizspule. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1007 885 bekannt. Bei einer derartigen Vorrichtung sind über bzw. unter der die Schmelzzone erzeugenden Induktionsheizspule, welche den Halbleiterstab umschließt, weitere Spulen bzw. Windungsteile angeordnet, welche ebenfalls den Halbleiterstab mit geringem Abstand umschließen und welche infolge geringeren Abstands der einzelnen Windungsteile bzw. infolge Veränderung des Abstandes der Windungen von dem Halbleiterstab eine geringere Heizwirkung auf diesen ausüben. Hierdurch läßt es sich erreichen, daß der Temperaturgradient von der Schmelzzone in ao das feste Halbleitermaterial hinein sehr gering gehalten werden kann, wodurch sich Kristallstörungen verhindern lassen.

Der Nachteil einer derartigen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß bei der Relativbewegung des an beiden Enden fest eingespannten Halbleiterstabes zur Schmelzspule die Einspannungen des Halbleiterstabes nicht bis zur Schmelzspule bewegt werden können, sondern nur bis zur Vor- bzw. Nachheizspule. Auf diese Weise läßt sich nicht die gesamte eingespannte Länge des Halbleiterstabes, sondern nur ein entsprechend verkürztes Stück desselben dem Zonenschmelzen unterwerfen. Dies führt zu einer schlechten Ausnutzung der Zonenschmelzanlage sowie des behandelten Halbleiterstabes.

Die Erfindung überwindet diesen Nachteil und schafft eine Lösung dieses Problems. Erfindungsgemäß besitzt die zusätzliche Induktionsheizspule länglich verformte Windungen mit zumindest nahezu parallel zueinander verlaufenden Windungsteilen und ist so angeordnet, daß diese Windungsteile parallel zur Stabachse des Halbleiterkörpers verlaufen.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung schematisch dargestellt. Ein Halbleiterstab 2 ist an beiden Enden in zwei Halterungen 3 und 4 eingespannt. Zum Beispiel kann der Halbleiterstab in zwei Keramikrohre 3 α und 4 a eingesteckt sein, welche in den beiden Halterungen gefaßt sind. Zweckmäßig befinden sich die Metallteile der Halterungen 3 und 4 außerhalb der Heizwirkung der Spule 7. Der Halbleiterstab wird durch eine einwindig dargestellte Induktionsheizspule 5 beheizt, welche Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen
von Halbleitermaterial

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Wolfgang Keller, Pretzfeld (OFr.)

eine Schmelzzone 6 erzeugt. Gemäß der Erfindung ist nun eine zusätzliche Induktionsheizspule 7 vorgesehen, welche länglich verformt ist und parallel zueinander verlaufende Windungsteile besitzt. Diese Spule 7 ist so angeordnet, daß die Stabachse des Halbleiterkörpers parallel zu diesen Windungsteilen liegt, so daß die Heizwirkung dieser Induktionsspule sich auf die gesamte Stablänge erstreckt.

In bekannter Weise kann eine der Stabhalterungen drehbar angeordnet sein. Die Relativbewegung zwischen Halbleiterstab und Schmelzspule 5 kann beispielsweise durch Bewegung der Stabhalterungen bei starrer Befestigung der Spulen 5 und 7 erfolgen. Vorzugsweise wird aber der Halbleiterstab mit seinen Halterungen starr befestigt und allein die Schmelzspule 5 in lotrechter Richtung bewegt. Auch die Zusatzheizspule 7 kann in diesem Fall fest mit Bezug auf den Halbleiterstab angeordnet sein, worin ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen ist, da lediglich ein relativ kleines Teil der Vorrichtung, nämlich die Schmelzspule 5, bewegt werden muß. Sämtliche Teile der Vorrichtung können in einer Vakuumkammer fest untergebracht sein. Andererseits kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch unter Schutzgas gearbeitet werden.

Die zum Vorheizen dienende Induktionsspule 7 kann beispielsweise 30 cm lang sein und, wie in der Zeichnung dargestellt, zwei Windungen besitzen. Der Abstand der Windungsteile voneinander in ihrem parallel verlaufenden Teil beträgt z. B. 70 mm. Bei einer zugeführten Heizleistung von etwa 2 bis 3 kW läßt sich hiermit ein Siliciumstab von etwa 25 mm Durchmesser mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1000 Ω · cm auf 1100 bis 1200° C aufheizen. Zur Vorheizung des Siliciumstabes bis zur Möglich-

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keit der Stromaufnahme durch Induktion kann in bekannter Weise eine Strahlungsheizung vorgesehen sein.

Die zum Schmelzen dienende Induktionsspule 5 kann beispielsweise als Flachspule mit zwei Windungen ausgebildet sein. Eine Leistungsaufnahme von 2 bis 3 kW genügt zum Schmelzen des obengenannten Siliciumstabes. Selbstverständlich kann die Schmelzspule auch als Zylinderspule ausgebildet sein und eine andere Windungszahl haben.

Zweckmäßigerweise wird die zusätzliche Heizung mit der Induktionsspule 7 beim Zonenschmelzen mit mehrfachem Durchgang der Schmelzzone nur beim letzten Zonendurchgang eingeschaltet, da erfahrungsgemäß die Kristallqualität, z. B. beim Einkristallzüchten, im wesentlichen nur vom letzten Zonendurchgang abhängt.

Vorteilhaft wird nach Beendigung des Zonenschmelzens die Beheizung nicht abrupt abgeschaltet, sondern allmählich vermindert. Da infolge des nicht rotationssymmetrischen Aufbaus der Induktionsspule 7 gelegentlich Spannungen entstehen, geht man dabei zweckmäßig so vor: Zunächst wird der Halbleiterstab in der Nähe der oberen Einspannung unterbrochen, z.B. durch Abschmelzen. Dann wird die Schmelzspule 5 abgeschaltet und danach die Heizleistung der Induktionsspule allmählich, ζ. B. in einem Zeitraum von etwa 20 Minuten, bei ständiger Umdrehung der unteren Stabhalterung und damit des Stabes so weit vermindert, daß der Siliciumstab von etwa 1100 bis 1200° C bis auf etwa 600° C abgekühlt wird. Dann wird abgeschaltet.

Claims

Patentanspruch:

ίο Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen

von Halbleitermaterial mit einem in lotrechter Lage eingespannten stabförmigen Halbleiterkörper und einer zur Erzeugung der Schmelzzone dienenden, längs der Stabachse bewegbaren Induktionsheizspule sowie einer zur Vor- bzw. Nachheizung des festen Halbleitermaterials dienenden Induktionsheizspule, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Induktionsheizspule länglich verformte Windungen mit zumindest nahezu parallel zueinander verlaufenden Windungsteilen besitzt und so angeordnet ist, daß diese Windungsteile parallel zur Stabachse des Halbleiterkörpers verlaufen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1169 314.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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