DE1216245B - Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.: 12c-2

Nummer: 1216 245

Aktenzeichen: S91801IVc/12c

Anmeldetag: 1. Juli 1964

Auslegetag: 12. Mai 1966

Das tiegelfreie Zonenschmelzen wird in großem Maße zum Einkristallzüchten und zum Reinigen verschiedener Materialien verwendet, insbesondere zum Herstellen von einkristallinem Halbleitermaterial. Der zu behandelnde stabförmige Körper wird an seinen beiden Enden lotrecht gehalten, und es wird an einer Stelle eine Schmelzzone erzeugt, die dann durch Bewegung der Heizquelle längs der Stabachse durch den Stab hindurchgeführt wird. Man kann beispielsweise den Stab in einem mit Schutsgas gefüllten oder evakuierten Raum anordnen und die Schmelzzone mit Hilfe von Wärmestrahlung, Elektronenstrahlen oder beispielsweise auch induktive Beheizung erzeugen. In diesem Falle umgibt den Halbleiterstab eine Hochfrequenzheizspule, die mit Strömen höherer Frequenz, beispielsweise von 0,5 bis 5 MHz gespeist wird. Das zu behandelnde Material wird induktiv angekoppelt und durch Wirbelströme bis zur flüssigen Phase beheizt. Durch Verschieben der Heizspule längs der Stabachse wird der stabförmige Körper von der so erzeugten Schmelzzone durchzogen.

Es zeigte sich nun, daß im Vakuum elektrische Überschläge zwischen der Heizspule und dem stabförmigen Körper, beispielsweise einem Siliciumstab, auftraten. Bei einem Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers, der in einem evakuierten Raum an seinen Enden gehalten und von einer der Länge nach durch induktive Beheizung mittels einer längs der Stabachse verschiebbaren Hochfrequenzheizspule erzeugten Schmelzzone durchzogen wird, können diese Störungen beseitigt werden, indem erfindungsgemäß zwischen der Hochfrequenzheizspule und dem stabförmigen Körper während der Beheizung eine elektrische Potentialdifferenz mit dem stabförmigen Körper als Pluspol und von einer der Amplitude der hochfrequenten Heizspulenspannung zumindest annähernd gleichen Höhe erzeugt wird.

Die vorerwähnten elektrischen Überschläge wurden zunächst darauf zurückgeführt, daß der Zwischenraum zwischen Heizspule und Schmelzzone, der wegen der Ankopplung verhältnismäßig klein gewählt werden muß, für eine Isolation durch das Vakuum nicht mehr ausreichte. Wenn man nun eine spiralig gewickelte Flachspule verwendet, wodurch sich beispielsweise eine geringere Schmelzzonenlänge erreichen läßt, so kann man die innere Windung der Heizspule und den Halbleiterstab auf das gleiche Potential legen, also beispielsweise erden. Hierdurch wird erreicht, daß kein Durchschlag zwischen diesen beiden Teilen auf Grund einer Potentialdifferenz auftreten kann. Lediglich zwischen den äußeren Windungen Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Otto Schmidt, Erlangen

der Flachspule und dem Halbleiterstab besteht noch eine Potentialdifferenz.

Die auch noch nach Durchführung dieser Maßnahme beobachteten Durchschläge können nun darauf zurückgeführt werden, daß die Schmelzzone im Vakuum als Glühkathode wirkt und mit jedem beliebigen anderen metallenen Teil, z. B. auch mit der Heizspule, eine Kathodenröhre bildet, die bekanntlich Gleichrichterwirkung zeigt. Dies kann zu einer Gleichrichtung des der Heizspule zugeführten Hochfrequenzheizstromes führen, der dann zwischen der als Anode wirkenden Heizspule und der als Kathode wirkenden Schmelzzone fließt. Durch die Messung des Stromes zwischen einem isoliert aufgestellten Graphitstab und einer diesen örtlich erwärmenden Heizspule wurde diese Annahme bestätigt.

Durch die gemäß der Erfindung eingeführte Potentialdifferenz kann die Gleichrichterwirkung der als Glühkathode wirkenden Schmelzzone verhindert werden. Man kann z. B. eine äußere Gleichspannungsquelle anschließen. Die angelegte Gegenspannung sollte zweckmäßig so hoch sein wie die Amplitude der Hochfrequenzheizspannung an der Spule. Die Spannung zwischen innerer und äußerer Windung einer Flachspule beträgt in der Amplitude beispielsweise 2000 bis 3000V, so daß eine Gegenspannung von 2500 V Gleichspannung zweckmäßig erscheint. Der Halbleiterstab wird hierbei als Pluspol und die Erdung als Minuspol ausgebildet. Wenn die Heizspule als zylinderförmig gewickelte Spule ausgebildet ist, so wird zweckmäßig das geerdete Ende der Zylinderspule an den negativen Pol der Gleichspannung angelegt.

Beim Zonenschmelzen unter Schutzgas ist die erflndungsgemäß angebrachte Gegenspannung wirkungslos. Sie führt aber auch zu keinem Nachteil. Bei der Durchführung des Zonenschmelzens im Vakuum kann die Gleichrichterwirkung auch durch andere Maßnahmen, z. B. durch die Höhe des erreichten

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Vakuums, beeinflußt werden. Hierbei muß aber berücksichtigt werden, daß z. B. durch plötzliche Gasausbrüche zumindest zeitweise ungünstigere Bedingungen eintreten können, welche den elektrischen Durchschlag der Vakuumstrecke zwischen Heizspule und behandeltem Material begünstigen. In diesen Fällen zeigen dann die erfindungsgemäßen Maßnahmen ihre Wirkung.

Gegebenenfalls kann auch eine äußere Spannungsquelle zum Erzeugen der Zusatzgleichspannung ganz wegfallen. Man kann nämlich einfach den zu behandelnden Körper isoliert einspannen. In diesem Falle bildet er den einen Pol eines Kondensators, dessen anderer Pol beispielsweise durch die Wand der Vakuumkammer gebildet wird. Wenn die Schmelzzone erzeugt wird, wird dann durch Elektronenfluß der stabförmige Körper derart aufgeladen, daß sich zwischen ihm und seiner Umgebung die gewünschte Potentialdifferenz einstellt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines stabförmigen Körpers, der in einem evakuierten Raum an seinen Enden gehalten und von einer durch induktive Beheizung mittels einer längs der Stabachse verschiebbaren Hochfrequenzheizspule erzeugten Schmelzzone der Länge nach durchzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochfrequenzheizspule und dem stabförmigen Körper während der Beheizung eine elektrische Potentialdifferenz mit dem stabförmigen Körper als Pluspol und von einer der Amplitude der hochfrequenten Heiz-, spulenspannung zumindest annähernd gleichen Höhe erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Körper gegen die Heizspule isoliert eingespannt wird.

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