DE2308136C3 - Gasdichte Stromzuführung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasdichte Stromzuführung für eine in einem Rezipienten befindliche Induktionsheizspule, welche zur Erzeugung der Schmelzzone in Halbleiterkristallstäben beim tiegelfreien Zonenschmelzen verwendet wird, bestehend aus zwei metallischen, an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Leiterrohren und einem zwischen den Leiterrohren angeordneten Dielektrikum, das das erste Leiterrohr konzentrisch umgibt und mit ihm fest verbunden ist.

Beim liegelfreien Zonenschmelzen wird ein Halbleiterkristallstab senkrecht an seinen beiden Enden in Halterungen eingespannt und in einem Rezipienten mittels einer Induktionsheizspule mit Hochfrequenz geschmolzen. Da die Induktionsheizspule im Verhältnis zur Länge des Stabes eine geringe axiale Ausdehnung besitzt, schmilzt nur die jeweils in ihr liegende Zone des Halbleiterstabes. Die Induktionsheizspule wird im Verlauf des tiegelfreien Zonenschmelzens langsam in Längsrichtung des Stabes bewegt. Dieser Vorgang wird entweder im Vakuum oder in Schutzgasatmosphäre durchgeführt.

Die Zuführung des Heizstroms für die Induktionsheizspule erfolgt über eine Stromzuführung, die durch die Wandung des Rezipienten hindurchgeführt wird. Diese Stromzuführung enthält nach dem deutschen Patent 10 76 623 Leiterrohre verschiedener Weite, welche die Induktionsheizspule tragen und wegen der geringen Induktivität koaxial ineinander angeordnet sind. Dabei wird das Rohr mit der größten Weite durch eine Wandung des Rezipienten mittels einer gasdichten Durchführung in seiner Längsrichtung verschiebbar hindurchgeführt. Der Hohlraum des inneren und der Zwischenraum zwischen dem äußeren und dem mittleren Rohr dient zur Zu- und Abfuhr eines

Kühlmittels, wobei die Induktionsheizspule mit in den Kühlmittelkreislauf einbezogen wird.

Für die Abdichtung und Isolierung wird für Stromzuführungen für Induktio.isheizspulen ein beispielsweise aus der DE-PS 10 76 623 bekanntes Tetrafluoräthylen-Formstück verwendet und dieses Formstück durch Schraubendruck an die Dichtflächen gepreßt Bei stärkerer Beanspruchung, z. B. beim Hersteilen von Einkristallen mit größeren Stabdurchmessern, müssen die Preßschrauben ständig nachgezogen werden, was jedoch nur eine begrenzte Zeit möglich ist, nämlich solange, bis das Tetrafluoräthylen-Formstück deformiert ist.

Aus der US-PS 36 88 006 ist eine Stromzuführung, die in einem Ausschnitt aus der Wand eines Zonenschmelzgefäßes angebracht ist und die zwei in etwa parallele Teilleiter aufweist, bekannt; die Abdichtung und Isolierung erfolgt bei dieser Durchführung mit kaltvulkanisierendem Kautschuk und mit Silikonharz-Überzügen. Die Verwendung von Silikonkautschuk, welcher in die Isolier- und Dichtstrecke gegossen wird und dort aushärtet, bringt auch keinen vollen Erfolg, weil die auszugießende Länge zu kurz ist und damit die mechanische Stabilität nicht ausreicht. Außerdem ist der als Vergußmasse dienende Silikonkautschuk sehr weich und erhält bei dauernder mechanischer Beanspruchung sehr bald Risse.

Durch Jie Stromzuführung nach der Lehre der Erfindung wird ein Weg aufgezeigt, dieses Problem zu lösen.

Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Isolierrohr, das aus Quarz oder Keramik besteht, konzentrisch von einem metallischen Halterungsrohr, das starr mit der Wand des Rezipienten verbunden ist, umgeben ist, daß die Ringspalte zwischen dem ersten Leiterrohr und dem Isolierrohr und zwischen dem Isolierrohr und dem Halterungsrohr je eine Größe von < 2 mm aufweisen und mit einer abdichtenden Vergußmasse ausgegossen sind und daß das zweite Leiterrohr parallel zum ersten Leiterrohr auf der Außenseite des Halterungsrohres verläuft und starr mit diesem verbunden ist.

Durch diese Ausführung der Stromzuführung wird ermöglicht, daß sowohl Abdichtung und Isolierung als auch mechanische Stabilität der Stromzuführung auch bei hoher mechanischer und elektrischer Belastung, wie sie insbesondere bei der Herstellung von Einkristallen mit großen Stabdurchmessern auftritt, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Stromzuführungen erheblich verbessert sind. Durch die Verwendung eines aus Quarz oder Keramik bestehenden Isolierrohres und eines metallischen Halterungsrohres, das starr mit der Wand des Rezipienten verbunden ist, entfällt insbesondere die oben genannte Deformation eines Dichtungs- bzw. Vergußformstückes.

Als Isoliermaterial kann Quarzglas, Keramik oder Kunststoff, beispielsweise aus Tetrafluoräthylen, verwendet werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung entsprechend der US-PS 36 88 006 eine Vergußmasse auf der Basis Silikonkautschuk zu verwenden.

Wenn das Haupldielektrikum der Stromzuführung aus einem Rohr aus festem Isolierstoff besteht und die Spalte zu den Metallteilen, welche nur klein sind (höchslens 1 bis 2 mm), mit Silikonkautschuk ausgegossen werden, können wesentlich bessere mechanische Stabilitäten und bessere elektrische Eigenschaften erzielt werden. So beträgt bei Verwendung eines

Quarzglasrohres als Hauptisolierkörper der tgö = 10"⁴ und die Dielektrizitätskonstante ε ·= 3.7. Im Vergleich dazu liegen die Werte für Silikonkautschuk als Vergußmasse allein bei tgö = 10-³ und ε = 3,1. Es werden also mit der erfindungsgemäßen Isolation erheblich kleinere Verluste in der Energiezufuhr erzielt Es treten auch keine wesentlichen Faldverzerrungen auf, weil die Dielektrizitätskonstante der verwendeten Materialien fast gleich groß sind. Damit ist auch die Gefahr von elektrischen Überschlagen im Bereich der Durchführung klein.

Nähere Einzelheiten sind der in der Zeichnung befindlichen Figur, welche schematisch eine Stromzuführung zu einer Induktionsheizspule darstellt sowie deren Beschreibung zu entnehmen.

In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 1 im Schnitt eine Stromzuführung zu einer in der Figur nicht abgebildeten Induktionsheizspule versehen, welche aus zwei in etwa parallelen Leiterrohren 8, 11 besteht und durch die Rezipientenwand 2 nach außen und zum HF-Generator führt (in der Figur nicht abgebildet). Die Stromzuführung 1 besteht aus einem äußeren Kupferrohr 3, welches mit einem Rundflansch 4 versehen ist, der mittels Schraubverbindungen 6 und 7 an der Rezipientenwand 2 befestigt ist. Des weiteren besteht die Stromzuführung 1 aus einem inneren Kupferrohr 8, welches von dem äußeren Kupferrohr 3 durch eine, hauptsächlich aus einem Quarzrohr 9 bestehende Isolierung getrennt ist. Die Ringspalten 10 zu den Metallteilen 3 und 8 sind nur gering und werden mit Silikonkautschuk 10a ausgegossen. Als Außenleiter wird durch den Flansch 4 des äußeren Kupferrohres 3 ein weiteres Kupferrohr 11 hindurchgeführt, welches durch Löten mit dem Kupferrohr 3 verbunden wird. InnerhalD des als Außenleiter dienenden Kupferrohres 11 und innerhalb des inneren Kupferrohres 8 befindet sich ein Kühlmittelkreislauf, dessen Richtung durch die Pfeile 12 und 13 gekennzeichnet ist. In diesen Kühlmittelkreislauf ist auch die in der Figur nicht dargestellte Induktionsheizspule miteingeschlossen. Dadurch wird verhindert, daß die Schmelzspule durch Stromdurchgang und Strahlungsheizung der Schmelzzone zu stark erwärmt wird. Mit dem Bezugszeichen 14 ist ein Dichtungsring bezeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasdichte Stromzuführung für eine in einem Rezipienten befindliche Induktionsheizspule, welche zur Erzeugung der Schmelzzone in Halbleiterkristallstäben beim tiegelfreien Zonenschmelzen verwendet wird, bestehend aus zwei metallischen, an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Leiterrohren und einem zwischen den Leiterrohren angeordneten Dielektrikum, das das erste Leiterrohr konzentrisch umgibt und mit ihm fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Isolierrohr (9), das aus Quarz oder Keramik besteht, konzentrisch von einem metallischen Halterungsrohr (3), das starr mit der Wand (2) des Rezipienten verbunden ist, umgeben ist,
da¹} die Ringspalte (10) zwischen dem ersten Leiterrohr (8) und dem Isolierrohr (9) und zwischen dem Isolierrohr (9) und dem Halterungsrohr (3) je eine Größe von < 2 mm aufweisen und mit einer abdichtenden Vergußmasse (1Oa^ ausgegossen sind und

daß das zweite Leiterrohr (11) parallel zum ersten Leiterrohr (8) auf der Außenseite des Halterungsrohres (3) verläuft und starr mit diesem verbunden ist.

2. Stromzuführung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse aus Silikonkautschuk besteht.