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Vorrichtung zur beweglichen Halterung eines langgestreckten Körpers
aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff, beim tieclellosen Zonenschmelzen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur beweglichen Halterung eines langgestrecktenKörpers
aus kristallinem Stoff, insbesondere aus Halbleiterstoff, beim tiegellosen Zonenziehen.
Dabei wird bekanntlich der vorzugsweise stabförmige Kristallkörper an seinen beiden
Enden gehaltert. Es besteht dann häufig die Aufgabe, daß wenigstens eine der beiden
Halterungen sowohl in Längsrichtung bewegbar als auch um die Längsachse drehbar
sein soll. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Welle, an deren einem Ende sich
der zu behandelnde Körper befindet, mit ihrem anderen Ende an einem in einer drehbaren
Längsführung gleitenden Übertragungsglied befestigt, das mit einem durch Gewinde
längsbewegbaren Schlitten in Längsrichtung formschlüssig, jedoch drehbar gekuppelt
ist. Dadurch sind die beiden Bewegungen, die Längs- und die Drehbewegung, unabhängig
voneinander und können durch verschiedene Antriebsmotoren erzeugt und jede für sich
geregelt werden, so da,ß der Ziehvorgang bequem in jeder gewünschten Weise gesteuert
werden kann. Die Antriebsmotoren können von der Ziehvorrichtung getrennt aufgestellt
und die Antriebskräfte durch vorteilhaft mit Kardangelenken ausgestattete und leicht
lösbar gekuppelte Wellen erschütterungsfrei übertragen werden. Die Halterungsvorrichtung
nimmt wenig Raum ein und kann an der Außenseite des Gehäuses angebracht sein, in
welchem der Ziehprozeß im Vakuum oder unter Schutzgas stattfindet. Lediglich die
drehbare und längsbewegliche Welle ist vakuumdicht durch die Gehäusewandung hindurchgeführt.
Die verschiedenen Teile der Vorrichtung sind leicht zugänglich und daher bequem
zu handhaben. Durch die gedrungen:
e Bauart und das geringe Gewicht
der Halterungsvorrichtung wird die Öffnung und Schließung des Gehäuses, an der sie
befestigt ist, leichtgemacht.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Halterungsvorrichtung im Schnitt, von der Seite
gesehen, und Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2 in Draufsicht; in Fig.3 ist eine
andere Vorrichtung im Schnitt, von der Seite gesehen, dargestellt.
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Eiach Fig. i und 2 ist eine Welle 2, welche durch einen flanschartigen
Gehäuseteil 8 vakuumdicht hindurchgeführt ist, an ihrem unteren Ende mit einer Fassung
23 versehen, in der ein Ende des Schmelzlings z. B. durch Schrauben festgeklemmt
werden kann. Das obere Ende der Welle :2 ist in ein Übertragungsglied 4 zentrisch
eingeschraubt und gesichert. Das Übertragungsglied 4 ist mit Bohrungen versehen,
mit denen es auf Führungsbolzen 3 gleitet. Diese Führungsbolzen 3 bilden mit den
Endplatten 24 und 25, in welche ihre Enden eingelassen sind, eine umlaufende Führungseinrichtung.
An der oberen Endplatte 25 befindet sich ein Getrieberad 26. Dessen Welle durchsetzt
eine Getriebeplatte g, die durch Stehbolzen 7 mit dem Flansch 8 fest verbunden ist.
Außen befindet sich ein drehbarer Zylinder 6 mit Innengewinde. Ein mit entsprechendem
Außengewinde versehener ringförmiger Schlitten 5 ist mit Bohrungen an den Stehbolzen
7 in Längsrichtung geführt und gegen Verdrehung gesichert. An diesem Schlitten 5
ist der Übertragungsteil 4 mittels eines auch in Achsrichtung tragenden Lagers,
z. B. eines Doppel-Schulterkugellagers 27, drehbar gelagert. 28 und 29 sind gewöhnliche
Kugellager. Der mit einem Zahnkranz versehene Zylinder 6 und das Getrieberad 26
werden mittels Schnecken 3o angetrieben, die mit in der Zeichnung nicht dargestellten
Antriebsmotoren durch ein bewegliches und leicht lösbares Gestänge gekuppelt sein
können. Als Antriebsmotoren werden Gleichstrom-Nebenschlußmotoren wegen ihres eindeutig
bestimmten Drehzahlverhaltens und ihrer leichten Regelbarkeit bevorzugt.
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Die Vorrichtung arbeitet in der Weise, daß durch die Schnecke 3o der
Zylinder 6 um seine Achse gedreht und dadurch der Schlitten 5 in senkrechter Richtung
bewegt wird. Er nimmt den Übertragungsteil 4 mit und verschiebt somit die daran
befestigte Welle ebenfalls in senkrechter Richtung. Durch die andere Schnecke 31
wird über das Schneckenrad 26 die aus den Teilen 24, 25 und 3 bestehende Führungseinrichtung
in Umlauf versetzt und mit dieser der übertragrungsteil 4 und somit auch die daran
befestigte Welle 2.
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Die Teile 6, und 7 können ihre Rollen miteinander tauschen, indem
der Zylinder 6 fest mit dem Flansch 8 verbunden und die Platte g mit den daran befestigten
Führungsbolzen 7 drehbar angeordnet wird. Die erwähnten beidem. Teile können auch
ihre Lage tauschen; es kann nämlich die Führungseinrichtung 7, 9 außen und
der Gewindeteil 6 innen liegen. Dabei muß unter Umständen der Schlitten geteilt
werden, derart, daß ein Teil nur verschiebbar und ein anderer sowohl verschiebbar
als auch drehbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 3 dargestellt. Die
Welle io der Halterung wird hier in einem geschlitzten Innenrohr i i, das drehbar
und mit einem Antriebsrad 12 gekuppelt ist, durch Stifte 13 gleitend geführt. Die
Stifte 13 greifen über die Rohrschlitze hinaus über eine Buchse 14, die sowohl drehbar
als auch gleitend auf und ab bewegbar ist. Die Buchse 14 ist von einem Mittleren
Rohr 15 umgeben, das ebenfalls geschlitzt und drehbar gelagert ist. Es ist mit einem
Antriebsrad 16 gekuppelt und mit Außengewinde versehen, auf welchem zwei Wandermuttern
17 laufen. Letztere sind gegen Verdrehung gesichert durch Stifte 18, die
in Schlitzen eines als Gehäuse dienenden Außenrohres ig auf und ab gleiten können.
In den Zwischenraum zwischen den Wandermuttern 17
ragen stiftförmige Ansätze
2o der Buchse 14 hinein, die sich durch die Schlitze des mittleren Rohres 15
hindurch erstrecken. Durch die Stifte 20 wird demnach sowohl die Längsbewegung der
Wandermuttern 17 als auch die Drehbewegung des mittleren Rohres 15 auf die Buchse
14 übertragen. Von der letzteren wird jedoch die Drehbewegung nicht weiterübertragen,
sondern es wird nur die Längsbewegung durch die Stifte 13 abgenommen und auf die
Welle io übertragen. Unabhängig davon wird der Welle io eine Drehbewegung von dem
Innenrohr ii über die Stifte 13 erteilt. Die beiden Wandermuttern 17 mit den Stiften
18 und die Buchse 14 mit den Stiften 2o erfüllen also bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
dieselbe Aufgabe wie der einteilige Schlitten 5 bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. i und 2.
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Das Außenrohr ig ist mit einem seiner beiden Enden an einem Vakuumbehälter
2i, von dem nur ein Teil der Wandung dargestellt ist, oder an einem lösbaren Teil
desselben, insbesondere am Boden oder Deckel, befestigt, durch welchen die Welle
io vakuumdicht hindurchgeführt ist. Am andere Ende des Außenrohres ig befindet sich
ein Getriebekopf, bestehend aus einer Lagerplatte 22 und den darin gelagerten Übertragungsorganen,
wie Stirnrädern 32, 33, Kegelrädern 34 35 oder/und Kardanwelle 36, zur Übertragung
der Antriebsbewegung von in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsmotoren auf
die Triebräder i2 und 16.
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Diese Ausführungsform mit ihren drei Rohren verschiedener Weite, welche
gleichachsig ineinander angeordnet sind, zeichnet sich dadurch aus, daß sie aus
leicht erhältlichen Halbfabrikaten besonders einfach herstellbar ist und daß die
beweglichen Teile durch das ruhend angeordnete Außenrohr gut geschützt sind. Trotzdem
sind in der gezeichneten Lage, in der die Schlitze in einer Ebene liegen, die lösbaren
Stifte 18 und 2o von außen sichtbar und bequem zugänglich, so daß die Welle io leicht
eingesetzt bzw. die ganze Vorrichtung von der Welle io bequem abgehoben werden kann.
Die
Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die von einem Elektromotor über die Getriebeteile
35, 34 und 32 auf das Antriebsrad 12 übertragene Drehbewegung pflanzt sich auf das
innere Rohr 11 und von diesem über die Querstifte 13 auf die Welle 1o fort. Von
einem zweiten Hilfsmotor wird eine Drehbewegung mittels der Kardanwelle 36 und des
Ritzels 33 auf das Antriebsrad 16 und das mittlere Rohr 15 übertragen. Durch das
Gewinde des letzteren werden die beiden Wandermuttern 17 aufwärts oder abwärts bewegt.
Die Wandermuttern 17 übertragen ihre Längsbewegung auf die Stifte 2o der Zwischenbuchse
14 und damit auf diese selbst, die zugleich die Drehbewegung des mittleren Rohres
15 mitmacht. Auf die Stifte 13 der Welle 1o wird diese Drehbewegung jedoch nicht
übertragen, sondern nur die Längsbewegung.
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Die beschriebenen und dargestellten Vorrichtungen können sowohl in
der gezeichneten. Lage mit senkrechter Welle als auch in jeder beliebigen anderen
Lage, z. B. auch waagerecht, in Anordnungen zum Reinigen von halbleitenden. und
anderen kristallinen Stoffen wie auch zum Ziehen von Einkristallen verwendet werden.