CS242841B1

CS242841B1 - Semiconductor material rod for flying band melting by induction heating

Info

Publication number: CS242841B1
Application number: CS85438A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Danicek; Dusan Mrazek; Ales Zborilek
Original assignee: Zdenek Danicek; Dusan Mrazek; Ales Zborilek
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS43885A1

Abstract

Účelem je zamezení ztrát materiálu při úpravě začátku tyče polovodičového materiálu, snazší přitavení zárodečného krystalu k začátku tyče a zmenšení nebezpečí odkápnutí taveniny při zahájení pásmové tavby. Uvedeného účelu se dosáhne úpravou začátku tyče polovodičového materiálu do tvaru komolého rotačního tělesa souosého s tyčí, sestávajícího ze dvou na sebe plynule navazujících částí. Povrch širší části, napojené. na válcovou plochu tyče, svírá s její rotační osou úhel 60° až '90°. Povrch užší části má nejmenší průměr menší než vnitřní průměr indukční cívky a svírá s rotační osou úhel 0°až 30°. Průměr základny užší části je srovnatelný s průměrem zárodečného krystalu.The purpose is to prevent material losses when adjusting the beginning of the rod of semiconductor material, to facilitate the fusion of the seed crystal to the beginning of the rod and to reduce the risk of melt dripping when starting the band melting. The stated purpose is achieved by adjusting the beginning of the rod of semiconductor material into the shape of a truncated rotating body coaxial with the rod, consisting of two continuously connected parts. The surface of the wider part, connected to the cylindrical surface of the rod, forms an angle of 60° to '90° with its axis of rotation. The surface of the narrower part has a smallest diameter smaller than the inner diameter of the induction coil and forms an angle of 0° to 30° with the axis of rotation. The diameter of the base of the narrower part is comparable to the diameter of the seed crystal.

Description

Vynález se týká ty-ěe polovodičového materiálu pro letmou, pásmovou tavbu indukčním ohřevem v rotačně symetrickém uspořádání·BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to four semiconductor materials for flying, band-melting induction heating in a rotationally symmetrical configuration.

Při letmé pásmové tavbě tyčí polovodičového materiálu indukčním ohřevem v rotačně symetrickém uspořádání tyč polovodičového materiálu, indukční cívka a zárodečný krystal jsou vertikálně upevněny v zařízení, které umožňuje nezávislý axiální pohyb tyče polovodičového materiálu se zárodečným krystalem a jejich rotaci kolem osy· Tyč polovodičového materiálu je souose obklopena indukční cívkou, která zprostředkovává dodávku vysokofrekvenční energie potřebné k vytvoření roztaveného pásma· Vnitřní průměr indukční cívky je obvykle menší než průměr zpracovávané tyče polo vodlČového materiálu a větší než průměr zárodečného krystalu· Pásmová tavba je většinou zahajována ve spodní části tyče polovodičového materiálu, odkud se po přitavení relativně tenkého zárodečného krystalu roztavené pásmo posouvá podél tyče polovodičového materiálu při nutnosti překonávání značných rozdílů průměru zpracovávaného materiálu·In the incremental band melting of the semiconductor material rod by induction heating in a rotationally symmetrical arrangement, the semiconductor material rod, induction coil and seed crystal are vertically mounted in a device allowing independent axial movement of the semiconductor material crystal rod and rotating about the axis. surrounded by an induction coil that delivers the high-frequency energy required to form a molten zone · The internal diameter of the induction coil is usually smaller than the diameter of the semi-conductive material rod being processed and larger than the seed crystal diameter. after melting of the relatively thin seed crystal, the molten zone moves along the rod of semiconductor material CH differences in diameter of the material ·

Polovodičový materiál pro letmou pásmovou tavbu, například křemík je dodáván ve formě polykrystalických tyčí přibližně válcového tvaru, s odlomenými, nebo kolmo na podélnou osu odříznutými konci Pro anažší přitavení zárodečného krystalu k začátku tyče polovo2Semiconductor material for fleet melting, such as silicon, is supplied in the form of polycrystalline rods of approximately cylindrical shape, with the ends cut off or perpendicular to the longitudinal axis.

242 841 dičového materiálu a pro snížení nebezpečí ztrát materiálu odkápnutím taveniny při překonávání velkých rozdílů průměru zárodečného krystalu ke konečnému průměru zpracovávané tyče polovodičového materiálu musí být jejich začátky upraveny na tvar, usnadňující jejich následné zpracování*242 841 of material, and to reduce the risk of material loss by dropping the melt while overcoming large differences in seed crystal diameter to the final diameter of the semiconductor material to be processed, their beginnings must be shaped to facilitate subsequent processing *

Dosud známé tyče polovodičového materiálu pro letmou pásmovou tavbu mají začátek upraven obrouěením nebo odříznutím diamantovými nástroji do tvaru komolého kužele nebo jehlanu,*pod úhlem 20° až 30° od osy tyče*The prior art semiconductor rods for the fly band melting have their beginning treated by cutting or cutting diamond tools into a truncated cone or pyramid shape, * at an angle of 20 ° to 30 ° from the axis of the rod *

Nevýhodou úpravy tyče polovodičového materiálu do tohoto tvaru jsou značné materiálové ztráty, s nimi související vyěší nároky na pracnost výroby a vyšší spotřeba obráběcích nástrojů* Při použití úhlu opracování na spodní hranici uvedeného rozmezí úhlů je snazší přitavení zárodečného krystalu a snazší překonávám ní rozšiřující se části tyče polovodičového materiálu při zahájení pásmové tavby, ale zvyšují se ztráty materiálu obráběním*The disadvantage of modifying the semiconductor material rod to this shape is the considerable material loss, resulting in higher manufacturing demands and higher machine tool consumption. * Using the machining angle at the lower end of the angular range, it is easier to melt the seed crystal and easier to overcome of semiconductor material at the start of band melting, but material loss by machining *

Při použití úhlu opracování na horní hranici jsou ztráty materiálu při obrábění nižší, ale zvyšuje ee netepečí technologických ztrát odkápnutím taveniny*By using the machining angle at the upper limit, the material loss during machining is lower, but it increases the technological losses by dripping melt *

Výše uvedené nevýhody odstraňuje tyč polovodičového materiálu převážně válcového tvaru podle vynálezu, jejíž začátek je upraven do tvaru komolého rotačního tělesa souosého s tyčí polovodičového materiálu* Komolé rotační těleso sestává ze dvou na sebe plynule navazujících částí* Povrch Širší části napojené na válcovou plochu tyče polovodičového materiálu svírá s její rotační osou úhel 60° až 90°. Povrch užší části , jejíž nejmenší průměr je menší než vnitřní průměr indukční cívky, svírá s rotační osou úhel ⁰ až 30°* Nejmenší průměr užší části v místě její základny je srovnatelný s průměrem zárodečného krystalu*The aforementioned disadvantages are eliminated by a rod of semiconductor material of predominantly cylindrical shape according to the invention, the beginning of which is adapted to the shape of a truncated rotary body coaxial with the semiconductor material rod * The truncated rotary body consists of two it forms an angle of 60 ° to 90 ° with its axis of rotation. The surface of the narrower part, the smallest diameter of which is smaller than the internal diameter of the induction coil, forms an angle of ⁰ to 30 ° with the rotary axis.

Užší část upraveného začátku tyče polovodičového materiálu může být připojena indukčním svarem k širší části upraveného začátku* Upravený začátek tyče polovodičového materiálu má tvar vhodný pro jeho bezpečné přitavení k zárodečnému krystalu* Současně umožňuje dosáhnout malého úběru materiálu opracováním a tím celkově nízkých technologických ztrát polovodičového materiálu* So zvětšujícím se průměrem tyče polovodičového materiálu se účinky a výhody upraveného začátku tyče polovodičového materiálu stupňují*The narrower part of the modified semiconductor rod end may be inductively welded to the wider portion of the modified semiconductor rod * The modified semiconductor rod shaft has a shape suitable for its secure fusion to the seed crystal * At the same time allows low material removal through machining and thus low technological loss of semiconductor material As the diameter of the semiconductor rod increases, the effects and benefits of a modified semiconductor rod start increase *

242 841242 841

Na připojeném výkresu je aa obr· 1 znázorněn obecný tvar zúženého začátku tyče polovodičového materiálu, na obr* 2 jeho. nejjednodušší provedení a na obr. 3 provedení s použitím indukčního svaru·In the accompanying drawing, aa Fig. 1 shows the general shape of a tapered start of a rod of semiconductor material, in Fig. 2 thereof. The simplest design and the Fig. 3 design using the induction weld ·

Konkrétní provedeníSpecific embodiments

Tyč £ polovodičového materiálu je podle obr* 2 opatřena zúženým začátkem 1 ve tvaru složeném ze dvou komolých kuželů» .The rod 6 of the semiconductor material is, according to FIG. 2, provided with a tapered start 1 in the form of two truncated cones.

Širší část zúženého začátku 1 je tvořena kuželem 2 ⁸ tupým vrcholovým úhlem» jehož kuželová plocha evou širší stranou navazuje na válcovou ploohu tyče £ polovodičového materiálu a svou užší stranou plynule přechází v užší část zúženého začátku JL· Tato užší část je tvořena komolým kuželem 2» jehož největší průměr je menší než vnitřní průměr indukční cívky 2 a nejmenší průměr v místě jeho základny 6 je srovnatelný s průměrem zárodečného krystalu 7· Užší část*~tvořená komolým kuželem , může být podle obr· 3 souose připojena indukčním svarem 2 k širší části?zúženého začátku 2» tvořené komolým kuželem.The wider part of the tapered beginning 1 is formed by a cone 2 with an ^8- blunt apex angle »whose tapered surface extends to the cylindrical surface of the semiconductor material rod ⁸ with its wider side and continuously narrows to the narrower part of the tapered beginning JL. the largest diameter of which is smaller than the inside diameter of the induction coil 2 and the smallest diameter at the base of its base 6 is comparable to the diameter of the seed crystal 7. The narrower part formed by the truncated cone can be coaxially connected by induction weld 2 to the wider part. a tapered start 2 »formed by a truncated cone.

Například při pásmové tavbě válcové.tyče £ polovodičového křemí· ku o průměru 60 mm indukční cívkou 2 ⁸ asymetrickou natavovací smyčkou, o vnitřním průměru 28 mm, je optimální vrcholový úhel kužele 2 « 75° až 80° a vrcholový úhel kužele 2 $ ^a 10° ažFor example, in a band melting of a semiconductor silicon cylindrical rod 60 with a diameter of 60 mm by an induction coil ^{28 with an} asymmetric melting loop, an inner diameter of 28 mm, the optimum cone angle 2 is 75 ° to 80 ° and a cone angle 2 $ ^a 10 ° to

15° při průměru jeho základny 8 až 10 mm·15 ° at base diameter 8 to 10 mm ·

Hálou úhlovou odchylkou od rotační osy užší části zúženého začátku 2, tvořené kuželem 2» 3® dosaženo těsné elektrické vazby Indukční cívky 2 ůo místa stavení tyče 4 polovodičového materiálu se zárodečným krystalem 2 a následkem toho nízkého a stabilního roztaveného pásma» Širší část zúženého začátku 2· tvořená kuželem 2 s velkou úhlovou odchylkou od rotační osy, je od místa stavení dostatečně vertikálně vzdálena, takže absorbuje jen relativně malou část vysokofrekvenční energie dodávané indukční cívkou 2» což umožňuje dosáhnout bezpečného protavení pásma v místě dotyku zárodečného krystalu 2· Bezpečného protavení je dosaženo při relativně nízkém výkonu vysokofrekvenčního zdroje*Inductive coil 2 is achieved by the hollow angular deviation from the rotational axis of the narrower tapered part 2, formed by the cone 2 »3®, of the induction coil 2 at the position of the rod 4 of the semiconductor material with seed crystal 2 and consequently low and stable molten zone · Formed by a cone 2 with a large angular deviation from the axis of rotation, is sufficiently vertical from the building site to absorb only a relatively small fraction of the RF energy supplied by the induction coil 2 » at a relatively low power source *

Tyč polovodičového materiálu podle vynálezu je zvláětě výhodná pro výrobu monokrystalů křemíku velkých průměrů od 50 mm výše, kde se dosahuje výrazných úspor materiálu i pracnosti při úpravě začátků tyčí polovodičového materiálu»The semiconductor material rod according to the invention is particularly advantageous for the production of single-crystal silicon of large diameters from 50 mm upwards, where significant savings in material and labor are achieved in the treatment of the start of the semiconductor material rods »

Claims

Object of the invention.

242 841

1 * Rod of semiconductor material for flying band melting by induction heating * of mostly cylindrical shape * characterized by * that the tapered beginning (1) of the rod (4) of the semiconductor material is adapted to the shape of truncated rotary body coaxial with the rod / 4 / semiconductor material * the continuously connected parts (9) and (10) * wherein the surface of the wider part (9) connected to the cylindrical surface of the semiconductor material rod (4) forms an angle d with its rotary axis of 60 ° to 90 ° * 10 / * whose smallest diameter is smaller than the internal diameter of the induction coil (5) * forms an angle β = 0 ° to 30 ° * with the rotary axis and the smallest diameter of the narrower part (10) at its base (6) is comparable to crystal / 7 / ·

2 · Semiconductor rod according to item 1?

characterized in that the tapered start (1) in the form of a truncated rotary body consists of two truncated cones (2) and (3) * where the cone surface (2) with its obtuse apex angle is. with the wider side it connects to the cylindrical surface of the rod (4) of semiconductor material and with its narrow side smoothly passes into the wider side of the surface of the cone / 3 / with a sharp apex angle ·

A semiconductor material rod according to items 1 and 2 *, characterized in that the wider part (9) of the truncated rotary body is coaxially connected by its induction weld (8) to its narrower part (10).