DE1519827C

DE1519827C - Device for drawing thin rods of different diameters from semiconductor material

Info

Publication number: DE1519827C
Authority: DE
Inventors: Harry Milton Crystal Lake; Tucker William Francis Creve Coeur; Miss. Stevens (V.StA.)
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Publication date: 1971-12-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen dünner Stäbe mit unterschiedlichem Durchmesser aus Halbleitermaterial mit einer Behandlungskammer, in der eine inerte Atmosphäre um die Schmelzzone vorhanden ist, mit einer in deren Nähe befindlichen Heizvorrichtung und mit einem abdichtenden Verschluß an dem einen Ende der Kammer, der einen Durchlaß aufweist, durch den sich der gezogene dünne Stab unter praktisch gasdichtem Verschluß gegenüber der Kammer hindurchbewegen ip kann, sowie mit einer außerhalb der Kammer angeordneten Antriebsvorrichtung mit einem Walzenpaar zum Ziehen der Stäbe und mit einem elektromotorischen Antrieb. The invention relates to a device for drawing thin rods of different diameters made of semiconductor material with a treatment chamber in which an inert atmosphere around the Melting zone is present, with a heater nearby and a sealing one Closure at one end of the chamber which has a passage through which the drawn one passes move a thin rod across from the chamber under a practically gas-tight seal ip can, as well as with a drive device arranged outside the chamber with a pair of rollers for pulling the bars and with an electric motor drive.

Bei Vorrichtungen dieser Art besteht aber ein Nachteil darin, daß von dem Walzenpaar entweder immer eine Walze fixiert bleibt und sich damit bei sich änderndem Durchmesser des Ziehgutes die Achse des Ziehgutes verschiebt oder daß eine Anpassung der Walzen an den Durchmesser des Ziehgutes jeweils von außen durch Einstellung des Abstandes der Walzen vorgenommen werden muß.In devices of this type, however, there is a disadvantage that of the pair of rollers either one roller always remains fixed and thus changes with the changing diameter of the drawn material Axis of the drawn material moves or that an adaptation of the rollers to the diameter of the drawn material must be made from the outside by adjusting the distance between the rollers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ziehen dünner Stäbe zu schaffen, bei der sich bei sich änderndem Durchmesser des Stabes dieser jeweils axial zu seiner Drehachse ausrichtet. The invention is based on the object of creating a device for drawing thin rods, in which, when the diameter of the rod changes, it aligns axially with respect to its axis of rotation.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß koaxial zu dem Ziehwalzenpaar und relativ zu diesem feststehend ein Zahnräderpaar angeordnet ist, daß weiterhin ein Paar von Zwischenzahnrädern auf Wellen angeordnet sind, die eine feste Lage zueinander einnehmen,.daß sich .eines der Zwischenzahnräder in dauerndem Eingriff mit einem auf der, Welle des Antriebsmotors sitzenden Ritzel und mit einem der beiden anderen Zahnräder befindet und das andere Zwischenzahnrad sich in dauerndem Eingriff mit dem anderen Zahnrad befindet, daß sowohl der Antriebsmotor als auch die diesem am nächsten liegende Ziehvvalze zusammen mit dem dieser Walze zugeordneten Zahnrad um die Achse desjenigen Zwischenzahnrades verschwenkbar ist, mit welchem dieses Zahnrad und das Ritzel sich in dauerndem Eingriff befinden, und daß die andere Ziehwalze zusammen mit dem ihr zugeordneten Zahnrad um die Achse des änderen Zwischenzahnrades, mit dem es in dauerndem Eingriff steht, verschwenkbar ist.The object is achieved according to the invention in that it is coaxial with the pair of drawing rollers and a pair of gears is fixedly arranged relative to this, that furthermore a pair of intermediate gears are arranged on shafts that assume a fixed position to each other, .that .one of the Idler gears in permanent engagement with a pinion seated on the shaft of the drive motor and with one of the other two gears and the other intermediate gear is in permanent Engagement with the other gear is that both the drive motor and this the closest drawing rollers together with the gear wheel assigned to this roller around the axis of that intermediate gear is pivotable with which this gear and the pinion are in are permanent engagement, and that the other pull roller together with its associated Gear around the axis of the other intermediate gear, with which it is in permanent engagement, pivotable is.

Vorteilhaft ist es, die Vorrichtung so zu gestalten, daß die beiden' verschwenkbaren Ziehwalzen über eine einstellbare Tragstange miteinander verbunden sind.It is advantageous to design the device so that the two 'pivotable drawing rollers over an adjustable support rod are interconnected.

So ist es möglich, daß sich die Ziehwalzen verschiedenen Durchmessern der Stäbe anpassen können, ohne daß die Stangen ihre axiale Ausrichtung verlieren.So it is possible that the drawing rollers can adapt to different diameters of the bars, without the rods losing their axial alignment.

In den Zeichnungen istIn the drawings is

F i g. 1 eine schaubildliche Seitenansicht einer Vorrichtung zum Ziehen dünner Stäbe nach der Erfindung, F i g. 1 is a diagrammatic side view of an apparatus for drawing thin rods according to the invention;

F i g. 2 eine Ansicht der Antriebsmittel der Vorrichtung nach F i g. 1 in Vorderansicht,F i g. 2 shows a view of the drive means of the device according to FIG. 1 in front view,

F i g. 3 eine Rückansicht der Antriebsmittel nach Fig. 2,F i g. 3 a rear view of the drive means according to FIG. 2,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Antriebsmittel nach F i g. 2.F i g. 4 shows a plan view of the drive means according to FIG. 2.

Gemäß Fig. 1 ruht die Behandlungskammer 1 auf einem unteren Träger 2 auf solche Weise, daß die Längsachse der Kammer praktisch vertikal verläuft. Der Träger 2 ermöglicht durch seine Form die Einführung einer Pedalachse 4 in die Behandlungskammer, die am oberen Ende durch den Verschluß 10 und die Hülse 72 abgeschlossen ist.According to Fig. 1, the treatment chamber 1 rests on a lower support 2 in such a way that the longitudinal axis of the chamber is practically vertical. The carrier 2 is made possible by its shape the introduction of a pedal shaft 4 into the treatment chamber, which is at the top through the closure 10 and the sleeve 72 is complete.

Inertes Gas leitet man kontinuierlich durch den Träger 2 in den unteren Teil der Behandlungskammer (in der Zeichnung nicht dargestellt). Das Gas verläßt die Kammer durch den Verschluß 10.Inert gas is passed continuously through the carrier 2 into the lower part of the treatment chamber (not shown in the drawing). The gas leaves the chamber through the closure 10.

Die Pedalachse 4 ist unterhalb des Trägers 2 mit einer Einrichtung versehen, mit deren Hilfe sie entweder von Hand oder automatisch angehoben und abgesenkt werden kann, und außerdem ist noch eine Einrichtung vorgesehen, um sie um ihre Achse in Umdrehung zu versetzen. Am obersten Ende der Pedalachse 4 befindet sich ein Pedal und ein Spannfutter, welches die Bezugsziffer 6 trägt; dieses trägt und hält die Zuführungsstange aus Halbleitermaterial 8. ' The pedal axis 4 is provided below the support 2 with a device with the help of which they either can be raised and lowered manually or automatically, and there is also another Means provided to set them in rotation about their axis. At the top of the Pedal axle 4 is a pedal and a chuck, which bears the reference number 6; this carries and holds the feed rod made of semiconductor material 8. '

Unmittelbar unter dem Verschluß 10 befindet sich die Heizvorrichtung 12, welche die Außenfläche der Behandlungskammer 1 vollständig umgibt. Die Heizvorrichtung 12 ist eine induktiv wirkende elektrische Heizung, die mit Wechselstrom gespeist wird und eine ausreichende Wärmemenge erzeugt, um in einem begrenzten Bereich der Zuführungsstange 8 eine geschmolzene Zone zu erzeugen. .Immediately below the closure 10 is the heating device 12, which is the outer surface of the Treatment chamber 1 completely surrounds. The heating device 12 is an inductively acting electrical one Heating that is fed with alternating current and generates sufficient heat to be able to use a limited area of the feed rod 8 to produce a melted zone. .

Mit 16 ist ein Keimstab bezeichnet, der durch die Antriebsvorrichtung 18 ..hindurchgesteckt wird und durch den Verschluß 10 so weit in die Kammer 1 herabgelassen wird, bis er in Berührung mit der am obersten Ende des Zuführungsstabes erzeugten geschmolzenen Zone kommt. Der Keimstab und der an ihn ankristallisierende dünne Halbleiterstab 16 wird dann aus der Schmelzzone durch die Antriebsvorrichtung 18 (s. die Fig. 2, 3 und 4) herausgezogen. Die Antriebsvorrichtung besteht aus einer kombinierten Vorrichtung 20 zum Ziehen und. Drehen, die auf einem Träger 22 befestigt ist. Die Vorrichtung 20 wird von zwei unabhängig voneinander betriebenen Elektromotoren angetrieben. Der Motor zur Erzeugung der Drehbewegung (in der Zeichnung nicht dargestellt) trägt eine Riemenscheibe 24, die ihrerseits den Drehantrieb über den Riemen 25 antreibt. Die: Drehzahl dieses Antriebs bleibt praktisch während des ganzen Herstellungsverfahrens konstant und bleibt auch, wenn sie erreicht ist, vollständig unabhängig von dem Zugantrieb 27. ■;■,... :16 with a germination rod is designated, which is inserted through the drive device 18 .. and is lowered through the shutter 10 so far into the chamber 1 until it comes into contact with the molten zone created at the top of the feed rod. The germ stick and the thin semiconductor rod 16 crystallizing on it is then removed from the melting zone through the Drive device 18 (see Figs. 2, 3 and 4) pulled out. The drive device consists of a combined device 20 for pulling and. Rotation, which is mounted on a carrier 22. The device 20 is independent of each other by two powered electric motors. The motor for generating the rotary motion (in the Drawing not shown) carries a pulley 24, which in turn drives the rotary drive via the Belt 25 drives. The: speed of this drive remains practically during the entire manufacturing process constant and remains completely independent of the traction drive even when it is reached 27. ■; ■, ...:

Die Zugvorrichtung 27 besteht aus einem Paar verschwenkbarer Ziehwalzen 28, die von einem Zahnräderpaar 30 angetrieben werden, welches die Zugkraft ausübt, und von denen jede einzelne Ziehwalze koaxial zu einem einzelnen Zahnrad 30 über die Achse 32 verbunden ist. Die Zahnräder 30 greifen in Zwischenzahnräder 34, die entsprechend auf einer Achse angeordnet sind und mit Hilfe der Wellen 38 auf dem Gehäuse 36 eine bestimmte feste Lage zueinander einnehmen. Die Zahnräder 30 stehen dauernd im Eingriff mit den entsprechenden Zwischenzahnrädern 34, wozu vertikale Stangen 40 und vorgespannte einstellbare Tragstangen 42 dienen. Die vorgespannten einstellbaren Tragstangen 42 bilden die Form eines V, von der Drehachse der Zahnräder 30 aus gesehen bis zu einem unter Federspannung stehenden Teil 44, der seinerseits mit Hilfe einer Nut 46 in seiner Lage in dem Gehäuse 36 gehalten wird. Die Antriebsräder 28 werden auf ahn-The pulling device 27 consists of a pair of pivotable pulling rollers 28, which are of a Gear wheels 30 are driven, which exerts the tensile force, and each of which is a pull roller is connected coaxially to a single gear 30 via the axis 32. The gears 30 engage in intermediate gears 34, which are arranged correspondingly on an axis and with the help of the shafts 38 assume a certain fixed position to one another on the housing 36. The gears 30 are constantly in engagement with the corresponding intermediate gear wheels 34, including vertical rods 40 and biased adjustable support bars 42 serve. The pre-tensioned adjustable support bars 42 form the shape of a V, viewed from the axis of rotation of the gears 30 to one under spring tension standing part 44, which in turn is held in its position in the housing 36 with the aid of a groove 46 will. The drive wheels 28 are based on

liehe Weise auf der anderen Seite des Gehäuses 36 durch vorgespannte einstellbare Tragstangen 48 gehalten. Der einstellbare, unter ,Federspannung stehende Teil 44 greift in horizontaler Richtung genügend weit durch das Gehäuse 36 hindurch, daß er beide Sätze von Tragstangen 42 und 48 halten kann. Der Teil 44 trägt an jedem Ende eine Feder 50 und 51, die fest an dem Gehäuse 36 angebracht sind. Der Teil 44 ist so in der Nut 46 untergebrächt, daß er sich nicht drehen kann; er ist außerdem mit einer nicht dargestellten öffnung versehen, die vertikal durch seinen mittleren Teil hindurchgeht, um die Stange 16 ohne Behinderung aufnehmen zu können, die in vertikaler Richtung durch ihn hindurchgeht.borrowed manner held on the other side of the housing 36 by preloaded adjustable support rods 48. The adjustable, spring-loaded part 44 engages sufficiently in the horizontal direction far through the housing 36 to hold both sets of support rods 42 and 48 can. The part 44 carries a spring 50 and 51 at each end which are fixedly attached to the housing 36. The part 44 is so housed in the groove 46 that it cannot rotate; he's also with a provided opening, not shown, which passes vertically through its central part to the To be able to accommodate rod 16 without hindrance that passes through it in the vertical direction.

Eine der verschwenkbaren Walzen 28 ist auf einer vertikal angeordneten Tragstange 53 drehbar befestigt, die ähnlich wie das Zahnrad 30 gelagert ist, an welchem sie koaxial befestigt ist, so daß sich auf diese 'Weise die erforderliche Schwingbewegung um die Achse des Zwischenrades ergibt, mit dem sie in ao permanentem Eingriff steht. Die andere Ziehwalze.28 ist auf dem oberen Schenkel eines L-förmigen Supports 55 angeordnet. Die Verbindung der beiden Schenkel des L-förmigen Supports liefert den Drehpunkt für diesen Support. Auf dem horizontal nach as außen ragenden Schenkel 56 befindet sich am äußersten Ende der Antriebsmotor 58. Der horizontale Schenkel 56 trägt außerdem eine horizontal unter einem rechten Winkel nach außen ragende Antriebsachse 60 mit einem Ritzel 62 am äußersten Ende, welches in dauerndem Eingriff mit dem Zwischenzahnrad 34 steht, welches seinerseits in dauerndem Eingriff mit dem Zahnrad steht, welches koaxial mit der Ziehwalze 28 kämmt, die an dem L-förmigen Support angeordnet ist.One of the pivotable rollers 28 is rotatably mounted on a vertically arranged support rod 53, which is mounted similar to the gear 30 to which it is coaxially attached so that on this' way results in the required oscillating movement about the axis of the intermediate gear, with which it is in ao permanent intervention. The other drawing roller. 28 is on the upper leg of an L-shaped support 55 arranged. The connection of the two legs of the L-shaped support provides the pivot point for this support. On the horizontally outwardly projecting leg 56 is located at the outermost End of the drive motor 58. The horizontal leg 56 also carries a horizontally underneath drive axle 60 protruding outwards at a right angle with a pinion 62 at the outermost end, which is in permanent engagement with the intermediate gear 34, which in turn is in permanent Engagement with the gear is, which meshes coaxially with the drawing roller 28, which is on the L-shaped Support is arranged.

Die geschilderte Art der Anordnung des Motors an dem L-förmigen Support 55 verhindert die Zunahme und die Abnahme der Drehzahl der Antriebsräder, wenn der Durchmesser der Stange sich ändert.The described type of arrangement of the motor on the L-shaped support 55 prevents the increase and the decrease in the speed of the drive wheels as the diameter of the rod changes.

Das Gehäuse 36 ist auf einer rotierenden Plattform 64 angeordnet, die ihrerseits über die Riemenscheibe 24 und den Riemen 25 angetrieben ist. Die Plattform 64 sowie reibungsarme Drehverbindungen sind unter dem Träger 22 für den Antrieb angeordnet. Um diesen Teil des Antriebs möglichst reibungsfrei zu gestalten, kann zwischen der Plattform und dem Träger 22 ein Kugellager vorgesehen sein. Die Plattform 64 weist vorzugsweise einen Teil auf, der durch den Träger 22 mit einer Scheibe 66 hindurchgreift, die auch als Konstruktionselement für die Zufuhr elektrischer Energie aus einer Stromquelle 68 zu dem Antriebsmotor 58 dienen kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man in die Nuten 69 Schleifringe einlegt und Bürsten 70 vorsieht, die in den Schleifringen oder elektrisch leitenden Vertiefungen schleifen, um auf diese Weise eine kontinuierliche Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Antriebsmotor 58 zu sichern.The housing 36 is arranged on a rotating platform 64, which in turn is supported by the pulley 24 and the belt 25 is driven. The platform 64 and low-friction slewing rings are arranged under the carrier 22 for the drive. To make this part of the drive as frictionless as possible To shape, a ball bearing can be provided between the platform and the carrier 22. the Platform 64 preferably has a part that extends through the carrier 22 with a disk 66, also as a construction element for the supply of electrical energy from a power source 68 can serve to drive motor 58. This can be done, for example, by entering the Grooves 69 insert slip rings and provide brushes 70 in the slip rings or electrically conductive Grinding recesses in order to ensure a continuous supply of electrical energy in this way to secure the drive motor 58.

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for drawing thin rods of different diameters from semiconductor material with a treatment chamber in which there is an inert atmosphere around the melt zone with one in its vicinity Heating device and with a sealing cap at one end of the chamber, the has a passage through which the drawn thin rod extends under practically gas-tight Shutter opposite the chamber can move through, scnvie with an outside of the Chamber arranged drive device with a pair of rollers for pulling the rods and with an electric motor drive, thereby characterized in that coaxial with the pair of drawing rollers (28) and stationary relative to this a pair of gears (30) is arranged that further a pair of intermediate gears (34) Shafts are arranged which occupy a fixed position to each other that one of the intermediate gears (34) is in permanent engagement with a on the shaft of the drive motor seated pinion (62) and with one of the other two gears (30) 'and the other intermediate gear is in permanent engagement with the other Gear is located that both the drive motor and the one closest to it Pull roller together with the gear assigned to this roller about the axis of the one Intermediate gear is pivotable, with which this gear and the pinion are in are permanent engagement, and that the other pull roller together with its associated Gear around the axis of the other intermediate gear with which it is in constant mesh stands, is pivotable.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the two pivotable drawing rollers (28) via an adjustable support rod (48) are interconnected.

1 sheet of drawings