Dispositivo para fabricar cristales a partir de masas fundidas eléctricamente conductoras.

Dispositivo para cultivar cristales a partir de masas fundidas eléctricamente conductoras que presenta al menos un crisol (12) que contiene una masa fundida (11),

dispuesto en una cámara de cultivo (10), un dispositivo de calentamiento (1) que rodea al crisol (12), que está realizado como disposición de múltiples bobinas de bobinas (1a, 1b, 1c) dispuestas una sobre otra, presentando las bobinas (1a, 1b, 1c) espiras de bobina continuas o escalonadas (9) y estando colocadas en las bobinas (1a, 1 b, 1c) barras de alimentación de corriente (2a, 2b, 2c, 2m) que están conectadas eléctricamente con un dispositivo de alimentación de energía (13) dispuesto fuera de la cámara de cultivo (10), caracterizado por que el dispositivo de calentamiento (1) presenta elementos estabilizadores (3a), (3b), (3c), (3d) en las espiras de bobina (9) y las barras de alimentación de corriente (2a), (2b), (2c), (2m) presentan al menos una barra horizontal (5a, 5b, 5c, 5m) y una barra vertical (6a, 6b, 6c, 6m) que están conectadas entre sí en forma de una pieza angular, estando conectada de manera eléctricamente conductora la barra horizontal (5a, 5b, 5c, 5m) con al menos una bobina (1a, 1b, 1c) y correspondiendo una longitud de barra (7) de la barra horizontal (5a, 5b, 5c, 5m) al menos a una profundidad de penetración del flujo magnético a una frecuencia usada respectivamente.

Dispositivo para fabricar cristales a partir de masas fundidas electricamente conductoras.

La presente invencion se refiere a un dispositivo para fabricar cristales a partir de masa fundidas electricamente conductoras. º

Se conocen dispositivos para generar simultaneamente un perfil de temperatura y campo magnetico para su uso en el cultivo de cristales. La mayoria de las publicaciones describen dispositivos para generar un campo magnetico rotatorio (transversal) . En el documento DE 2 107 646, Hull IBM Technical Disclosure Bulletin vol. 23 (1980) 2756) , Hoshikawa et al. (Jpn. J. Appl. Phys. 19 (1980) L33) y Kim et al., IBM Technical Disclosure Bulletin vol. 25 (1982) 2277 asi como en el documento DE 37 50 382 T2 se describe un calefactor por resistencia de grafito cilindrico hueco compuesto por tres segmentos en conexion en triangulo y que incluye el crisol de masa fundida, por el que pasa una corriente trifasica RST, de modo que la disposicion genera junto a una cantidad de calor determinada un campo magnetico rotatorio transversal y por consiguiente actua como un motor de induccion, actuando el calefactor como estator y la masa fundida electricamente conductora incluida por el mismo como rotor. Debido a ello, en los tres casos se desplaza una masa fundida de silicio que se encuentra en un crisol de vidrio de silice en forma de vaso, segun en cada caso la direccion del flujo de corriente, en movimiento de rotacion que gira a la derecha o la izquierda. La disposicion se propone para la generacion de una conveccion controlada y con ello el mezclado de la masa fundida. º

En ninguno de los documentos enumerados anteriormente se encuentran indicaciones sobre como esta configurado en detalle el cuerpo de calefaccion por resistencia que genera un campo magnetico. Si se usara el modelo verticalmente ranurado en forma de meandro usado habitualmente en el cultivo de cristales para aumentar el recorrido de corriente y con ello la resistencia electrica (vease por ejemplo la figura 3.2. 24 en la pagina 703 en K. Wilke, J. Bohm, Kristallzuchtung, Vlg. H. Deutsch and Thun, Frankfurt a.M. 1988) , estaria limitado el acoplamiento del campo magnetico en el desplazamiento de fases que esta en contacto con los puntos de contacto y por consiguiente seria ineficaz dado que se neutralizan las lineas de campo en la zona de los recorridos de corriente que discurren de manera contraria. Se generaria una proporcion de campo longitudinal reducida en el borde superior e inferior con las secciones del cambio de recorrido de flujo que discurren horizontalmente. º

Para obtener con respecto a la induccion magnetica una configuracion mas eficaz de los recorridos de corriente y una conexion en estrella del cuerpo de calefaccion, se propone en el documento DE 2 107 646 usar una ranuracion paralela triple en forma de espiral que asciende en forma de helice partiendo de los puntos de contacto en la base del calefactor y finaliza cerca del borde superior.

En el documento JP 59121183 A se recomiendan dos segmentos de calefaccion cilindricamente curvados que se encuentran opuestos entre si, que en cada caso estan compuestos por una espiral de circuito con tipo de espiral en el centro del segmento y generan un campo magnetico constante para suprimir los flujos de conveccion en la masa fundida. Una disposicion de este tipo es sin embargo desde el punto de vista termico y magnetico extremadamente asimetrico, es desventajoso para un cultivo de monocristales y ademas es inadecuado debido a la complejidad para su uso industrial. El documento JP 2001 181 088 da a conocer un dispositivo de calefaccion por induccion. En caso de este dispositivo, las barras de alimentacion de corriente estan configuradas en forma de una pieza angular.

Para una amortiguacion mas eficaz de las corrientes de conveccion en un crisol de masa fundida de cristal es especialmente ventajoso el acoplamiento de un campo magnetico que migra longitudinalmente, dado que contrarresta en forma de un toroide de lineas de campo cerrado el patron de corriente de la masa fundida de forma similar axialmente simetrico (vease por ejemplo Socoliuc, Magnetohydrodynamics 39 (2003) 187) y debido a ello tambien permite un muy buen control de la forma de limite de fases solido-liquido en caso del procedimiento Bridgman vertical (vease por ejemplo Schwesig et al. J. Cr y stal Growth 266 (2004) 224) . Todas las soluciones discutidas anteriormente no cumplen este requisito.

Sin embargo se describen tambien disposiciones de calefactor que generan simultaneamente calor y un campo de ondas progresivas magnetico longitudinal. Asi se remite en el documento DE 10102126 A1 a una disposicion de calefactor rotacionalmente simetrica que esta configurada simultaneamente como inductor de multiples fases en forma de espiral. Tambien en el documento DE 103 49 339 A1 se realizan tres secciones de bobina de calefaccion que se encuentran una sobre la otra constituidas por espiras de grafito electricamente conductoras en forma de espiral y se conectan entre si en configuracion triangular, de modo que en caso de la circulacion de tension alterna RST con desplazamiento de fases de 1200 en la masa fundida incluida se inducen lineas de campo magnetico que migran toroidalmente. Se sabe que debe estar presente al menos una disposicion de dos bobinas para la generacion combinada de un campo de ondas progresivas termico y magnetico.

Todas estas propuestas de solucion expuestas tienen los siguientes inconvenientes: por un lado, los parametros geometricos de las espiras de bobina, tales como la seccion transversal, la distancia y el numero de espiras, no estan especificados ni optimizados, lo que es sin embargo una condicion tecnica incondicional para un accionamiento simultaneo activo de la disposicion para fundir o cristalizar una correspondiente sustancia y generar un campo de ondas progresivas magnetico de fuerza suficiente y debido a ello permite en primer lugar una aplicacion industrial. Por otro lado, las disposiciones de calentamiento explicadas y representadas graficamente en las publicaciones son mecanicamente inestables, dado que el peso propio de las espiras conduciria al derrumbamiento y con ello a distintas distancias entre espiras hasta el punto de cortocircuitos. Ademas no permiten ninguna variacion dirigida de las distancias entre espiras para las respectivas secciones de bobina. Otro inconveniente consiste en que estan conducidos a lo largo de en las barras de alimentacion de corriente hacia los puntos de contacto electricos de las secciones de bobina, por ejemplo cuatro en caso de una conexion en estrella, respectivamente en un angulo circular determinado coaxialmente en proximidad directa a la superficie de la camisa exterior de la disposicion, de manera que debido sus aportes de induccion se llegan a asimetrias del campo magnetico acoplado, lo que contradice a su vez una simetria de rotacion exigida en caso de procesos de cultivo de cristales de los campos termicos y masicos en la masa fundida. Ademas no se ilustra ninguna solucion tecnica con respecto a las alimentaciones de contacto para una conexion en estrella.

El objetivo de la invencion es proporcionar un dispositivo para fabricar cristales, monocristales como policristales, a partir de masas fundidas electricamente conductoras, con el que se mejora el procedimiento de cultivo y con ello la calidad de los cristales que van a fabricarse, particularmente mediante la mejora de la estabilidad mecanica del dispositivo de calentamiento y en relacion con la prevencion de un campo adicional magnetico asimetrico con accion perturbadora en la masa fundida.

El objetivo se soluciona mediante un dispositivo con las caracteristicas de la reivindicacion 1.

Ciertas configuraciones ventajosas del dispositivo segun la invencion estan contenidas en las reivindicaciones dependientes.

Asi, el dispositivo segun la invencion para fabricar cristales a partir de masas fundidas electricamente conductoras, que presenta al menos un crisol que contiene una masa fundida, dispuesto en una camara de cultivo, un dispositivo de calentamiento que rodea al crisol, que esta realizado como disposicion de multiples bobinas de bobinas dispuestas una sobre otra, presentando las bobinas espiras de bobina continuas o escalonadas y estando colocadas en las bobinas barras de alimentacion de corriente que estan conectadas electricamente con un dispositivo de alimentacion de energia dispuesto fuera de la camara de cultivo, esta caracterizado por que el dispositivo de calentamiento presenta elementos estabilizadores en las espiras de bobina y las barras de alimentacion de corriente estan configuradas en forma de una pieza angular.... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para cultivar cristales a partir de masas fundidas electricamente conductoras que presenta al menos un crisol (12) que contiene una masa fundida (11) , dispuesto en una camara de cultivo (10) , un dispositivo de calentamiento (1) que rodea al crisol (12) , que esta realizado como disposicion de multiples bobinas de bobinas (1a, 1b, 1c) dispuestas una sobre otra, presentando las bobinas (1a, 1b, 1c) espiras de bobina continuas o escalonadas

(9) y estando colocadas en las bobinas (1a, 1 b, 1c) barras de alimentacion de corriente (2a, 2b, 2c, 2m) que estan conectadas electricamente con un dispositivo de alimentacion de energia (13) dispuesto fuera de la camara de cultivo (10) , caeacteeizadoºpoeºque el dispositivo de calentamiento (1) presenta elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) , (3d) en las espiras de bobina (9) y las barras de alimentacion de corriente (2a) , (2b) , (2c) , (2m) presentan al menos una barra horizontal (5a, 5b, 5c, 5m) y una barra vertical (6a, 6b, 6c, 6m) que estan conectadas entre si en forma de una pieza angular, estando conectada de manera electricamente conductora la barra horizontal (5a, 5b, 5c, 5m) con al menos una bobina (1a, 1b, 1c) y correspondiendo una longitud de barra (7) de la barra horizontal (5a, 5b, 5c, 5m) al menos a una profundidad de penetracion del flujo magnetico a una frecuencia usada respectivamente.

2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caeacteeizado poe que los elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) , (3d) estan configurados como barras cilindricas con entalladuras en forma de ranura (4) .

3. Dispositivo segun la reivindicacion 1 o 2, caeacteeizado poe que los elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) , (3d) estan configurados como barras cilindricas con plaquitas (14) .

4. Dispositivo segun la reivindicacion 1 a 3, caeacteeizado poe que los elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) , (3d) estan dispuestos coaxialmente a lo largo del lado externo de las bobinas entre las barras de alimentacion de corriente (2a) , (2b) , (2c) , (2m) , enganchandose las entalladuras en forma de ranura (4) en las espiras de bobina (9) de las bobinas (1a) , (1b) , (1c) o encontrandose las plaquitas (14) entre las espiras de bobina (9) .

5. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caeacteeizado poe que estan presentes al menos dos elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) (3d) .

6. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caeacteeizado poe que esta presente al menos una entalladura en forma de ranura (4) en los elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) , (3d) .

7. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caeacteeizado poe que los elementos estabilizadores (3a) , (3b) , (3c) , (3d) presentan al menos una plaquita (14) .

8. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caeacteeizado poeºque las barras verticales (6a) , (6b) , (6c) , (6m) de las barras de alimentacion de corriente (2a) , (2b) , (2c) , (2m) estan conectadas electricamente fuera de la camara de cultivo (10) con el dispositivo de alimentacion de energia (13) .

9. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caeacteeizado poe que una barra de alimentacion de corriente (2m) presenta dos barras horizontales (5m, 5n) que estan conectadas electricamente con las bobinas.

10. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caeacteeizado poeºque las espiras de bobina (9) presentan una seccion transversal de espira (0) con una anchura de espira (B) y una altura de espira (H) en la proporcion de

10:1 a 1:10.

11. Dispositivo segun la reivindicacion 10, caeacteeizado poe que las espiras de bobina (9) presentan una seccion transversal de espira (0) con la anchura de espira (B) y la altura de espira (H) en la proporcion de 5:1.