Horno de fusión-solidificación provisto de modulación de los intercambios térmicos por las paredes laterales.

Horno (1) de fusión y de solidificación para material cristalino (3) provisto de:

- un crisol (2) que tiene un fondo (4) y paredes laterales (5), mostrando el crisol une dirección longitudinal perpendicular al fondo (4) - un sistema lateral de aislamiento térmico (6) colocado alrededor del crisol (2) frente a las paredes laterales (5), estando provisto el sistema lateral de aislamiento térmico (6) de al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7'a, 7'b, 7'c) que se desplaza entre una posición de aislamiento y una posición que favorece la disipación térmica,

horno caracterizado porque:

- el sistema lateral de aislamiento térmico (6) está constituido por al menos dos subelementos adyacentes que forman un anillo continuo en la posición de aislamiento y discontinuo en la posición que favorece la disipación térmica, y porque está provisto de medios de desplazamiento de mismo con al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7'a, 7'b, 7'c) siguiendo una dirección lateral perpendicular a la dirección longitudinal.

Horno de fusión-solidificación provisto de modulación de los intercambios térmicos por las paredes laterales.

Campo técnico de la invención La invención se refiere a un horno de fusión y de solidificación para material cristalino, provisto de:

- un crisol que tiene un fondo y paredes laterales,

- un sistema de aislamiento térmico lateral dispuesto en la periferia del crisol alrededor de las paredes laterales,

- medios de desplazamiento de al menos un elemento lateral del sistema de aislamiento térmico lateral, con respecto a las paredes laterales, entre una posición de aislamiento y una posición que favorezca la disipación térmica.

Estado de la técnica De forma convencional, los materiales cristalinos, habitualmente los materiales semiconductores y los materiales metálicos no pueden utilizarse como tales en los diferentes campos tecnológicos debido a que carecen de la pureza suficiente y/o tienen una estructura cristalina mal adaptada. Para que los materiales cristalinos puedan responder a una especificación de cargas muy estrictas, se someten a varios ciclos de fusión-solidificación con el fin, por ejemplo, de reducir el contenido de impurezas del material, y/o imponer una organización cristalina en el material sólido final.

La purificación del material cristalino se puede llevar a cabo una primera vez durante la fase de fusión utilizando un procedimiento de purificación en fase líquida, por ejemplo, con una antorcha de plasma. Igualmente, la purificación se puede llevar a cabo durante la solidificación, ya que las impurezas se separan preferentemente de la fase sólida y se dirigen al material fundido. De forma convencional, la fase de solidificación se utiliza para definir la fase cristalina del material cristalino.

De forma clásica, el material a cristalizar se introduce, en forma de carga, en el interior de un crisol que está colocado en un horno vertical. El horno está provisto de medios de calefacción para fundir el material cristalino, y también de medios de enfriamiento para establecer un gradiente térmico muy concreto en el material fundido durante su fase de enfriamiento. Por ejemplo, los medios de calefacción seleccionados son de tipo inductivo, ya que permiten calentar el material cristalino a la vez que llevan a cabo la mezcla de material fundido.

Sin embargo, en las diferentes fases del tratamiento del material a cristalizar, las funcionalidades tanto del horno como de sus elementos constituyentes son distintas. En primer lugar, en la fusión del material se requiere un buen aislamiento del horno y sobre todo del crisol para reducir las pérdidas térmicas y garantizar de este modo un rendimiento suficiente del horno.

En el caso de la purificación, el control de la temperatura del horno es tan importante como conseguir un mezclado eficaz. Por tanto, es importante controlar la cantidad de energía suministrada al crisol, con respecto a la que pierde el crisol, para controlar la temperatura del material fundido. Además, un buen mezclado garantiza una renovación de la superficie exenta de contaminantes. Como se ha indicado más arriba, los medios de calentamiento inductivo realizan a la vez el calentamiento y el mezclado del baño líquido. Cuanto más corriente circula por las bobinas, más importante resultan el mezclado y el calentamiento, y por tanto, es muy difícil ejecutar con precisión un control estricto de la temperatura del horno, manteniendo al mismo tiempo una mezcla elevada, ya que estas dos condiciones son contrarias.

En el caso de la solidificación dirigida, la extracción del calor del material se debe controlar perfectamente, ya que el gradiente térmico aplicado al crisol es lo que condiciona el avance del frente de solidificación y, por tanto, la calidad cristalográfica del material final. Además, durante la cristalización, la fase líquida también se mezcla igualmente para garantizar un reparto homogéneo de los elementos que constituyen el material.

El documento WO 2005/105670 describe una instalación de fabricación de bloques de material semiconductor. Esta instalación comprende dos recintos diferenciados y dedicados a operaciones específicas. Un primer recinto y un primer crisol se utilizan para realizar la fusión y la purificación del material semiconductor. A continuación, se utilizan un segundo recinto y un segundo crisol para llevar a cabo la cristalización. Esta instalación es compleja, necesita medios para trasvasar el material fundido del primer crisol al segundo crisol. Esta instalación ocupa mucha superficie, ya que es necesario instalar y gestionar dos recintos.

El documento FR 2553232 describe un dispositivo para elaborar un lingote de un material semiconductor policristalino. Este dispositivo está provisto de un crisol, en cuyo interior está dispuesto un material semiconductor. El dispositivo está provisto de medios de calefacción por inducción, y el crisol está calorifugado mediante un fieltro de carbono dispuesto contra las paredes laterales y el fondo del crisol. El dispositivo lleva a cabo la fusión y la cristalización del material semiconductor en el propio crisol. La cristalización se consigue retirando el fieltro que está dispuesto sobre el crisol, lo que origina una disipación térmica en el fondo del crisol. De este modo, el gradiente término perpendicular al fondo del crisol induce un gradiente térmico de estabilización en el material fundido (con el frío en la parte inferior) , que se opone a los movimientos de mezclado necesarios para obtener un material homogéneo.

El documento JP 05024964 describe un dispositivo de cristalización en el que un escudo aislante se desplaza longitudinalmente, es decir, de forma perpendicular al fondo del crisol. El documento US 2007/0227189 describe un dispositivo de cristalización en el que más conductores térmicamente se desplazan para entrar en contacto con la pared lateral de un crisol.

Objeto de la invención El objeto de la invención es un horno de fusión-cristalización que sea fácil de poner en marcha, que utiliza solamente un crisol para la fusión y la cristalización y que permita controlar el sobrecalentamiento del material fundido teniendo a la vez un mezclado importante.

El horno según la invención se caracteriza por las reivindicaciones adjuntas y, más concretamente, por el hecho de que:

- el sistema lateral de aislamiento térmico está formado por al menos dos subelementos adyacentes que forman un anillo continuo en la posición de aislamiento y discontinuo en la posición que favorece la disipación térmica, y en que está provisto de medios para desplazar el al menos un elemento lateral citado siguiendo una dirección lateral perpendicular a una dirección longitudinal.

Descripción resumida de los dibujos Otras ventajas y características de la invención aflorarán más claramente de la descripción que va seguida de las realizaciones concretas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplos no limitantes, y representados por los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 representa, de forma esquemática, en vista superior, una realización concreta de un crisol y de un elemento lateral de aislamiento térmico, según la invención,

- las figuras 2 y 3 representan, de forma esquemática, en sección longitudinal, otra realización concreta de un crisol y de elementos laterales de aislamiento térmico, según la invención, en dos configuraciones de aislamiento diferentes,

- las figuras 4 a 6 representan, de forma esquemática, en vista superior, una tercera realización concreta de un crisol y de elementos laterales de aislamiento térmico, según la invención, en configuraciones de aislamiento diferentes,

- las figuras 7 y 8 representan, de forma esquemática, secciones longitudinales de un elemento lateral de aislamiento térmico, según la invención.

Descripción de una realización preferida de la invención Como se muestra en las figuras 1 a 6, el horno 1 de fusión-solidificación está provisto de un crisol 2 en el que se encuentra un material cristalino 3 de tipo semiconductor o metálico. El horno 1 está provisto igualmente de medios de calentamiento por inducción electromagnética (no representados) del material cristalino 3. Los medios de calentamiento están formados, por ejemplo, por una o varias bobinas en cuyo interior circula una corriente alterna de frecuencia definida de antemano.

El crisol 2 tiene un fondo 4 y paredes laterales 5 de un material refractario no refrigerado, por tanto, el crisol es del tipo crisol caliente. Las paredes laterales 5 están orientadas según una dirección longitudinal L que es perpendicular al fondo 4 del crisol 2. Las paredes 5 tienen una altura h desde el fondo 4 del crisol... [Seguir leyendo]

1. Horno (1) de fusión y de solidificación para material cristalino (3) provisto de:

- un crisol (2) que tiene un fondo (4) y paredes laterales (5) , mostrando el crisol une dirección longitudinal perpendicular al fondo (4)

- un sistema lateral de aislamiento térmico (6) colocado alrededor del crisol (2) frente a las paredes laterales (5) ,

estando provisto el sistema lateral de aislamiento térmico (6) de al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7’a, 7’b, 7’c) que se desplaza entre una posición de aislamiento y una posición que favorece la disipación térmica, horno caracterizado porque:

- el sistema lateral de aislamiento térmico (6) está constituido por al menos dos subelementos adyacentes que forman un anillo continuo en la posición de aislamiento y discontinuo en la posición que favorece la disipación térmica, y porque está provisto de medios de desplazamiento de mismo con al menos un elemento lateral (7a, 7b,

7c, 7’a, 7’b, 7’c) siguiendo una dirección lateral perpendicular a la dirección longitudinal.

2. Horno según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema lateral de aislamiento térmico (6)

está provisto de al menos elementos laterales de aislamiento principal (7a, 7b, 7c) y adicional (7’a, 7’b, 7’c) .

3. Horno según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los medios de desplazamiento están provistos de medios de desplazamiento de al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7’a, 7’b, 7’c) del sistema lateral de aislamiento térmico (6) , según una dirección longitudinal.

4. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios de desplazamiento están provistos de medios de desplazamiento de al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7’a, 7’b, 7’c) del sistema lateral de aislamiento térmico (6) en rotación con respecto al eje longitudinal del crisol (2) .

5. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al menos un elemento lateral de aislamiento térmico (7a, 7b, 7c, 7’a, 7’b, 7’c) tiene una emisividad comprendida entre 0, 3 y 0, 6.

6. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque el sistema lateral de aislamiento térmico (6) está fabricado de un material seleccionado entre aluminio, Macor™, mulita o circonio.

7. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sistema lateral de aislamiento térmico (6) tiene una altura idéntica a la altura de las paredes laterales (5) .

8. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sistema lateral de aislamiento térmico (6) tiene una altura inferior a la altura de las paredes laterales (5) .

9. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7’a, 7’b, 7’c) del sistema lateral de aislamiento térmico (6) tiene una sección rectangular según un plano perpendicular al fondo (4) del crisol (2) .

10. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque al menos un elemento lateral (7a, 7b, 7c, 7’a, 7’b, 7’c) del sistema lateral de aislamiento térmico (6) tiene una sección trapezoidal rectangular a una según un plano perpendicular al fondo (4) del crisol (2) .

11. Horno según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque está provisto de medios de calentamiento del material cristalino por inducción electromagnética, y porque el sistema lateral de aislamiento térmico (6) tiene una conductividad eléctrica inferior a 1 S/m y una conductividad térmica inferior a 15 W/m/K.