Brevet FR2009656A1 — publié le 19700206

17S96 2009656 L'invention concerne un dispositif de fusion par zone sans creuset d'un barreau cristallin, en particulier semi-conducteur, au moyen d'une bobine de chauffage par induction comportant une seule spire et entourant en anneau ledit barreau» 5 On utilise souvent, comme sources d'énergie pour la fusion par zone sans creuset, des bobines plates à une ou plusieurs spires» Les bobines plates ont sur les bobines cylindriques l'avantage de créer une zone de fusion de bien moindre extension axiale, donc de plus grande stabilité® Oe point est particu— 10 librement important pour les barreaux de forte section» Pour diminuer sur la bobine de chauffage par induction la chute de tension et par conséquent la tendance à l'amorçage d'arcs, il est bon d'utiliser, dans la fusion par zone pratiquée dans un récipient à atmosphère gazeuse protectrice, 15 par exemple d'hydrogène, une bobine plate présentant une section circulaire et ne comportant qu'une seule spire* La demanderesse a constaté que la tendance m l'aaorçage d'ares entre la bobine de chauffage par induction et le barreav semi-conducteur est encore plus faible si la bobine compor— - 20 tant une seule spire et entourant en anneau le barreau présente^ conformément à l'invention, une section allongée. Une telle bobine possède une inductance réduite par rapport à celle d'une bobine annulaire de section circulaire et de mtme hauteur en direction axiale des barreaux semi-conduc* 25 teurs» Il en résulte, h, puissance de fusion égale, une chute de tension moindre et donc une plus faible tendance à l'amorçage d'arcs. Par rapport à une bobine plate à plusieurs spires et de mêmes diamètres — extérieur et intérieur - la bobine de chauffage par induction conforme à l'invention offre l'avantage d'une répar-30 tition de champ plus uniforme et d'un effet de soutien accru à 1*égard de la zone de fusion. Cet avantage est particulièrement important pour le procédé dit d'écrasement, dans lequel la partie de barreau qui cristallise prend un plus fort diamètre que la partie amenée à la aone de fusion, c'est-à-dire le barreatt d'ali— 35 mentation» Le rapport entre les diamètres extérieur et intérieur de la bobine de chauffage par induction est avantageusement au moins égal à 1,5 et, de préférence, de l'ordre de 2,0o 69 17596 2009656 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue latérale, avec coupe par-5 tielle>d'une première bobine de chauffage par induction conforme à ladite invention} la figure 2 est une vue de dessus de la même bobine; la figure 3 représente, de la même manière que la figure 1, une autre bobine conforme à l'invention» •j g La bobine de chauffage par induction représentée sur la figure 1 crée dans un barreau semi-conducteur, formé d'ua. barreau d'alimentation 2 et d'une partie en cours de cristallisation 3, une zone de fusion 40 La section de cette bobine 1 a une forme allongée, c'est-à-dire que sa spire, vue en coupe axiale, 15 présente une largeur ^ supérieure à sa hauteur ho La bobine présentant une spire dont la section va en s'élargissant vers l'extérieur, sa valeur déterminante est la hauteur h^ de son bord intérieur» Le rapport àa/d.. de son diamètre extérieur à son diamètre v a. intérieur est au moins égal à 1,5 et une valeur de l'ordre de 2,0 20 de ce rapport d /d. crée des conditions particulièrement favorables® Des essais ont permis de constater que l'inductance deyla bobine conforme à l'invention ne s'élève alors qu'à environ 3/4 de celle d'une bobine de chauffage par induction de même épaisseur avec spire de section circulaire* La section creuse 5 de la bobine 1 25 n'est pas forcément rectangulaire s elle peut aussi aller en s'élargissant à mesure que la distance à l'axe du barreau augmente* Une bobine à section creuse ainsi élargie vers l'extérieur offre l'avantage de donner une zone de fusion étroite et en même temps de bien se refroidir» Sur la figure 1, cette section s'élargit 30 suivant une pente constante, mais on peut aussi envisager d'autres: formes, en particulier telles que l'élargissement se fasse par échelons» En vue de réaliser un barreau cristallin de diamètre plus fort que celui du barreau de départ, la section de la bobine 35 de chauffage par induction 1, notamment la section creuse 5, peut présenter, comme sur la figure 3, une partie 6 bombée dans le sens de la pesanteuro Cette partie bombée 6 de la section a de préférence 69 17596 2009656 10 une forme adaptée à celle de la zone de fusion 4» Pour fixer les idées, on citera encore les dimensions adoptées dans un cas de réalisation conforme aux figures 1 et 2 s Diamètre du barreau semi-conducteur (barreau d'alimentation).. 27mm Diamètre intérieur d^ de la bobine e...»e<>o.o.o.«oo.<>.».<>••..<> 29mm Diamètre extérieur d# de la bobine • ss».oeoa.a.....o.a..<>.•«<>• 60mm Hauteur du bord intérieur de la bobine «o.<>••<>.•<>.•<>••....o 3mm Hauteur hg du bord extérieur de la bobine •*•«...«•<>• »oa<>« 6mm On peut utiliser la bobine de chauffage par induction conforme à l'invention pour la fusion par zone sans creuset non seulement dans une atmosphère gazeuse protectrice, par exemple d'hydrogène, de gaz rare ou d'un mélange d'hydrogène et de gaz rare, mais aussi, avec des avantages analogues, sous vide* Le 15 dispositif conforme à l'invention convient particulièrement bien aussi à l'application de procédés de fusion par zone tels que ceux dent on trouve la description dans les brevets allemands 1 128 413 - Procédé de préparation de silicium monocristallin, •ans dislocation^ par fusion par zone sans creuset (avec amincis— 20 sement en col de bouteille) — et 1 218 404 - Procédé de fusion par zone sans creuset d'un barreau cristallin, en particulier semi-conducteur (avec transfert latéral de la partie de barreau se resolidifiant)• 69 17596 4 2009656 REVENDICATIONS 1o Dispositif de fusion par zone sans creuset d*un barreau cristallin, en particulier semi-conducteur, au moyen d*une bobine de chauffage par induction comportant une seule spire et 5 entourant en anneau le barreau, dispositif caractérisé par le fait que la section de la bobine de chauffage par induction a une forme allongée0 2« Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport du diamètre extérieur au diamètre 10 intérieur de la bobine est au moins égal à 1,5» 3® Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport du diamètre extérieur au diamètre intérieur de la bobine est de l'ordre de 2,0. 4e Dispositif selon la revendication 1 caractérisé 15 par le fait que la section creuse de la bobine va en s* élargissant à mesure que la distance à l'axe du barreau augmente» 5« Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu*en vue de réaliser un barreau cristallin, de diamètre plus fort que celui du barreau de départ, la sectioa 20 de la bobine présente une partie bombée dans le sens de la pesanteuro 6» Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que la partie bombée de la section a une forme adaptée à celle de la zone de fusion«