(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する装置であって、
電気エネルギ供給用の電気エネルギ供給系統（Ｎ）に前記装置を接続するべく構成されてなる１つの入力部（Ｅ）と、
前記少なくとも１つのシリコン棒（３）を接続可能な少なくとも１つの出力部（Ａ）と、
前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）からの電流を供給するべく構成されてなる少なくとも１つの交流コントローラ（１）と
を有する装置において、
さらに、前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）から、前記交流コントローラ（１）により準備された電流より高い周波数の電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器（２）を有し、
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）の出力部と、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）の出力部と、前記シリコン棒が接続可能な前記装置の出力部とが電気的に直列に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する装置であって、
電気エネルギ供給用の電気エネルギ供給系統（Ｎ）に前記装置を接続するべく構成されてなる１つの入力部（Ｅ）と、
前記少なくとも１つのシリコン棒（３）を接続可能な少なくとも１つの出力部（Ａ）と、
前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）からの電流を供給するべく構成されてなる少なくとも１つの交流コントローラ（１）と
を有する装置において、
さらに、前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）から、前記交流コントローラ（１）により準備された電流より高い周波数の電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器（２）を有し、
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）と前記出力部（Ａ）の間に、前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）を前記少なくとも１つの周波数変換器（２）から電気的に減結合する第１の減結合手段（４）が配置され、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）と前記出力部（Ａ）との間に、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）を前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）から減結合する第２の減結合手段（５）が配置され、
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）と前記第１の減結合手段（４）とからなる配置と、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）と前記第２の減結合手段とからなる配置とが、電気的に並列に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する装置であって、
電気エネルギ供給用の電気エネルギ供給系統（Ｎ）に前記装置を接続するべく構成されてなる１つの入力部（Ｅ）と、
前記少なくとも１つのシリコン棒（３）を接続可能な少なくとも１つの出力部（Ａ）と、
前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）からの電流を供給するべく構成されてなる少なくとも１つの交流コントローラ（１）と
を有する装置において、
さらに、前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）から、前記交流コントローラ（１）により準備された電流より高い周波数の電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器（２）を有し、
前記装置が、それぞれ１つのシリコン棒（３ａ，３ｂ）のための少なくとも１対の出力部を具備し、かつ、前記１対の出力部に割当てられた少なくとも１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）を具備し、
前記１対の出力部の両出力部の各々が前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の一方の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の出力部と結合しており、
前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の両周波数変換器（２ａ，２ｂ）が少なくともその電気出力量に関して同等であり、
前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の各々が１つの出力部を具備し、かつ、前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の両出力部が１つの連結を作り、その中で前記周波数変換器（２ａ，２ｂ）の両出力部が逆相で連結しており、
前記連結が、第１の外接続点（Ｋ１）と中央接続点（Ｋ２）と第２の外接続点（Ｋ３）とを具備し、ここで、前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の第１の周波数変換器（２ａ）の出力部が前記第１の外接続点（Ｋ１）および中央接続点（Ｋ２）と結合しており、前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の第２の周波数変換器（２ｂ）の出力部が前記中央接続点（Ｋ２）および第２の外接続点（Ｋ３）と結合しており、
前記交流コントローラ（１）の出力部が前記第１の外接続点（Ｋ１）および第２の外接続点（Ｋ３）と結合していることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記装置により前記少なくとも１つの出力部（Ａ）において様々な周波数の電圧分から混合された電圧が準備可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記交流コントローラ（１）および前記周波数変換器（２）により準備された電圧が前記出力部において準備可能な電圧を混合すべく結合できる結節点を具備することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの周波数変換器（２）が中周波変換器であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの周波数変換器（２）が、前記装置の出力部（Ａ）において相異なる中周波の重なり合う電流から１つの混合電流を準備するように構成されて成ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの周波数変換器（２）が、前記装置の出力部（Ａ）で準備された１つ以上の電流の１つ以上の周波数を調整するように構成されて成ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置が、前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）により準備された電力の、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）により準備された電力に対する比を調整するように構成されて成る規制手段を具備することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置が、前記１つ以上の周波数を前記少なくとも１つのシリコン棒（３）の直径および／または横断面積に応じて調整するように構成されて成る規制手段を具備することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）が系統転流式の交流コントローラであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置を使ってシーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する方法。
【請求項１３】
分離プロセス中に前記少なくとも１つの接続されたシリコン棒において一様な温度分布を生じさせる目的で、前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）により使用可能にされた電力の、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）により使用可能にされた電力に対する比を変えることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの周波数変換器（２）を介して前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に供給される電力が、前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）を介して供給される電力に比して分離プロセス中に大きくなることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒に給電する装置に関する。本発明はさらに、そのような装置を使って、シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒に給電する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シーメンス法によるシリコン分離の間に１つのシリコン棒に給電する装置は、先行技術から知られている。この種の装置は、電気エネルギ供給のための電気エネルギ供給系統に該装置を接続できるようにする入力部を具備する。装置はさらに、１つ以上のシリコン棒を接続できる出力部を具備する。１つ以上の交流コントローラが、１つ以上の出力部に接続された１つ以上のシリコン棒にエネルギ供給系統からの電流を供給する。この交流コントローラを使って、電流強度および電圧を、したがってまた、シリコン棒において熱変換された電力を調整することができる。
【０００３】
シーメンス法によるシリコン棒製造では、反応炉の中のシリコン棒に装置を使って電流を供給する。反応炉は、トリクロロシランで満たされており、圧力下にある。シリコン棒において電流により変換された熱損失出力がシリコン棒の加熱を惹起する。シリコン棒の表面温度は約１，１００℃に達する。この温度でトリクロロシランは分解し、水素接触時にシリコンと塩化水素に解離する。シリコンは、反応炉の中にある１つ以上のシリコン棒において分離する。分離工程は、プロセス進行中にシリコン棒の直径を毎時約１ｍｍ成長させることができる。シリコン棒の横断面積はこれによって増大する。シリコン棒の比抵抗が不変であれば、横断面積の増大はシリコン棒の電気抵抗の減少につながる。また、電流密度は、半径に関係なく一定の大きさから、半径に大きく左右される大きさへと変わる。シリコン棒の直径が７〜１０ｍｍであるとき、抵抗は半径に左右されない。より大きい直径では、棒内部の電流密度は外側のそれより大きい。
【０００４】
シリコンの導電率は温度とともに増大し、シリコンの熱伝導率は温度とともに減少するので、電流が棒の中心で絞られることは内から外への温度低下につながる。この温度低下は、シリコン棒内部が１，４６０℃より高い温度に達する一方、棒外側の温度が１，１００℃になるほど極端に際立っていることがあり得る。しかしながら、シリコン棒の芯部の１，４６０℃という温度は、棒芯部の融解につながる。その結果、シリコンが棒から流れ出し、棒は破壊される。それゆえ、分離温度は、芯部温度がシリコン融解温度を超えないように調整しなければならない。
【０００５】
いずれにせよ、大きい棒成長ひいては高い分離速度を達成するために分離温度をできるだけ高くしたい。
【０００６】
特許文献１では、シーメンス法にしたがってシリコン棒でシリコンを分離させる装置が開示されている。同公報は、シリコン棒の芯部と外側表面の間の温度落差の問題も含む。特許文献１では、シリコン棒に渦電流を発生させる更なる加熱器を設けることが提案されている。渦電流は、所定の周波数を持つ交流磁界を発生させる。これによって電流密度は変えられる。電流密度はシリコン棒の外側表面からシリコン棒の芯部に向かってより均一になるので、より一様な温度分布が生じることになる。
【０００７】
同公報において呈示された装置は、シリコン棒を加熱する従来の抵抗加熱器に加えて第２の加熱器、すなわち渦電流加熱器が設けられていなければならないので、費用がかさむ。
【０００８】
特許文献２から、シリコン棒内部で一様な温度分布を達成するために、高周波電流または中周波電流のもとで導体に現れるスキン効果を利用する装置が知られている。開示された装置では加熱器が１つしか、すなわち抵抗加熱器しか設けられていない。この抵抗加熱器は、しかしながら、様々な周波数の電流により機能させられる。同公報の技術教義によれば、追加的に低周波電圧がシリコン棒に加えられる。シリコン棒の温度がプリセット値を超えると、低周波電圧は遮断され、より高い周波数の電圧が加えられる。シリコン棒に電気エネルギを供給する装置が、特許文献２において詳細に説明されていない。
【０００９】
特許文献２から知られた方法、すなわち、シリコン棒に低周波電流だけか高周波電流または中周波電流だけかどちらかを供給する方法は、シリコン棒を高周波電圧または中周波電圧だけを供給する場合、比較的高い誘導損失が生じるという欠点を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際特許出願公報第９７／３６８２２号明細書
【特許文献２】ドイツ国特許公開第１９８８２８８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
最後に挙げた先行技術を背景にして、本発明は、少なくとも１つのシリコン棒に給電し、それで、その接続されたシリコン棒においてより均一な温度分布と電流密度分布が達成できるようにする装置を提供することを課題とする。有利には、そこで誘導損失をできるだけ僅少に抑えるものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する装置であって、
電気エネルギ供給用の電気エネルギ供給系統（Ｎ）に前記装置を接続するべく構成されてなる１つの入力部（Ｅ）と、
前記少なくとも１つのシリコン棒（３）を接続可能な少なくとも１つの出力部（Ａ）と、
前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）からの電流を供給するべく構成されてなる少なくとも１つの交流コントローラ（１）と
を有する装置において、
さらに、前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）から、前記交流コントローラ（１）により準備された電流より高い周波数の電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器（２）を有し、
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）の出力部と、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）の出力部と、前記シリコン棒が接続可能な前記装置の出力部とが電気的に直列に配置されていることを特徴とする装置である。
本発明は、シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する装置であって、
電気エネルギ供給用の電気エネルギ供給系統（Ｎ）に前記装置を接続するべく構成されてなる１つの入力部（Ｅ）と、
前記少なくとも１つのシリコン棒（３）を接続可能な少なくとも１つの出力部（Ａ）と、
前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）からの電流を供給するべく構成されてなる少なくとも１つの交流コントローラ（１）と
を有する装置において、
さらに、前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）から、前記交流コントローラ（１）により準備された電流より高い周波数の電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器（２）を有し、
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）と前記出力部（Ａ）の間に、前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）を前記少なくとも１つの周波数変換器（２）から電気的に減結合する第１の減結合手段（４）が配置され、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）と前記出力部（Ａ）との間に、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）を前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）から減結合する第２の減結合手段（５）が配置され、
前記少なくとも１つの交流コントローラ（１）と前記第１の減結合手段（４）とからなる配置と、前記少なくとも１つの周波数変換器（２）と前記第２の減結合手段とからなる配置とが、電気的に並列に配置されていることを特徴とする装置である。
本発明は、シーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒（３）に給電する装置であって、
電気エネルギ供給用の電気エネルギ供給系統（Ｎ）に前記装置を接続するべく構成されてなる１つの入力部（Ｅ）と、
前記少なくとも１つのシリコン棒（３）を接続可能な少なくとも１つの出力部（Ａ）と、
前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）からの電流を供給するべく構成されてなる少なくとも１つの交流コントローラ（１）と
を有する装置において、
さらに、前記少なくとも１つの出力部（Ａ）に接続された前記少なくとも１つのシリコン棒（３）に前記エネルギ供給系統（Ｎ）から、前記交流コントローラ（１）により準備された電流より高い周波数の電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器（２）を有し、
前記装置が、それぞれ１つのシリコン棒（３ａ，３ｂ）のための少なくとも１対の出力部を具備し、かつ、前記１対の出力部に割当てられた少なくとも１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）を具備し、
前記１対の出力部の両出力部の各々が前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の一方の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の出力部と結合しており、
前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の両周波数変換器（２ａ，２ｂ）が少なくともその電気出力量に関して同等であり、
前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の各々が１つの出力部を具備し、かつ、前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の両出力部が１つの連結を作り、その中で前記周波数変換器（２ａ，２ｂ）の両出力部が逆相で連結しており、
前記連結が、第１の外接続点（Ｋ１）と中央接続点（Ｋ２）と第２の外接続点（Ｋ３）とを具備し、ここで、前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の第１の周波数変換器（２ａ）の出力部が前記第１の外接続点（Ｋ１）および中央接続点（Ｋ２）と結合しており、前記１対の周波数変換器（２ａ，２ｂ）の第２の周波数変換器（２ｂ）の出力部が前記中央接続点（Ｋ２）および第２の外接続点（Ｋ３）と結合しており、
前記交流コントローラ（１）の出力部が前記第１の外接続点（Ｋ１）および第２の外接続点（Ｋ３）と結合していることを特徴とする装置である。
【００１３】
本発明において、前記装置により前記少なくとも１つの出力部において様々な周波数の電圧分から混合された電圧が準備可能であることを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記交流コントローラおよび前記周波数変換器により準備された電圧が前記出力部において準備可能な電圧を混合すべく結合できる結節点を具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明において、前記少なくとも１つの周波数変換器が中周波変換器であることを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記少なくとも１つの周波数変換器が、前記装置の出力部において相異なる中周波の重なり合う電流から１つの混合電流を準備するように構成されて成ることを特徴とする。
【００２６】
本発明において、前記少なくとも１つの周波数変換器が、前記装置の出力部で準備された１つ以上の電流の１つ以上の周波数を調整するように構成されて成ることを特徴とする。
【００２７】
本発明において、前記装置が、前記少なくとも１つの交流コントローラにより準備された電力の、前記少なくとも１つの周波数変換器により準備された電力に対する比を調整するように構成されて成る規制手段を具備することを特徴とする。
【００２８】
本発明において、前記装置が、前記１つ以上の周波数を前記少なくとも１つのシリコン棒の直径および／または横断面積に応じて調整するように構成されて成る規制手段を具備することを特徴とする。
【００２９】
本発明において、前記少なくとも１つの交流コントローラが系統転流式の交流コントローラであることを特徴とする。
【００３０】
本発明は、上述の装置を使ってシーメンス法によるシリコン分離の間に少なくとも１つのシリコン棒に給電する方法である。
【００３１】
本発明において、分離プロセス中に前記少なくとも１つの接続されたシリコン棒において一様な温度分布を生じさせる目的で、前記少なくとも１つの交流コントローラにより使用可能にされた電力の、前記少なくとも１つの周波数変換器により使用可能にされた電力に対する比を変えることを特徴とする。
【００３２】
本発明において、前記少なくとも１つの周波数変換器を介して前記少なくとも１つのシリコン棒に供給される電力が、前記少なくとも１つの交流コントローラを介して供給される電力に比して分離プロセス中に大きくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
この課題は、発明通り、少なくとも１つの出力部に接続された少なくとも１つのシリコン棒にエネルギ供給系統からの電流を供給するように構成されて成る少なくとも１つの周波数変換器を具備する装置によって解決される。周波数変換器により準備された電流は、交流コントローラにより準備された電流より高い周波数を持つ。このより高い周波数の電流は、スキン効果のためにシリコン棒の外側部域に押込められ、他方、より低い周波数の電流は、芯部の電流密度を増大させることになる。周波数の高い方の電流と周波数の低い方の電流が重なり合うことにより、全体としてより均一な電流密度が達成され、その結果、シリコン棒の横断面全周にわたってより釣合いの取れた温度分布が得られることになる。
【００３４】
有利には、本発明に従った装置は、交流コントローラと周波数変換器が同時にそれぞれの出力部で電圧を準備するように設計されている。これらの電圧は、本発明に従った装置において、低周波分と中周波分または高周波分を含む混合電圧を該装置の出力部で準備するために混合することができる。交流コントローラの出力電圧と周波数変換器の出力電圧の混合は、これら両方の電圧が結合させられる１つ以上の結節点で行うことができる。
【００３５】
本発明によれば、少なくとも１つの交流コントローラの出力部と、少なくとも１つの周波数変換器の出力部と、シリコン棒が配置された装置の出力部が電気的に直列に配置されていてよい。すなわち、周波数変換器により準備される電流が、該装置の出力部に接続されたシリコン棒を経由して流れる前に交流コントローラの出力部を流れるように配置されていてよい。逆に、交流コントローラにより準備される電流は、該装置の出力部に接続されたシリコン棒を流れた後に周波数変換器を経由して交流コントローラに戻る。
【００３６】
同様に、少なくとも１つの交流コントローラと該装置の出力部の間に、電気的に前記少なくとも１つの交流コントローラを前記少なくとも１つの周波数変換器から減結合する第１の手段（減結合手段）が配置されていることも可能である。さらに、前記少なくとも１つの周波数変換器と該装置の出力部の間に前記少なくとも１つの周波数変換器を前記少なくとも１つの交流コントローラから減結合する第２の減結合手段が配置されていてもよい。これら第１および第２の減結合手段が設けられているとき、一方で前記少なくとも１つの交流コントローラと第１の減結合手段からなる配置と、他方で前記少なくとも１つの周波数変換器と第２の減結合手段からなる配置は出力部を基準として電気的に並列に配置されていてよい。すなわち、交流コントローラにより準備される電流は、周波数変換器の出力部を流れず、周波数変換器により準備される電流も、交流コントローラもの出力部を流れないということである。交流コントローラと周波数変換器は、それゆえ、それぞれ他方の電流を考慮することなくサイズを決め、設計することができる。
【００３７】
本発明に従った装置の好ましい一バリエーションでは、該装置は、それぞれ１つのシリコン棒のための少なくとも１対の出力部および少なくとも１対の周波数変換器を具備する。前記対の周波数変換器は、前記対の出力部に割当てられている。そのとき、１対の出力部の両出力部の各々が前記対の周波数変換器の一方の周波数変換器の出力部と結合していてよい。また、１対の周波数変換器の両周波数変換器は、少なくともその電気出力量に関して同等であってよい。１対の周波数変換器の各々が１つの出力部を具備し、１対の周波数変換器の両出力部が１つの連結を作り、その中で前記周波数変換器の両出力部が逆相で連結しているとき、該装置の出力部を前記周波数変換器の出力部と結合させることが可能であり、これにより、該装置の出力部も連結することになる。
【００３８】
周波数変換器の出力部の連結は、そのとき有利に、第１の外接続点と中央接続点と第２の外接続点を具備し、ここで、前記対の周波数変換器の第１の周波数変換器の出力部が第１の外接続点および中央接続点と結合しており、前記対の周波数変換器の第２の周波数変換器の出力部が中央接続点および第２の外接続点と結合している。
【００３９】
さらに有利に、交流コントローラの出力部が、第１の外接続点および第２の外接続点と結合している。したがって、周波数変換器の出力部にかかる電圧からの連結電圧は、交流コントローラの出力部にかかっている。両周波数変換器はその電気出力量に関して同等であるので、すなわち、特に同等の出力電圧に設定されていて、その出力電圧が逆相であるので、周波数変換器の出力部にかかる電圧からの連結電圧は常にゼロである。したがって、交流コントローラの出力部には、周波数変換器により準備された電圧はかかっていない。これで、交流コントローラは周波数変換器から減結合されている。
【００４０】
第１の外接続点と中央接続点と第２の外接続点は、交流コントローラの低周波電圧と周波数変換器の中周波電圧または高周波電圧とを結合させる結節点を作っている。
【００４１】
これに対し、周波数変換器の交流コントローラからの減結合は、該装置の出力部に接続されたシリコン棒とともに高域フィルタを作り、それで、交流コントローラから周波数変換器への影響を減らすか阻むかするコンデンサを前記周波数変換器に直列接続することによって達成できる。
【００４２】
本発明によれば、１つ以上の周波数変換器は、好ましくは１つ以上の中周波変換器である。この少なくとも１つの周波数変換器は、該装置の出力部において、互いに重なり合う相異なる周波数の重なり合う電流から１つの混合電流を準備するように構成されてもよい。
【００４３】
本発明に従った装置の少なくとも１つの周波数変換器は、さらに、該装置の出力部で準備された１つ以上の電流の１つ以上の周波数を調整するように構成されてもよい。
【００４４】
本発明に従った装置はどれも、少なくとも１つの交流コントローラにより準備された電力の、少なくとも１つの周波数変換器により準備された電力に対する比を調整するよう構成されてなる規制手段を具備してよい。分離工程の間にシリコン棒の直径ひいては横断面積が変化するので、シリコン棒の電気抵抗も変化する。物理的な所与条件が変化してもシリコン棒内部で常に最適な温度分布を達成できるようにするため、交流コントローラの加熱出力と周波数変換器の加熱出力との比を変えてよい。たとえば分離工程開始時、交流コントローラの加熱出力の周波数変換器の加熱出力に対する比は、分離プロセス中の後の一時点より大きくてよい。該装置は、たとえば、１つ以上の周波数を少なくとも１つのシリコン棒の直径および／または横断面積に応じて調整するように構成されてなる規制手段を具備してよい。
【００４５】
本発明に従った装置の交流コントローラは、好ましくは系統転流式の交流コントローラである。
【００４６】
シリコン分離中に少なくとも１つのシリコン棒に電流を発明通り供給することは、上で挙げた装置を使って行うことができる。本発明に従った方法は、分離プロセス中に接続された少なくとも１つのシリコン棒において一様な温度分布を生じさせる目的で、少なくとも１つの交流コントローラにより使用可能にされた電力の、少なくとも１つの周波数変換器により使用可能にされた電力に対する比を変えるように設計されていてよい。そうすることにより、特に、前記少なくとも１つの周波数変換器を介して前記少なくとも１つのシリコン棒に供給される電力は、前記少なくとも１つの交流コントローラを介して供給される電力に比して分離プロセス中に大きくなり得る。
【００４７】
交流コントローラの出力部における電流の周波数は、通常の場合、本発明に従った装置を接続可能なエネルギ供給系統の系統周波数に相当する。その周波数は、特に４７〜６３Ｈｚに相当する。周波数変換器の出力部における電流の周波数は、０．３〜３００ＭＨｚ中周波であってもよい。好ましくは、周波数変換器の出力部における周波数は、２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
本発明の更なる特徴および利点を図面に則して詳細に説明する。図面の示すところは次の通りである。
【図１】それぞれの出力部が直列接続された、交流コントローラと周波数変換器を備えた本発明に従った装置である。
【図２】交流コントローラと周波数変換器を並列接続の形で備えた本発明に従った装置である。
【図３】出力部同士が連結した２つの周波数変換器を備えた本発明に従った装置である。
【図４】交流コントローラの出力部にかかる交流電圧の電圧時間図である。
【図５】周波数変換器の出力部にかかる電圧の電圧時間図である。
【図６】前記装置の出力部にかかる電圧の電圧時間図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１、図２および図３に示されるのは、本発明に従った装置の単純化されたブロック回路図である。図１、図２および図３に示されるのは、本発明に従った装置の電力回路だけである。制御または規制信号およびセンサ信号のための回線が、図１、図２および図３には描かれていない。図１に示した装置、図２に示した装置、および図３に示した装置において同じ種類の部品が使用されている限り、これらは同じ参照符号を付けている。
【００５０】
図１に示した、シーメンス法によるシリコン分離の間にシリコン棒に給電する本発明に従った装置は、２つの接続点Ｅ１、Ｅ２を持つ入力部Ｅを具備する。この入力部Ｅを介して、該装置は電気エネルギ供給系統Ｎに接続されている。入力部Ｅと、それぞれ１つの交流コントローラ１および周波数変換器２が結合している。交流コントローラ１も周波数変換器２も、入力部Ｅを介してエネルギ供給系統Ｎから電気エネルギを取出すことができる。
【００５１】
交流コントローラ１も周波数変換器２も、公知の手法で装備されていてよい。交流コントローラ１は、たとえば各種電力用サイリスタの回路装置によって作られていてよい。
【００５２】
交流コントローラ１が系統転流式であるのに対し、周波数変換器は自己転流式であり、その出力部において、交流コントローラ１により準備される電圧より明らかに高い周波数を持つ電圧を準備する。交流コントローラ１の出力部および周波数変換器２の出力部にかかる電圧の電圧時間図をそれぞれ図４および図５に示す。
【００５３】
交流コントローラ１の出力部と周波数変換器２の出力部は直列に電気接続されている。
交流コントローラと周波数変換器の互いに結合していない出力側接続点は、シリコン棒３が接続された出力部Ａの１つずつの接続点と結合している。シリコン棒では、トリクロロシランからの解離により得られたシリコンが分離することになる。
【００５４】
図１に示される装置と異なり、図２に示される装置では、交流コントローラ１の出力部と周波数変換器２の出力部が直列接続されていない。交流コントローラ１の出力部は、減結合手段をもって該装置の出力部Ａと結合している。周波数変換器２の出力部は、同様の仕方で第２の減結合手段５を介して該装置の出力部Ａと結合している。
【００５５】
交流コントローラ１と第１の減結合手段４からなる配置は、周波数変換器２と第２の減結合手段５からなる配置に電気的に並列に配置されている。
【００５６】
出力部Ａには、シリコンを分離させようとするシリコン棒３が接続されている。図１に示した装置の出力部にも図２に示した出力部にも電圧Ｕ３がかかっており、その電圧時間図が図６に描かれている。電圧Ｕ３は、電圧Ｕ１と電圧Ｕ２の重なり合いによって作られる。したがって、図１に示した装置と図２に示した装置の出力部Ａには、系統周波数に相当する基本周波数を持ち、周波数変換器２により調整された高調波スペクトルを持つ電流を惹起する電圧がかかる。この電流が、シリコン棒３において、高調波分なしで使用される電流より均一な電流密度につながる。交流コントローラ１の電圧Ｕ１だけで惹起される電流が、シリコン棒３芯部の電流密度を増大させる働きをするのに対し、周波数変換器２の電圧Ｕ２により惹起される高調波分は、シリコン棒の横断面全体にわたって電流密度をより均一に分布させる働きをする。電流がシリコン棒の芯部に絞られ、シリコン棒３の芯部が過熱されることにはならない。これにより、シリコン棒からシリコンを分離させるシーメンスプロセスを、交流コントローラにより準備される電流だけでシリコン棒を加熱する装置におけるより高い温度で実行することが可能である。
【００５７】
図１および図２に示した実施例と対照的に、図３に示した通りの本発明に従った装置は、１つの交流コントローラ１と２つの周波数変換器２ａ，２ｂを具備する。周波数変換器２ａ，２ｂは同一の構造を有し、それゆえ、同一の出力量を呈する。周波数変換器２ａ，２ｂは逆相で運転されるので、両方の出力部に確かに同等の電圧が生じるが、相位置には差異がある。すなわち、互いに１８０°ずらされている。
【００５８】
図３に示した本発明に従った装置は、２つの接続点Ｅ１，Ｅ２を付けた入力部を具備し、両接続点を介して該装置は給電系統（図３に示されていない）と結合している。交流コントローラ１も周波数変換器２ａ，２ｂも、それぞれ接続点Ｅ１，Ｅ２と結合している。
【００５９】
交流コントローラ１および周波数変換器２ａ，２ｂの出力部で使用可能にされた電圧Ｕ１，Ｕ２ａ，Ｕ２ｂは、３つの結節点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３で互いに結合させられる。
【００６０】
周波数変換器２ａ，２ｂの出力部は連結しており、ここで、連結の第１の外接続点Ｋ１が、前記両方の周波数変換器２ａ，２ｂのうち第１の周波数変換器の第１の出力側接続点と結合している。前記第１の周波数変換器の第２の出力側接続点が、連結の内接続点Ｋ２と結合している。この連結の内接続点Ｋ２とは、両方の周波数変換器２ａ，２ｂのうち第２の周波数変換器の第１の出力側接続点も結合している。その第２の出力側接続点は、第２の外接続点Ｋ３と結合している。連結の外接続点Ｋ１およびＫ３は、交流コントローラ１の出力側接続点１１，１２と結合している。
【００６１】
連結の第１の外接続点Ｋ１と中央接続点Ｋ２は、接続点Ａ１１およびＡ１２を付けた本発明に従った装置の第１の出力部と結合している。この第１の出力部に第１のシリコン棒３ａが接続されている。
【００６２】
両方の周波数変換器２ａ，２ｂからの連結の中央接続点Ｋ２および第２の外接続点Ｋ３は、該装置の第２の出力部Ａ２１，Ａ２２と結合しており、これに第２のシリコン棒３ｂが接続されている。
【００６３】
第１の周波数変換器２ａの出力部と第１のシリコン棒３ａは並列接続されている。同様に、第２の周波数変換器２ｂの出力部と第２のシリコン棒３ｂも並列接続されている。その並列回路同士は直列接続されており、その直列回路は交流コントローラ１に接続されている。
【００６４】
第１の外接続点Ｋ１、中央接続点Ｋ２および第２の外接続点Ｋ３において、交流コントローラの出力電圧と周波数変換器２ａ，２ｂの出力電圧は互いに混合される。第１の出力部Ａ１１，Ａ１２には、第１の周波数変換器２ａの電圧Ｕ２ａと交流コントローラの電圧Ｕ１との混合電圧が生じる。第２の出力部Ａ２１，Ａ２２には、第２の周波数変換器の出力電圧Ｕ２ｂと交流コントローラの出力電圧との混合電圧が生じる。
【００６５】
周波数変換器２ａ，２ｂの出力にかかる電圧は同等の大きさで逆相であるので、該電圧Ｕ２ａ，Ｕ２ｂが互いに相殺されることから、結節点Ｋ１と結節点Ｋ３の間でもっぱら交流コントローラの出力電圧Ｕ１は降下する。これにより、周波数変換器の出力電圧の交流コントローラ１への帰還が回避される。
【００６６】
周波数変換器２ａ，２ｂの出力部にあるコンデンサ（図示されていない）により、交流コントローラ１の電圧Ｕ１が両方の周波数変換器２ａ，２ｂに作用することは回避できる。周波数変換器２ａ，２ｂの出力部にあるコンデンサは、前記出力部に接続された負荷体、特にそのオーム分とともに、電圧Ｕ１の低周波を周波数変換器２ａ，２ｂから遠ざけておく高域フィルタを作る。図１および２に示した装置と比べて、図３に示した装置は、低周波給電のために直列に配備されたコンポーネントを含んでいないという利点を有する。交流コントローラによる低周波給電と周波数変換器による中周波給電ひいては高周波給電の間の結合が回避されている。更なる利点は、本発明に従った装置に到達するために、単純な手段を使って周波数変換器を交流コントローラとともに既存の給電装置と組合せできることである。それゆえ、既存の装置の追加装備が単純な手段を使って可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  交流コントローラ
２  周波数変換器
２ａ  第１の周波数変換器
２ｂ  第２の周波数変換器
３  シリコン棒
３ａ  第１のシリコン棒
３ｂ  第２のシリコン棒
４  第１の減結合手段
５  第２の減結合手段
１１  出力側接続点
１２  出力側接続点
Ａ１１  第１の接続点
Ａ１２  第１の接続点
Ａ２１  第２の接続点
Ａ２２  第２の接続点
Ｋ１  第１の外接続点
Ｋ２  内接続点
Ｋ３  第２の外接続点
Ｕ１  交流コントローラの電圧
Ｕ２  周波数変換器の電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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