冷坩埚的制作方法

1.本发明涉及冷坩埚领域。本发明在高温下生产单晶材料的领域中具有特别有利的应用。
2.以已知的方式，冷坩埚包括：
3.‑
被称为冷笼的笼子，其包括至少一个扇形部(secteur)，扇形部由通常为铜的电的良导体材料制成，并且要熔融的装料将被引入扇形部，以及
4.‑
冷却装置，其使用通常为水的传热流体，
5.冷却装置用于冷却冷笼的每个扇形部。
6.每个冷坩埚使用交流电来操作。交流电被配置成在冷笼中感应出电磁感应，导致装料熔融。通常，所述交流电被注入到围绕冷笼的电磁感应线圈中。
7.每个冷坩埚还可以与用于连续供给构成装料的装置一起使用。


背景技术：

8.存在多种类型的冷坩埚，附图1和2中示出了其中的两种。存在此处未示出的其他类型的冷坩埚，它们包括例如所谓的双坩埚模型。无论考虑何种类型的坩埚，其工作原理与其他坩埚基本上相同；下面结合图1和图2进行介绍。
9.将冷坩埚1和线圈2放置在具有在确定压力下的受控气氛的密封外壳5中。该受控气氛优选不含氧气，通常充满惰性气体如氩气。
10.当交流电注入围绕冷笼10的线圈2中时，在笼的每个冷却扇形部100中出现感应电流，这些电流又在位于笼中的装料20的被称为电磁趋肤(peau
é
lectromagn
é
tique)的厚度内产生涡流。如果需要，这些涡流允许加热装料20直至其熔融，而冷坩埚1不会升温。
11.当然，通过电磁感应对装料进行加热，装料20必须是导电的。装料20的电磁趋肤21的厚度取决于该装料的电阻率和用于注入线圈2的交流电的频率。注意，该电磁趋肤21是最靠近冷笼10的装料20的部分。
12.冷坩埚1还可用于熔融半导体材料。为此，冷坩埚1以已知方式实施有用于预热装料20以使其导电的装置。该预热装置(未示出)通常包括布置在冷坩埚1上方的石墨盖，并且可选地设置有气流通风系统。该气流通风系统被配置成防止石墨盖对装料20产生任何污染。
13.该技术的已知优点是：熔融装料20悬浮，这特别解释了冷坩埚1的相对耐磨性；在所生产的材料22中可能不存在外部污染(尤其是氧气或石墨)；以及搅拌熔融装料20，这允许生产非常均匀的材料22、尤其是合金。
14.冷坩埚目前用于例如基于钛、铌等生产金属合金。冷坩埚在冶金中的使用确实因其搅拌质量而成为一种非常流行的工具，它可以获得在组成上非常均匀的合金。由于存在非常高的电磁力，尤其是在熔融装料的电磁趋肤的厚度内可以观察到，这种均匀性通过剧烈搅拌来确保。
15.只需要切断线圈2内循环的交流电，就可以使熔融的装料20停止悬浮，同时取下塞
子3直至堵住冷坩埚1的底部，如图1所示，这样熔融的装料流入位于冷坩埚下方的模具中。
16.参考图1，还考虑使用冷坩埚1来形成单晶，尤其是半导体材料。该技术使用完美的单晶晶种来开始单晶锭22的生长。晶种23被引入到待结晶材料的熔融装料20中，然后由晶种23和在晶种上生长的单晶22组成的组件23向上(见图1)或向下(见图2，尤其是标记为3(冷却指)和4(垂直平移板)的元件)移动，以在长度上并且理想地在直径上生长单晶22。
17.然而，正如下面提到的研究所示，就单晶22直径的生长而言，这种用途很快受到限制。事实上，迄今为止尚未获得其直径将显著大于允许开始生长的晶种23的直径的单晶锭22的生长。
18.例如，wenckus等人在1970年代测试了冷坩埚生产单晶硅锭的用途，然后由osiko等人用于氧化物。
19.更特别的是，wenckus等人(通过冷坩埚技术生长高纯度无氧硅(growth of high purity oxygen
‑
free silicon by cold crucible techniques)，最终技术报告(final technical report)，1980年5月18日
‑
1981年11月30日)表明，使用冷坩埚生产单晶硅非常重要，因为它允许获得单晶硅而不会产生外部污染。更特别的是，wenckus等人已经成功地生长出氧含量比传统上用热二氧化硅坩埚制成的单晶低得多的单晶。然而，如此生产的纯单晶硅锭具有相对较小的直径(直径1.5厘米)，与用于开始其生长的晶种直径相当。
20.与此同时，osiko等人(从熔体中生长氧化物晶体的无坩埚方法(crucible
‑
free methods of growing oxide crystals from the melt)，材料科学研究前沿进展年鉴(ann.rev.mater.sci.)1987.i7:101
‑
22)已经表明，可以使用冷坩埚来生长单晶氧化物锭。然而，由此产生的氧化物锭的直径仍与用于引发其生长的晶种的直径相当。osiko等人假设这种限制是由于搅拌的强度和方向，这将不利于直径明显大于所用晶种的单晶的生长。为了克服这个问题，osiko等人建议使用双坩埚模型。在这个模型中，第二冷却系统被引入到晶种插入的区域，以控制熔融装料流动的方向和强度。这会直接污染所产生的单晶。
21.此外，在1980年代，ciszek(冷坩埚中(100)和(111)无位错硅晶体的生长与性能(growth and properties of(100)and(111)dislocation free silicon crystals from a cold crucible)，晶体生长杂志(journal of crystal growth)70，324
‑
329，1984)研究了冷坩埚中硅单晶的生长用于光伏应用。尽管他只能生长(如wenckus和osiko)小直径的单晶锭，但ciszek证明，通过这种方法获得的光伏电池比传统获得的光伏电池具有更好的转换效率。
22.最后，在2000年代，gillon等人(在材料加工中使用强直流磁场(uses of intense d.c.magnetic fields in materials processing)，材料科学与工程(materials science and engineering)a287(2000)146
‑
152)介绍了一种冷坩埚。该冷坩埚在由围绕冷坩埚布置的超导线圈产生的强静磁场(8t)中装有钛装料。他们证明冷坩埚中熔融装料的搅拌因静磁场的存在而减慢。实际上，与熔融装料的搅拌速度和施加的静磁场的矢量乘积成比例的制动力允许稳定由涡流在熔融装料中引起的湍流。
23.因此，本发明的一个目的是提供一种允许至少部分地克服上述缺点的冷坩埚。本发明的一个目的尤其是是提供一种冷坩埚，其允许生产单晶锭，这种单晶锭的尺寸、尤其是横向尺寸显著大于允许开始其生长的晶种的尺寸、尤其是横向尺寸。
24.通过检查以下描述和附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。应当
理解，可以并入其他优点。


技术实现要素：

25.为了实现该目的，根据一个实施例，本发明提供了一种冷坩埚，此外根据上述前序中给出的一般定义，基本上使得它包括至少一个用于产生电磁场的装置，每个该装置被容纳在冷坩埚的冷笼的至少一个扇形部内。
26.每个发电装置优选地被配置成产生静态(或准静态)磁场。
27.每个发电装置尤其被配置成产生电磁场，优选地产生静磁场，其密度足以被冷笼中的熔融装料感觉到，尤其是，至少或甚至仅在冷笼中熔融装料的电磁趋肤的厚度内感觉到。每个电磁场因此具有减慢熔融装料的电磁搅拌的效果。
28.因此，根据本发明的冷坩埚允许连续生产直径明显大于开始它们的生长的晶种直径的单晶锭。这种单晶锭可以由各种导电或半导体材料制成。从如此生产的半导体材料的单晶锭切割的晶片可以有利地应用于许多领域，尤其是电力电子领域。
29.用于产生磁场的每个装置尤其被配置成产生电磁场，并且优选地产生静磁场，其密度在距其朝向冷笼的内部定向的边缘之一显著大于2mm的距离处显著大于0.02t，优选地显著大于0.05t。
30.例如，每个用于产生磁场的装置被配置成产生电磁场，优选地产生静磁场，其密度在距其朝向冷笼内部定向的边缘之一基本上介于0.1和12mm之间(更优选地，基本上介于4和10mm之间)的距离处基本上介于0.07和0.8t之间(更优选基本上介于0.1和0.3t之间)。
31.尤其是，每个发电装置被容纳在所述至少一个扇形部内，以便通过其朝向冷笼内部的边缘之一定位在，距冷坩埚中的熔融装料基本上小于12mm、优选基本上小于9mm、并且甚至更优选地基本上小于6mm的距离处。
32.由通常为铜的低电阻材料制成的每个扇形部用作(电磁)屏蔽，以保护其容纳的发电装置。实际上，扇形部中感应出的电流因此自然地穿过扇形部的壁(例如铜壁)的厚度。
33.此外，每个发电装置都被配置成在容纳它的扇形部中，以便由冷坩埚的冷却装置冷却。相同的冷却装置可以确保为发电装置和扇形部保持受控温度。
34.根据本发明的优选实施例，至少一个发电装置包括至少一个永磁体。每个永磁体与冷却装置的接合布置然后尤其被配置成确保永磁体保持在始终低于居里温度的温度。倘若超过该温度，磁体失去其磁化。优选地，每个永磁体尤其是使得其在距其边缘2mm的距离处产生密度基本上等于0.8t的静磁场。每个永磁体优选地由电阻率大于构成冷笼的扇形部的材料的电阻率的材料制成。每个永磁体例如由基于铁和/或钕的材料制成。
35.根据本发明的优选实施例，至少一个用于产生静磁场的装置包括多个永磁体。该多个永磁体优选地布置在一起，以至少朝向冷笼内部产生静磁场，该静磁场在磁场值方面比由每个永磁体单独产生的静磁场更强大。每个多个永磁体例如以被称为海尔贝克(halbach)构造布置在一起。
36.可选地，本发明还可以具有以下特征中的至少一项：
37.‑
冷笼由多个扇形部组成，这些扇形部可从彼此移除。在适当的情况下，冷坩埚还包括用于将扇形部固定和保持在一起的装置。该装置被配置成使得被固定和保持的扇形部形成冷笼的至少一部分。根据本发明的一个实施例，固定和保持装置包括基座。该基座通常
由不锈钢制成，并且被配置成可移除地将冷坩埚的每个扇形部固定在其中，使得扇形部和基座一起形成冷笼。优选地，每个扇形部在基座上的固定被配置成允许来自冷却装置的传热流体循环通过扇形部中的基座。例如汽缸盖垫圈或o形环形状的密封件可以任选地布置在基座和扇形部之间，或者直接布置在扇形部和冷却装置之间，尤其是在没有基座的情况下；
38.‑
优选地，至少一个发电装置包括第一部分和被称为支撑部分的第二部分。第一部分被配置成产生电磁场，优选地产生静磁场。第二部分被配置成支撑发电装置的第一部分，并在扇形部中与发电装置的壳体紧密配合。优选地，发电装置的支撑部分被配置成支撑例如根据被称为海尔贝克构造布置在一起的多个永磁体。替代地或另外地，支撑部分被配置成在扇形部中与其壳体的内壁一起，并且在适当的情况下与其支撑的发电装置的第一部分一起，形成用于冷却装置的传热流体的循环通道；
39.根据特定实施例，只有彼此相对的两个扇形部容纳如上介绍的发电装置；
40.根据另一特定实施例，仅以基本上3阶旋转对称布置的三个扇形部容纳如上介绍的发电装置；
41.根据另一特定实施例，仅以基本上4阶旋转对称布置的四个扇形部容纳如上介绍的发电装置；
42.根据另一特定实施例，两个相邻扇形部中的一个扇形部容纳如上所述的发电装置；
43.根据另一特定实施例，每个扇形部容纳都如上所述的发电装置。
44.其壳体没有发电装置的每个扇形部可以容纳以下至少一种：铁氧体基材料、测量探针或用于修改或分析熔融装料的装置。
45.根据本发明的冷坩埚可以通过将发电装置集成到任何现有类型的冷坩埚中来设计，包括具有圆柱形冷笼的冷坩埚、被称为袖珍冷坩埚的具有或不具有可移除的扇形部的冷坩埚和直接线圈(
àꢀ
spire directe)冷坩埚。
附图说明
46.本发明的目的、目标以及特征和优点将从本发明的实施例的详细描述中更好地显现出来，该实施例由以下附图示出，在附图中：
47.图1示意性地示出了根据现有技术的冷坩埚的立体图，该冷坩埚一分为二，与电磁感应线圈布置在一起并且包括装料，从该装料中逐渐取出晶种以生长单晶；
48.图2示意性地示出了根据不同于图1所示的现有技术的包含冷坩埚的密封外壳的透明正视图；
49.图3示出了根据本发明的配备有冷却装置的冷坩埚的优选实施例的立体图。
50.图4是图3所示的冷坩埚和冷却装置的立体分解图。
51.图5是根据本发明优选实施例的静磁场发电装置的立体图。
52.图6是根据本发明优选实施例的扇形部的立体仰视图。
53.图7是图6所示扇形部的透明立体图。
54.图8是海尔贝克构造中永磁体的布置和由该布置产生的等磁线的示意图；以及
55.图9和10是多物理场模型的模拟结果，展示了根据本发明的冷坩埚(图10)相对于
根据现有技术的冷坩埚(图9)的效率。
56.附图以示例的方式给出并且不是对本发明的限制。它们构成旨在促进对本发明的理解的示意性原理表示并且不一定处于实际应用的规模上。
具体实施方式
[0057]“小于”和“大于”分别表示“小于或等于”和“大于或等于”。使用术语“严格小于”和“严格大于”排除了相等。此外，“相等、更小、更大”类型的表达意味着可以适应一些容差的比较，尤其是根据比较值的规模和测量不确定性。基本上相等、更小或更大的值在本发明的解释范围内。
[0058]
参数“基本上等于/大于/小于”给定值意味着该参数等于/大于/小于给定值，接近该值的正负20％，甚至10％。“基本上介于”两个给定值之间的参数意味着该参数至少等于最小给定值，加减该值的20％，甚至10％，至多等于最大给定值，加减该值的20％，甚至10％。
[0059]
需要说明的是，在本发明的上下文中，术语“在
……
上”、“置顶”、“覆盖”或“在
……
下”或它们的等效词不一定意味着“与
……
接触”。
[0060]“与
……
结合布置”是指两个结构元件彼此之间的功能关系，其中至少一个是根据另一个元件布置的。具体地，可以根据一个元件的尺寸和形状和/或根据与一个元件的植入相关地限定的特定布置来布置另一个元件，以一起执行特定功能。因此，这些术语旨在涵盖两个结构元件相对于彼此的大量相对布置，想要详尽地详述必然是徒劳的。
[0061]
由材料a制成的元素是指包含该材料a和可能的其他材料的元件。
[0062]“电磁场”是指由集合表示的场，其中是电场，是磁场，使得具有装料q和速度向量的颗粒受到的力表示为：
[0063][0064]
这里对电磁场的定义包括磁场的定义以及静磁场的定义，它们构成了电磁场的特殊情况。
[0065]
海尔贝克构造意味着一种特殊的永磁体布置，它增大了一侧布置的磁场，同时几乎消除了另一侧的磁场。
[0066]
作为电的良导体的材料是指电阻率基本上小于6.10
‑8ohm.m，优选基本上小于2.10
‑8ohm.m的材料。
[0067]
正如本发明的发明人所确定的那样，当使用传统的冷坩埚从熔融装料20生产材料时，熔融装料20中会出现不稳定性。这些不稳定性是由于洛伦兹力引起的剧烈搅拌的结果，该力可以对生产的材料的具有剧烈的影响。通过阅读下面的详细说明将变得显而易见，本发明提供了一种冷坩埚，其适于减轻上述熔融装料中的不稳定性，并尤其是在尺寸限制方面消除它们对所生产材料的影响。
[0068]
为此，本发明尤其是提供了一种冷坩埚1，例如如图3所示。与传统的冷坩埚不同，冷坩埚1还包括容纳在冷坩埚1的冷笼10的至少一个扇形部100内的用于产生电磁场(优选地用于产生静磁场)的装置12。
[0069]
下面参照图3至图7描述本发明的优选实施例。
[0070]
图3中所示的冷坩埚1包括基本上圆柱形的冷笼10。冷笼10界定出旨在容纳待熔融的装料的内部空间。冷笼10尤其是由至少多个扇形部100组成。以已知方式，扇形部100通过它们的纵向边缘的至少一部分彼此不导电。在该部分上，可以在两个相邻扇形部之间形成气隙。或者，两个相邻扇形部之间的每个槽可以用磁性插入物填充。这种插入物可以尤其是由软磁复合材料制成。
[0071]
图3中所示的冷坩埚1的每个扇形部100由用作扇形部100的固定和保持装置13的基座130固定。尤其是，装置13允许将扇形部100固定在冷却装置11上，并允许在冷却装置11上将扇形部100相对于彼此保持在特定位置。因此被固定和保持的扇形部100形成冷笼11的主要部分。或者，这些扇形部可以共享在它们将被固定和保持在其上的相同的基座130。该基座又被固定到冷却装置11。
[0072]
因此，图3所示的冷坩埚1包括传热流体类型(例如水)的冷却装置11。这种冷却装置11可以是现有技术中已知的。根据本发明的冷坩埚1因此可以不需要开发或甚至适配已知的冷却装置11，因此可以有利地原样使用已知的冷却装置11。
[0073]
如图4所示，冷却装置11可以包括两个部分：第一部分(在图4的底部)，通过该第一部分，传热流体被引入然后从冷却装置11的第二部分引出；该第二部分限定出部分地穿过扇形部100内部以冷却它们的一个或多个循环回路。
[0074]
在此为汽缸盖垫圈的形状的密封件14可以设置在冷却装置11的第二部分和每个基座130之间，以确保这些部件之间的密封。作为替代，扇形部可以通过它们的基座130延伸通过传热流体的入口和出口。每个入口和出口从基座130的平坦表面伸出，并且每个入口和出口旨在插入冷却装置的相应孔中或冷却装置和所有扇形部100之间的中间部分(未示出)。每个扇形部100和冷却装置11之间的密封可以通过一个或多个沿传热流体入口和出口的突出部分布的o形环来实现。
[0075]
在图4中，还示出了冷笼10的部分分解图。扇形部100通过它们的基座130固定在一起。尤其是，扇形部100之一以分解图示出。因此，似乎每个扇形部100可以包括壳体101。发电装置12容纳在壳体101中。
[0076]
尤其是，壳体101可以优选地在其与冷笼10的内部空间相对的一侧由板102封闭，以便与限定壳体101的其他壁电传导。板102由黄铜或铜制成，并优选地通过焊接固定。这样的设计可以是常规冷坩埚的扇形部的凹部的结果，以便在其中形成壳体101并且能够在其中容纳发电装置12。传统的冷坩埚实际上仅包括用于对其进行冷却的传热流体循环通道的一部分；因此，事先至少在不影响扇形部冷却的情况下不允许在其中容纳任何装置，这里是发电装置12。作为替代，每个扇形部100可以已经被设计成具有其自己的用于接纳发电装置12的壳体101。
[0077]
图4中所示的发电装置12尤其是表示在图5中。该图特别说明了这样的事实，即根据本发明的优选实施例，发电装置12基本上包括两个部分12a和12b。第一部分12a被配置成产生静磁场。被称为支撑部分12b的第二部分被配置成支撑发电装置12的第一部分12a。尤其是，支撑部分12b包括基本上纵向的板。两个保持元件从该板延伸。发电装置的第一部分12a被固定并保持在支撑部分12b的两个保持元件之间。两个保持元件还被配置成在扇形部100中，并且尤其是在未被发电装置12占据的壳体101的空间中，围绕着发电装置12的第一
部分12a保留传热流体循环回路的一部分。因此，两个保持元件中的第一个(图5中的下部)构成一种类型的中心岛，传热流体旨在在其两侧沿相反方向流动；两个保持元件中的第二个(图5顶部的那个)形成循环回路中曲折的内部。
[0078]
图6中示出了图3中所示的扇形部100之一的立体仰视图。它示出了壳体101通过其基座130打开。一系列通孔和/或材料凹部可以设置在基座130的延伸部中，以固定到相邻扇形部的基座和/或通过汽缸盖垫圈14紧固到冷却装置11。尤其是，彼此相邻的两个扇形部100的材料凹部可以旨在为了将这些扇形部固定目的而一起协作。在图6中还示出了发电装置12紧密地容纳在壳体101内。具体地，第二部分12b包括纵向板。该纵向板被配置成优选地覆盖壳体101的整个内表面。该内表面朝向冷笼10的内部空间定向。发电装置12的第一部分12a的表面与壳体101的朝向冷笼10的内部空间定向的内表面承载或至少接触。这样，避免了发电装置12在其壳体101中进行任何移动，因此在其中保持静止。因此，由扇形部100和适当地放置在扇形部100中的发电装置12形成的组件似乎也限定了循环回路的通过扇形部100的基座130开口的u形上述部分。注意，在该配置中，配置为产生静磁场的发电装置12的第一部分12a位于尽可能靠近冷笼10的内部空间的位置。尤其是，仅朝向冷笼10的内部空间定向的扇形部100的纵向壁的厚度，将发电装置12的第一部分12a与冷笼10的内部空间分开。该壁的厚度例如包括在0.5和2mm之间，优选地包括在0.7和1.5mm之间。
[0079]
将理解的是，发电装置12因此尤其是容纳在其扇形部100内，以便通过其朝向冷笼10内部定向的边缘定位在，距冷坩埚1中的熔融装料20基本上小于12mm、优选基本上小于9mm、甚至更优选地基本上小于6mm的距离处。
[0080]
此外，看起来，通过构造，发电装置12被配置成由冷却装置11冷却。冷却装置11已经负责冷却其中容纳有发电装置12的扇形部100。
[0081]
下面参照图5和图7描述根据本发明优选实施例的发电装置12的第一部分12a。
[0082]
如图所示，发电装置12的第一部分12a包括但不限于多个九个永磁体120。因此，应当理解，冷却装置11优选地被配置成和/或参数化成保证将每个永磁体保持在温度严格低于该磁体的居里温度；否则，永磁体的磁化将丢失。
[0083]
每个永磁体可以具有基本上立方体的几何形状，其边(ar
ê
tes)例如基本上等于2cm。当然，每个永磁体的几何形状和尺寸必须适合于壳体101的尺寸，并且更一般地适合于扇形部100的尺寸。每个永磁体120可以尤其是由钕/铁/硼合金制成。这种合金的电阻率比构成冷笼10的扇形部100的铜的电阻率大，尤其是至少大两倍。永磁体120彼此对准，并且通过用于保持发电装置12的支撑部分12b的两个元件并在这两个元件之间保持对准。这种对准尤其是使得永磁体120以所谓的海尔贝克构造布置在一起。已知这样的配置允许，如图8所示，在垂直于对准的方向上产生比在垂直于对准的另一个方向上更强大的静磁场。
[0084]
支撑部分上的对准布置与发电装置12在其扇形部的壳体101中的预期布置相关。尤其是，发电装置12设置在其壳体101中，使得永磁体的排列产生更强大的静磁场的一侧直接位于朝向冷笼10的内部空间定向的扇形部100的纵向壁的对面，并且优选地与其接触。
[0085]
以上面介绍的永磁体为例，由海尔贝克排列产生的磁场在2mm处的最大密度基本上等于0.6t，并且在12mm处的最大密度仍然基本上等于0.1t。
[0086]
因此应理解，尤其是根据该特定布置，发电装置12被配置成生成足够密度的静磁场以被冷笼10中的熔融装料20感觉到，并且尤其是至少在冷笼中的熔融装料的电磁趋肤21
的厚度内感觉到。
[0087]
尤其是，由发电装置12产生的静磁场使得在距其朝向冷笼10内部定向的边缘基本上大于2mm的距离处，它的密度基本上大于0.02t，优选地基本上大于0.05t。
[0088]
作为替代或补充，由发电装置12产生的静磁场使得在距其朝向冷笼10内部定向的边缘基本上介于0.1和12mm之间的距离处，其具有基本上介于0.07和0.8t之间的密度。优选地，由发电装置12产生的静磁场使得在距朝向冷笼10内部定向的发电装置的边缘之一基本上介于4和10mm之间的距离处，其具有基本上介于0.1和0.3t之间的密度。
[0089]
已开发出允许彰显根据本发明的冷坩埚的效率的多物理数字模型。图10示出了在扇形部100中使用永磁体120显著改变了冷坩埚1中的熔融装料20的流动(在模拟中，材料被带到基本上等于1690℃的温度)。这种改变导致最靠近冷坩埚1的熔融装料20的区域的搅拌速度受到强烈制动，搅拌涡流也发生反转。搅拌涡流的旋转方向比传统的冷坩埚更利于从晶种23中生长单晶(图9)。
[0090]
因此，根据本发明的冷坩埚一方面允许减慢将在常规冷坩埚中观察到的搅拌，另一方面允许反转在熔融装料20中引起的涡流的再循环方向。
[0091]
使用根据本发明的“磁性”冷坩埚允许，尤其是通过上述两种技术效果的协同作用，促进比常规冷坩埚更大尺寸的单晶的生长。尤其是，使用根据本发明的“磁性”冷坩埚允许促进直径大于引发生长的晶种的直径并且质量比通过使用热坩埚的技术获得的单晶质量更好的单晶的生长。
[0092]
当考虑由具有不同磁化率的不同材料制成的装料时，与使用根据本发明的“磁性”冷坩埚有关的另一个优点出现。例如，这种装料可以包括铁磁、顺磁或抗磁材料。由于存在延伸到熔融装料20中的静磁场梯度，根据本发明的“磁性”冷坩埚然后可以允许这些材料的选择性分类。
[0093]
通过使用根据本发明的冷坩埚，可以实现其他优点，尤其是通过集成在其壳体未被发电装置12占据和/或允许容纳以下至少一种的扇形部内：基于铁氧体的材料、测量探针或允许修改或分析熔融装料的装置。允许修改或分析熔融装料的装置可以具体地允许修改或分析熔融装料的至少一种性质，例如装料的流动。以非限制性方式，该装置可包括用于产生电磁场的装置(优选永磁体)、铁氧体、超声换能器和压电装置中的至少一种。装料的流动尤其可以例如通过电磁场被减慢，和/或它的搅拌可以例如通过超声波被加强。
[0094]
通过使用根据本发明的冷坩埚，也可以实现其他优点，尤其是通过在其间布置容纳发电装置12的扇形部100。扇形部100实际上可以以下列方式之一布置：
[0095]
‑
只有相对的两个扇形部容纳发电装置；
[0096]
‑
只有三个基本上以3阶旋转对称布置的扇形部容纳发电装置；
[0097]
‑
只有四个基本上以4阶旋转对称布置的扇形部容纳发电装置；
[0098]
‑
两个相邻扇形部中的一个扇形部容纳发电装置；以及
[0099]
‑
每个扇形部都容纳发电装置。
[0100]
除了产生氧化物单晶如蓝宝石，根据本发明的冷坩埚允许生产尤其是用于电力电子领域的应用的大尺寸、尤其是大直径的单晶硅锭。
[0101]
本发明不限于上述实施例，而是扩展到权利要求所涵盖的所有实施例。
[0102]
具体地，根据本发明的冷坩埚1可以通过将发电装置12集成到任何现有类型的冷
坩埚中来设计，包括具有圆柱形冷笼的冷坩埚、被称为袖珍冷坩埚的具有或不具有可移除扇形部的冷坩埚以及被称为直接线圈冷坩埚的冷坩埚。
[0103]
直接线圈冷坩埚由基本上形成注入有交流电的圆柱体的单个扇形部组成。该交流电被配置成在冷笼中感应出导致装料熔融的电磁感应。在这里，扇形部本身因此充当通常围绕冷笼布置的电线圈；因此得名“直接线圈”。扇形部可以由铜或其他金属制成。如上所述，这种坩埚的冷却装置可以是具有用于传热流体的循环通道的类型。它通常直接钎焊在形成单个扇形部的圆柱体的外表面上。或者，圆柱体可由容纳冷却装置的双壁形成。注入该圆柱体的电流直接在装料中产生感应电流，并且当装料为液体时，它包含在圆柱体中。这种技术对于大型冷坩埚尺寸如直径通常约为40厘米的坩埚非常有趣。
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因此，应当理解，如果上面参照附图给出的本发明的描述涉及包括多个扇形部的冷坩埚，则本发明不限于这样的冷坩埚，并且扩展到具有单个扇形部的冷坩埚。然后至少一个发电装置可以例如通过在旨在允许扇形部的传热流体循环通道的两个曲折之间延伸，容纳在圆柱体的突起内或双壁的中间。
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此外，发电装置12不限于其包括至少一个永磁体的实施例。实际上，例如可以设想，尽管由于尤其是电连接困难的原因而不是优选的，但是场是电磁的并且可以由至少一个电磁体产生。由于这种电磁体的供电电流可以随时间变化，从而导致该电磁体产生的磁场发生变化，因此可以理解，根据本发明的冷坩埚中的发电装置12产生的电磁场不一定限于静磁场；具体地，发电装置12产生的电磁场可以是准静态磁场。