способ выращивания монокристаллов из расплава
Классы МПК: | C30B11/00 Выращивание монокристаллов обычным замораживанием или замораживанием при температурном градиенте, например по методу Бриджмена-Стокбаргера C30B13/04 гомогенизация зонным выравниванием C30B30/08 в условиях нулевой или пониженной гравитации |
Автор(ы): | Кох А.Е., Мокрушников П.В., Попов В.Н. |
Патентообладатель(и): | Институт минералогии и петрографии СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-14 публикация патента:
20.05.2002 |
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов из расплавов методом направленной кристаллизации в замкнутом конвейере, в частности к выращиванию монокристаллов в условиях микрогравитации путем управления конвективными потоками в расплаве. Сущность изобретения: на наружной стенке замкнутого контейнера создают нестационарное неоднородное тепловое поле, отвечающее условию: T(
,t,z) =
Tcos(
t+nz+k
)+Az, где Т(К) - температура, отсчитываемая от средней Т0(К),
Т(К) - амплитуда тепловой волны, t(с) - время процесса,
(рад), z(м) - полярные координаты,
(рад
с-1) - циклическая частота тепловой волны, n(рад
м-1), k - волновые числа, А(К
м-1) - осевой градиент температуры, используя многосекционные нагревательные элементы, расположенные наклонно относительно продольной оси контейнера. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
Формула изобретения
Способ выращивания монокристаллов из расплава методом направленной кристаллизации в замкнутом контейнере в условиях микрогравитации путем создания контролируемых конвекционных потоков в расплаве, отличающийся тем, что используют многосекционные нагревательные элементы, установленные наклонно относительно продольной оси контейнера и на наружной стенке контейнера создают нестационарное неоднородное тепловое поле, отвечающее условиюT(
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
где Т - температура, отсчитываемая от средней Т0;
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
t - время процесса;
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
n, k - волновые числа;
А - осевой градиент температуры.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов из расплавов методом направленной кристаллизации в замкнутом контейнере, в частности к выращиванию монокристаллов в условиях микрогравитации путем управления конвективными потоками в расплаве. Известно, что при кристаллизации полупроводников в ампулах в условиях микрогравитации на борту орбитальных станций на качество кристаллов большое влияние оказывает наличие неконтролируемых микроускорений, переменных по величине, частоте и направлению [1]. Малые ускорения возбуждаются колебаниями корпуса орбитальной станции, случайными толчками при работе бортовых систем, включением и выключением двигателей коррекции орбиты орбитальной станции и т.д. Хаотическое изменение микроускорений приводит к изменению конвективных потоков в расплаве и последующему образованию макронеоднородностей [2]. Один из предлагаемых способов борьбы с подобными явлениями - это создание контролируемых конвективных потоков, уровень воздействия которых превышал бы уровень хаотичных микропотоков расплава. Известен способ бестигельной зонной плавки германия в условиях микрогравитации с использованием вращения магнитного поля [3]. Однако воздействие магнитного поля не обеспечивает достаточной однородности расплава, а лишь ламинаризирует его потоки. Известно также воздействие на тепломассоперенос в расплаве контролируемых низкочастотных вибраций малой амплитуды. Использование виброисточника с поршнем, размещенных в замкнутом контейнере, создает конвекционные потоки в расплаве и обеспечивает улучшение его перемешивания [4]. Недостатком является сложность конструкции и наличие продольной прорези, ухудшающей симметрию теплового поля в расплаве. Для принудительного перемешивания расплава в конфигурации метода Чохральского в земных условиях разработан метод, предусматривающий создание на наружной стенке тигля неоднородных тепловых условий, используя неоднородный нагрев равномерно расположенных вокруг тигля вертикальных нагревательных элементов. [5-7]. При определенных периодах переключения нагревателей и определенных теплофизических свойствах жидкости в расплаве возникает тороидальное течение с азимутальной составляющей. Движущей силой такого течения является Архимедова сила. В космосе же, в условиях микрогравитации, остаточная сила тяжести очень мала, и движущей силой течения может быть тепловое расширение жидкости. Известно, что при периодическом изменении граничных температурных условий микроконвективный режим в условиях микроускорений существенно усиливается [8]. Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что создают ламинарную конвекцию в расплаве даже при отсутствии действия поля силы тяжести. Происходит перемешивание расплава и, как следствие, обеспечивается возможность получения кристаллов однородного состава по основным компонентам с однородным распределением примесей по объему кристалла. Технический результат достигается тем, что при выращивании монокристаллов из расплава методом направленной кристаллизации в условиях микрогравитации на наружной стенке замкнутого контейнера создают нестационарное неоднородное тепловое поле, отвечающее условию: T(![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182003/8226.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182046/981.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182149/948.gif)
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182015/969.gif)
1. Беляев М.Ю., Зыков С.Г., Рябуха С.Б. и др. Математическое моделирование и измерение микроускорений на орбитальной станции "Мир". - Механика жидкости и газа, 1994, 5, с. 5-14. 2. Картавых А.В., Копелиович Э.С., Мильвидский М.Г., Раков В.В. Аномальные эффекты распределения легирующей примеси в монокристаллах Ge, выращенных методом бестигельной зонной плавки в условиях космического полета. - Кристаллография, 2000, т. 45, 1, с. 167-174. 3. Kartavykh A., Rakov V, Mil"vidsky M. On-ground refinement and space growth of Ge single crystals by FZ-technique with the action of low-induction rotating magnetic fields. - Abstract of Third Int. Conf. "Single Crystal Growth, Strength Problems, and Heat Mass Transfer", Obninsk: SSC RF IPPE, 1999, p. 176. 4. Мильвидский М.Г., Верезуб И.А., Копелиович Э.С. и др. Контейнер для выращивания кристаллов. - Патент РФ 2091515, заявлено 96107047, 12.04.2000, С 30 В 13/14, 30/08, опубликовано 27.09.97 (прототип). 5. Kokh A.E., Kononova N.G., Mokruchnikov P.W. An azimuthal pattern of heat field in
![способ выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2182606](/images/patents/288/2182002/946.gif)
Класс C30B11/00 Выращивание монокристаллов обычным замораживанием или замораживанием при температурном градиенте, например по методу Бриджмена-Стокбаргера
Класс C30B13/04 гомогенизация зонным выравниванием
Класс C30B30/08 в условиях нулевой или пониженной гравитации