устройство для выращивания монокристаллов из расплава
Классы МПК: | C30B15/00 Выращивание монокристаллов вытягиванием из расплава, например по методу Чохральского C30B15/34 выращивание из пленки кристаллов с определенными гранями с использованием формоизменяющих матриц или щелей C30B15/14 нагревание расплава или кристаллизуемого материала C30B17/00 Выращивание монокристаллов на затравочном кристалле, остающемся в расплаве в процессе выращивания, например по методу Накена-Киропулоса |
Автор(ы): | Амосов В.И., Бирюков Е.Н., Куликов В.И., Харченко В.А., Елютин А.В. |
Патентообладатель(и): | Амосов Владимир Ильич, Харченко Вячеслав Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-03-26 публикация патента:
27.01.2004 |
Изобретение относится к устройствам выращивания крупногабаритных объемных профилированных монокристаллов из расплавов, например, сапфира по методам Чохральского, Киропулоса. Сущность изобретения: устройство для выращивания монокристаллов из расплава на затравочном кристалле включает цилиндрическую камеру с крышкой, тепловой узел, тигель для расплава, затравкодержатель, закрепленный на штоке с возможностью вращения и вертикального перемещения. Камера выполнена двухсекционной и с механизмом вертикального перемещения секций, тепловой узел установлен между верхней и нижней секциями камеры и выполнен в виде полого водоохлаждаемого цилиндра с размещенными внутри него нагревателем, собранным из изогнутых по форме внутренней поверхности тигля U-образных ламелей, и замкнутыми кольцевыми водоохлаждаемыми токовводами, цилиндр закреплен на дополнительном штоке, расположенном на внешней поверхности цилиндра и снабженном механизмом перемещения цилиндра по вертикали и вокруг штока, внутренняя сторона цилиндра в нижней его части выполнена с выступами, на которых размещены изоляторы, токовводы выполнены с отверстиями, в которых закреплены свободные концы ламелей, а U-образные изогнутые концы ламелей закреплены на центрирующем их кольце, токовводы установлены на изоляторах, центрирующих нагреватель, а их выводы расположены на боковой поверхности цилиндра в разных горизонтальных плоскостях, нагреватель установлен внутри тигля, при этом размеры тигля и нагревателя отвечают соотношению dкр
2dнагр-dтигля. Устройство позволяет повысить совершенство структуры и обеспечить однородность размеров по всей длине монокристалла, увеличить производительность за счет увеличения размеров нагрузки, снизить энергоемкость и сократить расход исходного материала за счет полной выборки расплава при выращивании монокристалла, а также увеличить срок службы вольфрамовых тиглей и нагревателя. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![устройство для выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2222645](/images/patents/246/2222002/8804.gif)
Формула изобретения
1. Устройство для выращивания монокристаллов из расплава на затравочном кристалле, включающее цилиндрическую камеру с крышкой, тепловой узел, тигель для расплава, затравкодержатель, закрепленный на штоке с возможностью вращения, отличающееся тем, что камера выполнена двухсекционной и с механизмом вертикального перемещения секций, тепловой узел установлен между верхней и нижней секциями камеры и выполнен в виде полого водоохлаждаемого цилиндра с размещенными внутри него нагревателем, собранным из изогнутых по внутренней поверхности тигля U-образных ламелей, и замкнутыми кольцевыми водохлаждаемыми токовводами, цилиндр закреплен на дополнительном штоке, расположенном на внешней поверхности цилиндра, и снабженном механизмом перемещения цилиндра по вертикали и вокруг штока, внутренняя сторона цилиндра в нижней его части выполнена с выступами, на которых размещены изоляторы, токовводы выполнены с отверстиями, в которых закреплены свободные концы ламелей, а U-образные изогнутые концы ламелей закреплены на центрирующем их кольце, токовводы установлены на изоляторах, центрирующих нагреватель, а их выводы расположены на боковой поверхности цилиндра в разных горизонтальных плоскостях, нагреватель установлен внутри тигля, при этом размеры тигля и нагревателя отвечают соотношению dкристалла![устройство для выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2222645](/images/patents/246/2222002/8804.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к устройствам выращивания монокристаллов из расплавов на затравочном кристалле и может быть использовано в технологии выращивания кристаллов, например, сапфира, по методам Чохральского, Киропулоса. Технической задачей, решаемой изобретением, является создание устройства для выращивания крупногабаритных объемных профилированных монокристаллов из расплава в однородном тепловом поле, упрощение конструкции и эксплуатации теплового узла и нагревателя, в частности, а также обеспечение стабильности режимов выращивания объемных монокристаллов различного профиля и размера и повышение структурного совершенства кристаллов. Известно устройство для выращивания монокристаллических лент сапфира, включающее камеру, расположенные внутри камеры тигель, тепловой узел, формообразователь, затравкодержатель, установленный на шток. Тепловой узел выполнен в виде графитового цилиндрического нагревателя, внутренняя поверхность которого покрыта слоем карбида кремния, и экранов. Тигель для расплава покрыт с внешней стороны слоем вольфрама. Тигель установлен на пьедестале и помещен внутри графитового нагревателя. Экраны размещены над тиглем (см. авт.св. СССР 1213781, опубл. 23.04.1991 г., С 30 В 15/34). Устройство имеет следующие недостатки. Материал нагревателя - графит с напыленным слоем карбида кремния, химически реагирует с агрессивными окислами алюминия при высоких температурах, что резко сокращает срок службы нагревателя и загрязняет углеродом растущий кристалл. Нагреватель не подлежит восстановлению в случае поломки. Тепловой узел не может обеспечить создания прямоугольных радиальных изотерм, необходимых для получения качественных объемных профилированных монокристаллов. Устройство не может быть использовано для выращивания крупногабаритных кристаллов. Известно устройство для выращивания профилированных кристаллов тугоплавких соединений, включающее камеру, тигель с установленным в нем формообразователем и тепловой узел, содержащий расположенный коаксиально тиглю с зазором графитовый нагреватель в виде стакана с фронтальным отверстием на уровне торца формообразователя и с увеличивающимся сечением отверстия к низу, и экран в виде полого цилиндра, установленного над тиглем с помощью тяг, закрепленных на блоке верхней изоляции. Нагреватель присоединен к источнику тока (см. авт. св. СССР 1592414, опубл. 15.09.90, С 30 В 15/34). Устройство предназначено для получения сапфировых трубок и не может быть использовано для выращивания качественных объемных монокристаллов. Известно устройство для выращивания объемных монокристаллов, включающее камеру, два плавильных нагревателя и двухсекционный тигель. В верхней секции плавят исходный материал с помощью одного нагревателя, расположенного вокруг верхней секции тигля, а выращивание осуществляют из нижней секции тигля с помощью другого нагревателя, установленного под нижней секцией тигля (см. авт. св. 661966, опубл. 30.03.80, С 30 В 15/02). Устройство принято за прототип. Устройство не может быть использовано для выращивания объемных профилированных монокристаллов, из-за невозможности создания в расплаве радиальных изотерм разной геометрии. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность выращивания крупногабаритных монокристаллов заданной формы и структурного совершенства за счет постоянства формы радиальной изотермы и малых температурных градиентов в расплаве, а также простота эксплуатации и эргономичность теплового узла и нагревателя, в частности. Технический результат достигается тем, что в устройстве для выращивания монокристаллов из расплава на затравочном кристалле, включающем цилиндрическую камеру с крышкой, тепловой узел, тигель для расплава, затравкодержатель, закрепленный на штоке с возможностью вращения и вертикального перемещения, согласно изобретению камера выполнена двухсекционной и с механизмом вертикального перемещения секций, тепловой узел установлен между верхней и нижней секциями камеры и выполнен в виде полого водоохлаждаемого цилиндра, с размещенными внутри него нагревателем, собранным из изогнутых по форме внутренней поверхности тигля U-образных ламелей, и замкнутыми кольцевыми водоохлаждаемыми токовводами, цилиндр закреплен на дополнительном штоке, расположенном на внешней поверхности цилиндра и снабженном механизмом перемещения цилиндра по вертикали и вокруг штока, внутренняя сторона цилиндра в нижней его части выполнена с выступами, на которых размещены изоляторы, токовводы выполнены с отверстиями, в которых закреплены свободные концы ламелей, а U-образные изогнутые концы ламелей закреплены на центрирующем их кольце, токовводы установлены на изоляторах, центрирующих нагреватель, а их выводы расположены на боковой поверхности цилиндра в разных горизонтальных плоскостях, нагреватель установлен внутри тигля, при этом размеры тигля и нагревателя отвечают соотношению dкp![устройство для выращивания монокристаллов из расплава, патент № 2222645](/images/patents/246/2222002/8804.gif)
Класс C30B15/00 Выращивание монокристаллов вытягиванием из расплава, например по методу Чохральского
Класс C30B15/34 выращивание из пленки кристаллов с определенными гранями с использованием формоизменяющих матриц или щелей
Класс C30B15/14 нагревание расплава или кристаллизуемого материала
Класс C30B17/00 Выращивание монокристаллов на затравочном кристалле, остающемся в расплаве в процессе выращивания, например по методу Накена-Киропулоса