устройство для выращивания монокристаллов сапфира
Классы МПК: | C30B15/34 выращивание из пленки кристаллов с определенными гранями с использованием формоизменяющих матриц или щелей C30B29/20 оксиды алюминия C30B17/00 Выращивание монокристаллов на затравочном кристалле, остающемся в расплаве в процессе выращивания, например по методу Накена-Киропулоса |
Автор(ы): | Блецкан Н.И. |
Патентообладатель(и): | Блецкан Николай Иванович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-04-29 публикация патента:
27.04.2004 |
Изобретение относится к технологии выращивания из расплавов монокристаллов сапфира методом кристаллизации из расплава. Сущность изобретения: в устройстве для выращивания монокристаллов сапфира, содержащем установленные в вакуумной камере тигель с формообразователем в виде прямоугольной призмы, нагреватель, затравкодержатель, отражатель, подставку под тигель, тепловые экраны, системы регулирования скорости подъема затравочного кристалла и мощности нагревателя, формообразователь выполнен в виде секторов, образованных перегородкой в виде мембраны, расположенной перпендикулярно граням формообразователя, или перегородками в виде мембран, расположенных перпендикулярно друг другу и к граням формообразователя. Технический результат устройства заключается в повышение скорости роста и снижении потерь на единицу массы монокристаллов сапфира при сохранении их качества, а также в возможности получения кристаллов заданных размеров. 8 з.п.ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Устройство для выращивания монокристаллов сапфира, содержащее установленные в вакуумной камере тигель с формообразователем в виде прямоугольной призмы, нагреватель, затравкодержатель, отражатель, подставку под тигель, тепловые экраны, системы регулирования скорости подъема затравочного кристалла и мощности нагревателя, отличающееся тем, что формообразователь выполнен в виде секторов, образованных перегородкой в виде мембраны, расположенной перпендикулярно граням формообразователя, или перегородками в виде мембран, расположенных перпендикулярно друг к другу и к граням формообразователя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые ребра мембран жестко прикреплены к стенкам формообразователя.3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна из мембран выполнена с, по меньшей мере, одной вертикальной выемкой, в которую вставлена перпендикулярно к ней расположенная другая мембрана, боковые ребра которой прикреплены к стенкам формообразователя.4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что затравкодержатель выполнен в виде коромысла или нескольких коромысел, радиально расположенных и скрепленных в центре.5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что затравочные кристаллы закреплены на концах затравкодержателей и установлены соосно над секторами формообразователя.6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что затравочный кристалл установлен соосно с формообразователем.7. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что мембраны, формообразователь и тигель выполнены из одного и того же материала.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что мембраны, формообразователь и тигель выполнены из вольфрама, молибдена или сплава вольфрама и молибдена.9. Устройство по любому из пп.1-3, 7, 8, отличающееся тем, что мембраны выполнены из листа вольфрама толщиной 100-300 мкм.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии выращивания из расплава объемных монокристаллов сапфира методом кристаллизации из расплава.Известно устройство для выращивания монокристаллов сапфира, содержащее установленные в вакуумной камере экраны, нагреватель, тигель с формообразователем, затравкодержатель с закрепленным на нем затравочным кристаллом сапфира, системы регулирования скорости подъема затравочного кристалла и мощности нагревателя.Затравкодержатель с затравочным кристаллом расположен на вертикальном штоке соосно с тиглем и цилиндрическим формообразователем (авт.св. №1132606, С 30 В 17/00, 1983).Недостатком данного устройства является сравнительно низкое качество монокристаллов в связи с наличием включений газовых пузырьков и блоков при выращивании монокристаллов ориентации [0001], которые применяются для вырезки пластин, используемых в оптоэлектронике для эпитаксии нитрида галлия (GaN), пленок ZnO, SiC и других материалов.При вырезке цилиндрических монокристаллов ориентации [0001] перпендикулярно оси [1010] из кристаллов диаметром свыше 100-150 мм с увеличением веса кристалла выход в готовую продукцию увеличивается. Производительность устройства - до 16 кг годных в месяц. Выход годных не превышает 50% от веса исходной загрузки.Известно устройство для выращивания монокристаллов сапфира, которое содержит установленные в вакуумной камере экраны, нагреватель, тигель с формообразователем, выполненным в виде соосной с затравочным кристаллом призмы, грани которой параллельны кристаллографическим граням последнего, затравкодержатель с закрепленным на нем затравочным кристаллом сапфира, системы регулирования скорости подъема затравочного кристалла и мощности нагревателя. Преимущественно затравочный кристалл выполнен в виде прямоугольной призмы, ориентированной в направлении [1010], боковые грани которой совпадают с плоскостями (0001) и (1120), формообразователь выполнен ввиде прямоугольной призмы, объем которой составляет 0,65-0,7 рабочего объема тигля, причем две боковые грани формообразователя параллельны плоскости (0001), а две другие грани формообразователя параллельны плоскости (1120) затравочного кристалла, тигель с нагревателем помещены внутри цилиндрического отражателя, внутренний диаметр которого составляет 1,6-1,8, а высота 0,8-0,9 наружного диаметра и высоты тигля соответственно (см. ЕП №003419, С 30 В 17/00, 29/00, 09.07.2002, “Способ и устройство для выращивания монокристаллов сапфира по Н.Блецкану”). Устройство принято за прототип.Данное устройство, удобное в эксплуатации, позволяет снизить включения пузырьков в монокристаллах благодаря тому, что кристаллографическая плоскость (0001) растущего кристалла и находящаяся в контакте с расплавом не меняет своих размеров. Это обеспечивает зарождение слоев (ступеней) одинаковой величины, и, в свою очередь, при встрече таких слоев не образуются пузыри ввиду их высокой когерентности.Возможность получения за один цикл кристаллов высокого качества с увеличенной массой является преимуществом известного устройства. Однако полученный при этом кристалл имеет размеры, определяемые размерами призматического формообразователя (сторона призма для кристаллов указанной массы должна иметь размер 300-400 мм), в то время как в промышленности имеется потребность в монокристаллах цилиндрической формы различных размеров, в том числе имеется спрос на пластины, полученные при разрезании цилиндра монокристалла диаметром порядка 80 мм.При таких требуемых размерах необходимо производить раскрой прямоугольного кристалла 300![устройство для выращивания монокристаллов сапфира, патент № 2227820](/images/patents/241/2227036/215.gif)
![устройство для выращивания монокристаллов сапфира, патент № 2227820](/images/patents/241/2227036/215.gif)
Класс C30B15/34 выращивание из пленки кристаллов с определенными гранями с использованием формоизменяющих матриц или щелей
Класс C30B29/20 оксиды алюминия
Класс C30B17/00 Выращивание монокристаллов на затравочном кристалле, остающемся в расплаве в процессе выращивания, например по методу Накена-Киропулоса