CS248696B1 - Zařizení pro automatické řizeni hmotnostní rychlosti růstu monokrystalu při taženi z taveniny - Google Patents

Abstract

Zařízeni pro automatické řízeni hmotnostní rychlosti růstu monokrystalů při taženi z taveniny, umožňující automatizované pěstováni dezdefektnich monokrystalů, sestávající z vážici hlavice, zdroje proudu, obvodu čidla výchylky, tažioí tyče a regulátoru průměru krystalu, kde cíle je dosaženo tim, že vážící hlavice je tvořena cívkou (1) elektromagnetu pro kompenzaci hmotnosti krystalu a tažicí tyčí (3), zakončené jádrem (2) elektromagnetu, v jejím prodloužením umístěnou střední elektrodou čidla (4) výchylky, trefeného diferenciálním kapacitním snímačem, který je propojen se zdrojem vysokofrekvenčního napětí ze stabilního oscilátoru a dále detekčním obvodem, jehož výstup je přes regulátor (28) propojen ne zdrojem proudu elektromagnetu a regulátor (28) průměru krystalu je přes měřici odpor (21) proudu elektromagnetu připojen přes filtrační člen (22) současně s výstupem kompenzačního integrátoru (24) na vstup komparátoru (23), vstup kompenzačního integrátoru (24) je přes jazýčkové relé (25) spojen e výstupem komparátoru (23) a oívky (26) jazýčkového relé (25) je spojena s časovým spínačem (27), přičemž ke komparátoru (23) je dále připojen regulátor (28) teploty v peoi, včetně regulátoru programu růstu krystalu, případně regulátoru rychlosti tažení.

Description

(54) Zařizení pro automatické řizeni hmotnostní rychlosti růstu monokrystalu při taženi z taveniny

Zařízeni pro automatické řízeni hmotnostní rychlosti růstu monokrystalů při taženi z taveniny, umožňující automatizované pěstováni dezdefektnich monokrystalů, sestávající z vážici hlavice, zdroje proudu, obvodu čidla výchylky, tažioí tyče a regulátoru průměru krystalu, kde cíle je dosaženo tim, že vážící hlavice je tvořena cívkou (1) elektromagnetu pro kompenzaci hmotnosti krystalu a tažicí tyčí (3), zakončené jádrem (2) elektromagnetu, v jejím prodloužením umístěnou střední elektrodou čidla (4) výchylky, trefeného diferenciálním kapacitním snímačem, který je propojen se zdrojem vysokofrekvenčního napětí ze stabilního oscilátoru a dále detekčním obvodem, jehož výstup je přes regulátor (28) propojen ne zdrojem proudu elektromagnetu a regulátor (28) průměru krystalu je přes měřici odpor (21) proudu elektromagnetu připojen přes filtrační člen (22) současně s výstupem kompenzačního integrátoru (24) na vstup komparátoru (23), vstup kompenzačního integrátoru (24) je přes jazýčkové relé (25) spojen e výstupem komparátoru (23) a oívky (26) jazýčkového relé (25) je spojena s časovým spínačem (27), přičemž ke komparátoru (23) je dále připojen regulátor (28) teploty v peoi, včetně regulátoru programu růstu krystalu, případně regulátoru rychlosti tažení.

248 696

- i 248 698

Vynález se týká zařízení pro automatické řízení hmotnostní rychlosti růstu monokrystalu při tažení z taveniny.

Taženi monokrystalů z taveniny se v různých modifikacích používá>v současné době nejčastěji k průmyslové připravě různých’ druhů monokrystalů, jako např. polovodivých látek (křemík, galiumarsenid, galiumfosfid, germanium.··), nebo látek aieíekťřlckých kysličnikového typu (safír, rubín, granáty ytrito hlinité, galito gadolinité, alumináty vzácných

V zemin s perevskitovou strukturou, niobáty, tantaláty, germanáty, wolframáty.··). Růst probíhá obecně takovým způsobem, že zárodek monokrystalu daného materiálu ve formě orientované tyčinky upevněný na tažici zařízeni, rotující okolo své osy se při rovnovážné teplotě dotkne taveniny výchozího materiálu, umístěné většinou v kelímku, a potom se vytahuje rychlostí optimální pro daný materiál za současného snižování teploty taveniny. Tím dochází k pozvolnému narůstáni krystalů na žádaný průměr, který je potom zapotřebí zachovat co nejvíce konstantní. Růst probíhá často v prostoru s definovanou ochrannou atmosférou nebo ve vakuu. Pokud se pěstováni provádí na zařízeni s manuální kontrolou růstu krystalů a ručním ovládáním teploty taveniny a rychlosti tažení, jako prostředků pro ovládáni rychlosti růstu krystalu, mají vypěstované krystaly řadu strukturních poruch, optických defektů a nepravidelný tvar, protože pozorováním krystalu nelze včas a dosti citlivě zaznamenat změny v růstu krystalu a včas na ně reagovat zásahy do teploty a rychlosti taženi. Navíc vyžaduje ruční způsob pěstováni velice pečlivou obsluhu a vyšší počet pracovníků.

248 «Μ

Z těchto důvodů jsou v posledních letech vyvíjeny různé typy pěstovacich zařízeni vybavených různými systémy, které umožňují automatickou kontrolu rychlosti růstu krystalu, tim snižuji potřebnou pracnost a zvyšují podstatně celkovou efektivnost přípravy krystalů.

Zařízeni jsou konstruována zejména na těchto priclpech: optické snímání průměru krystalu, snímání poklesu úrovně hladiny taveniny v kelímku, rentgenografické měření průměru krystalu, snímáni úbytku hmotnosti taveniny v kelímku a snímáni přírůstku hmotnosti krystalu. Snímané veličiny se zpracovávají v elektronických regulátorech a po porovnáni s naprogramovanými hodnotami se diferenční signál používá k ovládání teploty taveniny nebo rychlosti taženi, někdy obojího. Oednotlivé principy mají své přednosti a nedostatky, liší se v citlivosti a některé jsou specificky vhodné pro určité druhy monokrystalů·

Předmět tohoto vynálezu se týká zařízeni založeného .na principu snímáni přírůstku hmotnosti krystalu. Dosud popisovaná zařízení byla založena na odlišném způsobu a konstrukci snímání hmotnosti krystalu. Používá se např. různých typů tenzometrů, na které působí hmotnost krystalu. Tento způsob je konstrukčně komplikovanější, vyžaduje termostatovánl citlivého elementu a jeho citlivost je nižši než zde popisovaného zařízení. Další způsob je konstrukčně založen na principu minclře, kdy rotující krystal je zavěšen navinuté pružině, která ee protahuje narůstající hmotnosti krystalu, její protažení snímané např. indukčním snímačem se využívá jako vstupní signál do regulátoru růstu. Nevýhodou takto konstruovaného zařízeni je jednak to ,že růst neprobíhá v konstantní poloze, ale jak se pružina protahuje, krystal se posunuje směrem dolů proti směru taženi, dále pak nižši citlivost snímačů polohy.měřicích posun, proti snímačům pracujícím v jednom bodě.

248

Tyto potíže a nevýhody v podstatné míře odstraňuje zařízení pro automatické řízení hmotnostní rychlosti růstu monokrystalů při tažení z taveniny, sestávající z vážící hlavice, zdroje proudu, obvodu čidla výchylky, tažicí tyče a regulátoru průměru krystalu, jehož podstata spočívá v tom, že vážící hlavice sestává z cívky elektromagnetu pro kompenzaci hmotnosti krystalu a tažidí tyče zakončené jádrem elektro magnetu, v jejímž prodloužení je umístěna střední elektroda čidla výchylky, tvořeného diferenciálním kapacitním snímačem, který je propojen se zdrojem vysokofrekvenčního napětí ze stabilního oscilátoru a dále s detekčním obvodem, jehož výstup je přes regulátor propojen se zdrojem proudu elektromagnetu a regulátor průměru krystalu je přes měřicí odpor proudu elektromagnetu připojen přes filtrační obvod současně s výstupem kompenzačního integrátoru na vstup komparátoru, vstup kompenzačního integrátoru je přes jazýčkové relé spojen s výstupem komparátoru a cívka jazýčkového relé je spojena s časovým spínačem, přičemž ke komparátoru je dále připojen regulátor teploty v peci, včetně programu růstu, a případně regulátor rychlosti tažení.

V dalším, ve spojení s připojenými výkresy, je vynález jako konkrétní provedení, blíže popsán.

Na obr. 1 je schematicky znázorněna konstrukce zařízení a na obr. 2 je blckové schéma regulačních prvků.

Na obr. 1 je znázorněna tažící tyč J , na jejím horním konci jádro 2 elektromagnetu a v prodloužení tažící tyče J čidlo £ výchylky. Dále je znázorněna cívka J elektromagnetu, nosné těleso 8, planžety J unašeče 6, vnější trubice χ, ložiska J, skleněná trubice 1J. a horní část pece 10.

Na obr. 2 je znázorněn měřicí odpor 21, filtrační člen 22 komparátor 2J, integrátor '24, relé 2j>, cívka 26, časový spínač 27 a regulátor 28.

Dále je popsána činnost tohoto zařízení.

Hmotnost taženého krystalu, rostoucího na spodním komci tažicí tyče J včetně její hmotnosti, je kompenzována silou elektromagnetu, kde jádro 2 elektromagnetu upevněné na tažící tyčí J má menší průměr než vnitřní průměr skleněné trubice 11.» čímž je umožněn volný vertikální pohyb jádra 2

I

- ‘t 248 898 elektromagnetu. Cívka 1, elektromagnetu je upevněna na nosném tělese 8 . Kapacitní čidlo 4 výchylky umístěné nad elektromagnetem je konstruováno tak, že svou střední elektrodou, upevněnou v prodloužení tažící tyče ^vymezuje její maximální vertikální pohyb. Tažící tyč 2 je souose fixována vůči/vnější i

trubici 2 pomocí planžet vetjknutých do unasečů 6 a je upevněha pomocí ložisek 2 v nosném tělese 8 a umožňuje přenos rotace, která se dále přenáší pomocí unašeců 6 a planžet % ha tažící tyč 2· Vážící hlavice je upravena tak, že její jednotlivé prvky jsou vate/átěsně uzavřeny pomocí O-kroužků a gufer, takže je zajištěna vakietěsnost pěst ovací aparatury,- číwíje umožněno pěstování monokrystalů jak ve vakuu, tak v ochranné atmosféře. Cívka 2 elektromagnetu je napájena zdrojem proudu přes měřicí odpor 21 a zdroj je ovládán upraveným napětím z čidla 4 výchylky, jehož statická citlivost je 10“θ m.

Tím je udržována konstantní vertikální poloha tažící tyče 2· Signál odpovídající hmotnosti pěstovaného krystalu je odebírán jako napiti z měřícího odporu 21. Signál po fiífaiaci rušivých napětí ve filtračním členu 22 je přiveden na vstup komparátoru 23. Vstup komparátoru 23 je dále spojen s výstupem kompenzačního integrátoru 24. Výstup komparátoru 23 je přes jazýčkové relé 2j> připojen na vstup integrátoru 24. Při sepnutí jazýčkového relé 25 98 uzavře smyčka záporné zpětné vazby, výstupní napětí z integrátoru 24 vykompenzuje napětí přivedené na vstup komparátoru 2£. Periodickým spínáním jazýčkového relé 22 cívkou 26 a časovým spínačem 27 se provádí regulace hmotnosti krystalu na regulaci přírůstku hmotnosti.

Ke komparátoru 2£ je dále připojen regulátor 28, případně programátor růstu krystalu a regulátor teploty v peci.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   248 696

   Zařízení pro automatické řízení hmotnostní rychlosti růstu monokrystalů při tažení z taveniny, sestávající z vážící hlavice, zdroje proudu, obvodu čidla výchylky, tažící tyče a regulátoru průměru krystalu, vyznačené tím, že vážící hlavice je tvořena cívkou (1) elektromagnetu pro kompenzaci hmotnosti krystalů a tažící tyčí (3), zakončené jádrem (2) elektromagnetu, v jejím prodloužení umístěnou střední elektrodou čidla (4) výchylky, tvořeného diferenciálním kapacitním snímačem, který je propojen se zdrojem vysokofrekvenčního napětí ze stabilního oscilátoru a dále detekčním obvodem, jehož výstup je přes regulátor (28) propo jen se zdrojem proudu elektromagnetu, regulátor (28) průměru krystalu je přes měřící odpor (21) proudu elektromagnetu připojen přes filtrační člen (22) současně s výstupem kompenzačního integrátoru (24) na vstup komparátoru (23), vstup kompenzačního integrátoru (24) je přes jazýčkové relé (25) spojen s výstupem komparátoru (23) a cívka (26) jazýčkového relé (25) je spojena s časovým spínačem (27), přičemž ke komparátoru (23) je dále připojen regulátor (28) teploty v peci, včetně regulátoru programu růstu krystalu,případně regulátoru rychlosti tažení.