FI76841C - Anordning foer dragning av en kristall. - Google Patents

Description

76841

Laite kiteen vetämiseksi

Keksinnön kohteena on laite kiteen vetämiseksi upokkaassa olevasta sulatteesta, laitteen käsittäessä 5 pitkänomaisen, joustavan ja kelattavan vetoelimen sekä kiteenpitimen, jolla on oleellisesti pystysuora akseli ja joka sisältää kiinnityslaitteen kiteenpitimen yhden pään kiinnittämiseksi vetoelimeen, kidettä pitävän ki-ristyslaitteen kiteenpitimen vastakkaisessa päässä.

10 Tällaisilla laitteilla suoritettuja prosesseja nimitetään usein Czochralski-prosesseiksi. Sulatteena on useimmiten kyseessä puolijohdemateriaali kuten pii.

DE-hakemusjulkaisusta 31 16 916 tunnetaan alussa selitetyn laatuinen laite, jonka yhteydessä kiteenpidin 15 muodostuu yhdestä kappaleesta ja sillä on suhteellisen lyhyt rakennepituus. Kiteenpitimel1ä tulee olla tietty pienin paino kelattavan vetoelimen kiristämiseksi jona edul1isestion teräsköysi. Tällöin on otettava huomioon, että vedettävän kiteen paino alkaa likimain nol-20 lasta tai vast, muodostuu ainoastaan niin kutsutun ydin-kiteen painosta, niin että köyden kiristäminen voi aluksi tapahtua ainoastaan kiteenpitimen painon avulla. Ve-toprosessin lopussa kiteen paino on noin 60-80 kg ja ylikin, joten köyden kiristäminen ei tänä ajankohtana 25 ole ongelmallista.

Nyt on tunnetun laitteen yhteydessä osoittautunut, että köyden vetolujuus, joka uuden köyden ollessa kyseessä on noin 120 kg vetokuormitusta, vähenee jyrkästi noin 15-20 käyttökerran jälkeen vetokuormitukseksi noin 100 kg. 30 Köyden kriittinen kohta on tällöin välittömästi kiteenpitimen yläpuolella oleva pituuden osa ja silloinkin ainoastaan vetoprosessin aluksi, koska tänä ajankohtana kiteenpidin ja köyden alapää sijaitsevat sulatteen ja upokkaan sekä mahdollisesti vieläpä upokkaan kuumennus-35 laitteen säteilyalueella. Siinä vallitsevat lämpötilat yli 1200°C. Kiteenpitimen lämpötilan mittaukset tässä 2 76841 kriittisessä tilassa ovat piisulien yhteydessä, joiden lämpötila on 1450°C, antaneet tulokseksi, että köyden kiinnityskohdassa esiintyvät lämpötilat ovat noin 900°C. Tämä korkea lämpötila on syynä enemmän kuin 50 % pienen-5 tyneeseen vetokuormitukseen kylmässä tilassa ja on oletettava, että vetokuormitus on kuumassa tilassa vielä pienempi.

Tämän johdosta on vaarana, että köysimateriaalin termisen väsymisen vuoksi köysi katkeaa vetoprosessin 10 aikana ja kide putoaa kiteenpitimen kanssa sulatteeseen. Tämä johtaa yleensä sulatusmateriaalin menetykseen ja koko kuumennuslaitteen menetykseen, koska esimerkiksi grafiittia oleva kuumennuslaite muuttuu hyvin nopeasti piin kanssa piikarbidiksi. Koska tällä on suurempi 15 tilavuus, kyseiset rakenneosat rikkoutuvat jännitysten vuoksi. Myös pienempien kiteiden yhteydessä on jo otettava huomioon vahingot, jotka ovat suuruusluokkaa noin 30.000-40.000 DM.

Asiaa on jo autettu siten, että suurennetaan 20 kiteenpitimen pituutta ja siten köyden alapään etäisyyttä kohdasta, jossa lämpötila on suuri. Vaikutus oli kuitenkin ainoastaan hyvin rajoitettu ja huomattavana epäkohtana oli se, että kiteenpitimen suuremman pituuden vuoksi menee hukkaan niin kutsutun vetomatkan vas-25 taavaosa, niin että muuten samat mitat omaavalla laitteella voidaan vetää vain lyhyempiä kiteitä. Koko laitteen rakennekorkeuden suurentaminen, joka säännöllisesti on moninkertaisesti kiteen pituus, ei useinkaan ole mahdollista käytettävissä olevan tehdashallin rakenne-30 korkeudesta johtuen. Sen vuoksi selviydytään tällöin sillä, että köysi vaihdetaan noin 10-15 vetoprosessin jälkeen. Tähän liittyvä laitteen seisominen johtaa ei-toivottuihin tuotannon vajauksiin, mutta on kuitenkin turvallisuussyistä pakko ottaa mukaan.

35 Keksinnön tehtävänä on sen vuoksi osoittaa alus sa selitetyn laatuinen laite, joka on varustettu sellai- 3 76841 sella kiteenpitimellä, jonka vuoksi liian suuri osa veto-matkasta ei mene hukkaan ja joka sen lisäksi pitää köyden suurimman lämpötilan alhaisemmalla tasolla.

Asetetun tehtävän ratkaiseminen tapahtuu alussa 5 kuvaillun laitteen yhteydessä keksinnön mukaisesti siten, että kiteenpidin edelleen sisältää ainakin yhden lämpösulkuvälineen, joka on järjestetty kiinnityslait-teen ja kiristyslaitteen väliin ja jolla on pienempi lämmönjohtokyky kuin muulla kiteenpitimellä, jolloin 10 lämpösulkuväline käsittää oleellisesti pienennetyn poikkileikkauksen omaavan kytkentäosan, joka liittää yhteen kiteenpitimen ne osat, jotka sisältävät kiinnityslait-teen ja vastaavasti kiristyslaitteen, niin että aikaansaadaan keskeytys lämmönjohtumiselle kiteestä ja sulat-15 teestä vetoelimeen, sekä ainakin yhden säteilysuojan, joka ulottuu ulospäin oleellisesti kohtisuorassa kiteenpitimen mainittuun akseliin nähden ulkokehälle, joka on ainakin oleellisesti yhtä leveä kuin kiteenpitimen ulkokehä, jolloin kiteenpidin suojaa vetoelintä 20 kiteen ja sulatteen lämmöltä.

Tällä toimenpiteellä vähennetään huomattavasti lämmön johtumista köyden alapään suuntaan. Keksinnön kohteen tässä selitetyssä suoritusmuotoesimerkissä suoritetut mittaukset ovat toisaalta kiteenpitimen pidentämi-25 sen yhteydessä tekniikan tasoon verrattuna ainoastaan 100 mm, toisaalta keksinnön mukaisen toimenpiteen yhteydessä johtaneet lämpötilan alenemiseen yli 180°C verran. Vetolujuuden tutkiminen 13 vetoprosessin jälkeen antoi tulokseksi ainoastaan epäoleellisesti pienen-30 tyneen vetokuormituksen noin 200 kg, joka vastaa likimain alkuperäistä arvoa.

Keksinnön mukaisen toimenpiteen lopputulosta ajatellen olisi vielä huomioitava, että kiteenpitimen alin osa on estämättömästi huomattavan lämpökuormituk-35 sen alaisena ja kauttaaltaan metallia olevan rakenteensa vuoksi sillä on taipumus luovuttaa lämpöä ainakin 4 76841 suureksi osaksi köyden alapäähän ja vast, köyden kiinnityskohtaan. Keksinnön mukaisella toimenpiteellä vähennetään voimakkaasti lämmön johtamista edelleen pituussuunnassa.

5 Tällöin on osoittautunut erityisen edulliseksi, että kiteenpidin muodostuu pituussuunnassa ainakin kahdesta maadoitetusta osakappaleesta, jotka on yhdistetty toisiinsa toisaalta lämpöä eristävien välikappaleiden ja toisaalta vetoankkureiden välityksellä. Veto-10 ankkurit, joilla on oleellisesti pienempi poikkileikkaus kuin selitetyillä osakappaleilla, voivat luovuttaa ainoastaan vähäisen osan lämmöstä edelleen kulloinkin seuraavaan osakappaleeseen, ja näiden osakappalei-den väliset välit voidaan tehdä edelleen myötävaikutta-15 maan lämmön pois johtamiseen.

Toinen lämpösulku kiteenpitimen pituussuunnassa saadaan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti aikaan siten, että välikekappaleet on varustettu säteilysuojilla. Tällöin on erityisen edullista, että sätei-20 lysuojien ulkohalkaisija ei ole ainakaan oleellisesti suurempi kuin vieressä olevien osakappaleiden ulkohalkaisi ja. Toisin sanoen säteilysuojien säteittäinen ulottuvuus on kiteenpitimen projektiopinnan sisäpuolella vaakatasoa ajatellen. Täten vältetään suuressä määrin 25 sen, että itse säteilysuojat voivat vastaanottaa alhaal-tapäin säteilevää lämpöä.

Lopuksi on erityisen edullista, jos ainakin alin osakappale on kalvoeristyksen ympäröimä.

Keksinnön kohteena erästä suoritusesimerkkiä se-30 litetään seuraavassa lähemmin kuvioiden 1 ja 2 yhteydessä.

Kuvio 1 esittää täydellisen kiteenvetolaitteen kaavamaisen esityksen pystyleikkausta ja kuvio 2 esittää kuvion 1 kiteenpidintä suuren-35 netussa mittakaavassa.

5 76841

Kuviossa 1 on esitetty kiteenvetolaite 1, joka käsittää tyhjiökammion 2 sekä imujohdon 3 liitettäväksi ei-esitettyyn sarjaan tyhjiöpumppuja. Tyhjiökammioon 2 kuuluu kammion yläosa 4 sekä putkenmuotoinen päällä ole-5 va lisäke 5, joka vetoprosessin lopussa ympäröi kidettä. Lisäkkeen 5 yläpäähän on laakeroitu pyörivä tasanne 6, joka sisältää kelausrummun 7 kelattavaa vetoelintä 8 varten. Tasanteen 6 sekä kelausrummun 7 pyörimisellä vetoelin 8 pakotetaan kiertymään, joka kiertoliike siir-10 tyy kiteenpitimeen 9. Tämän kiteenpitimen yksityiskohtia selitetään vielä lähemmin kuvion 2 yhteydessä.

Tyhjiökammion 2 sisällä sijaitsee sulatusupokas 10, jossa puolijohdemateriaalia oleva sulate 11 sijaitsee. Tästä sulatteesta vedetään suunnatulla jähmetty-15 misellä kide 12, lähtökohtana on tosin aluksi sulatteeseen upotettu ydinkide 13, joka on kiinnitetty kiteenpitimen 9 alapäähän. Vähittäisellä ylöspäin suuntautuvalla liikkeellä nuolen 14 suunnassa voidaan siten saada aikaan määrätyn poikkileikkauksen omaava kide 12, jonka 20 pituus laitteiston rakennekorkeudesta riippuen voi olla jopa 2 metriä ja paino likimain 80 kiloa tai sen yli.

Sulatusupokas 10 on laakeroitu upokkaanpitimeen 15, joka taas puolestaan on kiinnitetty nostotangon 16 yläpäähän. Nostotangon 16 vastaavan tarkkailun avulla 25 voidaan huolehtia sulatusupokkaan vakiosta tilasta.

Upokas ja upokkaanpidin ovat kuumennuslaitteen 17 ym-päröimät, joka on tehty meanderimaisesti raolla varustetuksi ontelolieriöksi ja joka on grafiittia. Virtalii-täntöjä ei yksinkertaisuuden vuoksi ole esitetty. Koko 30 laite kuumennuslaite 17 mukaan luettuna on lämpöeristyksen 18 ympäröimä, joka on yleensä grafiittihuopaa. Sulatusupokkaan 10 ympärillä oleva tila on ylöspäin rajoitettu ympyränmuotoisella erotusseinällä 19. Tyhjiö-kammion 2 pohja on samoin päällystetty lämpöeristyksel-35 lä 20. Kuviosta 1 on nähtävissä, että ei-estettävissä 6 76841 oleva lämmönsäteily sulatteen pinnalta ja sulatusupokkaan 10 sisäpinnasta kuormittaa termisesti kiteenpidintä 9 suuresti.

Kuvion 2 mukaisesti kiteenpidin 9 on pituussuun-5 nassa yhdistetty kaikkiaan kolmesta maadoitetusta osa-kappaleesta 21, 22 ja 23, jotka ovat huonosti lämpöä johtavaa materiaalia, pidetään välin päässä toisistaan ja jotka on vetoankkureilla 25 yhdistetty toisiinsa. Sen johdosta, että vetoankkureilla 25 on oleellisesti pie-10 nempi poikkileikkaus kuin osakappaleilla 21-23, muodostuu kiteenpitimen 9 pituussuunnassa kaksi kohtaa 26 ja 27, joilla on huononnettu lämmönjohtokyky.

Välikappaleet 24 on varustettu säteilysuojilla 28, jotka muodostuvat ympyränmuotoisista levykiekoista 15 ja jotka pidetään välin päässä toisistaan ja osakappa-leista 21-23 ei lähemmin esitettyjen metallirenkaiden avulla. Säteilysuojien ulkokehä sijaitsee osakappalei-den 21-23 projektipinnan sisäpuolella vaakatasossa, toisin sanoen säteilysuojat eivät ulkone ulospäin osa-20 kappaleiden ääriviivan yli. Tämän toimenpiteen merkitykseen perehdyttiin edellä jo lähemmin.

Kuvion 2 mukaisesti on alimmassa osakappaleessa ydinkiteen 13 (kuvio 1) kiinnityslaite 29, joka ydinki-de on kiinnitettävissä kiristysruuvin 30 avulla. Kiinni-25 tyslaite 29 kannattaa sisäkierteitä 31 ja on täten yhdistetty täydentävän kierretapin 32 välityksellä vaihdettavasta alimpaan osakappaleeseen 21.

Tämä alin osakappale 21 on kalvoeristyksen 33 ympäröimä, joka muodostuu levykäämityksestä, jonka yksit-30 täiset kerrokset pidetään välinpitimien 34 avulla välin päässä toisistaan. Kiinnittäminen tapahtuu sovitetappien 34 avulla.

Ylimmässä osakappaleessa 23 on kiinnityslaite 35 vetoelintä 8 varten, joka on alapäästään varustettu ve-35 toelimeen kiinnitetyllä hylsyllä 36 ja kuulalla 37, joka on diametraalisen porauksen avulla työnnetty veto- 7 76841 elimelle 8. Kiinnityslaitteeseen 35 kuuluu kannatuslevy 38, joka on kiinnitetty ruuveilla 39 ja jossa on kuulan 37 kohdalla täydentävä kalottimainen avarrus. Tällä tavalla kiteenpidin 9 voi suorittaa heilahdusliikkeitä 5 kuulan 37 keskipisteen ympäri rasittamalla vetoelintä 8 taivuttamalla. Tästä on seurauksena, että kiteenpidin 9 suuntautuu aina pystysuoraan oman painonsa vaikutuksesta. Esillä olevassa tapauksessa myös ylin osakappa-le 23 on kalvoeristyksen 40 ympäröimä, jolla on vastaa- 10 vanlainen rakenne kuin kalvoeristyksellä 33.

Claims (5)

76841

1. Laite kiteen vetämiseksi upokkaassa olevasta sulatteesta, laitteen käsittäessä pitkänomaisen, jousta- 5 van ja kelattavan vetoelimen (8) sekä kiteenpitimen (9), jolla on oleellisesti pystysuora akseli ja joka sisältää kiinnityslaitteen (35) kiteenpitimen yhden pään kiinnittämiseksi vetoelimeen (8), kidettä pitävän kiristyslait-teen (29) kiteenpitimen vastakkaisessa päässä, t u n -10 n e t t u siitä, että kiteenpidin (9) edelleen sisältää ainakin yhden lämpösulkuvälineen (21, 22, 23), joka on järjestetty kiinnityslaitteen (35) ja kiristyslaitteen (29) väliin ja jolla on pienempi lämmönjohtokyky kuin muulla kiteenpitimellä (9), jolloin lämpösulkuväline (21, 15 22, 23) käsittää oleellisesti pienennetyn poikkileikkauk sen omaavan kytkentäosan, joka liittää yhteen kiteenpitimen ne osat, jotka sisältävät kiinnityslaitteen (35) ja vastaavasti kiristyslaitteen (29), niin että aikaansaadaan keskeytys lämmönjohtumiselle kiteestä ja sulatteesta veto-20 elimeen (8), sekä ainakin yhden säteilysuojan (28), joka ulottuu ulospäin oleellisesti kohtisuorassa kiteenpitimen (9) mainittuun akseliin nähden ulkokehälle, joka on ainakin oleellisesti yhtä leveä kuin kiteenpitimen (9) ulkokehä, jolloin kiteenpidin (9) suojaa vetoelintä (8) kiteen 25 ja sulatteen lämmöltä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämpösulkuväline (21, 22, 23) käsittää ainakin yhden lämpöä eristävän välikappaleen (24) kiteenpitimen (9) kahden vierekkäisen osan välissä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tun nettu siitä, että kytkentäosaa ympäröi ainakin yksi välikappale (24), ja että kiteenpidin edelleen käsittää ainakin yhden säteilysuojan (28), joka ympäröi mainittua ainakin yhtä vaälikappaletta (24).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, t u n - 76841 n e t t u siitä, että mikään merkittävä osuus mainitusta ainakin yhdestä säitelysuojasta (28) ei ulkone kiteenpi-timen niiden osien ohi, jotka säteilysuojan (28) ympäröimä välikappale (24) erottaa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että kiteenpidin edelleen käsittää kal-voeristyksen (33), joka on sijoitettu erilleen ainakin ki-teenpitimen osan ympärille. 76841 ίο