LV15499B - Silīcija kristālu audzēšanas paņēmiens un iekārta tā realizēšanai - Google Patents

Abstract

Izgudrojums attiecas uz kristālu audzēšanu, īpaši uz silīcija kristālu audzēšanu ar indukcijas sildīšanu bez tīģeļa. Piedāvāta uzlabota metode un tās realizācijai nepieciešamā iekārta silīcija kristālu audzēšanai. Metode ietver kristāla audzēšanu ar dīgļa kristāla (1) pārvietošanu rotējot uz augšu, izmantojot sākotnējo stieni, kura diametrs ir ne mazāks kā audzējamā kristāla diametrs, turklāt pjedestāls (11), ko ar rotāciju pārvieto uz augšu, ir izvietots zemāk par kausēšanas induktoru (5) un ir aptverts ar fokusējošu spoli (7). Metode ir papildināta ar to, ka pjedestālu (11) zonā, kas atrodas zem fokusējošās spoles (7), kas aizvada siltumu, uzsilda ar gredzenveida sildītāju (10). Papildus piedāvāta iekārta metodes realizācijai, kas satur vakuuma kameru (14), kas aprīkota ar ierosinājuma kristāla (2) turētāju, kurš ir vertikāli pārvietojams ar pagriešanas iespēju un pjedestāla (11) apakšējo turētāju.

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS

[01] Izgudrojums attiecas uz silīcija ražošanu, piemēram, silīcija rūpnieciskā ražošana elektroenerģijas mikroelektronikai, ieskaitot tādu lieljaudas pusvadītāju ierīču ražošanai kā diodes, tiristori utt.

Zināmais tehnikas līmenis

[02] Šīs ražošanas mērķis ir iegūt augstas kvalitātes silīciju galvenokārt ar izvilkšanas no kausējuma metodi [1], neizmantojot tīģeli. Šādu procesu veic, izkausējot sākotnējo stieni ar indukcijas kausēšanas metodi, un kristalizējot monokristālu, kura diametrs no sākotnējā stieņa atšķiras ne vairāk kā par 20 %. Sakarā ar to, ka nav iespējams ražot sākotnējus silīcija stieņus ar diametru 300 mm tradicionālajā Siemens procesā, tika izstrādāta jauna tādu stieņu ražošanas tehnoloģija, respektīvi, tehnoloģija, kas aprakstīta patentā Nr. LV15065. Šai tehnoloģijai nav redzamu audzēto kristālu diametra ierobežojumu. Turklāt monokristālu, kuru diametrs ir 300 mm, audzēšanas iekārtu un tehnoloģiju, izmantojot izvilkšanas no kausējuma metodi, neizmantojot tīģeli, pagaidām nav. Sakarā ar to, stieņus, kuru diametrs ir 300 mm un vairāk, ir lietderīgi izmantot kā pjedestālu izvilkšanas no kausējuma procesā, neizmantojot tīģeli. Šādos procesos var tikt izaudzēti monokristāli, kuru diametrs ir ievērojami mazāks (1,5 -3 reizes) nekā pjedestāla diametrs. Šāda tehnoloģija ir potenciāli pielietojama pjedestāliem ar diametriem no 100 mm, bet pēdējo 50 gadu laikā tā nav praktiski pielietota sakarā ar to, ka izvilkšanas no kausējuma tehnoloģijas attīstība, neizmantojot tīģeli, vienmēr ir apsteigusi Siemens sākotnējo stieņu ražošanas procesa tehnoloģiju. Indukcijas sildīšanas pielietošana paredz saistību starp aprīkojuma (indukcijas sildītājiem, ekrāniem utt.) izmēriem, t.i., starp audzēšanai izmantotās ierīces elementiem un pjedestāla (Dp), kā arī izaudzēta monokristāla (Dc) diametriem.

[03] Šāda procesa problēmas ir nepilnīga pjedestāla centrālās zonas izkausēšana [1], bet pēc izkausēšanas - problēmas ar monokristāla audzēšanu, kas jāsāk ar smalka kakliņa izaudzēšanu, kuru diametrs ir aptuveni 5 mm. Ja, pielietojot kādus paņēmienus, izdodas izkausēt centrālo zonu, tad kausējumam tajā ir salīdzinoši pastāvīga temperatūra. Kad ierosinājuma kristāliņš pieskaras kausējuma virsmai, kuras temperatūra it tuva silīcija kristalizēšanas temperatūrai, uz kausējuma virsmas notiek spontāna kristalizācija (1. zīmējums), tāpēc smalkā kakliņa izaudzēšana pēc Deša [6] metodes nav iespējama. Kausēšanas induktora iekšējam diametram, kad tas tiek audzēts no pjedestāla, jābūt lielākam par izaudzētā monokristāla diametru, un interese ir komerciāli izmantojamiem monokristāliem ar diametru 50-200 mm. Acīmredzams, ka procesā jāievieš papildu kausēšanas virsmas sildīšana, audzējot smalko kakliņu, kura diametrs ir aptuveni 5 mm, tālākai monokristāla ar diametru 50-200 mm audzēšanai.

[04] Ir zināms FZ procesa [2] aparāts, kurā izmanto infrasarkano sildīšanu ar halogēna vai ksenona lampām, vai izmanto lāzeru monokristālu audzēšanai no pjedestāla. Turklāt, lai izveidotu optimālos audzēšanas apstākļus, lampas silda pjedestālu un kausējuma brīvo virsmu, tam izmantojot vairākas lampas, kas nosacīti izvietotas vertikāli trijās rindās. Apakšējā rinda silda pjedestālu, vidēja - kausējumu tuvu pjedestāla kausēšanas trīsfāžu robežai un augšēja - trīsfāžu kristalizācijas robežas tuvumā. Strādājot ar silīciju, virsmu (cieto un šķidro) atstarošanas koeficienti atšķiras, bet abi tuvojas 90 %. Lai kompensētu silīcija virsmas summāro starojumu monokristālu ar diametru 90 mm audzēšanai no pjedestāla 200 mm, kas veido aptuveni 10,5 kW, jāieslēdz lampas ar kopējo jaudu 105 kW, kas ir ekvivalents 21 lampai pa 5 kW katrai (šādas jaudas spuldzes parasti tiek izmantotas prožektoros, lai apgaismotu lielas platības, piemēram, stadionus utt.). Turklāt audzēšanas process ir jāvada, vizuāli vērojot abas trīs fāžu robežas.

[05] Ir zināma metode un aparāts monokristālu audzēšanai [3], kurā tiek izmantota kombinētā sildīšana - indukcijas pamata sildīšana, parastā FZ procesa veikšanai un papildu sildīšana, izmantojot infrasarkanās lampas. Turklāt ar lampām sasilda augošā monokristāla virsmu un iegūst kristalizācijas virsmas formas vadības efektu. Šāda vai līdzīga procesa tiešā pielietošana nav iespējama, audzējot monokristālu ar FZ metodi no pjedestāla.

[06] Ir zināma kristālu audzēšanas metode [4], kurā audzēšana notiek ar elektronu staru sildīšanu, un nodrošina nepieciešamos apstākļus monokristāla augšanai no minimālā diametra līdz norādītajam, palielinot loku kustības rādiusu, ko apraksta staru fokālie punkti uz kausējuma virsmas. Šī metode tiek realizēta vakuumā, kas nav saderīga ar liela diametra silīcija monokristālu audzēšanu, un izmantojot tīģeli, kas ir pretrunā ar izvirzīto mērķi monokristālu audzēšanu bez kontakta ar konteineru.

[07] Ir zināma metode un ierīce tās īstenošanai [5], kurā pjedestāla izkausēšanas uzlabošanai lieto īsslēgtu gredzenu, kas uzstādīts zemāk par kausēšanas induktoru, un pjedestāla papildu sildītāju, kas atrodas zem īsslēgtā gredzena. Tādējādi audzēšana tiek veikta ar kausējuma neatkarīgu sildīšanu un pjedestāla uzsildīšanu, kas ļauj kompensēt pamata siltuma novadīšanu tādam procesam, kas notiek caur pjedestāla virsmu. Neskatoties uz induktora lielo iekšējo diametru, šī metode un ierīce ļauj pilnībā izkausēt pjedestāla centrālo zonu. Tomēr, ievadot ierosinājuma kristāliņu, kura diametrs ir 5 mm, rodas nekontrolēta kristalizācija, kas aprakstīta avotā [1] un parādīta 1. zīmējumā. Izmantojot ierosinājumu kristālus ar lielāku diametru, piemēram, 12 mm, process turpina būt grūti vadāms un nenodrošina stabilus smalka kakliņa audzēšanas apstākļus pēc Deša metodes [6]. Turklāt ir zināms, ka, izmantojot induktorus ar iekšējo diametru 30-40 mm, šāds process ir iespējams, un monokristāli tika iegūti [7, 8].

Izgudrojuma mērķis un būtība

[08] Piedāvātie izgudrojumi atrisina uzdevumu silīcija monokristālu iegūšanā, izmantojot pjedestālu, savukārt monokristāla diametrs ir ievērojami mazāks nekā sākotnējais pjedestāls, nodrošinot apstākļus smalka kakliņa audzēšanai, kas nepieciešama monokristālu augšanai bez dislokācijām. Šis izgudrojums ļauj izmantot sākotnējos stieņus - pjedestālus - ar diametru 200-400 mm un iegūt komerciāli efektīvus FZ kvalitātes silīcija monokristālus.

[09] Tehnisko rezultātu veido fakts, ka, lai iegūtu FZ silīcija monokristālus ar diametru 100-200 mm, izmantojot pjedestālu, tiek nodrošināti apstākļi monokristālu audzēšanai bez dislokācijām, sākot no smalkā kakliņa audzēšanas ar Deša metodi [6] un beidzot ar noteiktā diametra monokristālu reproducējamu augšanu. Pie tam sākotnējo stieņu-pjedestālu ražošanu var koncentrēt lielos diametros, proti, no 200 līdz 400 mm, kas noved pie stieņu audzēšanas aprīkojuma, kas tiek izmantots kā pjedestāli, produktivitātes palielināšanās un līdz ar to pjedestālu cenas samazināšanās un FZ silīcija monokristālu cenas samazināšanās, kuru pašizmaksā izejvielu cena veido aptuveni 50 %.

[10] Tehniskais rezultāts tiek panākts ar to, ka silīcija kristālu audzēšanā ar indukcijas sildīšanu, neizmantojot tīģeli, iekļaujot kristālu audzēšanu, pārvietojot ierosinājuma kristālu ar griešanos uz augšu, izmanto sākotnējo stieni ar diametru ne mazāku, bet galvenokārt 2 reizes lielāku kā audzējamā kristāla diametrs. Sākotnējais stienis - pjedestāls (11) (2. līdz 4.zīm.) atrodas zem induktora (5), tiek padots uz augšu ar griešanos, un augšējā daļā ir pārklāts ar fokusējošo spoli (7), kas bloķē pjedestāla sānu virsmas papildu uzsildīšanu ar induktoru (5), bet zem spoles (7) pjedestālu (11) uzsilda ar gredzena sildītāju (10). Induktora (5) iekšējais diametrs ir mazāks par pjedestāla (11) diametru, slēgtā fokusējošā spole (7) ir par 10-20 mm lielāka par pjedestāla (11) diametru, bet gredzena sildītājam (10) ir gredzena forma un tas ir uzstādīts zem fokusējošās spoles (7) un izveido sildīšanas gredzenu (12) uz pjedestāla virsmas (11). Saskaņā ar piedāvāto metodi, lai nodrošinātu bezavārijas procesa vadības iespēju, smalkā kakliņa un kristāla konusa audzēšanu veic, izmantojot papildu virsmas uzsildīšanu ar mainīgu jaudu starp kristalizācijas fronti un kausēšanas induktora iekšējo diametru. Šim nolūkam, papildu sildīšanai izmanto, piemēram, lampu (21) infrasarkano starojumu (2. zīm.), kas aprīkotas ar eliptiskiem atstarotājiem (22) un uzstādītas virs kausējuma ar iespēju kontrolēt staru virzienu, vai papildu sildīšanai tiek izmantoti vismaz divi elektronu staru avoti (31) (3. zīm.), katrs no kuriem virzās uz kausējuma virsmas lokveidā ar noteiktu rādiusu un centrālo leņķi. Paši elektronu staru avoti (31) atrodas virs kausējuma. Starpposma indukcijas sildītājs (41) (4. zīm.) izveido kausējuma virsmas lokālo sildīšanas gredzenu ar diametru, kas ir mazāks par sildīšanas gredzena diametru no pamata induktora (5), audzējot konusa (3) smalko kakliņu (2). Pēc lietošanas starpposma indukcijas sildītājs (41) tiek novirzīts vertikāli uz augšu.

[11] Metodes būtība pamatojas uz to, ka iekārtā ar augstfrekvences indukcijas sildīšanu ir reaktors (14) (5. zīm.), un pjedestāla (11), kā arī ierosinājuma monokristāla (1) turētāji ar griešanas un ass pārvietošanas iespēju (attēlos nav parādīts), zem induktora (5) ir uzstādīta secīgi slēgta fokusēšanas spole (7), kas tiek atdzesēta ar ūdeni un gredzena sildītājs (10), un virs induktora (5) ir viens no papildu sildīšanas avotiem, proti, infrasarkanās lampas (21) (2. zīm.) ar eliptiskiem atstarotājiem (22) vai elektronu staru avoti (31) (3.zīm.), vai starpposma indukcijas sildītājs (41) (4.zīm.). Pjedestāls (11) tiek uzkarsēts, izmantojot gredzena sildītāju (10) un koncentrējot siltuma izdalīšanos sildīšanas gredzenā (12) uz pjedestāla (11) virsmas, kam vajadzētu būt pietiekamam, lai samazinātu aksiālo siltuma novadīšanu no kausēšanas virsmas, un tad iedarbina izvēlētu papildu siltuma avotu un izkausē pjedestāla augšējo daļu (11). Ierosinājuma monokristālu (1) pievada pie kausējuma, savieno ar kausēšanas zonu (6) un ar Deša metodi [6] audzē smalko kakliņu (2) ar apmēram 5 mm diametru, līdz tiek noņemtas visas dislokācijas, un tad uzsāk monokristāla koniskās daļas (3) audzēšanu. Pēc tam tiek ieslēgts induktors (5) un, pakāpeniski samazinot sildīšanu no izmantotā papildu sildītāja (21) vai (31) vai (41), tiek palielināta sildīšana no induktora (5), lai ar to varētu veikt galveno audzēšanas procesa daļu. Šajā gadījumā piegādātais sildīšanas gredzenam (12) siltums (Q2) tiek sadalīts siltuma izvadīšanai pa pjedestāla (11) virsmu uz augšu (Q21), uz leju (Q22) un pjedestāla radiālo sildīšanu (Q23). Siltuma plūsmas (Q21) un (Q23) rada rezultāta sildīšanu, kas tiek virzīta uz pjedestāla (11) centrālo zonu (15). Tādējādi siltuma novadīšana (Q3) samazinās, kas 5. zīmējumā ir parādīts kompensējoša siltuma plūsmas (Q31) veidā. Šajā gadījumā slēgtā fokusēšanas spole (7), veidojot siltuma novadīšanu (Q5), bloķē pjedestāla (11) virsmas sildīšanu ar induktoru (5) un noved lieko siltumu (Q21), kas izdalās sildīšanas gredzenā (12). Turklāt siltuma novadīšana (Q5), ko palielina fokusēšanas spole (7), ļauj palielināt siltuma izdalīšanos (Q1) no induktora (5) un uzlabot kausējuma izsildīšanu, kā rezultātā - pjedestāla (11) centrālās zonas (15) izsildīšanu.

Izgudrojuma īstenošanas piemēri

[12] Metode tiek īstenota sekojoši. Sākotnējais pjedestāls (11) tiek piestiprināts pie iekārtas ar augstfrekvences sildīšanu apakšējā turētāja (nav parādīts), kas tiek padota induktoram (5) (2. zīm.). Zem induktora (5) attālumā L1 ir uzstādīta slēgta fokusēšanas spole (7), kas tiek atdzesēta ar ūdeni. Ap pjedestālu (11) atrodas gredzena sildītājs (10). Mūsu realizētajā variantā gredzena sildītājs (10) ir divu viju induktors. Turklāt gredzena sildītāja (10) augstums ir L3, un tas atrodas attālumā L2 no slēgtās fokusēšanas spoles (7), kas tiek atdzesēta ar ūdeni. Augšējā turētājā uzstāda ierosinājuma monokristālu (1) ar nepieciešamo kristālogrāfisko orientāciju. Virs induktora (5) ir uzstādītas 4 halogēna lampas (21) ar 5 kW jaudu eliptiskos atstarotājos (22), kas izvēlētas tādā veidā, lai fokusa attālums F2 ļautu uzturēt pieļaujamo temperatūru uz atstarotāju virsmas, bet fokusa attālums F1 un eliptiska atstarotāja forma fokusētu lampas starojumu uz pjedestāla virsmas optimālajā fokālajā plankumā, piemēram, ar diametru 10 mm. Lampas (21) ar atstarotājiem (22) ir uzstādītas uz piedziņām (nav parādīti), kas ir aizsargāti no karsēšanas ar ekrāniem, kuri nodrošina lampām (21) ar atstarotājiem (22) radiālās rotācijas iespēju un vertikālo pārvietošanos. Reaktoru (14) aizver un ierīcē izveido tīra argona atmosfēru. Process notiek argona caurplūdē (24), pasniedzot to caur dalītājiem (23) atstarotāju (22) virzienā, tādējādi radot lampu (21) un atstarotāju (22) aptecējumu ar gāzi. Tālāk pjedestāls (11) tiek ievietots gredzena sildītājā (10), tam tiek piegādāta strāva un lampu (21) starus iestāda uz pjedestāla augšējā griezuma. Griežot, uzsilda pjedestālu (11) līdz pārejai uz vadošo stāvokli. Tad pjedestālu (11) sāk pārvietot uz augšu, tuvinot induktora (5) apakšējam griezumam. Ieslēdz induktora (5) augstfrekvences strāvu un izveido izkausētu zonu. Uz optimālā loka, piemēram, 30 mm, nostāda fokālo plankumu centrus un nolaiž ierosinājuma kristālu. Ierosinājuma monokristālu (1) savieno ar kausējumu zonā (6) un, pēc ierosinājuma monokristāla (1) izkausēšanas, izaudzē smalko kakliņu (2), savukārt temperatūra kausēšanas zonā (6) ierosinājuma kristāla tuvumā tiek regulēta, mainot lampām (21) piegādāto strāvu. Pēc smalkā kakliņa (2) audzēšanas pakāpeniski palielina augoša kristāla (4) diametru, veidojot konusu (3) līdz norādītajam diametram. Turklāt lampas (21) un atstarotāji (22) pakāpeniski radiāli novada no audzēšanas ass un maina lampām (21) piegādāto jaudu, lai nodrošinātu vienmērīgu monokristāla konusa daļas augšanu. Gredzena sildītājam (10) piegādāto jaudu izvēlas tā, lai izvairītos no pjedestāla (11) izciļņa veidošanās centrālajā zonā (15), kas var sasniegt augošu kristālu (4), un visā procesā tiek uzturēta pastāvīga jauda. Izvelk ierosinājuma monokristāla (1) cilindrisko daļu ar noteiktu ātrumu, kas ir proporcionāla pjedestāla ātruma padeves kvadrātu diametru attiecībai (11). Pjedestālu (11) un ierosinājuma monokristālu (1) griež ar optimāliem ātrumiem. Lampu vietā (21) var izmantot starpposma indukcijas sildītāju (41), kam ir iespēja pārvietoties vertikāli (4.zīm.) vai ne mazāk kā divus elektronu staru avotus (31) (3.zīm.). Lietojot elektronu staru avotus (31), procesu uzsāk, neieslēdzot induktoru (5), samazināta spiedienā ūdeņraža (33) atmosfērā, ko padod caur gredzenveida padevēju (32). Tālāk ieslēdz induktoru (5), konusam (3) augot paaugstina induktoram (5) jaudas padevi, vienlaikus ar ūdeņraža spiediena pieaugumu. Turklāt pakāpeniski samazinās elektronu staru avotam (31) padodamā jauda, bet padeves ūdeņradi aizstāj ar argona maisījumu un tālāk jau ar tīru argonu.

[13] Metodes īstenošanas piemērs. Sākotnējo pjedestālu (11) ar diametru 200 mm un garumu 1,5 m nostiprina iekārtas ar augstfrekvences sildīšanu apakšējā turētājā (nav parādīts). Induktors (5) ar iekšējo diametru 130 mm un ārējo diametru 240 mm un 5 mm biezumu shematiski parādīts 2. līdz 5. zīmējumā. 20 mm attālumā zem induktora (5) ir uzstādīta noslēgta ar ūdeni atdzesējama fokusēšanas spole (7), kuras augstums ir 12 mm un diametrs 215x245 mm. Apkārt pjedestālam (11) izvietots gredzena sildītājs (10), divu vijumu induktora veidā ar diametru 210 x 230 mm un 15 mm attālumu starp vijumiem, kuru baro ģenerators ar frekvenci 5-100 kHz.

[14] Augšējā turētājā uzstāda vajadzīgas kristālogrāfiskas orientācijas ierosinājuma monokristālu (1). Reaktoru (14) aizver, vakuumē un pēc tam aizpilda ar argonu. Process notiek argona (24) caurplūdē, to padod caur dalītājiem (23) atstarotāju (22) virzienā, tādējādi radot lampu (21) un atstarotāju (22) aptecējumu ar gāzi.

[15] Pēc argona atmosfēras izveidošanas iekārtas (14) kamerā, ievada pjedestālu (11) gredzena sildītājā (10), bet ne fokusējošā gredzenā, un ieslēdz lampas (21) un gredzena sildītāju (10). Uzsilda pjedestālu (11) līdz pārejai uz vadošo stāvokli, uzstāda nepieciešamo gredzena sildītāja (10) un lampu (21) jaudu un pārvieto pjedestālu 5-7 mm attālumā no induktora (5) apakšējā griezuma. Ieslēdz induktora (5) augstfrekvences strāvu un pjedestāla (11) augšējā griezumā izveido izkausētu zonu (6). Uzstāda lampu (21) fokālo plankumu centrus 15 mm attālumā no ass divos savstarpēji perpendikulāros diametros. Ierosinājuma monokristālu (1), kas griežas ar ātrumu 15-30 apgr./min, nolaiž, savieno to ar kausējuma (6) zonu un, pēc ierosinājuma monokristāla (1) izkausēšanas, sāk audzēt smalko kakliņu (2) ar diametru, kas ir mazāks par ierosinājuma monokristāla (1) diametru un ar garumu 30100 mm, līdz dislokāciju izvadīšanai. Turklāt temperatūru kausēšanas (6) zonā, ierosinājuma monokristāla (1) tuvumā, regulē, mainot piegādājamo lampām (21) jaudu. Pēc šaurā kakliņa (2) audzēšanas pakāpeniski palielina augoša kristāla (4) diametru, veidojot konusu (3) līdz norādītajam diametram. Turklāt lampas (21) un atstarotājus (22) pakāpeniski radiāli noved no audzēšanas ass, un maina lampām (21) piegādājamo jaudu, lai nodrošinātu vienmērīgu monokristāla (1) konusa daļas augšanu. Tiklīdz konusa diametrs sasniedz 60 mm un līdz diametra lielumam 90 mm, pakāpeniski samazina lampām (21) piegādājamo jaudu un palielina induktoram (5) piegādājamo jaudu. Augošā kristāla (4) diametru pakāpeniski palielina, veidojot konusu (3), līdz tiek sasniegts 100 mm diametrs ar ierosinājuma monokristāla (1) vertikālo pacelšanās ātrumu 1-3 mm/min. Gredzena sildītājam (10) piegādātā jauda tiek izvēlēta tā, lai pjedestāla (11) centrālajā zonā (15) neveidotos izcilnis, kas var sasniegt augošo kristālu (4). Aprakstītajā procesā jauda no 5 līdz 18 kW tika piegādāta induktoram (5), 11 kW - gredzena sildītājam (10) un no 0,5 līdz 4,5 kW katrai lampai (21). Augošais monokristāls (4) tika izvilkts ar ātrumu 3 mm/min ar griešanos 7 apgr./min; pjedestāls (11) tika padots ar ātrumu 0,75 mm/min ar griešanās ātrumu 0,3 apgr./min. Tā rezultātā tika izaudzēts 1,2 m garš monokristāls (4).

[16] Pēc tam pjedestāla (11) pārvietošanas ātrumu samazināja līdz 0,6 mm/min, izveidoja pretējo konusu (nav parādīts) un izaudzēto kristālu atdalīja no kausējuma (6). Palielināja gredzena sildītājam (10) piegādājamo jaudu līdz 9 kW, bet induktoram (5) piegādājamo jaudu samazināja līdz 10 kW un ieslēdza pjedestāla (11) pārvietošanos lejup. Pjedestāls (11) tika pārvietots lejup, līdz attālums no kristalizētā silīcija virsmas līdz induktoram (5) nebija sasniedzis 70 mm. Pēc tam gredzena sildītājam (10) piegādājamo jaudu samazināja līdz “0” 60 minūšu laikā. Tika izlietoti pjedestāla (11) 350 mm. Izaudzētais bezdislokāciju monokristāls tika izkrauts, pēc tam procesu atkārtoja. Kopā no viena pjedestāla (11) tika izaudzēti 4 monokristāli 1,1-1,2 metru garumā (neņemot vērā konusu un smalka kakliņa garumu (2)).

[17] Metodes realizācijai izmanto aparātu, kas iekļauj reaktoru (14) un indukcijas karsēšanu caur induktoru (5), kuru baro ar ģeneratoru ar frekvenci virs 1 MHz, sildītājs (10), kuru baro ar ģeneratoru ar frekvenci, kas mazāka par 100 kHz. Reaktors (14) ir aprīkota ar ierosinājuma monokristāla (1) turētāju, kam ir iespēja vertikāli pārvietoties un griezties (nav parādīts) un pjedestāla (11) turētāju, kam ir vertikālās pārvietošanās un griešanās iespēja (nav parādīts).

[18] Reaktorā (14), zemāk par induktoru (5), L1 attālumā, ir uzstādīta ar ūdeni dzesējama slēgtā fokusējošā spole (7). Zem fokusējošās spoles (7) L2 attālumā ir uzstādīts pjedestāla (11) sildītājs (10) ar L3 augstumu. Turklāt L1 vērtību izvēlas no diapazona (0,08-0,12)*Dp; L2 ir (0,10-0,15)*Dp, bet sildītājs (10) ir divu viju induktors. L3 sildītāja augstums (10) ir (0,2-0,3)*Dp.

Zīmējumu apraksts

[19] 1.zīmējums: Silīcija spontāna kristalizācija apkārt ierosinājuma kristālam;

[20] 2. zīmējums: Procesa realizācijas shēma, izmantojot papildu sildīšanu ar lampām;

[21] 3. zīmējums: Procesa realizācijas shēma, izmantojot papildu sildīšanu ar elektronu stariem;

[22] 4. zīmējums: Procesa realizācijas shēma, izmantojot papildu sildīšanu ar induktoru;

[23] 5. zīmējums: Siltuma plūsmu sadale procesā.

[24] Apzīmējumi uz zīmējumiem: ierosinājuma monokristāls (1), smalks monokristāla kakliņš (2), konuss (3), augošā kristāla diametrs (4), induktors (5), kausēšanas zona (6), fokusēšanas spole (7), sildītājs ( 10), pjedestāla virsma (11), sildīšanas gredzens (12), reaktors (14), pjedestāla centrāla zona (15), lampas (21), eliptiski atstarotāji (22), dalītājs (23), gāzes (argona) kanāls (24), elektronu staru avots (31), gredzenveida padevējs (32), piegādājamā gāze (ūdeņradis/ argons) (33), starpposma indukcijas sildītājs (41).

Informācijas avoti

[1] Kravtsov A. “Float zone single crystals for testing rods, pulled under electron beam heating”,et al 2019 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 503 012022

[2] Petentpieteikums Nr. US20100307406A1, pieteikuma datums 12.08.2010.

[3] Petentpieteikums Nr. US9422634B2, pieteikuma datums 05.12.2012.

[4] Petentpieteikums Nr. US3494804, pieteikuma datums 15.07.1968.

[5] Petentpieteikums Nr. Р-18-81, pieteikuma datums17.10.2018.

[6] Petentpieteikums Nr. US2961305 A, pieteikuma datums 27.12.1957.

[7] , Michael Wūnscher, Helge Riemann, Birgit Hallmann-Seifert, Anke Lūdge, “Germānija kristāla beztīģeļa vilkšana” (“Crucible-free Crystal Pulling of Germanium”, Leibnica kristālu audzēšanas institūts (Leibniz-Institut for Crystal Growth), Berlīne/Vācija, Zinātniskais seminārs par germānija detektoru pielietošanu Tsinghua universitātes fundamentālajos pētījumos, Pekina/Ķīna, 2011. gada 23.-30. marts; Otrais izdevums, 2, 241.-279.lpp.;

[8] Petentpieteikums Nr. US3275417, pieteikuma datums 15.10.1963.11

Claims (3)

1. PRETENZIJAS

   1. Silīcija kristālu audzēšanas metode ar indukcijas karsēšanu, kas iekļauj kristāla audzēšanu, pārvietojot ierosinājuma monokristālu (1) ar griešanos uz augšu, pjedestāla (11) ar diametru, kas nav mazāks par audzējamā kristāla diametru un lielāks par induktora (5) iekšējo diametru izmantošanu, turklāt pjedestāls (11) tiek padots uz augšu kausēšanas zonā un tiek izkausēts, kas atšķiras ar to, ka kristāla smalka kakliņa (2) un konusa (3) audzēšana tiek veikta, izmantojot kausējuma virsmas papildu sildīšanu ar mainīgas jaudas kustīgo avotu.
2. 2. Metode, saskaņā ar 1. pretenziju, kur kā papildu sildīšanas avoti tiek izmantoti vismaz divi elektronu staru avoti (31), no kuriem katrs virzās lokveidā uz kausējuma virsmas ar noteiktu rādiusu un centrālo leņķi.
3. 3. Ierīce kristālu audzēšanai, kas satur reaktoru (14), kas aprīkota ar ierosinājuma kristāla (2) augšējo turētāju un pjedestāla (11) apakšējo turētāju, abiem turētājiem ir griešanās un ass pārvietošanās iespēja, induktoru (5), slēgto fokusēšanas spoli (7) un gredzena sildītāju (10), turklāt visi minētie elementi ir piespiedu atdzesēti, kas atšķiras ar to, ka virs induktora (5) ir uzstādīti papildu sildītāji infrasarkano lampu (21) veidā, kas aprīkoti ar kustīgiem eliptiskiem atstarotājiem (22).