PL183471B1 - Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process - Google Patents

Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process

Info

Publication number
PL183471B1
PL183471B1 PL97320724A PL32072497A PL183471B1 PL 183471 B1 PL183471 B1 PL 183471B1 PL 97320724 A PL97320724 A PL 97320724A PL 32072497 A PL32072497 A PL 32072497A PL 183471 B1 PL183471 B1 PL 183471B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
crucible
main
ceramic
heating system
heating
Prior art date
Application number
PL97320724A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL320724A1 (en
Inventor
Waldemar Giersz
Zygmunt Łuczyński
Zbigniew Gałązka
Original Assignee
Inst Tech Material Elekt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Tech Material Elekt filed Critical Inst Tech Material Elekt
Priority to PL97320724A priority Critical patent/PL183471B1/en
Publication of PL320724A1 publication Critical patent/PL320724A1/en
Publication of PL183471B1 publication Critical patent/PL183471B1/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Urządzenie do monokrystalizacji materiałów tlenkowych metodą Czochralskiego, zwłaszcza ga­ " latu neodymu, zawierające usytuowaną w rurze obudowę ceramiczną z systemem grzejnym i z rozłącznie umieszczoną na niej pokrywą, współosiowo umieszczone rozłącznie w obudowie tygiel z roztopionym materiałem wsadowym i dwa dogrzewacze górny i dolny oraz przechodzącą przez centrycznie usytuowane w pokrywie obudowy i dnie górnego dogrzewacza otwory pionową rurkę ceramiczną, sprzężoną z obrotowym mechanizmem wyciągania, do której zamocowany jest zarodek monokryształu, znamienne tym, że zasadniczy tygiel (4) z roztopionym materiałem wsadowym (5) umieszczony jest bezpośrednio współosiowo na dolnym tyglu dogrzewającym (6) , wypełnionym materiałem izolacyjnym, korzystnie materiałem ceramicznym, zaś na zasadniczym tyglu (4) jest oparty bezpośrednio współosiowo górny tygiel dogrzewający (7) o grubości ścianki odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego (4), przy czym system grzejny (8), korzystnie w postaci cewki indukcyjnej, obejmuje swym zasięgiem tygiel zasadniczy (4) oraz całkowicie lub częściowo dolny i/lub górny tygiel dogrzewający (6, 7).Device for monocrystallization of oxide materials by the Czochralski method, especially ga "neodymium lattice, containing situated in the tube a ceramic housing with a heating system and detachable a cover placed on it, coaxially melted crucible placed detachably in the housing input material and two additional heaters upper and lower and passing through the center located in the housing cover and upper bottom auxiliary heater holes vertical ceramic tube, coupled to the rotary extraction mechanism, to which a single crystal seed is attached, characterized in that the main crucible (4) with the melt charge material (5) is placed directly coaxial on the lower reheating crucible (6) filled with insulating material, preferably a ceramic material, and on the essential crucible (4) is directly based coaxial upper holding crucible (7) thick wall corresponding to the thickness of the crucible main (4), while the heating system (8), preferably in the form of an induction coil, includes the main crucible (4) and completely within its reach or a partially lower and / or upper holding crucible (6, 7).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do monokrystalizacji materiałów tlenkowych metodą Czochralskiego, zwłaszcza galatu neodymu.The subject of the invention is a device for monocrystallization of oxide materials by the Czochralski method, especially of neodymium gallate.

Znane urządzenia do monokrystalizacji metodą Czochralskiego składają się, z komory monokrystalizacji z układem cieplnym, sprzężonej z obrotowym mechanizmem wyciągania. W zależności od wyciąganego materiału oraz od średnicy kryształu, stosuje się różne rozwiązania układu cieplnego.Known devices for monocrystallization by the Czochralski method consist of a monocrystallization chamber with a thermal system, coupled with a rotary extraction mechanism. Depending on the material to be pulled out and the crystal diameter, different solutions of the thermal system are used.

Zasadniczym problemem jest stworzenie w układzie cieplnym odpowiedniego gradientu temperatury, zarówno osiowego jak i radialnego.The main problem is to create an appropriate temperature gradient, both axial and radial, in the thermal system.

W urządzeniu do monokrystalizacji, znanym z opisu patentowego NRD nr 215340, układ cieplny zawiera tygiel dogrzewający zawieszony nad tyglem z materiałem wsadowym, przy czym grubość jego ścianki jest znacznie mniejsza od grubości ścianki tygla z materiałem wsadowym. Ponadto pod tyglem z materiałem wsadowym jest umieszczony dogrzewacz dna tego tygla, w oddzielony od niego izolującą płytką ceramiczną. Jednak w przypadku na przykład galatu neodymu w takim układzie cieplnym powstają niekorzystne gradienty temperatury, wskutek czego w otrzymanych kryształach występowały naprężenia oraz zbliźniaczenia i związane z tym wady struktury.In the monocrystallization device known from East German Patent Specification No. 215340, the thermal system comprises a heating crucible suspended above the crucible with the charge material, the wall thickness of which is considerably smaller than that of the crucible with the charge material. Moreover, under the crucible with charge material there is an additional heater for the bottom of the crucible, separated from it by an insulating ceramic plate. However, in the case of, for example, neodymium gallate in such a thermal system, unfavorable temperature gradients arise, as a result of which stresses and twins and related structural defects occurred in the obtained crystals.

Urządzenie do monokrystalizacji galatu neodymu, znane z publikacji R.Vecker i in., Journal of Crystal Growth,137 (1994) 278-282, zawiera tygiel z materiałem wsadowym umieszczony bezpośrednio w ceramice. W urządzeniu tym otrzymywano kryształy o średnicy do 1,5 cala.The neodymium gallate monocrystallization device known from R. Vecker et al., Journal of Crystal Growth, 137 (1994) 278-282, comprises a crucible with a charge material placed directly in the ceramic. Crystals up to 1.5 inch in diameter were obtained on this equipment.

Podobne rozwiązanie zastosowano w urządzeniu, znanym z publikacji PReiche i in., Crystal Res.Technol., 20, 6, 845-849 (1985).A similar solution was used in the device known from PReiche et al., Crystal Res. Technol., 20, 6, 845-849 (1985).

W urządzeniu, znanym z publikacji H.Matthes, Journal of Crystal Growth, 15 (1972) 157-158, w celu zapewnienia jednorodnego rozkładu temperatury w obszarze wyciąganego kryształu, zastosowano dogrzewacz w kształcie stożka ze statycznym pierścieniem dogrzewającym.In the device known from H. Matthes, Journal of Crystal Growth, 15 (1972) 157-158, a cone-shaped booster with a static booster ring was used to ensure a homogeneous temperature distribution in the area of the drawn crystal.

183 471183 471

W urządzeniu do monokrystalizacji materiałów tlenkowych, znanym z publikacji B.Cockayne i in., Journal of Crystal Growth, 15 (1972) 167-170, w celu kontroli średnicy kryształu zastosowano selektywne chłodzenie dna tygla przez dozowanie gazu. Urządzenie takie może być jednak stosowane jedynie dla małych średnic kryształów, poniżej 1 cala.In an apparatus for monocrystallization of oxide materials, known from B. Cockayne et al., Journal of Crystal Growth, 15 (1972) 167-170, selective cooling of the crucible bottom by gas dosing was used to control the crystal diameter. However, such a device can only be used for small crystal diameters of less than 1 inch.

Decydujący wpływ na gradienty temperatur oraz kształt frontu krystalizacji, które z kolei decydują o jakości otrzymanego kryształu, ma układ cieplny komory roboczej.The thermal system of the working chamber has a decisive influence on the temperature gradients and the shape of the crystallization front, which in turn determine the quality of the obtained crystal.

W kryształach tlenkowych, zwłaszcza galatu neodymu, otrzymanych w znanych dotychczas urządzeniach, występowały naprężenia i wady struktury w wyniku powstawania niekorzystnych gradientów temperatury i niedogrzania dna tygla z materiałem wsadowym.In the oxide crystals, especially neodymium gallate, obtained in devices known to date, stresses and structural defects occurred due to the formation of unfavorable temperature gradients and underheating of the bottom of the crucible with the charge material.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji urządzenia, która wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas urządzeń do monokrystalizacji materiałów tlenkowych, zwłaszcza galatu neodymu.The object of the invention is to provide such a device structure which will overcome the disadvantages of the previously known devices for monocrystallization of oxide materials, especially neodymium gallate.

Istota wynalazku polega na tym, że zasadniczy tygiel z roztopionym materiałem wsadowym umieszczony jest bezpośrednio współosiowo na dolnym tyglu dogrzewającym, wypełnionym materiałem izolacyjnym, zaś na zasadniczym tyglu jest oparty bezpośrednio współosiowo górny tygiel dogrzewający, odwrócony dnem do góry, o grubości ścianki odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego, przy czym system grzejny obejmuje swym zasięgiem tygiel zasadniczy oraz całkowicie lub częściowo dolny i/lub górny tygiel dogrzewający.The essence of the invention is that the main crucible with the molten charge material is placed directly coaxially on the lower heating crucible filled with insulating material, and the main crucible is directly coaxially supported by the upper heating crucible, turned upside down, with a wall thickness corresponding to the thickness of the crucible wall. the main crucible, the heating system extending over the main crucible and wholly or partially the lower and / or the upper holding-up crucible.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma umieszczoną w rurze, korzystnie kwarcowej, obudowę ceramiczną z systemem grzejnym, korzystnie w postaci cewki indukcyjnej i z rozłącznie umieszczoną na niej pokrywą, współosiowo usytuowany rozłącznie w obudowie tygiel zasadniczy z roztopionym materiałem wsadowym oraz przechodzącą wzdłuż osi przez centrycznie usytuowany w pokrywie obudowy otwór pionowy rurkę ceramiczną sprzężoną z obrotowym układem mechanicznym wyciągania, do której zamocowany jest zarodek monokryształu. Zasadniczy tygieł z roztopionym materiałem wsadowym umieszczony jest bezpośrednio współosiowo na dolnym tyglu dogrzewającym, wypełnionym materiałem izolacyjnym, korzystnie materiałem ceramicznym. Na zasadniczym tyglu jest oparty bezpośrednio współosiowo górny tygiel dogrzewający, odwrócony dnem do góry, o grubości ścianki odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego, z centrycznie usytuowanym w dnie otworem na pionową rurkę ceramiczną. System grzejny obejmuje swym zasięgiem tygiel zasadniczy oraz całkowicie lub częściowo dolny i/lub górny tygiel dogrzewający.The device according to the invention is characterized in that it has a ceramic housing with a heating system, preferably in the form of an induction coil and with a cover detachably placed thereon, placed in a tube, preferably a quartz, with a cover, coaxially located, detachably in the housing, with the molten batch material and passing along the axis through a vertical hole, centrally located in the housing cover, a ceramic tube coupled to a rotating mechanical drawing system, to which a single crystal seed is attached. The main melt crucible is placed directly coaxially on the bottom reheating crucible filled with insulating material, preferably ceramic. The main crucible rests directly on the coaxial top of the heating crucible, turned upside down, with a wall thickness corresponding to that of the main crucible, with a centrally located hole in the bottom for a vertical ceramic tube. The heating system covers the main crucible and the complete or partial lower and / or upper holding crucible.

Korzystnie dolny tygiel dogrzewający ma ściankę o grubości odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego.Preferably, the lower holding crucible has a wall thickness corresponding to that of the main crucible.

Urządzenie według wynalazku umożliwia uzyskanie optymalnej temperatury w układzie tygiel zasadniczy - tygle dogrzewające, co pozwala na uzyskanie korzystnego gradientu temperatury, zarówno radialnego jak i osiowego, w strefie wyciąganego kryształu. Urządzenie według wynalazku umożliwia również uzyskanie jednorodnego pola temperaturowego w przestrzeni otaczającej kryształ, co jest bardzo istotne przy studzeniu kryształu po jego oderwaniu od cieczy.The device according to the invention makes it possible to obtain the optimal temperature in the main crucible - heating crucible system, which allows to obtain a favorable temperature gradient, both radial and axial, in the area of the drawn crystal. The device according to the invention also makes it possible to obtain a homogeneous temperature field in the space surrounding the crystal, which is very important for cooling the crystal after its separation from the liquid.

Urządzenie według wynalazku pozwala na otrzymanie monokryształów tlenkowych, zwłaszcza galatu neodymu, również o większej niż dotąd średnicy, o wymaganej jakości strukturalnej, bez zbliźniaczeń.The device according to the invention makes it possible to obtain oxide single crystals, especially neodymium gallate, also of larger diameter than before, of the required structural quality, without twins.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku w przekroju osiowym.The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing in an axial section.

Urządzenie, przedstawione na rysunku, ma umieszczoną w rurze kwarcowej 1 obudowę 2 z ceramiki alundowej z rozłącznie umieszczoną na niej pokrywą 3. W obudowie 2 usytuowany jest współosiowo rozłącznie zasadniczy tygiel irydowy 4 z roztopionym materiałem wsadowym 5 umieszczony bezpośrednio współosiowo na dolnym irydowym tyglu dogrzewającym 6, wypełnionym materiałem ceramicznym. Ścianka tygla dogrzewającego 6 ma grubość odpowiadającą grubości ścianki tygla zasadniczego 4. Na zasadniczym tyglu 4 jest oparty bezpośrednio współosiowo odwrócony dnem do góry irydowy górny tygiel dogrzewający 7 o grubości ścianki odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego 4.The device shown in the drawing has a housing 2 made of alumina ceramics placed in a quartz tube 1 with a lid 3 detachably placed thereon. In the housing 2 there is a basic iridium crucible 4 with a melt batch 5 located coaxially coaxially on the lower iridium reheating crucible 6. filled with ceramic material. The wall of the holding crucible 6 has a thickness corresponding to the thickness of the main crucible 4. On the main crucible 4 is supported directly coaxially upside down iridium top holding crucible 7 with a wall thickness corresponding to the thickness of the primary crucible 4.

183 471183 471

Na zewnątrz obudowy 2 usytuowany jest system grzejny 8 w postaci cewki indukcyjnej, obejmującej swym zasięgiem zasadniczy tygiel 4 i obydwa tygle dogrzewające 6 i 7.Outside the casing 2 there is a heating system 8 in the form of an induction coil, which covers the main crucible 4 and both additional heating crucibles 6 and 7.

Przez centrycznie usytuowane w pokrywie 3 obudowy 2 i w dnie górnego tygla dogrzewającego 7 otwory, przechodzi pionowa rurka ceramiczna 9, sprzężona z obrotowym mechanizmem wyciągania, nie pokazanym na rysunku. Do rurki 9 zamocowany jest zarodek monokryształu galatu neodymu 10.A vertical ceramic tube 9, coupled to a rotary extraction mechanism, not shown in the drawing, passes through the holes centrally located in the cover 3 and in the bottom of the upper heating crucible 7. A single crystal nucleus of a gallate of neodymium 10 is attached to the tube 9.

Działanie urządzenia przedstawionego na rysunku polega na tym, że zarodek monokryształu galatu neodymu 10, zamocowany do rurki ceramicznej 9, dotyka do stopionego materiału wsadowego 5 w tyglu irydowym 4. Przy określonych parametrach procesu zachodzi monokrystalizacja poprzez przyłączanie cząsteczek stopionego materiału 5 do zarodka 10.The operation of the device shown in the drawing is based on the fact that the nucleus of a single crystal of neodymium gallate 10, attached to the ceramic tube 9, touches the molten charge material 5 in the iridium crucible 4. Under certain process parameters, monocrystallization takes place by attaching particles of the molten material 5 to the nucleus 10.

W strefie wyciąganego kryształu, dzięki utrzymywaniu optymalnej temperatury w układzie cieplnym tygiel zasadniczy 4 - tygle dogrzewające 6 i 7, uzyskuje się korzystny radialny osiowy gradient temperatury. Po osiągnięciu przez kryształ założonych wymiarów - średnicy cale - odrywa się go od cieczy i studzi. Podczas studzenia kryształu, uzyskuje się jednorodne pole temperaturowe w przestrzeni otaczającej kryształ.In the area of the drawn crystal, due to the maintenance of the optimum temperature in the main crucible 4 - the heating crucibles 6 and 7, an advantageous radial axial temperature gradient is obtained. After the crystal reaches its assumed dimensions - inches in diameter - it is separated from the liquid and cooled down. When the crystal is cooled, a homogeneous temperature field is obtained in the space surrounding the crystal.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Urządzenie do monokrystalizacji materiałów tlenkowych metodą Czochralskiego, zwłaszcza galatu neodymu, zawierające usytuowaną w rurze obudowę ceramiczną z systemem grzejnym i z rozłącznie umieszczoną na niej pokrywą, współosiowo umieszczone rozłącznie w obudowie tygiel z roztopionym materiałem wsadowym i dwa dogrzewacze górny i dolny oraz przechodzącą przez centrycznie usytuowane w pokrywie obudowy i dnie górnego dogrzewacza otwory pionową rurkę ceramiczną, sprzężoną z obrotowym mechanizmem wyciągania, do której zamocowany jest zarodek monokryształu, znamienne tym, że zasadniczy tygiel (4) z roztopionym materiałem wsadowym (5) umieszczony jest bezpośrednio współosiowo na dolnym tyglu dogrzewającym (6), wypełnionym materiałem izolacyjnym, korzystnie materiałem ceramicznym, zaś na zasadniczym tyglu (4) jest oparty bezpośrednio współosiowo górny tygiel dogrzewający (7) o grubości ścianki odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego (4), przy czym system grzejny (8), korzystnie w postaci cewki indukcyjnej, obejmuje swym zasięgiem tygiel zasadniczy (4) oraz całkowicie lub częściowo dolny i/lub górny tygiel dogrzewający (6, 7).1. A device for monocrystallization of oxide materials by the Czochralski method, especially neodymium gallate, containing a ceramic casing located in the pipe with a heating system and a cover detachably placed on it, a crucible with melt charge material, coaxially detachably placed in the casing, and two upper and lower additional heaters, and passing through the center holes located in the housing cover and the bottom of the upper additional heat, a vertical ceramic tube coupled with a rotary extraction mechanism, to which a single crystal seed is attached, characterized in that the main crucible (4) with the molten charge material (5) is placed directly coaxially on the lower reheating crucible (6) filled with insulating material, preferably ceramic, and the main crucible (4) is supported directly by the coaxial upper reheating crucible (7) with a wall thickness corresponding to the wall thickness of the main crucible (4), the heating system (8), preferably in as an induction coil, it covers the main crucible (4) and completely or partially the lower and / or the upper heating crucible (6, 7). 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dolny tygiel dogrzewający (6) ma ściankę o grubości odpowiadającej grubości ścianki tygla zasadniczego (4).2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the lower re-heating crucible (6) has a wall thickness corresponding to that of the primary crucible (4).
PL97320724A 1997-06-24 1997-06-24 Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process PL183471B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL97320724A PL183471B1 (en) 1997-06-24 1997-06-24 Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL97320724A PL183471B1 (en) 1997-06-24 1997-06-24 Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL320724A1 PL320724A1 (en) 1999-01-04
PL183471B1 true PL183471B1 (en) 2002-06-28

Family

ID=20070149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL97320724A PL183471B1 (en) 1997-06-24 1997-06-24 Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL183471B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL320724A1 (en) 1999-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lipsett On the production of single crystals of naphthalene and anthracene
CN103370452B (en) Preparation of doped garnet structure single crystals with diameters of up to 500 mm
Stockbarger The production of large single crystals of lithium fluoride
US4203951A (en) Apparatus for growing single crystals from melt with additional feeding of comminuted charge
US6889527B1 (en) Skull pot for melting or refining inorganic substances, especially glasses and glass ceramics
JPH0416702B2 (en)
GB1578013A (en) Apparatus for automatically preparing analysis samples
TW476816B (en) Method and apparatus for producing a single crystal
US4202400A (en) Directional solidification furnace
US4055391A (en) Crucible
US2851342A (en) Preparation of single crystals of silicon
US3884642A (en) Radiantly heated crystal growing furnace
GB2119673A (en) Process and apparatus for producing a strain free monocrystal of a crystalline ferroelectric compound
PL183471B1 (en) Apparatus for monocrystallising oxide materials in particular neodymium gallate, by use of czochralski process
US3119778A (en) Method and apparatus for crystal growth
US4046617A (en) Method of crystallization
CN1003380B (en) Method and equipment for pulling single crystal silicon in non-liner magnetic field
CA2243877C (en) Improvements to induction furnaces for the synthesis of glasses
JPS6236971B2 (en)
JPH11189487A (en) Production apparatus for oxide single crystal
US3212858A (en) Apparatus for producing crystalline semiconductor material
JPS60231421A (en) Manufacture and apparatus for quartz glass
JPS54128988A (en) Preparation of single crystal
JPH0619539Y2 (en) Glass melting furnace
JPH02172885A (en) Production of silicon single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20090624