RU1116763C - Устройство дл выращивани монокристаллов - Google Patents

Description

OS

1

OS

ы

Изобретение относитс  к области выращивани  монокристаллов и может найти применение в производстве крупногабаритных щел04НС-галоидных монокристаллов , например сцинтилл ционных,

Известно устройство дл  выращивани  монокристаллов, содержащее ростовую камеру , боковой и донный нагреватели, тигель , электропривод кристаллодержател , систему подпитки, контур регулировани  уровн  расплава в тигле, контур регулировани  диа 1етра кристалла и датчик уровн  расплава.

Каждый из указанных контуров содержит свой оптический датчик. Наличие оптического датчика, вход щего в контур регулировани  диаметра монокристалла, след щего за мениском расплава на границе расплав - кристалл обеспечивает возможность независимо от подпитки регулировать диаметр монокристалла.

Однако сложность устройства, св занна  с необходимостью заидиты оптических датчиков от конденсата, не позвол ет использовать его дл  выращивани  монокристаллов из расплавов, содержащих компоненты с высокой упругостью паров, например, щелочногалоидных монокристаллов .

Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к изобретению  вл етс  устройство дл  выращивани  монокристаллов, содержащее электропривод кристаллодержател , датчик уровн  расплава, св занный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управлени  подпиткой, который соединен с питателем и блоком задани  временных интервалов через блок сравнени , а также датчик перемещени  кристаллодержател , подключенный к блоку коррекции температуры расплава.

В данном устройстве зависимость между интервалами времени между подпитками от диаметра монокристалла определ етс  соотношением

4т

т -

ndivpps

где г- интервал времени между подпитками:

m - масса дозированной подпитки; - ds - диаметр монокристалла:

VP -скорость выт гивани  кристалла: PS плотность монокристалла. Как следует из выражени , интервал времени между подпитками зависит от массы дозированной подпитки - m , малейшее

изменение которой приводит к ложному

корректирующему сигналу, а следовательно . и к ложным изменени м температуры.

что в конечном счете приводит к ухудшению

качества выращиваемых монокристаллов. .

Такую же дозировку подпитки (посто нство т) в услови х агрессивной среды и высоких температур осуществить технически весьма сложно.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества монокристаллов и надежности

системы регулировани .

Цель достигаетс  тем, что устройство дл  выращивани  монокристаллов, содержащее электропривод кристаллодержател , датчик уровн  расплава, св занный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управлени  подпитком, который соединен с питателем и блоком задани  временных интервалов через блок сравнени , датчик перемещени  кристаллодержател , подключенный к блоку коррекции температуры расплава, дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого св заны с датчиком перемещени  кристаллодержател , датчиком уровн  расплава и блоком задани  временных интервалов , а выходы подключены к электроприводу кристаллодержател , блоку сравнени , блоку коррекции температуры расплава и блоку управлени  подпиткой.

Введение в контур регулировани  диаметра кристалла вычислительного блока со всеми указанными св з ми обеспечивает достижение поставленной цели, так как функциональное и временное разделение

работы блоков (например, датчика уровн ) исключает возникновение ложных корректирующих сигналов, обеспечива  улучшениекачествавыращиваемых монокристаллов и повыша  надежность системы регулировани  ростом.

Точность измерени  и регулировани  диаметра монокристалла не зависит от точности дрзировки системы подпитки, от изменени  формы фронта кристаллизации

(объема подрасплавной части) и от физического состо ни  исходного сырь  (расплав, порошок, гранулы и т.д.), поскольку в данном случае диаметр монокристалла определ етс  только изменением уровн  расплава

до и после подьема, благодар  чему улучшаетс  качество монокристаллов и упрощаетс  система подпитки.

Исключаютс  требовани  к прецизионности электропривода выт гивани  кристаллодержател  и упро цдетс  его

кинематическа  схема, поскольку выт гивание монокристалла осуществл етс  дискретно и в стабилизации скорости выт гивани  нет необходимости, это упрощает устройством целом и повышает надежность его работы.

На чертеже представлена схема устройства .

Устройство дл  выращивани  монокристаллов содержит ростовую камеру 1. боковой и донный нагреватели 2, тигель 3, питатель 4, транспортную трубку 5, блок 6 управлени  прдпитков, датчик 7 уровн  расплава , датчик 8 перемещени  кристаллог держател , вычислительный блок 9. блок 10 коррекции температуры расплава, блок 11 задани  временных интервалов, блок 12 сравнени , электропривод 13 кристаллодержател , монокристалл 14, затравку 15 и кристаллодержатель 16.

Устройство работает следующим образом .

После расплавлени  сырь  в тигле 3 соприкасают затравку 15 с расплавом, оплавл ют ее и подбирают равновесную температуру донного нагревател , при которой плавление затравки 15 прекращаетс . Затем путем снижени  температуры радиально разращиват монокристалл 14 до заданного диаметра. Затем включают систему автомазированного управлени  ростом монокристалла . При этом задают следующие значени :

1)АЬк - величина вертикального дискретного перемещени  кристаллодержател  16 (в датчике 8 перемещени  кристаллодержател );

2)временные интервалы (в блоке 11 задани  временных интервалов)

Ati - врем  дискретного выт гивани  монокристалла 14 на величину ДКк;

Д t2 - врем , в течение которого осуществл етс  измерение и сравнение уровней расплава и даетс  коррекци  на изменение температуры данного нагревател  2;

At3 - врем  подпитки;

At4- врем  выдержки после подпитки;

А to - общее врем  цикла;

Ato - ( Atr+ А 12 + А t3 + А 14) определ ют среднюю скорость роста монокриAh сталла vp д ,

т.е. дискретное выт гивание монокристалла на высоту 1 мм осуществл ют через каждые 15 мин..

Задаютс  также в блоке 10 коррекции температуры расплава разность А ho между значением уровн  (hi) до подьема кристалла и после подъема (ha), а в блоке 6 управлени 

подпиткой задаетс  уровень расплава в тигле Из.

Датчик 7 уровн  расплава непрерывно

выдает информацию о положении уровн 

5 расплава на третий в)(од вычислйтельнфго

блока 9, первый вход блока 6 управлени 

подпиткой и третий вход блока 10.

После включени  в работу вычислительного блока 9 и блока 11 задани  временных

0 интервалов, с первого выхода которого сигналы задани  поступают на второй вход вычислительного блока 9, начинаетс  отсчет времени, по истечении которого с третьего выхода вычислительного блока 9 подаетс 

5 сигнал на электропривод 13 кристаллодержател  вверх на величину АНк и одновременно с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока коррекции температуры расплава поступает сигнал,

0 который выдает команду дл  запоминани  действующего значени  уровн  h, измер ема  величина которого поступает со второго выхода датчикаТуровн  расплава на третий вход блока коррекции температурного рас5 плава, т.е. значение положени  уровн  расплава До подьема кристаллодержател  16.

После подъемй кристаллодержател  16 на величину АЬк за врем  Ati на электропривод 13 кристаллодержател  по цепи:

0 первый выход датчика 8 перемещени  кристаллодержател  - первый вход вычислительного блока 9 - третий выход вычислительного блока 9 выдаетс  сигнал на перемещение кристалла 14 вверх. Одно5 временно с второго выхода датчика 8 перемещени  кристаллодержател  на первый вход блока 10 коррекции температуры расплава поступает сигнал, разрешающий сравнение разности между заполненным

0 уровнем до выт гивани  (hi) и действующим уровнем после выт гивани  (ha), который поступает с второго выхода датчика 7 уровн  расплава на третий вход блока 10 коррекции температурь расплава с сигналом задани 

5 ( А ho) на четвертом его входе. По результатам сравнени  с выхода блока коррекции температуры расплава выдаетс  сигнал на изменение температуры донного нагревател  2 при Ah ht - te А ho температура

0 донного нагревател  2 понижаетс , а при Аh А ho-повышаетс .

Через врем  Аt2 с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока 10 коррекции температура расплава выда5 етс  сигнал на перемещение сравнени , а по цепи четвертый выход вычислительного блока 9 - третий вход блока 6 управлени  подпитки выдаетс  сигнал на питатель 4 и осуществл етс  подпитка расплава исходным сырьем, которое из питател  4 по транспортерной трубке 5 поступает в кольцевую полость, расплавл етс  здесь и далее стекает в тигель 3. Действительно врем  подпитки Д t3 может отличатьс  от заданного А t3. тогда и действительное значение цикла Д t - Д ti Д 12 + Д Ь + Д14 тоже отличаетс  от заданного Дto. Поэтому с второго выхода вычислительного блока 9 на первый вход блока 12 сравнени  выдаетс  сигнал дл  сравнени  временных интервалов действительного значени  Д1 с заданным Дь.

В случае Д1 Д to с первого выхода блока 12 сравнени  на второй вход блока 6 управлени  подпиткой выдаетс  сигнал интенсификации подпитки, а с второго выхода блока 12 сравнени  на вход блока 11 задани  временных интервалов выдаетс  сигнал коррекции времени Дг4 с первого выхода блока 11 задани  временных интервалов на второй вход вычислительного блока 9.

Ф о р му л а и 3 обрет е н и  25

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее электропривод кристаллодержател , датчик уровн  расплава, св занный с блоком кор- .рекции температуры расплава и блоком уп равлени  подпиткой, который соединён с питателем и блоком задани  временных интервалов через блок сравнени , датчик перемещени  кристаллодержател , под- jg ключенный к блоку коррекции температуПо достижении заданного(на четвертый вход блока 6 управлени  подпиткой) уровн  расплава Ьз в тигле 3 с третьего выхода датчика 7 уровн  расплава на первый вход

блока 6 управлени  подпиткой поступает сигнал на отключение подпиткой, а с первого выхода датчика 7 уровн  расплава на третий вход вычиcлиf ельного блока 9 поступает сигнал на включение отсчета времени Дг4.

Через врем  Дг4 включаетс  выт гивание кристаллами цикл повтор етс .

Устройство дл  выращивани  монокристаллов позвол ет повысить точность поддержани  диаметра до 0,8%, относительное

отклонение концентрации активатора от среднего значени  до 6.5% и товарный выход буль, пригодных дл  изготовлени  изделий на 10%.

(56) Патент США № 4036595. кл. 23-273, 1970.

ры расплава, отличающеес  тем. что, с целью повышени  качества монокристаллов и надежности системы регулировани , оно дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого св заны с датчиком перемещени  кристаллодержател , датчиком уровн  расплава и блоком задани  временных интервалов, а выходы подключеныкэлектроприводу кристаллодержател , блоку сравнени , блоку коррекции температуры расплава и блоку управлени  подпиткой.