RU158160U1

RU158160U1 - УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА β-Ga2О3

Info

Publication number: RU158160U1
Application number: RU2015138454/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Вадимович Лазукин; Анатолий Михайлович Балбашов; Сергей Анатольевич Кривов; Мария Евгеньевна Ворончихина
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2015-12-20

Abstract

Устройство для выращивания монокристалла β-GaО, содержащее расходуемый поликристаллический стержень β-GaО, установленный над затравочным монокристаллом β-GaОв колбе из кварцевого стекла, нагреватель, выполненный с эллипсоидальным отражателем и лампой, которая расположена в этом отражателе, отличающееся тем, что оно снабжено секциями диэлектрического слоя с электродом поверхностного разряда, расположенным в нижней части колбы из кварцевого стекла, и электродом-осадителем, установленным в верхней части указанной колбы, при этом отражатель нагревателя расположен оптической осью вертикально, а нагреватель снабжен дополнительным верхним эллиптическим отражателем, также расположенным оптической осью вертикально.

Description

Полезная модель относится к области выращивания монокристаллов, в частности, к устройствам выращивания монокристаллов методом зонной плавки из материалов, склонных к образованию легколетучих соединений, например, монокристаллов β-Ga₂O₃.

Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является способ выращивания монокристалла β-Ga₂O₃ (патент RU 2313623 С2, МПК C30B 29/16, C30B 23/02, H01L 33/00, H01S 5/32, опубл. 27.12.2007), в котором приведено устройство для реализации этого способа, содержащее исходный поликристаллический стержень β-Ga₂O₃, который удерживается над затравочным кристаллом β-Ga₂O₃ в колбе из кварцевого стекла, и расплавление поликристаллического стержня достигается за счет радиационного (светового) нагревателя. В состав радиационного (светового) нагревателя входит галогенная лампа, которая расположена в эллипсоидальном отражателе. Свет от галогенной лампы фокусируется в предварительно определенной области расходуемого поликристаллического стержня эллипсоидальным отражателем.

Недостатками такого устройства является неравномерный (точечный) нагрев зоны переплава и фронта кристаллизации (в азимутальной плоскости) из-за недостаточного перекрытия зон нагрева отдельных радиационных (световых) нагревателей, что приводит к модуляции температуры на фронте кристаллизации, отрицательно сказывающееся на качестве получаемого монокристалла. Так же к недостаткам конструкции относится загрязнение колбы из кварцевого стекла, в которой находятся затравочный кристалл и исходный поликристаллический стержень, легколетучими соединениями β-Ga2O3, которые образуются в процессе зонного переплава исходного поликристаллического стержня и осаждаются на внутренней поверхности колбы. Нарастающий слой загрязнений снижает светопроницаемость колбы с течением времени, тем самым понижая эффективность процесса и ограничивая его длительность.

Техническая задача полезной модели заключается в обеспечении однородности распределения температуры по азимутальной плоскости зоны переплава и фронта кристаллизации.

Техническим результатом полезной модели является повышение качества получаемых монокристаллов β-Ga₂O₃ и повышение эффективности и длительности непрерывного процесса зонного переплава.

Это достигается тем, что известное устройство для выращивания монокристалла β-Ga₂O₃, содержащее расходуемый поликристаллический стержень β-Ga₂O₃ установленный над затравочным монокристаллом β-Ga₂O₃ в колбе из кварцевого стекла, нагреватель выполненный с эллипсоидальным отражателем и лампой, которая расположена в этом отражателе, снабжено секциями диэлектрического слоя с электродом поверхностного разряда, расположенным в нижней части колбы из кварцевого стекла, и электродом-осадителем установленным в верхней части указанной колбы, при этом, отражатель нагревателя расположен оптической осью вертикально, а нагреватель снабжен дополнительным верхним эллиптическим отражателем, также расположенный оптической осью вертикально.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показано устройство для выращивания монокристалла β-Ga₂O₃.

Расходуемый поликристаллический стержень β-Ga₂O₃ 1 расположен над затравочным монокристаллом β-Ga₂O₃ в колбе 2 из кварцевого стекла. Нагреватель выполнен из верхнего 3 и нижнего 4 эллипсоидальных отражателей, расположенных оптическими осями вертикально, ксеноновой дуговой лампы 5, установленной в нижний эллипсоидальный отражатель 4. В нижней части колбы 2 из кварцевого стекла расположены секции диэлектрического слоя 6 с электродами поверхностного разряда 7. В верхней части колбы 2 установлен электрод-осадитель 8. Электроды поверхностного разряда 7 и электрод-осадитель 8 подключены к источнику 9.

Устройство для выращивания монокристалла β-Ga₂O₃ работает следующим образом.

Световой поток от ксеноновой дуговой лампы 5 направляется нижним эллипсоидальным отражателем 4 на верхний эллипсоидальный отражатель 3, который фокусирует световой поток на расходуемый поликристаллический стержень 1, что приводит к его расплавлению и осуществлению процесса зонного переплава. Вертикальное расположение оптических осей эллипсоидальных отражателей 4 и 5 обеспечивает равномерный кольцевой прогрев зоны переплава и фронта кристаллизации, что подтверждается экспериментальными измерениями распределения температуры в азимутальной плоскости зоны переплава. Равномерное распределение температуры по зоне кристаллизации позволяет исключить модуляции зоны кристаллизации, что способствует повышению качества получаемого монокристалла.

В процессе переплава расходуемого поликристаллического стержня 1 образуются легколетучие соединения β-Ga₂O₃ в виде аэрозоля, поступающие к стенкам колбы 2 из кварцевого стекла. При ведении процесса зонного переплава, после расплавления поликристаллического стержня 1 к электродам поверхностного разряда 7 прикладывается высокое переменное напряжение повышенной частоты, а к электроду-осадителю 8 прикладывается высокое постоянное напряжение от источника 9. В газе вблизи края электрода поверхностного разряда 7 под действием электрического поля, созданного переменным напряжением повышенной частоты, возникает незавершенный электрический поверхностный разряд, существующий на поверхности диэлектрического слоя 6. Постоянное напряжение, приложенное к электроду-осадителю 8, создает постоянное электрическое поле, существующее во всем промежутке между электродом-осадителем 8 и диэлектрическим слоем 6. Под действием постоянного поля в промежуток между электродом-осадителем 8 и диэлектрическим слоем 6 выносятся ионы. Ионы заряжают частицы лекголетучих соединений β-Ga₂O₃, попадая на их поверхность в процессе движения к электроду-осадителю 8. Частицы лекголетучих соединений β-Ga₂O₃, получив избыточны заряд от ионов, попавших на их поверхность, начинают испытывать действие постоянного электрического поля и отклоняются в направлении электрода-осадителя 8. Тем самым частицы лекголетучих соединений β-Ga₂O₃ отклоняются от стенок кварцевой колбы 2. Экспериментально установлено, что при использовании описанного устройства осаждения, светопроницаемость колбы снижается на 30% медленнее за один и тот же промежуток времени.

Использование полезной модели обеспечивает повышение эффективности и длительности непрерывного процесса зонного переплава, которое достигается за счет зарядки и осаждения легколетучих соединений β-Ga₂O₃ в электрическом поле поверхностного разряда.

Claims

Устройство для выращивания монокристалла β-Ga₂О₃, содержащее расходуемый поликристаллический стержень β-Ga₂О₃, установленный над затравочным монокристаллом β-Ga₂О₃ в колбе из кварцевого стекла, нагреватель, выполненный с эллипсоидальным отражателем и лампой, которая расположена в этом отражателе, отличающееся тем, что оно снабжено секциями диэлектрического слоя с электродом поверхностного разряда, расположенным в нижней части колбы из кварцевого стекла, и электродом-осадителем, установленным в верхней части указанной колбы, при этом отражатель нагревателя расположен оптической осью вертикально, а нагреватель снабжен дополнительным верхним эллиптическим отражателем, также расположенным оптической осью вертикально.