RU1798396C - Method for automated growing crystals from melt - Google Patents

Method for automated growing crystals from melt

Info

Publication number
RU1798396C
RU1798396C SU904848199A SU4848199A RU1798396C RU 1798396 C RU1798396 C RU 1798396C SU 904848199 A SU904848199 A SU 904848199A SU 4848199 A SU4848199 A SU 4848199A RU 1798396 C RU1798396 C RU 1798396C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
crystal
plate
temperature
cross
Prior art date
Application number
SU904848199A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Курлов
Иван Сергеевич Петьков
Борис Сергеевич Редькин
Сергей Николаевич Россоленко
Original Assignee
Институт физики твердого тела АН СССР
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 Институт физики твердого тела АН СССР filed Critical Институт физики твердого тела АН СССР
Priority to SU904848199A priority Critical patent/RU1798396C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1798396C publication Critical patent/RU1798396C/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Использование: изобретение относитс  к технике выращивани  кристаллов выт гиванием из расплава методом Чохральского и может быть использовано дл  получени  кристаллов различной формы сечени . Сущность изобретени : способ позвол ет увеличить точность поддержани  .геометрического параметра сечени  кристалла, При этом в расплав ввод т пластину параллельно поверхности расплава, измер ют температуру этой пластины Тп, формируют два дополнительных сигнала, первый из которых пропорционален скорости изменени  температуры.Тп, а второй сигнал - второй производной этой температуры и суммируют сигналами обратной св зи Т- и V-кана- лов, а компенсацию отклонени  осуществл ют суммарным сигналом. 1 ил.Usage: the invention relates to a technique for growing crystals by melt-drawing by the Czochralski method and can be used to obtain crystals of various cross-sectional shapes. SUMMARY OF THE INVENTION: the method improves the accuracy of maintaining the geometric parameter of the cross section of the crystal. In this case, a plate is introduced parallel to the surface of the melt into the melt, the temperature of this plate Tp is measured, two additional signals are generated, the first of which is proportional to the rate of temperature change. Tp, and the second the signal is the second derivative of this temperature and is summed by the feedback signals of the T and V channels, and the deviation is compensated by the sum signal. 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к технике выращивани  кристаллов выт гиванием из расплава методом Чухральского в автоматическом режиме и может быть использовано дл  получени  высококачественных кристаллов с круглым, квадратным и др. формы сечением: молибдаты гадолини , терби , кальци , ниобат и танталат лити , германат и силикат висмута, лангасит и др.The invention relates to a technique for growing crystals by extrusion from a melt by the Chukhralsky method in an automatic mode and can be used to produce high-quality crystals with a round, square, and other cross-sectional shapes: gadolini, terbium, calcium, lithium niobate, and lithium tantalate, germanate and bismuth silicate, langasite and others.

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности поддержани  геометрического параметра сечени  кристалла.The aim of the invention is to increase the accuracy of maintaining the geometric parameter of the cross section of the crystal.

Обычно при использовании двухканаль- ной системы управлени  структура регул тора выгл дит следующим образом:Typically, when using a two-channel control system, the controller structure looks as follows:

где Am и Am - отклонени  массы и ее производной от заданных величин соответственно ,where Am and Am are the deviations of the mass and its derivative from the given values, respectively,

U - вектор управлени , состо щий из Т- и V-компонент,U is a control vector consisting of T and V components,

Ki I J1 J2 - матрица настроечныхKi I J1 J2 - tuning matrix

коэффициентов, относ щихс  к датчику веса .factors related to the weight sensor.

В предлагаемом способе структура регул тора в общем случае выгл дит следующим образом:In the proposed method, the structure of the regulator in the general case is as follows:

Am Am

U Kix | . J+K2X AmU Kix | . J + K2X Am

/ /

tntn

TnTn

(2)(2)

чО 00 Сл HO 00 CL

ОABOUT

оabout

U Kix(U Kix (

Am AmAm am

О)ABOUT)

где Тп и Тп - перва  и втора  производные температуры пластины,where Tp and Tp are the first and second derivatives of the plate temperature,

«2. I J3 г/14 I - матрица настроечных"2. I J3 g / 14 I - tuning matrix

коэффициентов, относ ща с  к температурному датчику.coefficients related to the temperature sensor.

Как видно из предложенного закона уп- равлени  (2),. происходит стабилизаци  отклонени  Am .скорости изменени  температуры Тп, что приводит к посто нству не только площади сечени , но и его формы.As can be seen from the proposed control law (2) ,. the deviation Am. of the rate of temperature Tn is stabilized, which leads to a constant not only cross-sectional area, but also its shape.

На чертеже представлена схема реали- зации способа выращивани  кристаллов из расплава в автоматическом режиме.The drawing shows a diagram of an implementation of a method for growing crystals from a melt in an automatic mode.

В расплав 1, который помещают в тигель 2, опускают пластину 3 с термопарой 4 параллельно поверхности расплава 1, после этого затравку 5 подвод т к поверхности расплава 1, включают приводы вращени  б и перемещени  7 верхнего штока 8, формируют перет жку 9 и далее провод т выращивание кристалла 10 в автоматическом режиме. Вертикальное перемещение пластины 3 осуществл ют в соответствии с падением уровн  расплава 1 при помощи привода перемещени  11. Двигатель приводов перемещени  7,11 и вращени  6 управ- л ют от ЭВМ 12 с помощью модулей сопр жени  13, 14, 15. Кристалл 10 взвешивают с помощью датчика веса 16. Сигналы с датчика веса 16 и термопары 4 поступают на аналого-цифровые преобразователи 17 и 18, также сопр женные с ЭВМ 12. Управление от ЭВМ 12 формой кристалла 10 осуществл ли: по V-каналу с помощью модул  сопр жени  13, по Т-каналу с помощью циф- роаналогового преобразовател  19. С циф- роаналогового преобразовател  19 сигнал поступает на источник электрической энергии 20, с помощью которого осуществл етс  питание нагревател  21,A plate 3 with a thermocouple 4 is lowered into the melt 1, which is placed in the crucible 2, parallel to the surface of the melt 1, after which the seed 5 is fed to the surface of the melt 1, the rotation drives b and the movement 7 of the upper rod 8 are turned on, a wire 9 and then a wire are formed t growing crystal 10 in automatic mode. The vertical movement of the plate 3 is carried out in accordance with the decrease in the level of the melt 1 by means of the displacement drive 11. The motor of the displacement and rotation drives 7.11 is controlled from the computer 12 using the interface modules 13, 14, 15. The crystal 10 is weighed with using the weight sensor 16. The signals from the weight sensor 16 and the thermocouple 4 are fed to analog-to-digital converters 17 and 18, also connected to the computer 12. The computer 12 is controlled by the crystal form 10: via the V-channel using the interface module 13 , on the T-channel using digital-to-analog will convert eat 19. From the digital-to-analog converter 19, the signal is supplied to the electric energy source 20, by means of which the heater 21 is supplied

Предлагаемый способ выращивани  кристаллов из расплава в автоматическом режиме реализован следующим образом.The proposed method for growing crystals from a melt in an automatic mode is implemented as follows.

Пример. Проводили выращивание кристаллов молибдата гадолини  0° ориентации методом Чохральского из платиново- го тигл , имеющего следующие размеры: диаметр - 50 мм, высота - 50 мм, толщина стенки - 3 мм. Теплова  зона была выполнена в виде труб из спеченной окиси алюмини , также использовалс  платиновый конический экран. Расплав находилс  при температуре 1160°С. В расплав опускали платиновую пластину диаметром 30 мм и толщиной 1 мм на глубину 2 мм от поверхности расплава. Температуру Тп пластины измер ли при помощи Pt-PtRh-10 термопары . После затравливани  и формировани  перет жки выращивание проводили в автоматическом режиме. При этом перемеще ние пластины при выращивании кристалла Example. Gadolinium molybdate crystals of 0 ° orientation were grown by the Czochralski method from a platinum crucible having the following dimensions: diameter - 50 mm, height - 50 mm, wall thickness - 3 mm. The heat zone was in the form of sintered alumina tubes, and a platinum conical screen was also used. The melt was at a temperature of 1160 ° C. A platinum plate with a diameter of 30 mm and a thickness of 1 mm to a depth of 2 mm from the surface of the melt was lowered into the melt. The temperature Tg of the wafer was measured using a Pt-PtRh-10 thermocouple. After seeding and shaping of the ribbon, the cultivation was carried out automatically. In this case, the movement of the plate during crystal growth

осуществл ли таким образом, чтобы рассто ние между пластиной и поверхностью расплава сохран лось посто нным. Выращивание проводили при скорости выт гивани  5 мм/час и скорости вращени  - 100 об/мин, максимальный угол разращива- ни  кристалла составл л 130°. Дл  управлени  технологическим процессом роста использовали персональный компьютер типа IBM PC/AT с устройством сопр жени , выполненным в стандарте УМЕ. Осуществл лось двухканальное (Т- и V-) управление, дополненное компонентами по производным пластины. Вычисление и суммирование компонент управлени  Ui и U2in such a way that the distance between the plate and the surface of the melt is kept constant. The cultivation was carried out at a drawing speed of 5 mm / h and a rotation speed of 100 rpm, the maximum angle of crystal growth was 130 °. To control the technological process of growth, a personal computer such as IBM PC / AT was used with an interface device made in the UME standard. Two-channel (T- and V-) control was implemented, supplemented by components with respect to the derivatives of the plate. Calculation and summation of control components Ui and U2

Ui-KixUi-kix

Am Am Am am

/ Тп/ Tp

ТпTp

; U Ui + u2; U Ui + u2

производилось компьютером.made by computer.

Было получено 12 кристаллов молибдата гадолини  хорошего качества с посто нным квадратным сечением (сторона квадрата 30 мм) длиной 60-80 мм.Twelve crystals of good quality gadolini molybdate were obtained with a constant square cross-section (30 mm square side) 60-80 mm long.

П р и м е р 2. Проводили выращивание кристаллов ниобата лити  методом Чохральского из платинового тигл , имеющего следующие размеры: диаметр - 120 мм, высота - 120 мм, толщина стенки - 3 мм.PRI me R 2. The crystals of lithium niobate were grown by the Czochralski method from a platinum crucible having the following dimensions: diameter - 120 mm, height - 120 mm, wall thickness - 3 mm.

Теплова  зона была выполнена в виде труб из спеченной окиси алюмини , в качестве активного экрана использовалс  плати- новый экран. Расплав находилс  при температуре 1270°С. В расплав опускали платиновую пластину диаметром 80 мм и толщиной 1 мм на глубину 4 мм от поверхности расплава, температуру пластины измер ли при помощи Pt-PtRh-Ю термопары. После затравливани  и формировани  перет жки выращивание проводили в автоматическом режиме. При этом перемещение пластины осуществл ли в соответствии с падением уровн  расплава в тигле таким обра- зом, чтобы рассто ние пластины от поверхности расплава сохран лось посто нным . Выращивание проводили при скорости вращени  - 10 об/мин, максимальный угол при формировании пр мого и обратного конусов составл л 65°. Дл  управлени  технологическим процессом роста использовали персональный компьютер типа IBM PC/AT с устройством сопр жени , выполненным в стандарте VME. Осуществл лось двухканальное управление, дополненноеThe heat zone was made in the form of sintered alumina pipes, and a platinum screen was used as the active screen. The melt was at a temperature of 1270 ° C. A platinum plate with a diameter of 80 mm and a thickness of 1 mm to a depth of 4 mm from the melt surface was lowered into the melt; the plate temperature was measured using a Pt-PtRh-10 thermocouple. After seeding and shaping of the ribbon, the cultivation was carried out automatically. In this case, the movement of the plate was carried out in accordance with a decrease in the level of the melt in the crucible so that the distance of the plate from the surface of the melt was kept constant. Cultivation was carried out at a rotation speed of 10 rpm, the maximum angle during the formation of the forward and reverse cones was 65 °. To control the growth process, a personal computer of the type IBM PC / AT was used with a VME interface device. Two-channel control was implemented, supplemented by

компонентами по производным температуры аналогично примеру 1. Было выращено 3 кристалла ниобата лити  диаметром 80 мм, длиной 130 мм хорошего качества. Точность поддержани  диметра составл ла 0,2%. components according to temperature derivatives, as in Example 1. 3 crystals of lithium niobate with a diameter of 80 mm and a length of 130 mm of good quality were grown. The accuracy of maintaining the diameter was 0.2%.

Использование предлагаемого способа выращивани  кристаллов из расплава в автоматическом режиме обеспечивает по сравнению с существующими способами стабилизацию межфазной границы относи- тельно поверхности расплава, что позвол ет получать кристаллы с заданными формами и геометрическими параметрами поперечного сечени .Using the proposed method for growing crystals from a melt in an automatic mode, in comparison with existing methods, stabilization of the interphase boundary with respect to the surface of the melt provides crystals with predetermined shapes and geometric cross-sectional parameters.

Claims (1)

Формула из обретени  Способ выращивани  кристаллов из расплава в автоматическом режиме, состо щий из стадий затравливани  и выращивани , включающих измерение массы и длины кристалла, определение геометрического параметра сечени  кристалла по измеренным величинам и его регулирование изменением температуры расплава и/или скорости выт гивани  кристалла, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества выращиваемых кристаллов за счет увеличени  точности поддержани  их геометрического параметра сечени , на стадии затравливани  под затравливаемый кристалл в расплав ввод т пластину, плоскость которой параллельна поверхности расплава , при этом рассто ние между пластиной и поверхностью расплава поддерживают посто нным на стадии выращивани , измер ют температуру пластины, определ ют ее первую и вторую производные и дополнительно корректируют значение геометрического параметра сечени  кристалла по первой и второй производным температуры пластины и одновременно по температуре расплава и скорости выт гивани  кристалла .Formula for Acquisition A method of growing crystals from a melt in an automatic mode, consisting of seeding and growing stages, including measuring the mass and length of the crystal, determining the geometric parameter of the cross-section of the crystal from the measured values and controlling it by changing the melt temperature and / or the rate of drawing the crystal, different the fact that, in order to improve the quality of the grown crystals by increasing the accuracy of maintaining their geometric cross-sectional parameter, at the stage of seeding under an etched crystal is introduced into the melt with a plate whose plane is parallel to the surface of the melt, while the distance between the plate and the surface of the melt is maintained constant at the growing stage, the temperature of the plate is measured, its first and second derivatives are determined, and the value of the geometric parameter of the crystal cross section is further adjusted with respect to the first and second derivatives of the plate temperature and simultaneously with respect to the melt temperature and the drawing speed of the crystal.
SU904848199A 1990-07-09 1990-07-09 Method for automated growing crystals from melt RU1798396C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904848199A RU1798396C (en) 1990-07-09 1990-07-09 Method for automated growing crystals from melt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904848199A RU1798396C (en) 1990-07-09 1990-07-09 Method for automated growing crystals from melt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1798396C true RU1798396C (en) 1993-02-28

Family

ID=21525885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904848199A RU1798396C (en) 1990-07-09 1990-07-09 Method for automated growing crystals from melt

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1798396C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
За вка EP №0115121, кл. С 30 В .15/28. 1982. За вка JP № 59-35876, кл. С 30 В 15/28, 1984. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101392404B (en) Control method of crystal growth by crystal pulling method
CN1350602A (en) Method and system of controlling taper growth in a semiconductor crystal growth process
CN101168848A (en) Method for controlling fused silicon liquid level position of czochralski silicon mono-crystal furnace
JPH0438719B2 (en)
KR950004788B1 (en) System for controlling apparatus for growing tubular crystalline bodies
US5096677A (en) Single crystal pulling apparatus
RU1798396C (en) Method for automated growing crystals from melt
CN1056138A (en) Diameter of silicon single crystal control method and equipment thereof
CN112857297B (en) Single crystal rod diameter measuring device, single crystal rod growth system and method
JP2649052B2 (en) Crystal growing method and crystal growing device
JPS5825078B2 (en) Single crystal manufacturing method
RU2023063C1 (en) Method of growing crystals from melt in automatic mode
JPH07277879A (en) Apparatus for producing single crystal by cz method and melt level control method
CN1766179B (en) High quality single crystal growing method
JP3134415B2 (en) Single crystal growth method
JP3991400B2 (en) Single crystal growth method and apparatus
RU2184803C2 (en) Technique controlling process of growth of monocrystals from melt and device for its realization
RU2128250C1 (en) Method and device for controlling growing monocrystals from melt
JPH0416436B2 (en)
JPS63242992A (en) Method for controlling single crystal diameter
SU859490A1 (en) Method to control the process of growing single crystals from the melt
JPH09315887A (en) Production of single crystal and device therefor
SU1533371A1 (en) Method for control over the process of crystallization from the melt
JP2726887B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor single crystal
JPS63295493A (en) Method for pulling up single crystal