RU2023768C1 - Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава - Google Patents

Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава Download PDF

Info

Publication number
RU2023768C1
RU2023768C1 SU4901854A RU2023768C1 RU 2023768 C1 RU2023768 C1 RU 2023768C1 SU 4901854 A SU4901854 A SU 4901854A RU 2023768 C1 RU2023768 C1 RU 2023768C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
single crystal
integrator
mass
analog
melt
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Петр Филиппович Соболев
Original Assignee
Петр Филиппович Соболев
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 Петр Филиппович Соболев filed Critical Петр Филиппович Соболев
Priority to SU4901854 priority Critical patent/RU2023768C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2023768C1 publication Critical patent/RU2023768C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к устройствам выращивания монокристаллов из расплава и может быть использовано при производстве монокристаллов по методу Чохральского. Сущность: устройство дополнительно содержит задатчик скорости кристаллизации и сравнивающее устройство, при этом выходы задатчика скорости кристаллизации и аналого-дискретного дифференциатора соединены с входом контура стабилизации частоты вращения монокристалла через сравнивающее устройство. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам производства монокристаллов из расплава и может быть использовано при производстве монокристаллов по методу Чохральского.
Известно устройство для выращивания монокристаллов из расплава в тигле, включающее камеру, тигель с расплавом, нагреватель, привод перемещения затравки, цепь измерения перемещения затравки датчик веса монокристалла, цепь, включающая переменный резистор, механически связанный с приводом перемещения затравки, компаратор, выдающий сигнал управления, пропорциональный дифференциальному соотношению веса к длине монокристалла, устройство регулирования, связанное с компаратором и приводом вытягивания, обеспечивающий процесс стабилизации дифференциального соотношения веса монокристалла к его длине и диаметра монокристалла [1].
Однако известное устройство имеет недостаток заключающийся в том, что в схеме управления отсутствует функциональный преобразователь который необходим для автоматического управления частотой вращения растущего монокристалла на его конусной и цилиндрических частях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению известно устройство содержащее регулятор и силовой блок, контуры стабилизации частоты вращения и перемещения монокристалла, датчик массы монокристалла, дискретный датчик высоты подъема монокристалла, аналого-дискретный дифференциатор, функциональный преобразователь, сравнивающее устройство [2] .
Отсутствие задатчика скорости кристаллизации монокристалла и отсутствие связи выходов задатчика и аналого-дискретного дифференциатора с входом контура стабилизации частоты вращения монокристалла не обеспечивает устройству свойства самонастройки на плоский фронт кристаллизации, вследствие чего известное устройство имеет невысокую точность работы с большим количеством дислокаций и напряжений в монокристаллах, т.е. с плохими физическими качествами получаемых монокристаллов.
Цель изобретения - обеспечение устройству свойства самонастройки и повышение точности работы.
Цель достигается включением в устройство задатчика скорости кристаллизации и второго сравнивающего устройства и соединением выходов задатчика скорости кристаллизации монокристалла и аналого-дискретного дифференциатора с входом контура стабилизации частоты вращения монокристалла через второе сравнивающее устройство.
На чертеже изображена функциональная блок-схема устройства.
Устройство содержит нагреватель 1, расплав 2, тигель 3, монокристалл 4, шток 5, датчик 6 массы монокристалла, контур 7 стабилизации частоты вращения монокристалла, дискретный датчик 8 высоты подъема монокристалла, силовой блок 9, регулятор 10, первое сравнивающее устройство 11, второе сравнивающее устройство 12, аналого-дискретный дифференциатор 13, задатчик 14 массы монокристалла, задатчик 15 скорости кристаллизации, первый интегратор 16, второй интегратор 17, третий интегратор 18, первый выключатель 19, второй выключатель 20, третий выключатель 21.
Устройство работает следующим образом.
Ростовая температура в тигле 3 с расплавом 2 поддерживается на номинальном уровне с помощью нагревателя 1, питаемого силовым блоком 9. В шток 5 встроен датчик 6 массы монокристалла, выдающий измеренное значение текущего веса монокристалла в функции времени Mn(t). Вращение штока 5 вместе с датчиком 6 массы и монокристаллом 4 осуществляется контуром 7 стабилизации частоты вращения монокристалла. Дискретный датчик 8 высоты подъема монокристалла соединен со штоком 5, выдает импульсы, следующие через интервалы dt, которые поступают по входу j на аналого-дискретный дифференциатор 13, на который по входу К поступает информация о текущем измеренном значении массы монокристалла M
Figure 00000001
(t). В результате на выходе аналого-дискретного дифференциатора имеется производная dMn(t)/dt, равная измеренному значению скорости кристаллизации монокристалла. Задатчик 14 массы монокристалла, состоящий из суммирующего двоичного счетчика, суммирует импульсы приращений dM, идущих с функционального преобразователя, состоящего из первого 16, второго 17 и третьего 18 интеграторов.
При выращивании цилиндрической шейки при затравлении монокристалла и при выращивании основного цилиндра монокристалла, при разомкнутых выключателях 19, 20 и 21, при введении в регистр подинтегральной функции интегратора 18 числа a3 на выходе p этого интегратора имеется частота импульсов f3, равная
f3 = F ˙ 2-ka3, (1) где F - частота питания интегратора;
k - число разрядов. Частота f3 связана с числом a3 так, что, если сама функция от t, то формула (1) примет вид
f3 = F ˙ 2-ka3(t). (1-а) Следовательно за время t на выходе p третьего интегратора 18 имеется интеграл в виде числа Мзад(t), равный Nзад(t) = F·2-k
Figure 00000002
a3(t)dt (2) Число Nзад(t) фиксируется в двоичном суммирующем счетчике задатчика 14 массы монокристалла. При кристаллизации цилиндра затравки ее диаметр d3= const, а также при кристаллизации основного цилиндра монокристалла его диаметр Dk = const, в этом случае значение a3(t) в формуле (2) a3(t) = const, и масса монокристалла растет
Nзад(t) = F ˙ 2-ka3(t) (3)
- по уравнению прямой линии.
Число Мзад(t) по входу e поступает на первое сравнивающее устройство 11, на которое одновременно по входу d поступает измеренное значение массы монокристалла Мизм(t). В результате на выходе h этого сравнивающего устройства имеется разность Δ1, равная
Δ1 = Мзад(t) - Мизм(t), которая поступает на регулятор 10 для управления силовым блоком 9 по тепловому каналу.
При выполнении программы выращивания конуса монокристалла необходимо организовать программу так, чтобы число Мзад(t) на выходе задатчика 14 возрастало в функции времени по закону кубической параболы, т.е.
Nзад(t) = Сt3, (4) где С = const. Известно, что при интегрировании постоянной имеется N1=
Figure 00000003
cdt = ct , (5) т.е. уравнение прямой линии. Интегрируя вторично (5), получают N2=
Figure 00000004
ctdt =
Figure 00000005
t2 (6)
- уравнение квадратичной параболы. Интегрируя (6), получают N3 =
Figure 00000006
Figure 00000007
t2dt =
Figure 00000008
t3 (7)
- уравнение кубической параболы.
Таким образом для программирования числа Nзад(t) на выходе задатчика массы монокристалла при выращивании конуса монокристалла согласно (5), (6), (7? необходимо соединить три цифровых интегратора. Однако в этом случае функцию первого интегрирования выполняет интегратор 16, второго интегрирования интегратор 17, третьего 18. Выключатели 19, 20 и 21 в этом случае замкнуты.
Частота f3 на выходе p интегратора 18 имеет период следования dt3 = 1/f3, за время которого масса монокристалла возрастает на величину dМ. Приращение массы dМ, отнесенное к периоду dt, образует скорость кристаллизации dM/dt. Заданная скорость кристаллизации dM/dt в виде двоичного числа N2(t) генерируется на выходе n второго интегратора 17 следующим образом.
Для двоичного числа N1(t) на выходе интегратора имеется
N1(t) = F·2-k
Figure 00000009
a1(t) dt (8) Поскольку число a1(t) в регистре подинтегральной функции интегратора 16 равно константе, т.е. a1(t) = a1 = const, то уравнение (8) дает решение
N1(t) = F.2-ka1(t). (9) Число N1(t) при замкнутом выключателе 19 из интегратора 16 поступает в интегратор 17, у которого на выходе n за то же время в интервале от нуля до t будем иметь в результате второго интегрирования
N2(t) = F·2-k a1
Figure 00000010
tdt, или
N2(t) =
Figure 00000011
· 2-k a1t . (10) Число N2(t) накапливается в суммирующем счетчике задатчика 15 скорости кристаллизации. Число N2(t) поступает в регистр подинтегральной функции интегратора 18, на выходе которого в счетчике задатчика 14 массы монокристалла за то же время t будем иметь интеграл
N3(t) =
Figure 00000012
· 2-k a1t3 . (11) Так как число N3(t) при выполнении программы конуса накапливается в двоичном счетчике задатчика 14 массы монокристалла, то число N2(t) является производной по t от (11), или, что одно и то же,
N2(t) =
Figure 00000013
, поскольку N3(t) соответствует заданной массе монокристалла M3(t).
Число N2(t) задатчика скорости кристаллизации поступает по входу С на второе сравнивающее устройство 12, на которое по входу b с аналого-дискретного дифференциатора поступает измеренное значение скорости кристаллизации dMизм(t). В результате на выходе a сравнивающего устройства 12 имеется разность Δ 2, равная
± Δ2 =
Figure 00000014
=
Figure 00000015
Разность ± Δ 2 поступает на контур 7 стабилизации частоты вращения монокристалла для коррекции частоты вращения монокристалла, что придает устройству свойство самонастройки на плоский фронт кристаллизации.
Включение в устройство задатчика скорости кристаллизации и второго сравнивающего устройства в соединение выхода задатчика скорости кристаллизации и выхода аналого-дискретного дифференциатора с входом контура стабилизации частоты вращения монокристалла через второе сравнивающее устройство придает устройству свойство самонастройки на плоский фронт кристаллизации, повышает точность работы, а следовательно уменьшает в выращиваемых монокристаллах количество дислокаций и внутренние напряжения, вследствие чего улучшаются физические свойства монокристаллов.

Claims (1)

  1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА, содержащее регулятор и силовой блок, контуры стабилизации частоты вращения и перемещения монокристалла, дискретный датчик высоты подъема монокристалла, аналого-дискретный дифференциатор, функциональный преобразователь, сравнивающее устройство с задатчиком массы монокристалла, отличающееся тем, что, с целью обеспечения самонастройки на плоский фронт кристаллизации, в устройство включены задатчик скорости кристаллизации и второе сравнивающее устройство, причем выход задатчика скорости кристаллизации соединен через ключ и интегратор функционального преобразователя с задатчиком массы монокристалла и одновременно с аналого-дискретным дифференциатором через второе сравнивающее устройство с контуром стабилизации частоты вращения монокристалла.
SU4901854 1990-08-13 1990-08-13 Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава RU2023768C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4901854 RU2023768C1 (ru) 1990-08-13 1990-08-13 Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4901854 RU2023768C1 (ru) 1990-08-13 1990-08-13 Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2023768C1 true RU2023768C1 (ru) 1994-11-30

Family

ID=21555230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4901854 RU2023768C1 (ru) 1990-08-13 1990-08-13 Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2023768C1 (ru)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 3253467, кл. C 30B 15/00, опубл. 1966. (56) *
2. Авторское свидетельство СССР N 486781, кл. C 30B 15/00, 1973. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3621213A (en) Programmed digital-computer-controlled system for automatic growth of semiconductor crystals
Abrosimov et al. Czochralski growth of Si-and Ge-rich SiGe single crystals
KR100690218B1 (ko) 성장 공정 중에 실리콘 결정의 직경을 제어하는 방법 및장치
KR101424834B1 (ko) 결정 성장 프론트에서 열 구배들의 인-시츄 결정을 위한 절차
US4591994A (en) Method and apparatus for controlling shape of single crystal
Bardsley et al. The weighing method of automatic Czochralski crystal growth: II. control equipment
KR950004788B1 (ko) 관상결정체 성장장치의 제어시스템
WO1999050482B1 (en) Open-loop method and system for controlling growth of semiconductor crystal
RU2023768C1 (ru) Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава
JP3050095B2 (ja) 結晶中酸素濃度の制御方法
RU2184803C2 (ru) Способ управления процессом выращивания монокристаллов из расплава и устройство для его осуществления
JPH04108687A (ja) 単結晶の外径制御方法
US5476064A (en) Pull method for growth of single crystal using density detector and apparatus therefor
RU2128250C1 (ru) Способ управления процессом выращивания монокристаллов из расплава и устройство для его осуществления
RU1116763C (ru) Устройство дл выращивани монокристаллов
SU859490A1 (ru) Способ управлени процессом выращивани монокристаллов из расплава
JP3655355B2 (ja) 半導体単結晶製造工程における最適溶融液温度の検知方法
RU2144575C1 (ru) Способ выращивания монокристалла по методу чохральского
RU1798396C (ru) Способ выращивани кристаллов из расплава в автоматическом режиме
JPS5727998A (en) Controlling apparatus for growth of crystal having uniform diameter
JP3669133B2 (ja) 単結晶の直径制御方法
JPS63139090A (ja) 単結晶の育成方法
RU2067625C1 (ru) Способ управления диаметром монокристаллов, выращиваемых способом чохральского с жидкостной герметизацией при весовом контроле
JPH04218705A (ja) シリコン単結晶の直径計測方法及び装置
RU2023063C1 (ru) Способ выращивания кристаллов из расплава в автоматическом режиме