RU2222644C1 - Device for monocrystals growing from melt - Google Patents
Device for monocrystals growing from melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2222644C1 RU2222644C1 RU2003108000/15A RU2003108000A RU2222644C1 RU 2222644 C1 RU2222644 C1 RU 2222644C1 RU 2003108000/15 A RU2003108000/15 A RU 2003108000/15A RU 2003108000 A RU2003108000 A RU 2003108000A RU 2222644 C1 RU2222644 C1 RU 2222644C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- chamber
- lamellas
- current leads
- sections
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам выращивания монокристаллов из расплавов на затравочном кристалле и может быть использовано в технологии выращивания кристаллов, например, сапфира, по методам Чохральского, Киропулоса. The invention relates to devices for growing single crystals from melts on a seed crystal and can be used in technology for growing crystals, for example, sapphire, according to the methods of Czochralski, Kyropoulos.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание устройства для выращивания монокристаллов из расплава, позволяющего выращивать объемные профилированные монокристаллы в однородном тепловом поле и обеспечивающего упрощение конструкции теплового узла и эксплуатации нагревателя, а также стабильность режимов выращивания объемных монокристаллов различного профиля и размера и повышение структурного совершенства кристаллов. The technical problem solved by the invention is the creation of a device for growing single crystals from a melt, which allows to grow bulk shaped single crystals in a uniform thermal field and provides simplification of the design of the heating unit and operation of the heater, as well as stability of the modes of growing bulk single crystals of various profiles and sizes and increase the structural perfection of crystals .
Известно устройство для выращивания монокристаллических лент сапфира, включающее камеру, расположенные внутри камеры тигель, тепловой узел, формообразователь, затравкодержатель, установленный на шток. A device is known for growing single-crystal sapphire ribbons, including a chamber, a crucible located inside the chamber, a heat unit, a former, a seed holder mounted on a rod.
Тепловой узел выполнен в виде графитового цилиндрического нагревателя, внутренняя поверхность которого покрыта слоем карбида кремния, и экранов. The thermal unit is made in the form of a graphite cylindrical heater, the inner surface of which is covered with a layer of silicon carbide, and screens.
Тигель для расплава покрыт с внешней стороны слоем вольфрама. Тигель установлен на пьедестале и помещен внутри графитового нагревателя. Экраны размещены над тиглем. (См. А.с. СССР 1213781, опубл. 23.04.1991 г., С 30 В 15/34). The melt crucible is coated on the outside with a tungsten layer. The crucible is mounted on a pedestal and placed inside a graphite heater. Screens are placed above the crucible. (See A.S. USSR 1213781, publ. 04/23/1991, C 30
Устройство имеет следующие недостатки. The device has the following disadvantages.
Материал нагревателя - графит с напыленным слоем карбида кремния, химически реагирует с агрессивными окислами алюминия при высоких температурах, что резко сокращает срок службы нагревателя и загрязняет углеродом растущий кристалл. Нагреватель не подлежит восстановлению в случае поломки, тепловой узел не может обеспечить создания прямоугольных радиальных изотерм, необходимых для получения качественных объемных профилированных монокристаллов. The heater material - graphite with a sprayed layer of silicon carbide, chemically reacts with aggressive aluminum oxides at high temperatures, which dramatically reduces the heater's life and contaminates the growing crystal with carbon. The heater cannot be restored in the event of a breakdown; the thermal unit cannot ensure the creation of rectangular radial isotherms necessary to obtain high-quality volumetric shaped single crystals.
Известно устройство для выращивания профилированных кристаллов тугоплавких соединений, включающее камеру, тигель с установленным в нем формообразователем и тепловой узел, содержащий расположенный коаксиально тиглю с зазором графитовый нагреватель в виде стакана с фронтальным отверстием на уровне торца формообразователя и с увеличивающимся сечением отверстия к низу, и экран в виде полого цилиндра, установленного над тиглем с помощью тяг, закрепленных на блоке верхней изоляции. Нагреватель присоединен к источнику тока. (См. авт. св. СССР 1592414, опубл. 15.09.90, С 30 В 15/34). A device for growing profiled crystals of refractory compounds is known, including a chamber, a crucible with a former installed in it and a heat assembly containing a graphite heater coaxial with a gap in the form of a cup with a front hole at the level of the end of the former and with an increasing hole cross section to the bottom, and a screen in the form of a hollow cylinder mounted above the crucible using rods mounted on the upper insulation block. The heater is connected to a current source. (See ed. St. USSR 1592414, publ. 15.09.90, C 30
Устройство предназначено для получения сапфировых трубок и не может быть использовано для выращивания качественных объемных монокристаллов. The device is designed to produce sapphire tubes and cannot be used to grow high-quality bulk single crystals.
Известно устройство для выращивания объемных монокристаллов, включающее камеру, два плавильных нагревателя и двухсекционный тигель. В верней секции плавят исходный материал с помощью одного нагревателя, расположенного вокруг верхней секции тигля, а выращивание осуществляют из нижней секции тигля с помощью другого нагревателя, установленного под нижней секцией тигля. (См. авт. св. 661966, опубл. 30.03.80, С 30 В 15/02). A device for growing bulk single crystals, including a chamber, two melting heaters and a two-section crucible. In the upper section, the starting material is melted using one heater located around the upper section of the crucible, and the cultivation is carried out from the lower section of the crucible using another heater installed under the lower section of the crucible. (See ed. St. 661966, publ. 30.03.80, C 30
Устройство принято за прототип. The device is taken as a prototype.
Устройство не может быть использовано для выращивания профилированных объемных монокристаллов из-за невозможности создания в расплаве радиальных изотерм прямоугольных форм. The device cannot be used for growing profiled bulk single crystals due to the impossibility of creating rectangular isotherms in the melt of rectangular shapes.
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность создания и поддержания постоянства форм радиальных изотерм с различной геометрией по всей длине выращиваемого монокристалла, снижение структурных дефектов в кристалле за счет проведения процесса выращивания при минимальных градиентах температуры, простота эксплуатации и эргономичность. The technical result of the claimed invention is the possibility of creating and maintaining the constancy of the forms of radial isotherms with different geometries along the entire length of the grown single crystal, reducing structural defects in the crystal due to the growth process with minimal temperature gradients, ease of operation and ergonomics.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для выращивания монокристаллов из расплава на затравочном кристалле, включающем цилиндрическую камеру с крышкой, тепловой узел, тигель для расплава, затравкодержатель, закрепленный на штоке с возможностью вращения, согласно изобретению камера выполнена двухсекционной и с механизмом вертикального перемещения секций, тепловой узел установлен между верхней и нижней секциями камеры и выполнен в виде полого водоохлаждаемого цилиндра с размещенными внутри него нагревателем, собранным из U-образных ламелей, изогнутых по форме тигля, и замкнутыми кольцевыми водоохлаждаемыми токовводами, цилиндр закреплен на дополнительном штоке, расположенном на внешней поверхности цилиндра и снабженном механизмом перемещения цилиндра по вертикали и вокруг штока, внутренняя сторона цилиндра в нижней его части выполнена с выступами, на которых размещены изоляторы, токовводы выполнены с отверстиями, в которых закреплены свободные концы ламелей, а изогнутые U-образные концы ламелей закреплены на центрирующем их кольце, токовводы установлены на изоляторах, центрирующих нагреватель, а выводы токовводов расположены на боковой поверхности цилиндра в разных горизонтальных плоскостях. Токовводы один относительно другого расположены коаксиально или один над другим. The technical result is achieved by the fact that in the device for growing single crystals from a melt on a seed crystal, including a cylindrical chamber with a lid, a heat assembly, a melt crucible, a seed holder mounted on a rod rotatably, according to the invention, the chamber is made of two sections and with a mechanism for vertical movement of sections , the heat assembly is installed between the upper and lower sections of the chamber and is made in the form of a hollow water-cooled cylinder with a heater placed inside it, assembled m of U-shaped lamellas, curved in the form of a crucible, and closed ring water-cooled current leads, the cylinder is mounted on an additional rod located on the outer surface of the cylinder and equipped with a mechanism for moving the cylinder vertically and around the rod, the inner side of the cylinder in its lower part is made with protrusions on which the insulators are placed, the current leads are made with holes in which the free ends of the lamellas are fixed, and the curved U-shaped ends of the lamellas are fixed on the centering ring, the current leads are mounted ovleny on insulators, centering the heater, the current leads and the terminals are arranged on the lateral surface of the cylinder in different horizontal planes. The current leads relative to each other are located coaxially or one above the other.
Ламели выполнены одинаковой длины и конфигурации, количество ламелей в нагревателе и отверстий в токовводах кратно 12. Для создания радиальных изотерм прямоугольных или иных многоугольных форм ламели собирают в секции, длина которых и расположение соответствуют сторонам, задаваемым геометрией многоугольника. The lamellas are made of the same length and configuration, the number of lamellas in the heater and the holes in the current leads is a multiple of 12. To create radial isotherms of rectangular or other polygonal shapes, the lamellas are assembled in sections whose length and location correspond to the sides determined by the geometry of the polygon.
Диаметр полого цилиндра равен диаметрам секций камеры. The diameter of the hollow cylinder is equal to the diameters of the sections of the chamber.
Центрирующее ламели кольцо не участвует в электрической цепи. The lamella centering ring is not involved in the electrical circuit.
Сущность заявленного устройства заключается в новой конструкции теплового узла, все элементы которого, а именно нагреватель, токовводы, изоляторы, токовыводы оригинально выполнены, компактно расположены друг относительно друга и представляют собой единое целое. The essence of the claimed device lies in the new design of the thermal unit, all of whose elements, namely the heater, current leads, insulators, current outputs are originally made, compactly arranged relative to each other and are a single unit.
Такая конструкция теплового узла имеет целый ряд преимуществ. This design of the thermal unit has a number of advantages.
Нагреватель, собранный из ламелей, закрепленных на замкнутых кольцевых токовводах и центрирующем кольце, одновременно выполняет и функции теплового формообразователя и имеет возможность менять форму радиальных изотерм и определять форму профиля выращиваемых кристаллов. Для создания профилированных изотерм при выращивании монокристаллов кубической и гексагональной решеток с естественной огранкой общее количество ламелей в нагревателе кратно количеству граней монокристалла и кратно 12. Нагреватель прост в эксплуатации, легко может быть собран и разобран в соответствии с задачей изменения геометрии профиля монокристалла, т.к. изменение форм радиальных изотерм достигается путем снятия или добавления требуемого количества ламелей. The heater, assembled from lamellas mounted on closed ring current leads and a centering ring, simultaneously performs the functions of a thermal former and has the ability to change the shape of the radial isotherms and determine the shape of the profile of the grown crystals. To create profiled isotherms when growing single crystals of cubic and hexagonal lattices with natural faceting, the total number of lamellas in the heater is a multiple of the number of faces of the single crystal and a multiple of 12. The heater is simple to operate, can be easily assembled and disassembled in accordance with the task of changing the geometry of the profile of a single crystal, because . a change in the shape of the radial isotherms is achieved by removing or adding the required number of lamellas.
Полый водоохлаждаемый цилиндр также выполняет несколько функций. Он, образуя среднюю секцию камеры, одновременно является держателем токовводов с ламелями нагревателя, и также создает симметричное тепловое поле относительно вертикальной оси камеры путем центрирования нагревателя как за счет изоляторов, опирающихся на внутренние выступы цилиндра, так и за счет возможности горизонтального перемещения ламелей нагревателя в отверстиях кольцевых токовводов. A hollow water-cooled cylinder also performs several functions. He, forming the middle section of the chamber, at the same time is the holder of current leads with lamellas of the heater, and also creates a symmetric thermal field relative to the vertical axis of the chamber by centering the heater both due to insulators resting on the internal protrusions of the cylinder, and due to the possibility of horizontal movement of the lamellas of the heater in the holes ring current leads.
Кроме того, выполнение цилиндра с возможностью вертикального перемещения и перемещения вокруг оси штока, на котором цилиндр закреплен, обеспечивает легкий доступ к нагревателю и возможность замены элементов теплового узла. In addition, the implementation of the cylinder with the possibility of vertical movement and movement around the axis of the rod, on which the cylinder is mounted, provides easy access to the heater and the ability to replace elements of the thermal unit.
В целом конструкция теплового узла существенно повышает срок его эксплуатации, эргономична и не требует расхода дорогостоящего графита, не подлежащего восстановлению. In general, the design of the thermal unit significantly increases its service life, is ergonomic and does not require the expense of expensive graphite, which cannot be restored.
Устройство схематически изображено на фиг.1. The device is schematically depicted in figure 1.
Устройство включает верхнюю 1 и нижнюю 2 секции камеры, выполненные с механизмом перемещения в вертикальном направлении (не показано), с крышкой 3, затравкодержатель 4, тигель 5, установленный в нижней секции 2 камеры, верхний шток 6 для крепления затравкодержателя 4, нижний шток 7 для крепления тигля 5. Штоки 6 и 7 выполнены с возможностью вращения и вертикального перемещения. Между верхней секцией 1 и нижней секцией 2 камеры установлен тепловой узел в виде полого водоохлаждаемого цилиндра 8. Внутри цилиндра 8 размещены нагреватель 9, собранный из изогнутых по форме тигля U-образных ламелей 10, и замкнутые кольцевые водоохлаждаемые токовводы 11, 12. Токовводы 11, 12 расположены один над другим (не показано) или коаксиально и имеют отверстия 13, в которых закреплены верхние концы U-образных ламелей 10. Нижние изогнутые U-образные концы ламелей 10 фиксированы кольцом 14, не участвующим в электрической цепи нагревателя 9. The device includes the upper 1 and lower 2 sections of the chamber, made with a vertical movement mechanism (not shown), with a
Цилиндр 8 закреплен на дополнительном штоке 15, который расположен на внешней стороне цилиндра 8 и снабжен механизмом его перемещения (не показан) по вертикали и вокруг штока 15. На внутренней поверхности полого цилиндра 8, в нижней его части, выполнены выступы 16. The
Токовводы 11, 12 установлены на выступах 16 в изоляторах 17, которые центрируют токовводы 11, 12, а нагреватель 9 дополнительно имеет возможность центровки относительно его вертикальной оси перемещением свободных концов U-образных ламелей в отверстиях 13. The current leads 11, 12 are mounted on the protrusions 16 in the
На боковой поверхности цилиндра 8 в разных горизонтальных плоскостях размещены выводы 18, 19 токовводов 11, 12. Тигель 5 устанавливают на нижней шток 7 внутри нагревателя 9. On the lateral surface of the
Устройство для выращивания монокристаллов из расплавов на затравочном кристалле работает следующим образом. A device for growing single crystals from melts on a seed crystal works as follows.
Собирают тепловой узел. Для этого в водоохлаждаемый цилиндр 8, закрепленный на штоке 15, поднятый и развернутый на 90o относительно вертикальной оси камеры (см. фиг.2), устанавливают на центрирующие изоляторы 17 водоохлаждаемые токовводы 11, 12.Collect the heat assembly. To do this, in a water-cooled
Для выращивания профилированных объемных монокристаллов, например, прямоугольной формы в отверстия 13 кольцевых токовводов 11, 12 устанавливают изогнутые по форме тигля U-образные ламели 10, собранные в секции (фиг.3), ширина которых соответствует длинам сторон заданного прямоугольника. Верхние концы ламелей 10 фиксируют в отверстиях 13 токовводов 11, 12, а нижние U-образные изогнутые концы - на центрирующем кольце 14, не входящем в электрическую цепь нагревателя 9. To grow profiled bulk single crystals, for example, of a rectangular shape,
Собранный таким образом тепловой узел разворачивают в обратную сторону на 90o, совмещают с вертикальной осью камеры и герметично соединяют с нижней секций 2 плавильной камеры, помещают тигель 5 с шихтой 20 внутрь нагревателя 9 на нижний шток 7. На верхний шток 6 устанавливают затравочный кристалл в виде 4-х гранной призмы, одна из боковых граней которой ориентирована в соответствии с секциями ламелей 10, создающих прямоугольную радиальную изотерму для роста кристалла прямоугольной формы с естественной огранкой.The thermal assembly thus assembled is turned 90 ° in the opposite direction, aligned with the vertical axis of the chamber and hermetically connected to the
Верхнюю секцию 1 плавильной камеры герметично соединяют с тепловым узлом, включают нагреватель 9 и проводят процесс выращивания монокристаллов по методу Чохральского с получением кристаллов прямоугольной формы. The upper section 1 of the melting chamber is hermetically connected to the thermal unit, the
Для выращивания монокристаллов треугольной (шестиугольной) формы ламели собирают в секции, длина которых соответствует длинам треугольника (шестиугольника). For growing single crystals of a triangular (hexagonal) shape, the lamellas are collected in sections whose length corresponds to the lengths of a triangle (hexagon).
Были выращены монокристаллы сапфира треугольной и четырехугольной формы длиной 200 мм. Triangular and quadrangular sapphire single crystals 200 mm long were grown.
Отклонение в поперечных размерах не превышало ±(1-2) мм на сторону. The deviation in the transverse dimensions did not exceed ± (1-2) mm per side.
Устройство позволяет получить следующий положительный эффект. The device allows you to get the following positive effect.
1. Возможность выращивания объемных профилированных монокристаллов с естественной огранкой треугольной (шестиугольной), четырехугольной форм в зависимости от направлений роста и структурного свойства выращиваемого монокристалла. 1. The possibility of growing bulk shaped single crystals with a natural facet of a triangular (hexagonal), quadrangular shape, depending on the growth directions and structural properties of the grown single crystal.
2. Повысить совершенство структуры и обеспечить однородность размеров по всей длине монокристалла. 2. Improve the perfection of the structure and ensure uniformity of size along the entire length of the single crystal.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003108000/15A RU2222644C1 (en) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | Device for monocrystals growing from melt |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003108000/15A RU2222644C1 (en) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | Device for monocrystals growing from melt |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2222644C1 true RU2222644C1 (en) | 2004-01-27 |
Family
ID=32091941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003108000/15A RU2222644C1 (en) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | Device for monocrystals growing from melt |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2222644C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006012925A1 (en) * | 2004-08-05 | 2006-02-09 | Pusch, Bernard | Apparatus for growing single crystals from melt |
CN1323195C (en) * | 2005-06-24 | 2007-06-27 | 哈尔滨工业大学 | Cold core shouldering micropulling proparation method of large size sapphire single crystal |
-
2003
- 2003-03-26 RU RU2003108000/15A patent/RU2222644C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006012925A1 (en) * | 2004-08-05 | 2006-02-09 | Pusch, Bernard | Apparatus for growing single crystals from melt |
CN1323195C (en) * | 2005-06-24 | 2007-06-27 | 哈尔滨工业大学 | Cold core shouldering micropulling proparation method of large size sapphire single crystal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5116456A (en) | Apparatus and method for growth of large single crystals in plate/slab form | |
SU1433420A3 (en) | Cold crucible | |
KR20180120076A (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL AND PRODUCTION DEVICE | |
EP1774069B1 (en) | Apparatus for growing single crystals from melt | |
RU2222644C1 (en) | Device for monocrystals growing from melt | |
KR20050083602A (en) | Graphite heater for producing single crystal, single crystal production system and single crystal production method | |
CN105463571A (en) | Method for producing SiC single crystal | |
RU2222645C1 (en) | Device for monocrystals growing from melt | |
JP2001192292A (en) | Heating element for heating crucible and structure of the heating element | |
KR101645650B1 (en) | Device for producing single crystals and method for producing single crystals | |
Schönherr | The growth of large crystals from the vapor phase | |
KR101464561B1 (en) | Sapphire ingot growing apparatus and rod heater using the same | |
JPH11349392A (en) | Method and apparatus for producing single crystal | |
CN112210819A (en) | Preparation method and equipment of crystal bar | |
JP2010248003A (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL | |
RU2262214C2 (en) | High-temperature electric device for heating resistance | |
CN110528063A (en) | A kind of crystal growing apparatus | |
JPS6111914B2 (en) | ||
JP7116411B2 (en) | SINGLE CRYSTAL GROWING APPARATUS, RESISTANCE HEATING ELEMENT, AND SINGLE CRYSTAL GROWING METHOD | |
RU2227821C1 (en) | Device for growing sapphire mono-crystals | |
RU2361020C1 (en) | Device for growing of refractory single crystal | |
RU2534103C1 (en) | Device for growth of monocrystals from melt by vertical pulling technique | |
RU2310020C2 (en) | Device for growing of the rectangular monocrystals of sapphire | |
RU135650U1 (en) | DEVICE FOR GROWING SINGLE CRYSTALS FROM MELT BY CHOCHRALSKY METHOD | |
SU1132606A1 (en) | Apparatus for growing single crystals of high-melting materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080327 |