SU1758913A1

SU1758913A1 - Нагревательное устройство дл выращивани кристаллов

Info

Publication number: SU1758913A1
Application number: SU894714077A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Веприков; Вячеслав Константинович Каздоба
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изобретение относитс к устройствам дл выращивани кристаллов, В трубчатой рабочей камере установлены нагоеватели крайних зон и кольцевой теплопроводы.: элемент, охватывающий центральную зону . В камере установлены два автономных вод ных теплообменника, теплоизол ционные вставки и дополнительный нагреватель , который установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента. Последний выполнен из двух разделенных теплоизол ционных колец. Каждое кольцо контактирует с одним из теплообменников . Теплоизол ционные вставки установлены между центральной и крайними зонами. 3 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл выращивани монокристаллов полупроводниковых материалов и их соединений.

Известно устройство, содержащее нагреватель , выравниватель температуры в виде тепловой трубы и теплоизол цию. Данное устройство имеет тот недостаток, что позвол ет получить чрезмерно широкую высокотемпературную зону. А это, в свою очередь , неблагопри тно сказываетс на качестве выращиваемого кристалла. К недостаткам также можно отнести и низкие функциональные возможности из-за отсутстви механического регулировани температурного пол в средней зоне устройства.

Наиболее близким к изобретению вл етс нагревательное устройство дл выращивани кристаллов, содержащее выравниватель, выполненный в виде двух

установленных на одной оси с зазором отрезков цилиндрических тепловых труб.

Недостатком известного устройства вл етс следующее.

Устройство не позвол ет получить желаемое качество кристалла, дл достижени которого необходимо сократить ширину высокотемпературной зоны, обеспечив ее стабильность , а также сократить ширину зоны перепада температур при направленной кристаллизации расплава по методу Бридж- мена с об зательным обеспечением стабильности температур в начале зоны и в ее конце. Это возможно лишь при достаточной эффективности регулировани температурного пол в центральной зоне. Устройство решено таким образом, что теплоотвод от диска осуществл етс воздухом, что само по себе предполагает недостаточную эффективность данного процесса. Кроме того, рею

вй

w

гулирование температуры в переходной зоне возможно за счет изменени зазора и величины тока, пропускаемого по обмоткам нагревателей. Однако увеличение зазора приводит к расширению ответственной температурной зоны, что недопустимо дл получени высококачественного кристалла. Недостаточна герметичность тепловых камер , а особенно в тепловой зоне, приводит к стабильности температур, а это, в свою очередь, к снижению качества конечного продукта.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности регулировани температурного пол в центральной зоне.

Поставленна цель достигаетс тем, что конструкци дополнительно содержит нагреватель , два вод ных теплообменника и теплоизол ционные вставки. Дополнительный нагреватель установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из разделенных теплоизол цией колец, каждое из которых контактирует с одним из теплообменников, а теплоизол ционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры.

Сравнение за вл емого решени с другими техническими решени ми показывает , что введение в устройство дополнительного нагревател , вод ных теплообменников, теплоизол ционных вставок, а также установка дополнительного нагревател на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из разделенных теплоизол цией колец, повышает эффективность регулировани температурного пол в центральной зоне. При этом каждое из колец контактирует с одним из теплообменников, а теплоизол ционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры.

На фиг. 1 изображено устройство дл выращивани кристаллов; на фиг. 2 - конструкци теплопроводного элемента; на фиг. 3 - графики температурных полей при различных режимах работы устройства.

Нагревательное устройство содержит верхний 1 и нижний 2 теплоизол ционные кожухи (фиг. 1). Внутри кожухов 1 и 2 расположены теплопроводные (тепловые) трубы 3-6. Вокруг труб 3 и 6 намотаны электронагреватели 7 и 8. Трубы 3 и 6 создают соответственно верхнюю и нижнюю рабочие камеры. Данные камеры разделены между собой теплопроводным элементом, создающим переходную температурную зону. Теплопроводный элемент (фиг. 1 и 2) состоит из верхнего 9 и нижнего 10 теплопроводных колец, разделенных между собой теплоизо

л ционной прокладкой 11, позвол ющей производить теплообмен каждого кольца автономно. Дл отвода теплоты от колец на них установлены с помощью кронштейнов

12 и 13 теплообменники 14 и 15. Дл более качественного разделени температурных камер примен ютс теплоизол ционные вставки 16 и 17. Дл создани высокотемпературной зоны теплопроводный элемент ос0 нащен теплопроводной трубой 18, вокруг которой намотан электронагреватель 19. Перифери теплопроводного элемента помещена в теплоизол ционный кожух 20 (фиг. 1) во избежание травмировани при создании

5 нагревательным элементом высокотемпературной зоны. Дл контрол и управлени режимами работы, а также дл поддержани стабильности температур используютс два термодатчика 21, установленных в нача0 ле и в конце переходной зоны. Нагревательное устройство установлено на четырех опорах 22.

Работа при зонной плавке осуществл етс следующим образом.

5 Пропусканием тока по обмоткам 7 и 8 добиваютс стабильной заданной температуры в верхней и нижней камерах. Затем, пропуска ток через обмотку 19 теплопроводного элемента (каждый виток которой

0 управл етс автономно), создают высокотемпературную зону заданной характеристики . Стабильность достигаетс тем, что от верхней и нижней камер высокотемпературную зону защищают теплоизол ци5 онные вставки 16, 17 (фиг. 1 и 2). Таким образом, теплопроводный элемент при зонной плавке, позвол ет получить заданную стабильную высокотемпературную зону , ограниченную участком АС (фиг. 3). При

0 направленной кристаллизации расплава нагревательные элементы 7 и 8 создают необходимые температуры в своих камерах, а теплопроводный элемент обеспечивает градиентную температурную зону заданной

5 конфигурации и наклона (фиг. 3). Заданные параметры достигаютс путем пропускани через теплообменники 14 и 15, выполненные в виде труб спиральной формы, охлаждающего вещества. Регулиру его расход

0 можно добиватьс различной интенсивности отвода тепла, измен тем самым конфигурацию градиентной зоны ВС. При этом наличие между кольцами 9 и 10 теплоизол ционной прокладки 11 позвол ет стабили5 зировать температуру в точках перехода от высокотемпературной изотермической зоны к градиентной и от градиентной к низкотемпературной изометрической зоне, так как при таком конструктивном решении теп- лоотвод от колец 9 и 10 можно осуществить

автономно с разной степенью интенсивности , при этом один теплообменник может быть отключен дл сокращени прот женности и стабилизации градиентной зоны. Контролируют и управл ют режимами работы теплообменников 14 и 15 и нагревател 10 термодатчики 21.

Применение такого устройства позвол ет повысить однородность состава получаемых зонной плавкой кристаллов, улучшить их качество за счет создани более узких и стабильных высокотемпературной и градиентной зон. а также большей эффективности регулировани температур в этих зонах.

Claims

Формула изобретени Нагревательное устройство дл выращивани кристаллов, содержащее трубчатую рабочую камеру, снабжрнную нагревател ми крайних зон, и охватывающий центральную зону камеры кольцевой теплопроводный элемент, отличающее с тем, что, с целью повышени эффективности регулировани температурного пол в центральной зоне, оно снабжено дополнительным нагревателем, двум автономными вод ными теплообменниками и

теплоизол ционными вставками, дополнительный нагреватель установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из двух разделенных теплоизол цией колец, каждое из которых контактирует с одним из теплообменников, а теплоизол ционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры.

Фаг 1

п

ч 4444s vsss:

fcrzzy ax

.J t.fSffSffffSfSffSSSSSSSSstsr

15

7

в с фиг.З

,мм