UA86876C2 - Method for growth of monocrystals of aluminium oxide - Google Patents
Method for growth of monocrystals of aluminium oxide Download PDFInfo
- Publication number
- UA86876C2 UA86876C2 UAA200710848A UAA200710848A UA86876C2 UA 86876 C2 UA86876 C2 UA 86876C2 UA A200710848 A UAA200710848 A UA A200710848A UA A200710848 A UAA200710848 A UA A200710848A UA 86876 C2 UA86876 C2 UA 86876C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- crystallization
- pressure
- monocrystals
- growth
- single crystals
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 45
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 22
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 6
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 abstract 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 abstract 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 45
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 aluminum carbides Chemical class 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 244000287680 Garcinia dulcis Species 0.000 description 1
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- VVRQVWSVLMGPRN-UHFFFAOYSA-N oxotungsten Chemical class [W]=O VVRQVWSVLMGPRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Істотним недоліком даного способу є також від стехіометрії у зв'язку з високим відновним по- необхідність роботи з газоподібним воднем, який тенціалом середовища, а це, у свою чергу, приво- вимагає відповідних витрат на дотримання техніки дить до оптичної неоднорідності монокристала. безпеки. Тому вирощені цим способом монокристали маютьA significant drawback of this method is also from the stoichiometry due to the high reducing potential of the medium, and this, in turn, leads to the corresponding costs for the observance of the technique to the optical inhomogeneity of the single crystal. security Therefore, single crystals grown in this way have
Відомий спосіб вирощування монокристалів технічну якість (як і в попередньому аналогу). оксиду алюмінію (пат. України Ме16740, Відсоток виходу товарної продукції монокрис-A known method of growing single crystals of technical quality (as in the previous analogue). of aluminum oxide (Ukrainian patent Me16740, Percentage yield of commercial products monocrys-
С30815/00ІЇ, який включає направлену кристаліза- талів при даному способі вирощування коливаєть- цію розплаву в захисному газовому середовищі, ся від 40 до 9095, залежно від чистоти початкової що містить аргон і водень при тиску, вищому за сировини. атмосферний. При цьому перед кристалізацією Відомий спосіб вирощування монокристалів створюють тиск 20-30Па і проводять термічну ди- оксиду алюмінію (пат. України /Ме18923А, соціацію спирту з виділенням водню та оксиду С30815/00Ї, що включає попереднє відкачування вуглецю, а кристалізацію ведуть під тиском 0.1- до тиску 10-20Па і направлену кристалізацію розп- 0.15МПа в атмосфері наступного складу, об. 90: лаву в захисному газовому середовищі оксиду водень і вуглекислий газ 10-20; пари води - не бі- вуглецю при тиску 30-60Па. При цьому захисну льше 5х10; аргон - інше. атмосферу створюють шляхом заповнення моліб-C30815/00II, which includes directed crystallization of the melt in this method of growth in a protective gas environment, from 40 to 9095, depending on the purity of the initial containing argon and hydrogen at a pressure higher than the raw materials. atmospheric. At the same time, before crystallization, a known method of growing single crystals creates a pressure of 20-30 Pa and conducts thermal aluminum dioxide (pat. of Ukraine /Ме18923А, association of alcohol with the release of hydrogen and oxide С30815/00Й, which includes preliminary pumping out of carbon, and crystallization is carried out under a pressure of 0.1 - up to a pressure of 10-20Pa and directed crystallization of 0.15MPa in an atmosphere of the following composition, vol. 90: lava in a protective gas environment of hydrogen oxide and carbon dioxide 10-20; water vapor - not carbon dioxide at a pressure of 30-60Pa. this protective layer is only 5x10; argon is another. The atmosphere is created by filling molybdenum
Даний спосіб не вимагає додаткових заходів денового тигля графітом разом з оксидом алюмі- по техніці безпеки, оскільки газоподібний водень нію і нагрівом його додатковим нагрівачем до тем- утворюється в процесі дисоціації етилового (мети- ператури 1027-142776, внаслідок чого лового) спирту. відбувається реакція відновлення оксиду алюмініюThis method does not require additional measures of deno crucible with graphite together with aluminum oxide - for safety reasons, because hydrogen gas and heating it with an additional heater to tem- is formed in the process of dissociation of ethyl (temperature 1027-142776, as a result of which) alcohol. a reduction reaction of aluminum oxide occurs
При підйомі температури печі кисень, адсор- з утворенням оксиду вуглецю. бований поверхнею екранів і нагрівача, частково Захисні властивості газового середовища на десорбує при температурі 350"С (температура основі СО виявляються таким чином: СО зв'язує в дисоціації спирту на водень і вуглекислий газ), а Со» кисень, що утворюється в процесі дисоціації частково окислює матеріал цих вузлів - вольфрам рідкого оксиду. Основними компонентами газового і молібден. Проте, вже при температурах від 727 середовища є СО і СО», які відкачуються насосом до 1027"С, тобто при температурах, при яких ви- (вміст Нг в середовищі вирощування низький і іс- паровування оксидів цих металів ще не відбува- тотно не впливає на процеси відновлення та ма- ється, вони відновлюються воднем до металевого сопереносу). Обидва ці гази при вказаному тиску і вольфраму і молібдену з утворенням пари води, температурі практично не взаємодіють з вольф- концентрація яких в даних умовах, як встановлено рамом та молібденом, тобто ефект окислення та експериментально, не перевищує 5х10-906.95. При масопереносу майже не виявляється. Це забезпе- таких концентраціях пари води практично не від- чує термін служби нагрівачів і теплових екранів бувається процес окислення вольфрамових та протягом 10000 годин, як і в попередньому анало- молібденових елементів теплового вузла, масопе- гу. Також майже не відбувається і забруднення ренос вольфраму та молібдену в зону нагріву і монокристала домішками конструкційних металів забруднення оксидами молібдену та вольфраму М та Мо, внаслідок чого відсоток виходу товарної початкової сировини і, зрештою, вирощеного крис- продукції склав 85-90905. Крім того, на збільшення тала. Термін служби елементів теплового вузла відсотка виходу придатних кристалів вплинуло і складає 10000 годин, що в 2 рази більше, ніж, на- очищення сировини, яке відбувається в процесі приклад, в умовах вакууму і попереднього анало- інтенсивного випаровування розплаву в процесі га. Тобто, витрати на матеріали теплового вузла, кристалізації, оскільки відомо, що проведення кри- що входять в собівартість вирощуваних монокрис- сталізації в атмосфері СО при тиску 30-60Па су- талів, знизилися в 2 рази в порівнянні з поперед- проводжується достатньо інтенсивним випарову- нім аналогом. ванням початкового матеріалу і домішок. З одногоWhen the furnace temperature rises, oxygen adsorbs with the formation of carbon monoxide. protected by the surface of the screens and the heater, partially The protective properties of the gas medium desorbs at a temperature of 350 "C (the temperature of CO is determined as follows: CO binds in the dissociation of alcohol to hydrogen and carbon dioxide), and CO" oxygen formed in the process of dissociation partially oxidizes the material of these nodes - tungsten liquid oxide. The main components of gaseous and molybdenum. However, already at temperatures from 727 the medium contains CO and CO", which are pumped out by the pump up to 1027 "C, i.e. at temperatures at which the content of Ng in in the growing environment is low and the evaporation of the oxides of these metals has not yet occurred, does not affect the recovery processes and is available, they are reduced by hydrogen to metal co-carrying). Both of these gases at the specified pressure and tungsten and molybdenum with the formation of water vapor, the temperature practically do not interact with tungsten, the concentration of which under these conditions, as determined by ram and molybdenum, that is, the oxidation effect and experimentally, does not exceed 5x10-906.95. It is almost not detected during mass transfer. This ensures that the service life of heaters and heat shields will not be felt at such concentrations of water vapor, the process of oxidation of tungsten and within 10,000 hours, as in the previous analogue molybdenum elements of the heat assembly, mass peg. Also, there is almost no renos contamination of tungsten and molybdenum in the heating zone and the single crystal with impurities of structural metals, contamination with molybdenum and tungsten oxides M and Mo, as a result of which the percentage of the output of marketable initial raw materials and, ultimately, the grown crys product was 85-90905. In addition, to increase tala. The service life of the elements of the thermal unit affected the yield percentage of suitable crystals and is 10,000 hours, which is 2 times more than the purification of raw materials, which takes place in the example process, under conditions of vacuum and previous analog intensive evaporation of the melt in the process of ha. That is, the costs for the materials of the thermal assembly, crystallization, since it is known that the conduct of crystals included in the cost of grown monocrystallization in an atmosphere of CO at a pressure of 30-60Pa sutals, decreased by a factor of 2 in comparison with the pre-carried out sufficiently intensive evaporation - mute analog. starting material and impurities. From one
Потенціал середовища при даному способі боку, це позитивно впливає як на відсоток виходу вирощування є відновним по відношенню до окси- придатної продукції, так і на стехіометричний ду алюмінію, що приводить до розстехіометрії кри- склад розплаву (у кристалі значно знижується кі- стала по кисню. Такі монокристали містять підви- лькість аніонних вакансій, унаслідок чого отриму- щену концентрацію аніонних вакансій різного ють монокристали оптичної якості). Оптична якість зарядового стану, унаслідок чого в них присутні і структурна досконалість кристалів не поступа- смуги поглинання в ультрафіолетовій області спе- ються кращим кристалам, вирощеним за вакуум- ктру і підвищеним коефіцієнтом поглинання у ви- ною технологією. Щільність включень розміром до димій та інфрачервоній областях спектру. Також, 5мкм не перевищує в цьому випадку 10см", що як і в попередньому аналогу, візуально дефекти в знімає обмеження по використанню таких монок- таких кристалах виявляються у вигляді ефекту ристалів в оптиці та оптоелектроніці. Вартість та- «тиндалевського» розсіювання променя НешМе- ких монокристалів приблизно у 2 рази більше, ніж лазера. в попередніх двох аналогах і відповідає вартостіThe potential of the environment with this method has a positive effect both on the percentage of growth yield is reducible in relation to oxidizable products, and on the stoichiometric value of aluminum, which leads to disstoichiometry of the crystal composition of the melt (in the crystal, the oxygen crystal is significantly reduced Such single crystals contain a sub-magnitude of anion vacancies, as a result of which the obtained concentration of anion vacancies differs from single crystals of optical quality). The optical quality of the state of charge, as a result of which the structural perfection of the crystals present in them is not inferior - the absorption bands in the ultraviolet region are similar to the best crystals grown under vacuum and with an increased absorption coefficient in the wine technology. The density of inclusions in the smoke and infrared regions of the spectrum. Also, in this case, 5 μm does not exceed 10 cm", which, as in the previous analogue, visually defects in the removal of restrictions on the use of such single-crystals are manifested in the form of crystal effects in optics and optoelectronics. The cost of "Tyndale" scattering of the NashMe beam of single crystals is about 2 times more than the laser in the previous two analogues and corresponds to the cost
Подальші дослідження показали, що таке роз- монокристалів, вирощених за вакуумною техноло- сіювання пов'язане з наявністю у вирощених мо- гією. нокристалах включень невеликого розміру (до З іншого боку, інтенсивне випаровування роз- 5мкм), що мають щільність до 106см", і, ймовірно, плаву зменшує об'єм вирощуваного монокристала складаються із збідненої киснем фази оксиду (7590). Недоліком даного способу є і необгрунто- алюмінію - алюмо-алюмінієвої шпінелі. Утворення вано високі (як і у всіх описаних вище способів) таких частинок пов'язане з відхиленням розплаву витрати на конструкційні матеріали: вольфрам та молібден, термін служби яких обмежується їх пла- їх заміни, а також забруднення при цьому теплово- стичністю при високих температурах, необхідністю го вузла оксикарбідами та карбідами алюмінію, їх ремонту з нагрівом на повітрі і т.д. внаслідок чого необхідне його очищення практич-Further studies showed that this separation of single crystals grown using vacuum technology is associated with the presence of magic in those grown. monocrystals of inclusions of small size (up to On the other hand, intensive evaporation of 5 μm), having a density of up to 106 cm", and probably melt reduces the volume of the grown single crystal consist of an oxygen-depleted oxide phase (7590). The disadvantage of this method is also base-aluminum - aluminum-aluminum spinel. The formation of such particles is high (as in all the methods described above) due to the deviation of the melt, the consumption of structural materials: tungsten and molybdenum, the service life of which is limited by their replacement plates, as well as contamination at the same time by thermal conductivity at high temperatures, the need for the assembly with oxycarbides and aluminum carbides, their repair with air heating, etc., as a result of which it is necessary to clean it practically
У всіх приведених аналогах вирощування но після кожного вирощування, що приводить до здійснюють в теплових вузлах, елементи якого збільшення трудомісткості технологічного процесу. виконані з вольфраму та молібдену. Розміри ви- Як прототип нами вибраний останній з анало- рощених монокристалів не перевищують гів. 25х100х250мм3. У основу даного винаходу поставлено завдан-In all of the given analogues of cultivation, but after each cultivation, which leads to the implementation in thermal units, the elements of which increase the labor intensity of the technological process. made of tungsten and molybdenum. The dimensions of the last of the analog-grown single crystals, which we chose as a prototype, do not exceed 1000 g. 25x100x250mm3. The basis of this invention is the task
Відомий спосіб одержання монокристалів ту- ня розробки менш трудомісткого способу вирощу- гоплавких оксидів, переважно оксиду алюмінію вання монокристалів оксиду алюмінію з високими (ас. СРСР Мео1599447, С30811/02.29/20), що вклю- оптичними характеристиками і збільшеним термі- чає нагрів та розплавлення сировини в тепловому ном служби конструкційних матеріалів теплового вузлі з вуглеграфітових матеріалів в атмосфері вузла. аргона при тиску 5х103-1х10"Па. В процесі виро- Рішення поставленої задачі забезпечується щування проводять продувку ростової камери ар- тим, що в способі вирощування монокристалів гоном з метою зниження домішок СО, М2 та Нео в оксиду алюмінію, який включає попереднє відка- середовищі вирощування до рівня не більш, ніж чування до тиску 10-20Па і направлену кристалі- 0.0506.95 кожної, що підвищує якість одержаних зацію розплаву в захисному газовому середовищі, монокристалів, а також з метою усунення карбіди- згідно винаходу, перед кристалізацією здійснюють зації тигля при вирощуванні. термообробку теплового вузла та сировини приA known method of obtaining monocrystals is the development of a less time-consuming method of growing fusible oxides, mainly aluminum oxide, and single crystals of aluminum oxide with high optical characteristics and increased thermal heating and melting of raw materials in the thermal nom of service of structural materials of the thermal unit from carbon graphite materials in the atmosphere of the unit. argon at a pressure of 5x103-1x10"Pa. In the process of growing, the solution to the given problem is provided by purging the growth chamber with an art. that in the method of growing single crystals with the aim of reducing impurities of CO, M2 and Neo in aluminum oxide, which includes preliminary pumping growing medium to a level no more than pressure of 10-20Pa and directional crystallization of each, which increases the quality of the obtained melt in a protective gas environment, single crystals, and also in order to eliminate carbides according to the invention, before crystallization crucible during cultivation, heat treatment of the heat assembly and raw materials during
Проте, недоліком цього способу є: швидке зго- 2030-20507С протягом 4-5 годин при безперерв- рання вуглеграфітових екранів теплового вузла ному відкачуванні, потім напускають аргон до тис- внаслідок взаємодії їх з киснем та водою, що пос- ку 0,1-0,15МПа, а в процесі кристалізації здійсню- тупають в ростову камеру з навколишнього сере- ють хімсорбцію водню. довища; додатковий догляд в обслуговуванні за Проведення попередньої термообробки при пристроєм для продувки та очищення аргону; від- часових і температурних режимах, що заявляють- сутність термообробки теплового вузла та сирови- ся, приводить до знегажування та очищення теп- ни. лового вузла, стінок ростової камери і сировини,However, the disadvantage of this method is: rapid combustion 2030-20507C for 4-5 hours with continuous heat-node pumping of carbon graphite screens, then argon is introduced to a pressure due to their interaction with oxygen and water, which is 0.1 -0.15 MPa, and in the process of crystallization chemisorption of hydrogen is carried out. livestock; additional care in maintenance for carrying out preliminary heat treatment with a device for purging and argon cleaning; time and temperature regimes, which state the essence of heat treatment of the thermal unit and the curd, leads to degassing and purification of the pore. fishing node, growth chamber walls and raw materials,
Ще однією причиною відмови від використання забезпечуючи тим самим, рівновагу в системі се- цього способу при вирощуванні великогабаритних редовище - тепловий вузол, сировина. монокристалів оксиду алюмінію є залежність кіль- У цих умовах, як показали експерименти, за- кості домішок у газовому середовищі від об'єму безпечується ефективне відведення продуктів теплового вузла та ростової камери. При вирощу- реакції (при очищенні сировини) та десорбції (при ванні монокристалів розмірами до 30х170х250мм3 знегажуванні теплового вузла), що покращує опти- створення домішок СО, Ме» і Нг у газовому середо- чну якість вирощуваних монокристалів. вищі ростової камери буде потребувати більш по- Вихід за граничні режими часових і темпера- тужного як компресора, так і апарата для газової турних параметрів, що заявляються, з одного боку, очистки, що підвищить собівартість вирощених не забезпечує повного знегажування та очищення, монокристалів. а з другого - приводить до збільшення витратиAnother reason for refusing to use, thereby ensuring balance in the system of this method when growing large-sized rows is the thermal unit, raw materials. of single crystals of aluminum oxide, there is a dependence of the number of. In these conditions, as experiments have shown, the presence of impurities in the gas medium on the volume ensures effective removal of the products of the thermal unit and the growth chamber. During the growth reaction (during the purification of raw materials) and desorption (during the bath of single crystals with sizes up to 30x170x250mm3, degassing of the thermal unit), which improves the optical quality of the grown single crystals. higher growth chamber will require more time and temperature limit regimes of both the compressor and the apparatus for gas tour parameters, which are claimed, on the one hand, for cleaning, which will increase the cost of grown single crystals. and from the second - leads to an increase in costs
Відомий спосіб вирощування великогабарит- електроенергії та зносу матеріалів теплового вуз- них монокристалів оксиду алюмінію (А.Ма. Бапко, ла без істотного поліпшення якості монокристалів.There is a well-known method of growing large-sized electric power and material wear of thermally dense single crystals of aluminum oxide (A.Ma. Bapko, la. without significant improvement in the quality of single crystals.
М.5. Зіаєїпікома, с.Т. АдопкКіп, М.М. Капізпеопем, Напуск аргону і вирощування монокристалівM.5. Ziayeipikoma, s.T. AdopkKip, M.M. Kapizpeopem, Argon injection and single crystal growth
М.Р. Каїйісп, А.Т. Видпіком. ЕМПесі ої айегепі дав оксиду алюмінію при тиску 0.1-0.15МПа, як пока- теадіа ивей іп дгоміпо Іеєисозаррпіге зіпдіє сгузіаїв зали експерименти, призводить до зниження шви- оп Ше давз-їптіпуд ітрипу сопсепігайопе (Пегеїп дкості випаровування розплаву в процесі кристалі- апа (Неїг оріїса! ргорепієз // Рипсійопа! Маїега!5. М.7 зації практично в 10 разів, в порівнянні зM.R. Kaiyisp, A.T. Baking The emphases of aluminum oxide at a pressure of 0.1-0.15 MPa, as a result of the reduction of the speed of evaporation of the melt in the process of crystallization (Neig oriisa! rgorepiez // Rypsiyopa! Maiega! 5. M.7 zation almost 10 times, compared to
Мо4(2), 2000, Р. 801-806)Ї, що включає попереднє прототипом, внаслідок чого збільшується термін відкачування до тиску 10-20Па і направлену крис- служби вуглеграфітових екранів і знижується тру- талізацію розплаву в захисному газовому середо- домісткість процесу (немає необхідності після ко- вищі оксиду вуглецю при тиску 30-60Па (як і в тре- жного вирощування проводити заміну вуглеграфі- тьому аналогу) Проте захисну атмосферу тових частин теплового вузла і чищення ростової створюють шляхом заміни 7095 теплових екранів з камери).Мо4(2), 2000, R. 801-806), which includes the previous prototype, as a result of which the time of pumping to a pressure of 10-20Pa increases and the directional crystallisation of carbon graphite screens and the reduction of the melting temperature in the protective gas environment of the process (there is no need to replace the carbon-graphite analogue after carbon monoxide is heated at a pressure of 30-60 Pa (as in slow growing). However, the protective atmosphere of the parts of the heating unit and cleaning of the growing room is created by replacing 7095 thermal screens from the chamber).
М/ та Мо на вуглеграфітові композитні матеріали. В процесі кристалізації в атмосфері аргону, вM/ and Mo on carbon graphite composite materials. In the process of crystallization in an argon atmosphere,
Завдяки цьому істотно знижуються витрати на ма- результаті розкладу води, яка десорбує з «холод- теріали теплового вузла (- у 2 рази в порівнянні з них» елементів ростової камери, утворюється во- третім аналогом), оптична якість вирощуваних день, парціальний тиск якого, як показали експе- монокристалів не знижується. Якщо витрати на рименти, знаходиться на рівні ЗОПа на початку матеріали теплового вузла з М/ та Мо в третьому кристалізації, але в процесі зростання може дося- аналогу складали 6095 від всієї собівартості одного гати 400Па. Проте, як показали експерименти, тиск вирощування, то після заміни конструкційних ма- водню вище З0Па (критичне значення) приводить теріалів - 4095. Даним способом вирощують моно- до розстехіометрії розплаву, внаслідок чого у ви- кристали розміром до 30х170х250мм3. рощуваному монокристалі утворюються аніонніThanks to this, material costs are significantly reduced as a result of the decomposition of water, which desorbs from the "refrigerator of the thermal unit (- 2 times compared to them" elements of the growth chamber, is formed by the third analogue), the optical quality of the grown day, the partial pressure of which , as shown by ex- single crystals does not decrease. If the costs for the ryments are at the level of ZOPa at the beginning, the materials of the thermal unit with M/ and Mo in the third crystallization, but in the process of growth it can reach 6095 of the entire cost of one vat of 400Pa. However, as the experiments showed, the growth pressure, after replacing the structural hydrogen above 30 Pa (critical value), leads to material - 4095. This method grows mono- to disstoichiometry of the melt, resulting in crystals up to 30x170x250mm3 in size. anionic ones are formed in the fused single crystal
Недоліком цього способу є швидке згорання вакансії, включення іншої фази, збідненої по кис- вуглеграфітових частин теплового вузла в резуль- ню, розміром до 5мкм, що знижує оптичну якість таті дії парової фази оксиду алюмінію, що вимагає цих монокристалів. Зниження парціального тиску водню до рівня, що не перевищує З0Па, тобто до Запропонований спосіб реалізують наступним критичного значення, в способі, що заявляється, чином. забезпечується його хімсорбцією, наприклад, ви- Молібденовий тигель з сировиною оксиду паровуванням кальцію, який активно взаємодіє з алюмінію поміщають в тепловий вузол кристаліза- воднем, а потім конденсується на «холодних» сті- ційної камери. Після відкачування камери форва- нках кристалізаційної камери у вигляді з'єднання куумним насосом до тиску 20Па проводять знега- гідриду кальцію (СанН?г). Це дозволяє підтримувати жування вуглеграфітового теплового вузла і тигля парціальний тиск водню протягом всього процесу з сировиною при температурі 20507С протягом 4 кристалізації на рівні, що не перевищує З0Па, що, годин, потім в кристалізаційну камеру напускають у свою чергу, забезпечує вирощування монокрис- аргон до тиску 0.1МПа і здійснюють вирощування талів високої оптичної якості. монокристала методом направленої кристалізації.The disadvantage of this method is the rapid burning of the vacancy, the inclusion of another phase depleted of oxygen-carbon-graphite parts of the thermal unit in the solution, up to 5 μm in size, which reduces the optical quality of the action of the vapor phase of aluminum oxide, which requires these single crystals. Reducing the partial pressure of hydrogen to a level that does not exceed 30 Pa, i.e. to The proposed method is implemented in the following critical manner, in the claimed method. provided by its chemisorption, for example, a molybdenum crucible with oxide raw material by vaporization of calcium, which actively interacts with aluminum, is placed in a thermal unit with crystalline hydrogen, and then condensed in the "cold" stationary chamber. After pumping out the chamber, calcium anhydride (SanH?g) is pumped into the inlets of the crystallization chamber in the form of a connection with a vacuum pump to a pressure of 20 Pa. This makes it possible to maintain the partial pressure of hydrogen during the entire process with the raw material at a temperature of 20507C during 4 crystallization at a level not exceeding 30Pa, which, hours, then is introduced into the crystallization chamber in turn, ensures the growth of single crystal argon to pressure of 0.1 MPa and grow high optical quality thallus. single crystal by the method of directional crystallization.
Крім того, присутність незначної кількості вод- При цьому для зниження парціального тиску від- ню («х30Па) в середовищі вирощування створює новної компоненти (Нг) в процесі кристалізації в слабо відновне середовище, що майже повністю захисному газовому середовищі аргону до значень усуває процес окислення вольфрамових та моліб- нижче критичного, встановленого експеримента- денових елементів теплового вузла. льно (-30Па), здійснюється випаровування каль-In addition, the presence of a small amount of water in the growing medium creates a new component (Hg) in the process of crystallization in a weakly reducing environment, which almost completely eliminates the oxidation process in the protective gas environment of argon to values tungsten and molybdenum elements below the critical, experimentally determined element of the thermal unit. (-30 Pa), evaporation of cal-
Зменшення тиску аргону нижче 0.1МПа приве- цію з окремого тигля, що нагрівається до темпера- де до натікання повітря в ростову камеру, збіль- тури плавлення металічного кальцію і шенню в результаті цього процесу окислення ма- встановленого в кристалізаційній камері, але за теріалів теплового вузла і масопереносу М/ та Мо, межами робочого об'єму теплового вузла. Пари що погіршить якість монокристалів і понизить тер- кальцію активно взаємодіють з воднем, які потім мін служби теплових екранів. Вирощування моно- конденсуються на «холодних» стінках кристаліза- кристалів при тиску вище 0.15МПа призведе до ційної камери у вигляді з'єднання СаН». Це дозво- невиправданих витрат на ростове устаткування, ляє підтримувати в процесі кристалізації парціаль- електроенергію та збільшення вірогідності збою ний тиск водню на рівні не більше З0Па. технологічного процесу. Вирощені даним способом монокристали роз-Reducing the pressure of argon below 0.1 MPa from a separate crucible that is heated to the temperature until air flows into the growth chamber, the melting of metallic calcium and the formation of metal as a result of this oxidation process is installed in the crystallization chamber, but with the materials of thermal node and mass transfer M/ and Mo, within the limits of the working volume of the thermal node. Vapors that will deteriorate the quality of single crystals and lower calcium ter- calcium actively interact with hydrogen, which then min the service of heat shields. Growing mono- condenses on the "cold" walls of crystallization crystals at a pressure above 0.15MPa will lead to the tion chamber in the form of a CaH compound." This allows for unjustified costs for growth equipment, to maintain partial electricity in the crystallization process and to increase the probability of failure of the hydrogen pressure at a level of no more than 30Pa. technological process. Single crystals grown by this method are
Пари кальцію (для здійснення хімсорбції Нг) міром 30х170х250мм3 мають наступні структурні і отримують в результаті нагріву тигля з металевим оптичні властивості: щільність дислокацій «10'см'; кальцієм до температури його плавлення. Тигель з напівширина кривої коливання «6-20сек; хімічна металевим кальцієм розташований в ростовій ка- чистота АІ2О3»99,99795; концентрація окремих до- мері за межами робочого об'єму теплового вузла мішок «1Оррт, Ті - «Аррт; щільність центрів розсі- для вирощування монокристалів, що виключає яння розміром до 5мкм не більше 10'см. можливість попадання кальцію у вирощуваний Вирощені монокристали не мають обмежень монокристал. Для серійної установки по вирощу- для використання в стандартній оптиці та опто- ванню монокристалів типу СЗВН - 155.320.35/22- електроніці.Calcium vapors (for chemisorption of Hg) measuring 30x170x250mm3 have the following structural and optical properties obtained as a result of heating a crucible with metal: dislocation density "10 cm"; calcium to its melting temperature. Crucible with the half-width of the oscillation curve "6-20sec; chemical calcium metal is located in growth quality AI2O3»99.99795; the concentration of individual domeri outside the working volume of the thermal unit bag "1Orrt, Ti - "Arrt; the density of scattering centers for the growth of single crystals, which excludes the size of up to 5 μm, no more than 10 cm. the possibility of calcium getting into the grown Grown single crystals have no limitations single crystal. For a serial plant for growing - for use in standard optics and optoelectronics of SZVN-type single crystals - 155.320.35/22- electronics.
И1 об'ємом кристалізаційної камери М-0.5м3, як Приклади з іншими величинами параметрів, показали експерименти, при заявлених режимах що заявляються, приведені в таблиці. Як випливає вирощування кількість Са складає 4.5гр. Ця кіль- з таблиці, вихід за граничні значення параметрів, кість достатня для забезпечення Рнг:3ОоПа. що заявляються, не забезпечує рішення постав-I1 with the volume of the crystallization chamber M-0.5m3, as examples with other values of the parameters, experiments showed, under the declared regimes, which are given in the table. As it follows from cultivation, the amount of Ca is 4.5 g. This number is from the table, output beyond the limit values of the parameters, the quantity is sufficient to ensure Rng: 3OoPa. that are declared, does not provide a solution to supply
Використання хімсорбції Но2 забезпечує отри- леної задачі. мання кристалів оптичної якості (щільність вклю- Застосування даного способу забезпечує збі- чень розміром до 5мкм не перевищує 10'см'3). льшення виходу товарної продукції на 20905 в порі-The use of chemisorption of Но2 provides a unique task. the production of optical quality crystals (the density of inclusions of up to 5 µm in size does not exceed 10 cm3). improvement of the output of marketable products by 20,905 in comparison
В таблиці приведені порівняльні характеристи- внянні з прототипом. Термін служби теплових ек- ки вирощених монокристалів відповідно до заяв- ранів з вуглеграфітового матеріалу і елементів з леного способу та способу-прототипу, а также вольфраму та молібдену складає 20000 годин, що приклади реалізації запропонованого способу з в 2 рази вище, ніж в прототипі. При цьому витрати різними режимами процесу. на матеріали теплового вузла від всієї собівартості одного вирощування складають 2595.The table shows comparative characteristics with the prototype. The service life of the heat exchangers of the grown single crystals according to the claims made of carbon graphite material and elements from the cast method and the prototype method, as well as tungsten and molybdenum, is 20,000 hours, which is 2 times higher than in the prototype. At the same time, the costs of different process modes. 2,595 for the materials of the heating unit from the entire cost of one cultivation.
ТаблицяTable
Гра Час терм - Строк служ- | Витрати (матеріа-Game Time of term - Term of service - | Costs (materials
Мо терм, "Тиск Аг, | Тиск Якість - п/п | обр-ки, обр-ки, МПа | нь, Па кр-ла би тепл. ли, обладнання, Примітки "б год вузла, год електроен.) 1 | 2030 | 5 | 05 | 25 |Оптична| 20000 |мінмальн../ 2 | 2040 | 45 | 071 | 25 |Оптична| 20000 | міімальні./:/Mo term, "Pressure Ag, | Pressure Quality - p/p | obr-ky, obr-ky, MPa | n, Pa kr-la bi thermal. ly, equipment, Notes "b node hour, electric power hour) 1 | 2030 | 5 | 05 | 25 |Optical| 20000 |minmaln../ 2 | 2040 | 45 | 071 | 25 |Optical| 20000 | minimal./:/
З | 2050 | 4 | 01 | 25 |Оптична| 20000 |мінмальн..// й Завищені (на ма- Недостатнє знегажування 4 2020 5 0 35 Технічна -20000 теріали) ростової камери та тигля з сировиною рено |ен|и|оннн сюю |унох | муть 2060 4 0.15 25 Оптична -20000 теріали та елект- роен.) ня розплавуWith | 2050 | 4 | 01 | 25 |Optical| 20000 |minmaln..// y Overpriced (for ma- Insufficient decontamination 4 2020 5 0 35 Technical -20000 terials) of growth chamber and crucible with raw materials reno |en|y|onnn syu |unoh | cloud 2060 4 0.15 25 Optical -20000 materials and electronic) melt
Завищені(на елек- | Необгрунтовані витратиOverpriced (for electricity | Unreasonable costs
Геї 50 11 5 еяне| сою | меменеттк| евтетттяGays 50 11 5 eyane| soy | memenettk| euthetty
Продовження таблиціContinuation of Table
Завищені (на ма- Недостатнє знегажування 7 2050 З 0.15 35 Технічна -20000 те іди) ростової камери та тигля з р. сировиноюInsufficient degassing 7 2050 Z 0.15 35 Technical -20000 te id) of the growth chamber and crucible with raw materials are overstated
Завищені (на ма- Недостатнє знегажування 2040 4.5 0.05 35 Технічна -20000 те іди) ростової камери та тигля з р сировиноюOverpriced (by ma- Insufficient degassing 2040 4.5 0.05 35 Technical -20000 te ide) growth chamber and crucible with raw materials
Завищені (на об- Необгрунтовані витрати 2040 4.5 02 25 Оптична 20000 ладнання та елек- РУ рати. троен.) аргону та електроенергіїOverpriced (for ob- Unreasonable costs 2040 4.5 02 25 Optical 20,000 arrangement and electr- RU rata. troen.) of argon and electricity
Й в Й В -2 рази вищі за ши 3-6х107 | 10-20 | Оптична 10000 заявленіY v Y V -2 times higher than shi 3-6x107 | 10-20 | Optical 10,000 declared
Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 28 прим.Computer typesetting by N. Lysenko Signature Circulation 28 approx.
Міністерство освіти і науки УкраїниMinistry of Education and Science of Ukraine
Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, УкраїнаState Department of Intellectual Property, str. Urytskogo, 45, Kyiv, MSP, 03680, Ukraine
ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601SE "Ukrainian Institute of Industrial Property", str. Glazunova, 1, Kyiv - 42, 01601
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200710848A UA86876C2 (en) | 2007-10-01 | 2007-10-01 | Method for growth of monocrystals of aluminium oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200710848A UA86876C2 (en) | 2007-10-01 | 2007-10-01 | Method for growth of monocrystals of aluminium oxide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA86876C2 true UA86876C2 (en) | 2009-05-25 |
Family
ID=50631212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA200710848A UA86876C2 (en) | 2007-10-01 | 2007-10-01 | Method for growth of monocrystals of aluminium oxide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA86876C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453624C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Procedure for production of mono-crystal of tungsten - tantalum alloy |
-
2007
- 2007-10-01 UA UAA200710848A patent/UA86876C2/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453624C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Procedure for production of mono-crystal of tungsten - tantalum alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9862612B2 (en) | Method for producing silicon metal and porous carbon | |
| NO330157B1 (en) | Process and apparatus for producing high purity silicon | |
| US8257492B2 (en) | Methods for purifying metallurgical silicon | |
| US20110243826A1 (en) | Method and System for Manufacturing Silicon and Silicon Carbide | |
| JPH11157982A (en) | Production of calcium difluoride crystal and treatment of raw material | |
| US20180078976A1 (en) | Chamber cleaning method using f2 and a process for manufacture of f2 for this method | |
| EA015760B1 (en) | A method and a reactor for production of high-purity silicon | |
| UA86876C2 (en) | Method for growth of monocrystals of aluminium oxide | |
| JP4392675B1 (en) | High purity silicon production equipment | |
| JP4817307B2 (en) | Granular semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus | |
| EP2824071B1 (en) | Silicon refining device | |
| KR100632879B1 (en) | An apparatus for manufacturing glass base material and a method for manufacturing glass base material | |
| JP2004099421A (en) | Method for manufacturing silicon | |
| RU2663130C1 (en) | Method for growing silicon monocrystal from melt | |
| RU2472875C1 (en) | Method for growing silicon monocrystal from molten metal | |
| RU2707053C1 (en) | Method of cleaning metallurgical silicon from carbon | |
| RU1658668C (en) | Method of growing monocrystals of hard-melting oxides | |
| JP2008239361A (en) | Method for regenerating heat insulating material used for heating and fusing furnace for metal fluoride | |
| SU967549A1 (en) | Method of carbon adsorbent | |
| TW202237531A (en) | Method and device for producing a sic solid material | |
| RU2341458C2 (en) | Method of cleaning iodides of alkali metals from impurities of organic compounds | |
| UA78462C2 (en) | Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth | |
| JP2013241280A (en) | Method and equipment for producing high purity silicon for solar cell | |
| CN102803139A (en) | Method and apparatus for purifying silicon | |
| JPH0247309A (en) | Production of improved graphite fiber |