КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C30B13/14 C30B30/08 

Изобретение относится к оборудованию, используемому для получения искусственных кристаллов из расплава, преимущественно в условиях невесомости.

Известен контейнер для выращивания кристаллов, преимущественно арсенида галлия, представляющий собой открытую лодочку из пиролитического нитрида бора, один из концов которого, предназначенный для размещения затравки, выполненным зауженным, а сама лодочка в поперечном сечении имеет форму половины окружности (пат. США N 5032366, кл. H 05 B 3/12, 1991).

Недостатком известного контейнера является то, что он не обеспечивает перемешивания расплава в процессе роста кристаллов, что в свою очередь приводит к неравномерному распределению основных компонентов вещества кристалла и примесей по объему полученного кристалла.

Известен контейнер для выращивания монокристаллов методом зонной плавки, представляющий собой цилиндрический герметичный сосуд, в котором размещают затравку, поликристаллический слиток переменного сечения и взаимодействующий со слитком подпружиненный поршень, который под действием пружины перемещается по мере расплавления слитка (пат. США N 5205997, кл. C 30 B 35/00, 1993).

Недостатком известного устройства является то, что оно также не обеспечивает эффективного перемешивания расплава, что, соответственно, приводит к объемной неоднородности состава по основным компонентам и неравномерному распределению примеси по объему выращенного кристалла.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является известный контейнер, используемый для очистки расплава или жидкости от частиц в условиях невесомости (пат. РФ N 2023772, кл. C 30 B 30/08, 1994).

Контейнер представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого размещен с возможностью перемещения поршень.

Недостатком известного контейнера является ограниченность сферы применения, не позволяющая использовать контейнер для выращивания кристаллов из расплава и обеспечивать эффективное перемешивание в объеме расплава для получения равномерного распределения компонентов примесей по объему.

Заявляемое изобретение направлено на повышение равномерности распределения основных компонент сложных соединений и примесей по объему кристаллов, выращиваемых различными методами из расплава.

Указанный результат достигается тем, что контейнер для выращивания кристаллов содержит сосуд и размещенный в нем с возможностью перемещения поршень, который соединен с виброисточником соединительным элементом, проходящим через продольную прорезь, выполненную в стенке сосуда, а поршень выполнен площадью меньшей площади поперечного сечения сосуда.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются:
соединение поршня с виброисточником;
выполнение в стенке сосуда продольной прорези, через которую пропущен соединительный элемент, соединяющий поршень и источником вибрации;
выполнение поршня площадью меньшей, чем площадь поперечного сечения сосуда.

Как установлено экспериментально, если при осуществлении выращивания кристаллов из расплава разместить в расплавленной зоне источник механических колебаний, то в результате их воздействия на расплав происходит его перемешивание и, как следствие, получаются кристаллы однородного состава по основным компонентам с однородным распределением примесей по их объему. Поэтому, соединение поршня с источником вибрации позволяет обеспечить достижение необходимого результата.

Выполнение продольной прорези в стенке сосуда позволяет обеспечить перемещение поршня вместе с перемешиванием зоны расплава или фронта кристаллизации без потери контакта поршня с виброисточником, поскольку при перемещении поршня внутри сосуда соединительный элемент будет перемещаться внутри прорези.

Выполнение поршня площадью меньшей, чем площадь поперечного сечения контейнера обеспечивает, с одной стороны, перемещение поршня, а с другой - перемешивание расплава, который при перемещении поршня будет перемещаться из надпоршневой полости в подпоршневую.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 показано продольное, а на фиг. 2 поперечные сечения контейнера.

Контейнер содержит сосуд 1, который может быть выполнен из любого известного материала, инертного по отношению к расплаву выращиваемого кристалла, и может быть выполнен с поперечным сечением любой формы круглой, как показано на чертеже, или овальной, шестиугольной, квадратной и т.п. В сосуде с возможностью перемещения размещен поршень 2, площадь которого меньше площади внутреннего поперечного сечения сосуда. Поршень с помощью соединительного элемента 3, пропущенного через прорезь 4 в стенке сосуда, соединен с источником вибраций 5. Соединительный элемент может быть выполнен любой конфигурации, обеспечивающей передачу механических колебаний на поршень и его перемещение внутри сосуда. В качестве источника вибраций может быть использован любой из числа известных, например, Г3-112.

Используется контейнер следующим образом. В сосуде 1, в одном из концов, размещается затравка. К затравке перемещается поршень 2, который устанавливается на некотором расстоянии от нее. Затем свободное пространство заполняется шихтой, из которой будет выращиваться кристалл. Заполненный сосуд устанавливается в печь, в которой будет осуществляться процесс роста. При этом фиксируют источник вибрации с поршнем таким образом, чтобы перемещение поршня осуществлялось вместе с перемещением зоны расплава или фронта кристаллизации. Например, если контейнер на платформе перемещается относительно нагревателя, то источник вибрации крепится жестко к корпусу печи. Если перемещается нагреватель относительно контейнера, то источник вибрации крепится к обечайке нагревателя и т.п.

После расплавления призатравочной области включается источник вибрации 5, соединенный с поршнем 2. Вибрации от источника через соединительный элемент 3 передаются на поршень, что приводит к перемешиванию расплава. По мере перемещения зоны расплава вместе с ней внутри сосуда будет перемещаться и поршень, соединенный с источником вибрации. После перемещения зоны расплава (а следовательно и поршня) от затравки до противоположного конца сосуда, отключают источник вибрации, чтобы исключить передачу механических колебаний на выращенный кристалл.

При выращивании кристаллов, требующих специальной газовой атмосферы, предлагаемый контейнер размещается в соответствующей емкости (ампуле, камере и т. п. ), которая заполняется нужным газом и запаивается, либо через нее осуществляется прокачка газа, в соответствии с требованиями технологического регламента для выращивания кристаллов выбранного состава.

Использование: изобретение относится к оборудованию, используемому для получения искусственных кристаллов из расплава, преимущественно в условиях невесомости. Изобретение направлено на повышение равномерности распределения основных компонентов сложных соединений и примесей по объему кристаллов, выращиваемых различными методами из расплава. Сущность изобретения. Контейнер содержит сосуд и размещенный в нем с возможностью перемещения поршень, который соединен с виброисточником соединительным элементом, проходящим через продольную прорезь, выполненную в стенке сосуда, а поршень выполнен площадью, меньшей площади поперечного сечения сосуда. 2 ил.

Контейнер для выращивания кристаллов, выполненный в виде сосуда с размещенным в нем с возможностью перемещения поршнем, отличающийся тем, что поршень соединен с виброисточником соединительных элементом, проходящим сквозь продольную прорезь, выполненную в стенке сосуда, а поршень выполнен площадью, меньшей площади поперечного сечения сосуда.