УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ Российский патент 1998 года по МПК C30B15/30 C30B15/32 

Известно устройство для выращивания монокристаллов, включающее камеру роста с тепловым узлом, затравкодержатель, соединенный с гибкой подвеской, корпус, установленный на верхней стенке камеры, внутри которого размещен барабан для намотки гибкой подвески, и приводы вращения корпуса и барабана (см. патент Франции N 2484468, МПК C 30 B 15/30, 1981 г.).

В известном устройстве не предусмотрены средства, предотвращающие биение гибкого элемента при вращении, что приводит к его раскачке и отклонению от перпендикулярности оси затравки к поверхности расплава. Это может привести к нарушению кристаллической структуры выращиваемого кристалла или вообще к срыву процесса.

Кроме того, когда гибкая подвеска находится над расплавом, она сильно прогревается, что приводит к нарушению ее механических свойств (теряется упругость и эластичность материала и возможен его обрыв).

Указанные недостатки снижают надежность устройства и качество получаемых кристаллов.

Известно устройство для выращивания монокристаллов, включающее герметичную камеру роста с верхней крышкой; размещенный внутри камеры тепловой узел, содержащий тигель для расплава, нагреватель и систему тепловых экранов; затравкодержатель, расположенный по оси тигля; гибкий элемент для крепления затравкодержателя; установленный на крышке камеры корпус с расположенным в нем намоточным барабаном, соединенным с верхним концом гибкого элемента; и привода вращения корпуса и барабана (см. заявка ФРГ N 3414290, МПК C 30 B 15/30, 15/32, 1985 г.).

Это устройство является наиболее близким предложенному и принято авторами за прототип.

В устройстве-прототипе гибкий элемент не прогревается за счет увеличения длины затравкодержателя и оснащения его тепловыми экранами. Однако, это усложняет конструкцию затравкодержателя. Все остальные недостатки, присущие выше описанному устройству, также характерны и для устройства-прототипа: биение и раскачка гибкого элемента при вращении в случае несовпадения оси вращения и гибкого элемента, или в случае отклонения от вертикальности; возможность нарушения перпендикулярности оси затравки к поверхности расплава.

Изложенные недостатки также делают известное устройство недостаточно надежным и снижают качество получаемых кристаллов.

Сущность предложения заключается в том, что устройство для выращивания монокристаллов включающее герметичную камеру роста с верхней крышкой; размещенный внутри камеры тепловой узел, содержащий тигель для расплава, нагреватель и систему теплоизоляции; затравкодержатель, расположенный по оси тигля; гибкий элемент для крепления затравкодержателя; установленный на крышке камеры корпус с расположенным в нем намоточным барабаном, соединенным с верхним концом гибкого элемента; и привода вращения корпуса и барабана, снабжено стаканом в виде конуса, расположенным внутри камеры по оси тигля, и закрепленным к верхней крышке, имеющим сопряженную с ним центрирующую коническую втулку, охватывающую гибкий элемент, снабженный удлинителем, закрепленным на его нижнем конце, а затравкодержатель имеет шарнир, выполненный в виде сцепленных пластин с отверстиями, сопряженными в точке подвеса остроугольными кромками, при этом одна пластина установлена на затравкодержателе, а другая прикреплена к удлинителю.

Введение в устройство стакана и центрирующей втулки с сопрягаемыми коническими поверхностями, позволяет жестко фиксировать центрирующую втулку в стакане. Тем самым обеспечивают совпадение оси вращения и оси гибкого элемента, а также его соосность с тиглем.

Введение в конструкцию затравкодержателя шарнира обеспечивает за счет минимального трения в точке подвеса постоянство перпендикулярности оси затравки поверхности расплава.

Удлинитель верхним концом соединенный с гибкой подвеской, а нижним с шарниром затравкодержателя, позволяет отдалить гибкий элемент от поверхности расплава, тем самым обеспечить его механическую прочность.

Перечисленные отличительные признаки устройства позволяют повысить его надежность и улучшить качество получаемых кристаллов.

На фиг. 1 представлена схема устройства для выращивания монокристаллов. На фиг. 2 показан разрез элемента 1 фиг. 1.

Устройство содержит герметичную камеру роста 1 с верхней крышкой 2. В камере 1 размещен тепловой узел, содержащий тигель 3 для расплава, установленный в подставке 4, нагреватель 5 и систему теплоизоляции 6. По оси тигля установлен затравкодержатель 7, выполненный из молибдена, который имеет шарнир в виде двух сцепленных пластин 8 и 9, сопряженных в точке подвеса остроугольными кромками. Пластина 8 установлена на плите 10, прикрепленной к затравкодержателю 7 винтами 11. Для перемещения плиты 10 в горизонтальной плоскости предусмотрены установочные винты 12. Пластина 9 соединена с удлинителем 13, прикрепленным к нижнему концу гибкого элемента 14, который пропущен через отверстие конической центрирующей втулки 15, установленной в коническом стакане 16, закрепленном в крышке 2 камеры роста 1. Диаметр отверстия конической центрирующей втулки 15 на 0,1 мм превышает диаметр гибкого элемента 14. Верхний конец гибкого элемента 14 соединен с намоточным барабаном 17, размещенным в герметичном корпусе 18, горловина которого установлена на крышке 2 камеры роста 1. При этом диаметр большего основания конической центрирующей втулки 15 меньше внутреннего диаметра горловины корпуса 18. Вращение барабана 17 осуществляется приводом вращения 19, а корпуса 18 приводом вращения 20.

Устройство работает следующим образом.

В тигель 3 загружают исходный материал. Затем устанавливают затравкодержатель 7 с закрепленной в нем затравкой по оси тигля 3.

После установки затравкодержателя включают нагреватель 5 и расплавляют исходный материал. Затем включают привод 20 вращения корпуса 18, который начинает вращаться вместе с намоточным барабаном 17, гибким элементом 14 и затравкодержателем 7. Далее включают привод 19 вращения намоточного барабана 17, опускают затравкодержатель 7 к поверхности расплава и ведут затравление. Так как, гибкий элемент 14 при опускании затравкодержателя 7 проходит через отверстие центрирующей конической втулки 15, плотно установленной в стакане 16, вероятность его биения практически исключается. А за счет минимального трения в точке подвеса затравкодержателя 7 обеспечивается перпендикулярность оси затравки к поверхности расплава.

После затравления осуществляют вытягивание кристалла, наматывая гибкий элемент 14 на барабан 17. При этом практически исключена раскачка кристалла, так как гибкий элемент 14 центрируется конической втулкой 15.

Когда удлинитель 13 при перемещении вверх гибкого элемента 14 достигнет центрирующей конической втулки 15, то он подхватывает ее и далее они перемещаются вместе в горловину корпуса 18.

Предложенное техническое решение практически исключает биение гибкого элемента при вращении и раскачку кристалла, обеспечивает соосность затравкодержателя и тигля, а также перпендикулярность оси затравки к поверхности расплава, что позволяет повысить надежность устройства и улучшить качество получаемых кристаллов.

Использование: изобретение относится к технологии получения монокристаллов методом Чохральского. Обеспечивает повышение надежности устройства и улучшение качества монокристаллов. Сущность изобретения: устройство содержит камеру роста с верхней крышкой, тепловой узел, затравкодержатель с шарниром, гибкий элемент, верхним концом соединенный с намоточным барабаном. Последний расположен в корпусе, установленном на крышке камеры. Корпус и барабан соединены с приводами вращения. Гибкий элемент имеет удлинитель, связанный с шарниром затравкодержателя. Внутри камеры к ее верхней крышке прикреплен стакан в виде конуса. В нем размещена коническая центрирующая втулка, через которую проходит гибкий элемент. Устройство исключает биение гибкого элемента при вращении и раскачку кристалла, обеспечивает соосность затравкодержателя и тигля, а также перпендикулярность оси затравки к поверхности кристалла. 2 ил.

Устройство для выращивания монокристаллов, включающее герметичную камеру роста с верхней крышкой, размещенный внутри камеры тепловой узел, содержащий тигель для расплава, нагреватель и систему теплоизоляции, затравкодержатель, расположенный по оси тигля, гибкий элемент для крепления затравкодержателя, установленный на крышке камеры корпус с расположенным в нем намоточным барабаном, соединенным с верхним концом гибкого элемента, и приводы вращения корпуса и барабана, отличающееся тем, что устройство снабжено стаканом в виде конуса, расположенным внутри камеры по оси тигля, и закрепленным к верхней крышке, имеющим сопряженную с ним центрирующую коническую втулку, охватывающую гибкий элемент, снабженный удлинителем, закрепленным на его нижнем конце, а затравкодержатель имеет шарнир, выполненный в виде сцепленных пластин с отверстиями, сопряженными в точке подвеса остроугольными кромками, при этом одна пластина установлена на затравкодержателе, а другая прикреплена к удлинителю.