УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ Российский патент 2024 года по МПК C30B25/14 C30B29/20 C30B29/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для выращивания кристаллов и к способу выращивания кристаллов.

Уровень техники

Монокристалл или монокристаллическое твердое вещество представляет собой материал, в котором кристаллическая решетка всего образца является непрерывной и цельной до краев образца без границ зерен. Отсутствие дефектов, связанных с границами зерен, может придавать монокристаллам уникальные свойства, в частности механические, оптические и электрические, которые также могут быть анизотропными, в зависимости от типа кристаллографической структуры. Эти свойства, кроме того, что делают их ценными в некоторых драгоценных камнях, промышленно используются при технологических применениях, в частности в оптике и электронике.

Выращивание кристаллов представляет собой процесс, при котором уже существующий кристалл становится больше по мере того, как больше молекул или ионов добавляются на свои позиции в кристаллической решетке. Кристалл определяется как содержащий атомы, молекулы или ионы, расположенные в упорядоченно повторяющейся модели, кристаллической решетке, распространяющейся во всех трех пространственных измерениях. Таким образом, выращивание кристаллов отличается от выращивания жидкой капли тем, что во время выращивания молекулы или ионы должны попасть в правильные положения решетки, чтобы высокоупорядоченный кристалл мог расти.

Кристаллизация биологической макромолекулы, такой как белок в основном адаптирована для выполнения обработки по удалению растворителя из водного или безводного раствора, содержащего макромолекулу, тем самым достигая перенасыщенного состояния и выращивая кристалл аналогично случаю обычного низкомолекулярного соединения, такого как неорганическая соль. Типичными способами для этого являются, например, периодический способ, метод диализа и метод корреляционной диффузии газ-жидкость, которые выбираются в зависимости от типа, количества, свойств и т.д. образца.

Например, рост кристаллов можно использовать для получения монокристаллов полупроводников (например, кремния, германия и арсенида галлия), металлов (например, палладия, платины, серебра, золота), солей и синтетических драгоценных камней.

Дополнительное применение может представлять собой выращивание больших цилиндрических слитков или булей монокристаллического кремния, используемого в электронной промышленности для изготовления полупроводниковых устройств, таких как интегральные схемы.

Для выращивания кристаллов тигель помещается внутрь печной камеры. Для образования кристаллического компонента затравочный кристалл размещается внутри тигля. Затравочный кристалл обычно изготавливается из желаемого кристаллического материала, который является материалом кристаллического компонента, который должен быть образован. Печь нагревается, так что кристаллический материал внутри тигля находится в расплавленном и жидком состоянии. Кристаллический компонент образуется путем выращивания кристаллического компонента, исходя из затравочного кристалла на дне тигля.

Однако во время процесса выращивания трудно обеспечить стабильную температуру, давление и газ. Таким образом, трудно вырастить крупноразмерные и высококачественные монокристаллы из SiC, Al₂O₃ и т.д.

Сущность изобретения

Следовательно, целью настоящего изобретения является предоставление печи для выращивания кристаллов с однородной атмосферой для выращивания крупных кристаллов.

Данная цель достигается с помощью устройства для выращивания кристаллов и способа выращивания кристаллов в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставлено устройство для выращивания кристаллов. Устройство содержит камеру и тигель, расположенный в обогреваемом пространстве для размещения камеры, при этом тигель имеет внутренний объем, который сконфигурирован для выращивания кристаллов внутри. Тигель имеет дно, от которого соответствующие боковые стенки проходят в верхнюю секцию тигля. Тигель содержит, по меньшей мере, одну секцию осаждения, которая сконфигурирована для прикрепления затравочного кристалла, причем секция осаждения сформирована, по меньшей мере, на одной из боковой стенки и верхней секции тигля.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предоставлен способ выращивания кристаллов. В соответствии со способом затравочный кристалл прикрепляют к секции осаждения тигля, в котором секция осаждения сформирована, по меньшей мере, на одной из боковой стенки и верхней секции тигля. Кроме того, кристаллы выращиваются внутри внутреннего объема тигля, размещенного в обогреваемом пространстве для размещения камеры.

Устройство может представлять собой печь, содержащую камеру, которая предоставляет обогреваемое пространство для размещения тигля. Устройство и тигель соответственно нагревают внутренний объем тигля до достижения желаемой температуры. Температура, которая может быть обеспечена внутри внутреннего объема, может составлять от 100°C до 1400°C, предпочтительно приблизительно до 2100°C или более. Камера может содержать изоляционный материал, так что внутренний объем тигля термически изолирован от окружающей среды, т. е. промежуточного объема, окружающего корпус.

Тигель имеет внутренний объем, в котором происходит выращивание кристалла. Внутрь тигля может быть помещен затравочный элемент. Затравочный элемент изготовлен из желаемого монокристаллического материала, такого как сапфир. Кроме того, реакционная жидкость, например, реакционная жидкость или реакционный газ, такой как желаемый кристаллический материал, например, кракле оксида алюминия высокой чистоты помещается во внутренний объем тигля. Если температура внутри тигля увеличивается, желаемый материал в реакционной жидкости/газе растет на поверхности затравочного кристалла. Тигель может иметь цилиндрическую форму с круглой, эллиптической или прямоугольной поверхностью основания.

Внутри внутреннего объема тигля цель состоит в обеспечении желаемого температурного градиента для контроля выращивания кристалла. Однако вследствие конвекции трудно обеспечить, например, более высокие температуры в нижней области, чем в других областях внутреннего объема тигля.

Следовательно, в соответствии с подходом настоящего изобретения осаждение затравочного кристалла происходит на секциях осаждения, которые определены на боковых стенках тигля или в верхней области тигля. Затравочный кристалл может быть прикреплен, например, с помощью специального клея к секциям осаждения. Кроме того, секции осаждения могут образовывать ступеньку на внутренней стенке тигля, так что затравочный кристалл может быть расположен на ступеньке, образующей секцию осаждения, без каких-либо адгезивных материалов.

Следовательно, рост кристаллов происходит на расстоянии от дна в областях внутреннего объема, которые можно контролировать по температуре более точно. Если секции осаждения расположены на боковых стенках тигля или в его верхней секции, рост кристаллов от соответствующего затравочного кристалла направлен вбок от боковой стенки тигля к центру тигля или в обратном порядке, от верха тигля ко дну тигля. Основываясь на боковом росте и направлении роста сверху вниз, зародышеобразование на секциях осаждения контролируется должным образом, так что можно уменьшить дефекты атомной упаковки. Следовательно, рост кристаллов происходит в желаемой атмосфере выращивания во внутреннем объеме тигля, так что можно выращивать более крупные кристаллы.

В соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения на дне нет секции осаждения для затравочного кристалла. Следовательно, температуры вблизи дна во внутреннем объеме не влияют на однородный рост кристаллов в центральной секции и верхней секции тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель расширяется между дном и верхней секцией в вертикальном направлении. Другими словами, нижняя секция самого нижнего положения тигля и верхняя секция самого верхнего положения тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления настоящего изобретения тигель содержит множество секций осаждения, каждая из которых сконфигурирована для прикрепления соответствующего затравочного кристалла. Секции осаждения разнесены друг от друга и образованы, по меньшей мере, на одной из боковой стенки и верхней секции тигля. Следовательно, из различных боковых и верхних положений тигля можно выращивать множество кристаллов в направлении к центру тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель содержит, по меньшей мере, один выступ, проходящий от внутренней поверхности, в частности от боковой стенки или верхней секции тигля во внутренний объем, при этом секция осаждения образована на выступе. Следовательно, секции осаждения могут образовывать ступеньку на внутренней стенке тигля, так что затравочный кристалл может быть размещен на ступеньке, образующей секцию осаждения, без каких-либо адгезивных материалов.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель содержит множество выступов, идущих от внутренней поверхности тигля во внутренний объем, причем выступы разнесены друг от друга.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель содержит, по меньшей мере, одно сопло, причем сопло сконфигурировано для введения реакционной текучей среды (например, реакционной жидкости или газа) во внутренний объем тигля.

В частности, в соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления, по меньшей мере, одно сопло сконфигурировано для извлечения реакционной текучей среды/жидкости в направлении к одной из секций осаждения. Реакционная текучая среда/жидкость может представлять собой газ, пар или жидкую среду. В частности, реакционная текучая среда/жидкость может представлять собой газовую смесь или паровую смесь.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель содержит эжекторный элемент колонки, частично проходящий между нижней и верхней секциями тигля, при этом эжекторный элемент колонки содержит, по меньшей мере, одно сопло. Эжекторный элемент колонки имеет форму стержня и может быть прикреплен, например, ко дну тигля. Эжекторный элемент колонки представляет собой, например, разновидность насадки, содержащей множество сопел, в котором каждое сопло может быть направлено на соответствующую сторону осаждения. В частности, эжекторный элемент колонки проходит вдоль центральной оси, например, цилиндрической формы тигля. Следовательно, соответствующие сопла расположены на эжекторном элементе колонки непосредственно от центра тигля к боковым стенкам тигля. Кроме того, верхний конец эжекторного элемента колонки может располагаться на расстоянии от верхней секции тигля. На верхнем конце эжекторного элемента колонки может быть расположено соответствующее сопло, которое направляет к секции осаждения, расположенной в верхней секции тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления эжекторный элемент колонки соединен с поверхностью раздела реакционной жидкости, образованной на дне тигля. Следовательно, эжекторный элемент колонки образован, например, полой колонкой или стержнем, при этом газовая линия проходит от нижней части колонки к соответствующим соплам, расположенным на эжекторном элементе колонки.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель содержит инжекционную поверхность раздела для введения инжекционной текучей среды, например, инжекционной жидкости или инжекционного газа, при этом инжекционная поверхность раздела, например, может быть соединена с клапаном регулирования давления для регулирования давления внутри внутреннего объема. Например, инжекционная поверхность раздела содержит одно или множество отверстий, расположенных, например, в верхней секции тигля. В частности, инжекционная поверхность раздела может быть расположена в противоположном месте тигля по отношению к поверхности раздела реакционной жидкости. В частности, предоставлен клапан регулирования давления, который регулирует давление инжекционной жидкости, например, от 1 мбар до 10 бар. Инжекционная жидкость может вводиться в жидком и/или газообразном состоянии. Инжекционная жидкость может взаимодействовать с реакционной жидкостью. Например, реакционная жидкость может быть первым компонентом и инжекционная жидкость может быть вторым компонентом. После реакции первого компонента со вторым компонентом образуется исходный материал, который может быть сублимирован на затравочный кристалл, и уже образованный кристаллический слой на затравочный кристалл, соответственно.

Клапан регулирования давления для регулирования давления внутри внутреннего объема и инжекционная поверхность раздела соединены для введения жидкости/газа и также для течения жидкости/газа, чтобы снизить давление внутри тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления камера содержит множество нагревательных элементов, которые окружают в частности внешнюю стенку камеры для передачи тепловой энергии тиглю. Нагревательные элементы также могут быть расположены в пространстве для размещения между внешней стенкой камеры и боковой стенкой тигля. Нагревательные элементы могут представлять собой, например, трубки, которые окружают камеру и тигель, соответственно, причем трубка содержит нагревательную среду, такую как горячая жидкость или горячий газ. Например, нагревательные элементы могут представлять собой 1, окружать боковые стенки и дополнительно верхнюю часть и дно тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления множество нагревательных элементов сконфигурировано для нагревания внутреннего объема до температуры от 1350°C до 1450°C.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления множество нагревательных элементов выбрано из одного из RF (радиочастотных) нагревателей, резистивных нагревателей и теплогенераторов.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изоляционный материал расположен в пространстве для размещения между тиглем и стенкой камеры. Изоляционный материал сохраняет тепловой градиент пространства и защищает стенку камеры.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления тигель изготовлен из материала, выбранного из одной из групп на основе металла, на основе оксида, на основе нитрида, на основе углерода и плотного графита.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления устройство содержит устройство для повышения способности к росту для усиления зародышеобразования кристалла на участке осаждения, при этом устройство для повышения способности к росту выбрано из одного из группы, состоящей из плазменного источника, микроволнового источника и лазерного источника. Устройство для повышения способности к росту увеличивает температуру внутри тигля, так что скорость роста кристалла увеличивается. Температуру внутри тигля можно контролировать с помощью устройства для повышения способности к росту более точно, чем, например, нагревательных элементов, окружающих тигель. Следовательно, базовая температура может контролироваться нагревательными элементами и изменение температуры или более подробный температурный профиль внутри тигля может контролироваться с помощью устройства для повышения способности к росту.

Устройство для повышения способности к росту может быть расположено непосредственно внутри тигля (например, если устройство для повышения способности к росту представляет собой лазерный источник) или вне тигля (например, если устройство для повышения способности к росту представляет собой микроволновый источник). Например, лазерный источник может быть установлен в верхней части или на дне тигля.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления способа в тигле предоставляют исходный материал, причем исходный материал выбран из одного из группы, состоящей из твердофазного материала, жидкофазного материала и материала смешанной фазы.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления способа реакционную текучую среду/жидкость вводят во внутренний объем тигля, причем реакционная текучая среда/жидкость выбрана из одного из группы, состоящей из газа или пара.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления предоставляют исходный материал, состоящий из одного из реакционного газа/жидкости и инжекционного газа/жидкости в тигле, причем исходный материал выбран из одного из группы, состоящей из твердофазного материала, жидкофазного материала, газообразной фазы и материала смешанной фазы. Реакционный газ/жидкость и инжекционный газ/жидкость могут содержать метилсиликохлороформ (MTS) и, например, предшественники, такие как -C5H5 или CxHy.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на различные объекты. В частности, некоторые варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа устройства, тогда как другие варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа способа. Однако специалист в данной области техники поймет из вышеприведенного и последующего описания, что, если не указано иначе, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих одному типу объекта, также любая комбинация между признаками, относящимися к разным объектам, в частности между признаками пунктов формулы изобретения типа устройства и признаками пунктов формулы изобретения типа способа рассматривается как раскрытие в данной заявке.

Краткое описание чертежей

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров варианта осуществления, которые будут описаны ниже и поясняются со ссылкой на примеры варианта осуществления. Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры варианта осуществления, которыми изобретение не ограничивается.

На Фиг. 1 показан схематический вид устройства для выращивания кристаллов в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 2 показан кусок поликристаллического вещества, образованный в секции осаждения на верхней стороне устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 3 показано множество кристаллов в соответствующих боковых секциях осаждения устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 4 показано множество неориентированных кристаллов, образованных под боковыми секциями осаждения устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание примерных вариантов осуществления

Иллюстрации на чертежах являются схематическими. Следует отметить, что на различных фигурах одинаковые или идентичные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

На Фиг. 1 показан схематический вид устройства 100 для выращивания кристаллов в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство содержит камеру 101 и тигель 102, расположенный в обогреваемом пространстве 103 для размещения камеры 101, в котором тигель 102 имеет внутренний объем 104, который сконфигурирован для выращивания кристаллов внутри. Тигель 102 содержит дно 105, от которого соответствующие боковые стенки 106 проходят до верхней секции 107 тигля 102. Тигель 102 содержит, по меньшей мере, одну секцию осаждения, которая сконфигурирована для прикрепления затравочного кристалла 108, в котором секция осаждения образована, по меньшей мере, на одной из боковой стенки 106 и верхней секции 107 тигля 102.

Камера 101 предоставляет обогреваемое пространство 103 для размещения тигля 102. Устройство 100 и тигель 102 соответственно нагревают внутренний объем 104 тигля до достижения желаемой температуры. Температура, которая может быть обеспечена внутри внутреннего объема 104, может составлять от 100°C до 1400°C, предпочтительно приблизительно до 2100°C или более. Камера 101 содержит изоляционный материал 121, так что внутренний объем 104 тигля термически изолирован от окружающей среды, т. е. от промежуточного объема, окружающего камеру 101.

Тигель 102 имеет внутренний объем 104, в котором происходит выращивание кристалла. Внутри тигля 104 размещен затравочный элемент 108. Затравочный элемент 108 изготовлен из желаемого монокристаллического материала, такого как сапфир. Кроме того, реакционный газ/жидкость 111, такой как желаемый кристаллический материал, например, кракле оксида алюминия высокой чистоты помещается во внутренний объем 104 тигля 102. Если температура внутри тигля 102 повышается, желаемый материал в реакционном газе/жидкости растет на поверхности затравочного кристалла 108. Тигель 102 может иметь цилиндрическую форму с круглой, эллиптической или прямоугольной поверхностью основания.

Затравочный кристалл 108 расположен на секциях осаждения от D1 до D7, которые определены на боковых стенках 106 тигля 102 или в верхней секции 107 тигля 102. Затравочный кристалл 108 прикреплен, например, с помощью специального клея к секциям осаждения от D1 до D7. Кроме того, секции осаждения от D1 до D7 образуют ступеньку на внутренней стенке 106 тигля 102, так что затравочный кристалл 108 может быть расположен на ступеньке, образующей секцию осаждения от D1 до D7, без каких-либо адгезивных материалов.

Следовательно, рост кристаллов происходит на расстоянии от дна 105 в областях внутреннего объема 104, что может регулироваться температурой более точно. Если секции осаждения от D1 до D7 расположены на боковых стенках 106 тигля или в его верхней секции 107, рост кристаллов от соответствующего затравочного кристалла 108 направлен вбок от боковой стенки 106 тигля 102 к центру тигля 102 или в обратном порядке, от верхней секции 107 тигля 102 ко дну 105 тигля 102. Основываясь на боковом росте и направлении роста от верхней секции 107 ко дну 105, зародышеобразование на секциях осаждения от D1 до D7 контролируется должным образом, так что можно уменьшить дефекты атомной упаковки. Как можно увидеть из Фиг. 1, на дне 105 нет секции осаждения от D1 до D7 для затравочного кристалла 108. Следовательно, температуры вблизи дна 105 во внутреннем объеме 104 не влияют на однородный рост кристаллов в центральной секции и верхней секции тигля 102.

и верхней секции тигля 102.

Как можно увидеть из Фиг. 1, тигель 102 содержит множество секций осаждения от D1 до D7, каждая из которых сконфигурирована для прикрепления соответствующего затравочного кристалла 108. Секции осаждения от D1 до D7 расположены на расстоянии друг от друга и образованы, по меньшей мере, на одной из боковой стенки 106 и верхней секции 107 тигля 102. Следовательно, из различных боковых и верхних положений тигля 100 до, множество кристаллов может быть выращено в направлении к центру тигля 100 до.

Секции осаждения от D1 до D7 образованы выступами, отходящими от внутренней поверхности, в частности от боковой стенки 106 или верхней секции 107 тигля 102, во внутренний объем 104.

Кроме того, показано сопло 110 тигля 102, которое сконфигурировано для введения реакционного газа/жидкости во внутренний объем 104 тигля 102. Сопла 110 сконфигурированы для эжекции реакционного газа/жидкости 111 в направлении к одной из секций осаждения от D1 до D7. Реакционный газ/жидкость 111 может представлять собой газ, пар или жидкую среду. В частности, реакционный газ/жидкость может представлять собой газовую смесь или паровую смесь.

Сопла 110 расположены внутри эжекторного элемента колонки 112, проходящего от дна 105, по меньшей мере, частично до верхней секции 107 тигля 102. Эжекторный элемент колонки 112 имеет форму стержня и прикреплен ко дну 105 тигля 102. Эжекторный элемент колонки 112 представляет собой, например, разновидность насадки, содержащей множество сопел 110, в котором каждое сопло 110 направлено на соответствующую сторону осаждения от D1 до D7. В частности, эжекторный элемент колонки 112 проходит вдоль центральной оси, например, цилиндрической формы тигля 102. Следовательно, соответствующие сопла 110 расположены на эжекторном элементе колонки 112 непосредственно от центра тигля 102 к боковым стенкам 106. Кроме того, верхний конец эжекторного элемента колонки 112 расположен на расстоянии от верхней секции 107 тигля 102. На верхнем конце эжекторного элемента колонки 112 расположено соответствующее сопло 110, которое направляет к секции D1 осаждения, расположенной в верхней секции 107 тигля 102.

Эжекторный элемент колонки 112 соединен с поверхностью раздела реакционного газа/жидкости 113, образованной на дне (105) тигля (102). Эжекторный элемент колонки 112 содержит газовую линию, идущую от дна 105 колонки 102 к соответствующим соплам 110, расположенным на эжекторном элементе колонки 112.

Тигель 102 содержит поверхность раздела инжекционной жидкости/газа 116 для введения инжекционной жидкости/газа 115, при этом поверхность раздела инжекционной жидкости 116 соединена с клапаном регулирования давления 114 для регулирования давления внутри внутреннего объема 104. Например, поверхность раздела инжекционной жидкости 116 содержит множество отверстий, расположенных, например, в верхней секции 107 тигля 102. Поверхность раздела инжекционной жидкости 116 расположена в противоположном месте тигля 102 по отношению к поверхности раздела реакционной жидкости 113.

Клапан регулирования давления 120 соединен с поверхностью раздела инжекционной жидкости/газа 116. Клапан регулирования давления 120 для регулирования давления внутри внутреннего объема и поверхность раздела инжекционной жидкости/газа 116 соединены для введения жидкости/газа и также для течения жидкости/газа, чтобы контролировать, т. е. увеличивать или уменьшать давление внутри тигля.

Камера 102 содержит множество нагревательных элементов 119, которые окружают в частности внешнюю стенку камеры 102 для передачи тепловой энергии тиглю 102.

Устройство 100 дополнительно содержит устройство для повышения способности к росту 117 для усиления зародышеобразования кристалла на секции осаждения от D1 до D7, в котором устройство для повышения способности к росту 117 выбрано из одного из группы, состоящей из плазменного источника, микроволнового источника и лазерного источника.

На дне 105 собирается неиспользуемый реакционный газ/жидкость 111. Следовательно, поскольку участки осаждения от D1 до D7 отнесены ото дна 105 и дно 105 не имеет каких-либо сторон осаждения от D1 до D7, затравочные кристаллы 108 не взаимодействуют с реакционной жидкостью 111, собранной в нижней области тигля 102. Следовательно, реакционная жидкость 111 и инжекционная жидкость 115, уже выведенные из сопел 110 и поверхностей раздела жидкости 116, соответственно, на участки осаждения от D1 до D7, взаимодействуют с исходным материалом 118 и стекают вниз на дно 105. Исходный материал 118, собранный на дне 105 тигля 102, больше не влияет на рост кристаллов.

На Фиг. 2 показан кусок поликристаллического вещества 200, образованный в верхней части секции D1 осаждения тигля 102, показанного на Фигуре 1. Для обеспечения достаточного пространства для выращенного кристалла эжекторный элемент колонки 112 может перемещаться по центру (вертикально) оси тигля 102, так что расстояние между верхним концевым соплом 110 эжекторного элемента колfонки 112 и ближайшей точкой выращенного кристалла может поддерживаться постоянным.

На Фиг. 3 показаны множественные кристаллы на соответствующих боковых секциях осаждения от D2 до D7 тигля 102, показанного на Фигуре 1. Как можно увидеть из Фиг. 3, большое количество соответствующих кристаллов может быть образовано одновременно с одним общим тиглем 102.

На Фиг. 4 показаны множественные неориентированные кристаллы, образованные под боковыми секциями осаждения (например, на нижних участках секций осаждения от D2 до D7) тигля 102, показанного на Фигуре 1. Множественные неориентированные кристаллы можно собрать и расплавить, чтобы снова получить инжекционную жидкость и реакционную жидкость.

Следует отметить, что термин «содержащий» не исключает других элементов или стадий и единственное число не исключает множественного числа. Также могут быть объединены элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления. Следует также отметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничение объема формулы изобретения.

Список ссылочных позиций:

100 устройство

101 камера

102 тигель

103 пространство для размещения

104 внутренний объем

105 дно

106 боковая стенка

107 верхняя секция

108 затравочный кристалл

109 выступ

110 сопло

111 реакционный газ/жидкость

112 эжекторный элемент колонки

113 поверхность раздела реакционной жидкости

114 регулирующий клапан

115 инжекционный газ/жидкость

116 инжекционная поверхность раздела

117 устройство для повышения способности к росту

118 исходный материал

119 нагревательный элемент

120 клапан регулирования давления

121 изоляционный материал

200 кусок поликристаллического вещества

300 поликристаллические кристаллы

400 неориентированные кристаллы

от D1 до D7 секция осаждения.

Изобретение может быть использовано в ювелирной промышленности, оптике и электронике. Устройство 100 для выращивания монокристаллов содержит камеру 101, тигель 102, расположенный в обогреваемом пространстве 103, клапан 120 для регулирования давления во внутреннем объёме 104, предназначенном для выращивания монокристаллов, а также нагревательные элементы 119 для нагрева до 1350-1450°C, например, RF или резистивные нагреватели, или теплогенераторы. Тигель 102 содержит дно 105, боковые стенки 106, верхнюю секцию 107, секции осаждения D1-D7, разнесённые друг от друга и предназначенные для прикрепления затравочного кристалла 108, а также разнесённые друг от друга выступы 109, при этом дно 105 свободно от секций осаждения D1-D7. Тигель 102 может содержать, по меньшей мере, одно сопло 110 для введения реакционного газа/жидкости 111 в направлении к секциям D1-D7, а также эжекторный элемент колонки 112. Устройство может дополнительно содержать изоляционный материал 121 и устройство 117 для повышения способности к росту, выбранное из плазменного, микроволнового или лазерного источника. Обеспечивается однородная атмосфера, что позволяет выращивать крупные высококачественные монокристаллы. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (100) для выращивания кристаллов, содержащее

камеру (101) и

тигель (102), расположенный в обогреваемом пространстве (103) для размещения камеры (101),

причем тигель (102) имеет внутренний объем (104), который сконфигурирован для выращивания кристаллов внутри,

причем тигель (102) содержит дно (105), от которого соответствующие боковые стенки (106) проходят до верхней секции (107) тигля (102),

причем тигель (102) содержит, по меньшей мере, одну секцию (D1-D7) осаждения, которая сконфигурирована для прикрепления затравочного кристалла (108),

причем секция (D1-D7) осаждения сформирована, по меньшей мере, на одной из боковых стенок (106), или секция (D1-D7) осаждения сформирована на боковой стенке (106) и верхней секции (107) тигля (102), и

причем тигель (102) содержит, по меньшей мере, один выступ (109), проходящий от боковой стенки (106) тигля (102), во внутренний объем (104), причем секция (D2-D7) осаждения сформирована на выступе (109).

2. Устройство (100) по п.1,

в котором дно (105) свободно от секции (D1-D7) осаждения для затравочного кристалла (108).

3. Устройство (100) по п.1 или 2,

в котором тигель (102) проходит между дном (105) и верхней секцией (107) в вертикальном направлении.

4. Устройство (100) по одному из пп.1-3,

в котором тигель (102) содержит множество секций (D1-D7) осаждения, каждая из которых сконфигурирована для прикрепления затравочного кристалла (108),

причем секции (D1-D7) осаждения разнесены друг от друга и сформированы, по меньшей мере, на одной из боковых стенок (106) и верхней секции (107) тигля (102).

5. Устройство (100) по одному из пп.1-4,

в котором тигель (102) содержит, по меньшей мере, один выступ (109), проходящий от верхней секции (107) тигля (102), во внутренний объем (104),

причем секция (D1) осаждения сформирована на выступе (109).

6. Устройство (100) по п.5,

в котором тигель (102) содержит множество выступов (109), проходящих от внутренней поверхности тигля (102) во внутренний объем (104),

причем выступы (109) разнесены друг от друга.

7. Устройство (100) по одному из пп.1-6,

в котором тигель (102) содержит, по меньшей мере, одно сопло (110),

причем сопло (110) сконфигурировано для введения реакционного газа/жидкости (111) во внутренний объем (104) тигля (102).

8. Устройство (100) по п.7,

в котором, по меньшей мере, одно сопло (110) сконфигурировано для эжекции реакционного газа/жидкости (111) в направлении к одной из секций (D1-D7) осаждения.

9. Устройство (100) по п.7 или 8,

в котором тигель (102) содержит эжекторный элемент колонки (112), частично проходящий между дном (105) и верхней секцией (107) тигля (102),

причем эжекторный элемент колонки (112) содержит, по меньшей мере, одно сопло (110).

10. Устройство (100) по п.9,

в котором эжекторный элемент колонки (112) соединен с поверхностью раздела реакционного газа/жидкости (113), образованной на дне (105) тигля (102).

11. Устройство (100) по одному из пп.1-10,

в котором тигель (102) содержит инжекционную поверхность раздела (116) для введения инжекционного газа/жидкости,

причем инжекционная поверхность раздела (116) в частности соединена с клапаном регулирования давления (120) для регулирования давления внутри внутреннего объема (104).

12. Устройство (100) по одному из пп.1-11,

в котором камера (101) содержит множество нагревательных элементов (119), которые окружают в частности внешнюю стенку камеры (101) для передачи тепловой энергии тиглю (102).

13. Устройство (100) по п.12,

в котором множество нагревательных элементов (119) сконфигурировано для нагревания внутреннего объема (104) до температуры от 1350°C до 1450°C.

14. Устройство (100) по п.12 или 13,

в котором множество нагревательных элементов (119) выбрано из одного из RF нагревателей, резистивных нагревателей и теплогенераторов.

15. Устройство (100) по одному из пп.1-14, дополнительно содержащее

изоляционный материал (121), расположенный в пространстве (103) для размещения между тиглем (102) и стенкой камеры (101).

16. Устройство (100) по одному из пп.1-15,

в котором тигель (102) изготовлен из материала, выбранного из одной из групп на основе металла, на основе оксида, на основе нитрида, на основе углерода и плотного графита.

17. Устройство (100) по одному из пп.1-16, дополнительно содержащее

устройство для повышения способности к росту (117) для усиления зародышеобразования кристалла на участке осаждения,

причем устройство для повышения способности к росту (117) выбрано из одного из группы, состоящей из плазменного источника, микроволнового источника и лазерного источника.

18. Способ выращивания кристаллов, включающий

прикрепление затравочного кристалла (108) к секции (D1-D7) осаждения тигля (102),

причем секция (D1-D7) осаждения сформирована, по меньшей мере, на одной из боковых стенок (106), или секция (D1-D7) осаждения сформирована на боковой стенке (106) и верхней секции (107) тигля (102), и

причем тигель (102) содержит, по меньшей мере, один выступ (109), проходящий от боковой стенки (106) тигля (102), во внутренний объем (104), причем секция (D2-D7) осаждения сформирована на выступе (109);

выращивание кристаллов внутри внутреннего объема (104) тигля (102), размещенного в обогреваемом пространстве (103) для размещения камеры (101).