Способ автоматического регулирования процесса выращивания монокристаллов из расплава методом вытягивания (по Чохральскому) Советский патент 1957 года по МПК C30B15/26 

В подавляющем большглнстве случаев выращивание кристаллов ведется без применения каких-либо сложных регулирующих cxieiM, и вопрос стандартизации кристаллов ;не получил удачного разрещения. Пркцл.агаемое автоматическое регулирование процессов выращивания монокристаллов из расплава имеет значительные преимуществ® нере,д с ществующими способами.

Автом атическое регул|Ирование упрощает технологический процесс получения |монокристаллов 1из расплава, высвобождая при этам часть обслужи1вающего пшрсанала; позволяет обеспечить получение строго воспронзвоаимых по свойства)М монокристаллов при адинаковом количестве исходных (Материалов; упрощлет во многих случаях последующую механическую обработку монокристаллов, позволяет выращивать их с точными размерами; позвоЛ|Я ет проводить лссле(дование р1аспределения примесей (и ИХ влияния на свойства кристалла) при любых воспроиаводи:мых условиях кристаллизации, что помогает быстрой обработке необходимых режимов для создания кристалличесюих триодов высокого качества.

Известно, что физические свойства кристаллов зависят от природы входящей в Кристалл пргямеои, а также от характера ее распределения в кристалле. Ха ра1ктер распрщеления примеси зависит от характера изменения скорости кристаллизации. От этой же пр1ичи1ны зависят геометрическая форма кр1исталла н распределение 1ме.х1анических напряжений в нам. В свою очере|дь, скорость мр ист ал ли займи зависит от характера теплообмена на границе раздела жидкой и твердой фаз. Характер теплообмена зависит, в основном, от температуриого режима нагревателя, от изменения интенсивност1и охлажден1ия кристалла по мере еах роста, от положения уровня расплава относителыно нагревателя и от изменений количества расплава по мере вытягивания кристалла.

№ -108648

Оу1ммар)ный эффек|т изменения характера теплообмена на границе раздела фаз, .а сле|д01вательно, и скорости кристаллизации, лучше всего чувствует caiM кристалл, изменяя нри этом свои поперечные раз;меры и положение гр;аницы раздела фаз. Есл|и тенловтзад становится интаиьивнее, дааметр кристалла увелич ивается, а граница фаз опускается в сто.рону расплава, и наоборот. Способ автоматичеокого р егулирова|ния процесса выращиваиия м01нохр|;-1сталлов из ра1гплава служит для получения во1спроизво(димых по физ1ическ И|м свойствам (и геометрической форме мо|Нюкристаллов.

Таким обр;аэом, ав1-01мат11чес,кс-е р1егулироваии1е скорости кристаллизации можно свести ;к автоМатичеокаму регулированию поперечных разме;ров кристалла и положения границы рагаела . Такое регулирование можно осуществить, используя явлемие поглощения прямого пучка радиоакт1ИВ1ного нзлучания 1или (нейтронного, в зависимости от условий Кристаллизации и от природы .кристаллизуемого вещества. На чертеже показана схема автоматического регул;ирован|ия процесса вырлщив-авия монокристаллов из (расплава 1методом вытягивания с при-гменаниам «злучаний ра1Д1иоактвных изотопов.

От источника / радиоактивное (излучение, пройдя через утоненные в этом месте стальные охлаждаемые стенки 2 аппарата, отверстия экранов и нагревателя .3, стенки тигля 4, и границу раздела расплав-кристаллов 5, попадает в приа.мвик 6 радио активного излучения.

Вырабатываемый приемнико1м ЭоТактрический сигнал, зависящий от величины поглощения в кристалле и При мыка:ощей к нему области расплав;а, фор1мируется и усиливается блоком 7 и по кабелю передается на вход электронного преобразогвателя S, где ср;авн1ивается с сигналов, полученным от дополнительного устройства.

Дополнителыное устройство, являющееся эталонной частью схемы, состоит из радиоактивного источника 9, аналогичного источнику 1, клина 10 поглотителя со стрелкой, приемника излучения //, аналогичного приемнику 5 и фор1мирубмого блока 12.

Разностный сигнал должен модулироваться, уаиливатьоя и подавать занам к исполнительному механизму /, который изменяет ноложение сердеч1ника иидукц ионной катушки 14, являющейСЯ датчиком телеметрической системы вторичного прибора /5, воэдействующего либо на регулировочный тра|нсфор матор нагрева, либо на скорость вытягивания кристалла, л/ибо на то и другое одноврем1анно. Необход имый диаметр кристалла устававливается за время процесса один раз рукояткой 16 путем ввадения специально протарировашного эталонного 1клин1а 10 и отсчитывается по шкале /7.

При выведанном клипе до начала кристаллизации разностный сигнал того 1ИЛ1И другого знака воздействует на исполните:1ьный механиз,.(, заставляя систему приходить в раня-ювесие путем (изменения характера теплообмена на границе расплав-кристалл.

i С помощью такого устройства можно осуществлять р|егул1иро:вапие по заданиой програвгме, вырлщизая кристалл любой плавной форумы, ;или использовать его для воспроизводимого получения электро,нно-дь рочных (Р-п) переходов нужного качества в полупроводниках. Для этого вместо клина 10 нужпо вставить либо кристалл того же вещества, но 31а(данной формы, либо специально подобранный (по плотлости) поглотитель излучения источ1ника 5; затем, продвигая вперед указанный эталон, следует непрерывно, в течение вгего процесса вращать кристалл илн поглотитель со скоростью, равной скорости вытягивания монокристалла при помощи привода с редуктором 18. Любой удачно полученный кристалл 1может являться в дальнейшем эталоном для получения большого количества себе подобных кристаллов.

Предмет1изобретения

Способ автамапического регулирования процеоаавыращивания монокристаллов из расплава методом вытягивамия (по Чохральско.му), ОТЛ1ИЧ а ю щи и с я тем, что регулирова1ние характера теплообмена ва границе раздела фаз, а 1сле|довательно, и скорости кристаллизации, осуществляется путем непрерывного контроля диаметра растущего кристалла с помощью изменения характ1ера поглощения радиоактивного излучения в кристалле и непрерывного сравнеиия его с эталоиньгм, с последующим :воздейатв1ие М на тбмператур|ны:й режим печи или cKOpoicTb вытягивания.