Устройство для выращивания монокристаллов Советский патент 1993 года по МПК C30B15/20 

OS

1

OS

ы

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов и может найти применение в производстве крупногабаритных щел04НС-галоидных монокристаллов, например сцинтилляционных,

Известно устройство для выращивания монокристаллов, содержащее ростовую камеру, боковой и донный нагреватели, тигель, электропривод кристаллодержателя, систему подпитки, контур регулирования уровня расплава в тигле, контур регулирования диа 1етра кристалла и датчик уровня расплава.

Каждый из указанных контуров содержит свой оптический датчик. Наличие оптического датчика, входящего в контур регулирования диаметра монокристалла, следящего за мениском расплава на границе расплав - кристалл обеспечивает возможность независимо от подпитки регулировать диаметр монокристалла.

Однако сложность устройства, связанная с необходимостью заидиты оптических датчиков от конденсата, не позволяет использовать его для выращивания монокристаллов из расплавов, содержащих компоненты с высокой упругостью паров, например, щелочногалоидных монокристаллов.

Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к изобретению является устройство для выращивания монокристаллов, содержащее электропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управления подпиткой, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, а также датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекции температуры расплава.

В данном устройстве зависимость между интервалами времени между подпитками от диаметра монокристалла определяется соотношением

4т

т -

ndivpps

где г- интервал времени между подпитками:

m - масса дозированной подпитки; - ds - диаметр монокристалла:

VP -скорость вытягивания кристалла: PS плотность монокристалла. Как следует из выражения, интервал времени между подпитками зависит от массы дозированной подпитки - m , малейшее

изменение которой приводит к ложному

корректирующему сигналу, а следовательно. и к ложным изменениям температуры.

что в конечном счете приводит к ухудшению

качества выращиваемых монокристаллов. .

Такую же дозировку подпитки (постоянство т) в условиях агрессивной среды и высоких температур осуществить технически весьма сложно.

Целью изобретения является повышение качества монокристаллов и надежности

системы регулирования.

Цель достигается тем, что устройство для выращивания монокристаллов, содержащее электропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управления подпитком, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекции температуры расплава, дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого связаны с датчиком перемещения кристаллодержателя, датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключены к электроприводу кристаллодержателя, блоку сравнения, блоку коррекции температуры расплава и блоку управления подпиткой.

Введение в контур регулирования диаметра кристалла вычислительного блока со всеми указанными связями обеспечивает достижение поставленной цели, так как функциональное и временное разделение

работы блоков (например, датчика уровня) исключает возникновение ложных корректирующих сигналов, обеспечивая улучшениекачествавыращиваемыхмонокристаллов и повышая надежность системы регулирования ростом.

Точность измерения и регулирования диаметра монокристалла не зависит от точности дрзировки системы подпитки, от изменения формы фронта кристаллизации

(объема подрасплавной части) и от физического состояния исходного сырья (расплав, порошок, гранулы и т.д.), поскольку в данном случае диаметр монокристалла определяется только изменением уровня расплава

до и после подьема, благодаря чему улучшается качество монокристаллов и упрощается система подпитки.

Исключаются требования к прецизионности электропривода вытягивания кристаллодержателя и упро цдется его

кинематическая схема, поскольку вытягивание монокристалла осуществляется дискретно и в стабилизации скорости вытягивания нет необходимости, это упрощает устройством целом и повышает надежность его работы.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство для выращивания монокристаллов содержит ростовую камеру 1. боковой и донный нагреватели 2, тигель 3, питатель 4, транспортную трубку 5, блок 6 управления прдпитков, датчик 7 уровня расплава, датчик 8 перемещения кристаллог держателя, вычислительный блок 9. блок 10 коррекции температуры расплава, блок 11 задания временных интервалов, блок 12 сравнения, электропривод 13 кристаллодержателя, монокристалл 14, затравку 15 и кристаллодержатель 16.

Устройство работает следующим образом.

После расплавления сырья в тигле 3 соприкасают затравку 15 с расплавом, оплавляют ее и подбирают равновесную температуру донного нагревателя, при которой плавление затравки 15 прекращается. Затем путем снижения температуры радиально разращиват монокристалл 14 до заданного диаметра. Затем включают систему автомазированного управления ростом монокристалла. При этом задают следующие значения:

1)АЬк - величина вертикального дискретного перемещения кристаллодержателя 16 (в датчике 8 перемещения кристаллодержателя);

2)временные интервалы (в блоке 11 задания временных интервалов)

Ati - время дискретного вытягивания монокристалла 14 на величину ДКк;

Д t2 - время, в течение которого осуществляется измерение и сравнение уровней расплава и дается коррекция на изменение температуры данного нагревателя 2;

At3 - время подпитки;

At4- время выдержки после подпитки;

А to - общее время цикла;

Ato - ( Atr+ А 12 + А t3 + А 14) определяют среднюю скорость роста монокриAhсталла vp д ,

т.е. дискретное вытягивание монокристалла на высоту 1 мм осуществляют через каждые 15 мин..

Задаются также в блоке 10 коррекции температуры расплава разность А ho между значением уровня (hi) до подьема кристалла и после подъема (ha), а в блоке 6 управления

подпиткой задается уровень расплава в тигле Из.

Датчик 7 уровня расплава непрерывно

выдает информацию о положении уровня

5 расплава на третий в)(од вычислйтельнфго

блока 9, первый вход блока 6 управления

подпиткой и третий вход блока 10.

После включения в работу вычислительного блока 9 и блока 11 задания временных

0 интервалов, с первого выхода которого сигналы задания поступают на второй вход вычислительного блока 9, начинается отсчет времени, по истечении которого с третьего выхода вычислительного блока 9 подается

5 сигнал на электропривод 13 кристаллодержателя вверх на величину АНк и одновременно с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока коррекции температуры расплава поступает сигнал,

0 который выдает команду для запоминания действующего значения уровня h, измеряемая величина которого поступает со второго выхода датчикаТуровня расплава на третий вход блока коррекции температурного рас5 плава, т.е. значение положения уровня расплава До подьема кристаллодержателя 16.

После подъемй кристаллодержателя 16 на величину АЬк за время Ati на электропривод 13 кристаллодержателя по цепи:

0 первый выход датчика 8 перемещения кристаллодержателя - первый вход вычислительного блока 9 - третий выход вычислительного блока 9 выдается сигнал на перемещение кристалла 14 вверх. Одно5 временно с второго выхода датчика 8 перемещения кристаллодержателя на первый вход блока 10 коррекции температуры расплава поступает сигнал, разрешающий сравнение разности между заполненным

0 уровнем до вытягивания (hi) и действующим уровнем после вытягивания (ha), который поступает с второго выхода датчика 7 уровня расплава на третий вход блока 10 коррекции температурь расплава с сигналом задания

5 ( А ho) на четвертом его входе. По результатам сравнения с выхода блока коррекции температуры расплава выдается сигнал на изменение температуры донного нагревателя 2 при Ah ht - te А ho температура

0 донного нагревателя 2 понижается, а при Аh А ho-повышается.

Через время Аt2 с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока 10 коррекции температура расплава выда5 ется сигнал на перемещение сравнения, а по цепи четвертый выход вычислительного блока 9 - третий вход блока 6 управления подпитки выдается сигнал на питатель 4 и осуществляется подпитка расплава исходным сырьем, которое из питателя 4 по транспортерной трубке 5 поступает в кольцевую полость, расплавляется здесь и далее стекает в тигель 3. Действительно время подпитки Д t3 может отличаться от заданного А t3. тогда и действительное значение цикла Д t - Д ti Д 12 + Д Ь + Д14 тоже отличается от заданного Дto. Поэтому с второго выхода вычислительного блока 9 на первый вход блока 12 сравнения выдается сигнал для сравнения временных интервалов действительного значения Д1 с заданным Дь.

В случае Д1 Д to с первого выхода блока 12 сравнения на второй вход блока 6 управления подпиткой выдается сигнал интенсификации подпитки, а с второго выхода блока 12 сравнения на вход блока 11 задания временных интервалов выдается сигнал коррекции времени Дг4 с первого выхода блока 11 задания временных интервалов на второй вход вычислительного блока 9.

Ф о р му л а и 3 обрет е н и я25

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее электропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком кор- .рекции температуры расплава и блоком уп равления подпиткой, который соединён с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, под- jg ключенный к блоку коррекции температуПо достижении заданного(на четвертый вход блока 6 управления подпиткой) уровня расплава Ьз в тигле 3 с третьего выхода датчика 7 уровня расплава на первый вход

блока 6 управления подпиткой поступает сигнал на отключение подпиткой, а с первого выхода датчика 7 уровня расплава на третий вход вычиcлиf ельного блока 9 поступает сигнал на включение отсчета времени Дг4.

Через время Дг4 включается вытягивание кристаллами цикл повторяется.

Устройство для выращивания монокристаллов позволяет повысить точность поддержания диаметра до 0,8%, относительное

отклонение концентрации активатора от среднего значения до 6.5% и товарный выход буль, пригодных для изготовления изделий на 10%.

(56) Патент США № 4036595. кл. 23-273, 1970.

ры расплава, отличающееся тем. что, с целью повышения качества монокристаллов и надежности системы регулирования, оно дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого связаны с датчиком перемещения кристаллодержателя, датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключеныкэлектроприводукристаллодержателя, блоку сравнения, блоку коррекции температуры расплава и блоку управления подпиткой.