Устройство для выращивания монокристаллов Советский патент 1993 года по МПК C30B15/10 C30B29/22 

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов и может быть использовано в химической и электронной промышленности при производстве высокотемпературных монокристаллов, применяемых в квантовой электронике.

Известно устройство, содержащее камеру, тигель, неподвижно установленный внутри водоохлаждаемого индуктора, на некотором расстоянии и соосно с ним, шток для вытягивания монокристаллов и источник индукционного нагрева, к которому подключен индуктор. Тигель выполнен в виде цилиндра с цельным дном, приваренным к его боковой поверхности по образующей. Нагрев тигля осуществляется индукционно, вихревыми токами, наводимыми в нем переменным электромагнитным полем, которое создается индуктором, когда по нему протекает переменный ток.

CyuiecTBeHHbiM недостатком данного устройства является неравномерность нагрева боковой поверхности тигля по высоте. Это связано с тем, что в придонной части тигля (1/3 его высоты) напряженность электромагнитного поля i значительно ослабляется за счет взаи.модействия электромагнитных полей от

ю со со го о I токов, протекащих в индукторе и дне тигля. Поэтому величина индукциойного тока, протекаюи его в верхней части тигля, значит и ее нагрев, будет значительно выше, чем в нижней части. Это влечет за собой уменьшение эфОективности конвективного перемешивания расплава и, как следствие, снижение передачи тепла от тигля к расплаву за счет конвективного механизма. В .результате, такой неравномерный наi грев боковой поверхности тигля ведет в процессе выращивания к его разрушению, начинающемуся в его верхней части. Наиболее близким техническим реше нием к предложенному является устрой ство для выращивания монокристаллов, включающее герметичную камеру, размещенный в ней индуктор, тигель из благородных металлов с отверстием в донной части, установленныйвнутри индуктора коаксиально ему, и затравкодержатель. Объем тигля и дополнительный объем между тиглем и индукто ром заполняются исходным сырьем, которое расплавляется с образованием гарниссажа на индукторе, удерживающе го расплав, и проводится процесс вытягивания монокристалла на затравку из сообщающихся объемов тигля и дополнительного объема. Имею1Цееся в дне тигля отверстие лишь в незначительной степени оказывает влияние на величину индукционного тока, протекающего в его дне, в сторону ее уменьшения. Поэтому напря женность суммарного электромагнитного поля в придонной части тигля, как и в приведенном аналоге, значительно ослабляется путем взаимодействия электромагнитных полей, создаваемых токами, протекаю1чими в индукторе и дне тигля. Величина индукционного тока, протекающего в верхней части тигля, по сравнению с нижней, будет значительно выше, что и приводит к ее перегреву и, как следствие, к уменьшению эффективности конвекции в расплаве. Это влечет за собой уменьшение передачи тепла от тигля к расплаву за счет конвективного механизма и разрушения тигля в процессе выращивания, наминающееся в его верхней части. Целью изобретения является повыше ние надежности устройства за счет увеличения срока службы тигля. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для выращивания монокристаллов тугоплавких окислов, включающем герметичную камеру, размещенный в ней индуктор, тигель из благородных металлов с отверстием в донной части, установленный внутри индуктора коаксиально ему, и затравкодержатель, донная часть тигля выпол нена из секций, установленных с зазо ром одна относительно другой. На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 дно тигля; на фиг. 3 - продольный разрез тигля. Устройство содержит герметическую камеру 1 с установленным в ней тиглем с донной частью, состоящей из секций 2, прикрепленных к боковой поверхности тигля 3, траверсы 4, прикрепленные к боковой поверхности тигля 3, индуктор с водоохлаждаемым дном 6, шток 7 с присоединенным к нему затравкодержателем 8, герметичный бункер 9, установленный на герметичной камере 1 и снабженный механизмом подачи сырья 10, и подающую трубу 11. Устройство работает следующим образом. В герметичной камере 1 внутри индуктора 5 с водоохлаждаемым дном 6 неподвижно устанавливается тигель с помощью траверс k так, чтобы его кромка находилась на одном уровне с кромкой верхнего витка индуктора 5. Объем тигля и дополнительный объем между тиглем и индуктором 5 заполняется исходным порошкообразным сырьем (алюмоиттриевого граната, активированного неодимом, ) . Бункер 9 заполняется таким же сырьем из состава . К штоку 7 прикрепляется затравкодержатель 8. Увеличением мощности, подводимой к индуктору 5, повышается температура тигля до расплавления загруженного s него сырья и сырья, находящегося в дополнительном объеме. Необходимый уровень расплава получается путем дополнительной подачи сырья из бункера 9 с помощью механизма подачи ТО через трубу 11. Далее проводится процесс вытягивания монокристалла при помощи затравкодержателя 8 и сообщающихся объемов тигля и дополнительного объема. Использование тигля предлагаемой конструкции позволяет значительно уменьшить величилу тока, наводимого в- его дне, и тем самым увеличить срок службы тигля. Действительно, промежуток между секциями прерывает токи, которые наводятся в случае, если дно цельное. Следовательно, суммарное электромагнитное поле .в придонной части тигля, будет ослабляться лишь в незначительной степени, что позволяет существенно повысить равномерность нагрева боковой поверхности тигля и тем самым повысить срок его службы. Кроме того, при более равномерном нагреве боковой поверхности тигля повышается эффективность конвективного перемешивания расплава. Это способствует улучшению передачи тепла от тиг1 ля к расплаву за счет конвективного механизма, что также ведет к повышению срока службы тигля.

Использование предлагаемого устройства позволяет увеличить срок службы тигля по сравнению с прототипом в раза (монокристаллы Y,,Al50,,.-Nd, срок службы тиглей в известном и предлагаемом устройстве не менее 20 и не менее 25 циклов соответственно).

Места крепления

Фиг.г

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОг НОКРИСТАЛЛОВ тугоплавких окислов, включакхцее герметичную камеру, размещенный в ней индуктор, тигель из благородных металлов с отверстием в донной части, установленный внутри индуктора коаксиально ему, и затравкодержатель, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет увеличения срока службы тиг,ля, его донная часть выполнена из секций, установленных с зазором одна относительно другой и закрепленных ,на боковой поверхности тигля.