Установка для выращивания монокристаллов тугоплавких окислов из расплава Советский патент 1988 года по МПК C30B15/00 C30B15/30 

Изобретение предназначено для получения монокристаллов тугоплавких окислов вытягиванием на затравку из расплава по способу Чохральского и может быть использовано Для выращивания монокристаллов ниобата лития, танталата лития, алюмоиттриевого граната, сапфира, рубина и др„

Цель изобретения- повышение ка- честна кристалла за счет уменьшения механических нарушений при выравщва- нии кристаллов.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 - механизм пере мещертия штока, общий вид; на фиг.З - винт и гайка, выполненная из двух независимых частей, затягиваемых относительно друг друга; на фиг. 4 - взаимное расположение винта, вертикаль- ной направляющей и водоохлаждаемого штока; на фиг, 5 - механизм вращения штока; на фиг, 6 - водоохлаждаемь й верхний шток и его соединение с датчиком веса, разрез А-А.

Установка содержит станину 1 с перемещаемой в ней телескопической колонной 2, опорную шшту 3, пилиндри- ческую обечайку герметичной камеры 4 с дверью 5, дно 6 и верхнюю крышку 7 камеры, укрепленную на кронштейне 8, Внутри камеры размещены тигель 9 с расплавом, вытягиваемый на затравку криста1ш 10, система 11 теплоизоляции ТИГЛЯ и; кристалла, а также индуктор 12. В полость камеры введены верхний шток 13 и нижний шток 14. Верхний и нижний штоки перемещаются и вращаются с помощью верхнего механизма 15 перемещения и вр.ащения што- ка и механизма 16 перемещения и вращения нижнего штока,, Камера установлена на столе 17.

Механиз а 1 перемещения штоков име

ют ходовой винт 18 с гайкой 19, выполненной из двух независимых частей укрепленных в обойме 20, плавающей в каретке 21,, Каретка снабжена роликами 22, катящимися по вертикальной направляющей 23,, Винт снабжен двумя электромагнитными муфтами 24 и 25.-Шестерни 26 служат для вращения валов редукторов, собранных из модульных редукторов 27. Рабочее перемещение штока обеспечивается - электродвигателем 28, ускоренное перемещение - электродвигателем 29. В случае необходимости возможно руч

5 0 5

0 ;. п

5

ное перемещение штока с помощью маховика 30.

Две полуоси 31 и расширенные относительно полуосей отверстия 32 обеспечивают возможность плавного смещения обоймы с гайками относительно каретки о Внутренняя труба 33 образует канал для ввода тяги весового датчика. Две перегородки 34 разделяют полость между двумя коаксиальными трубами на две части. Двигатель 35 служит для вращения штока и передачи вращения через редуктор 36 и зубчатые колеса 37 на вал 38. На валу выполнены шлицевые пазы 39 для скольжения шестерни 40, находящейся в зацеплении с шестерней 41, жестко укрепленной на штоке. Полукольцо 42 соединяет верхние торцы вертикальных перегородок. Герметичная полость 43 непосредственно примыкает к датчику 44, имеющему тягу 45, Уплотнение 46 герметизирует полость весового датчика и штока. Штуцеры 47 и 48 служат для ввода и вывода воды.

Установка действует следующим образом.

Через индуктор, штоки и систему охлаждения камеры пропускают охлаждающую воду. Подают высокочастотное напряжение на индуктор 12, Увеличивают напряжения до расплавления загрузки в тигле 9. Расцепляют электромагнитную муфту 24 с винтом 18. Включают электродвигатель 29 ускоренного перемещения затравки. Через редуктор 27, шестерни 26 и электромагнитную муфту 25 вращение от двигателя передается винту 18, на которьш накручиваются гайки 19, перемещая вниз обойму 20 и каретку 21. При этом полуоси 31, смещаясь в отверстиях 32, гасят колебания, возникающие при работе механизма. Каретка 21 на роликах 22 катится по направляющей 23, перемещая при этом вниз шток 13.После того, как затравка окажется в нескольких мшшиметрах от уровня расплава, двигатель 29 отключают. Включают двигатель 35, который через редуктор 36, зубчатые колеса 37 приводит во вращение вал 38, вращаюш й скользящую по ишицевым пазам 39 шестерню, приводящую во вращение шток 13, через шестерню .41. Затем отключают электромагнитную муфту .25, освобождая винт 18 от связи с электродвигателем 29. Включают электромагнитную муфту 24, связывая винт 18 с электродвигателем 28. Включают электродвигатель 28 и перемещают шток до погружения затравки в расплав. Затем включают подъем штока с помощью электродвигателя 28 и начинают разращива- ние кристалла. Кристалл 10 через тягу 45 передает усилие датчику веса. При этом сигнал от датчика веса поступает в ЭВМ. Сигнал датчика веса является опорным сигналом для управления процессом. По мере выработки расплава осуществляется перемещение и вращение тигля с помощью перемещения и вращения тигля, аналогичного механизму перемещения и вращения верхнего штока.

ции, расположенный над тиглем и состоящий из нескольких коаксиальных труб водоохлаждаемый верхний шток, соединенный с затравкодержателем, верхний и нижний штоки соединены с механизмами их вращения и перемещения, имеющими каретку, установленную с возможностью перемещения по вертикальной направляю1;;ей, и винтовую шариковую пару, гайка которой размеш,е- на в обойме, закрепленной в каретке, а ходовой винт соединен с электромагнитной муфтой, взаимодействующей

с электродвигателем рабочего перемещения и с электродвигателем ускоренного перемещения, и на верхнем штоке размещен датчик массы кристалла, о т- личающаяся тем, что, с це

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов, а именно к установке для выращивания монокристаллов тугоплавких окислов из расплава, и обеспечивает повышение качества кристалла за счет уменьшения механических нарушений. Установка состоит из станины с несущей колонкой, установленной на опорной плите, камеры роста, в которой на нижнем штоке установлен тигель, а на верхнем водоохлаждаемом штоке закреплен затравкодержатель. Штоки соединены с механизмами их вращения и перемещения, имеющими каретку, установленную с возможностью перемещения по вертикальной направляющей, и винтовую шариковую пару, гайка которой закреплена в каретке, а ходовой винт соединен с электромагнитной муфтой,взаимодействующей с электродвигателем рабочего перемещения и электродвигателем ускоренного перемещения. Отличие заключается в том, что камера верхней частью жестко связана с несущей колонной, а нижней - с опорной плитой. Камера, несущая колонна, станина и опорная плита образуют жесткий 0-образный контур. Каждьй механизм перемещения штоков снабжен дополнительной электромагнитной муфтой для соединения винта с электродвигателем ускоренного перемещения. Гайка выполнена из двух независимых частей, а каретка имеет возможность самоустановки. Верхний шток выполнен из двух коаксиальных труб, разделенных продольными перегородками на две части. Каждая из них снабжена штуцерами. Верхние торцы перегородок соединены полукольцом. Отличие состоит также в том, что установка снабжена модульными редукторами. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. с S (Л оо со О1 сд сд

При работе установки вода поступа- 20 повышения качества кристалла за

ет в штуцер 47 штока 13, затем по полости, отделяемой вертикальными перегородками 34 между наружной и внутренней трубами, поступает до дна штока, проходит в другую полость между наружной и внутренней трубами и выходит в штуцер 48.

Предлагаемая установка позволяет получать кристаллы тугоплавких окислов более высокого качества за счет резкого снижения аппаратурной полосчатости кристаллов и снижения числа домен, так например, уменьшает локальные неоднородности показателя преломления на полосах роста в монокристаллах ниобата лития в 5-8 раз и увеличивает длину монодоменной части кристалла в 4-6 раз.

25

30

35

счет уменьшения механических нарушеНИИ при выращивании кристаллов, камера верхней частью жестко связана с несущей колонной, а нижней - с опорной плитой, при этом камера, несущая колонна, станина и опорная плита образуют жесткий 0-образный контур, каждый механизм перемещения штоков снабжен дополнительной электромагнитной муфтой для соединения ходового винта с электродвигателем ускорен ного перемещения, гайка винтовой шариковой пары выполнена из двух независимых частей, а обойма снабжена расположенными в горизонтальной плоскости, проходящей через вертикальные оси винта и каретки, двумя со- осными полуосями, верхний шток выпол нен из л.вух коаксиальных труб, полость между которыми разделена продольными перегородками на две части, снабженные штуцерами, а верхние торц перегородок снабжены полукольцом, разделяющим полость в поперечном сечении.

Форм у л а изобретения

5

0

5

0

5

счет уменьшения механических наруше НИИ при выращивании кристаллов, камера верхней частью жестко связана с несущей колонной, а нижней - с опорной плитой, при этом камера, несущая колонна, станина и опорная плита образуют жесткий 0-образный контур, каждый механизм перемещения штоков снабжен дополнительной электромагнитной муфтой для соединения ходового винта с электродвигателем ускоренного перемещения, гайка винтовой шариковой пары выполнена из двух независимых частей, а обойма снабжена расположенными в горизонтальной плоскости, проходящей через вертикальные оси винта и каретки, двумя со- осными полуосями, верхний шток выполнен из л.вух коаксиальных труб, полость между которыми разделена продольными перегородками на две части, снабженные штуцерами, а верхние торцы перегородок снабжены полукольцом, разделяющим полость в поперечном сечении.

фи.1.

23

22

19

Фиг.З

34

Фие.

Фиг. 5

-4«

Фиг. 6