Устройство для поддержания и регулирования температуры в индукционных ростовых установках Советский патент 1988 года по МПК C30B15/20 

Изобретение, относится к технике высокочастотного нагрева, в частности к устройству для поддержания и регулирования температуры в установках для выращивания кристаллов.

Цепью изобрете шя является повьше- ние точности поддержания и регулиро- вания температуры в ростовых индукционных установках.

На фиг. представлена камера ростовой установки, общий вид; на фиг.2 - блок-схема устройства для поддержания и регулирования температуры.

Устройство для поддержания и регулирования температуры в индукционных ростовых установках содержит шток 1 вытягивания, камеру 2 установки, индуктор 3j затравку 4, кристалл 5, ти- гель 6, керамическую подставку 7, пьедестал 8, термопару 9, керамический стакан 10, теплоизолирующий порошок 11, цилиндр 12, опору 13, датчик 14 входного сигнала, блок 15 уси- Ленин, блок 16 сравнения, блок 17 задатчика, блок 18 усиления разности сигналов, блок 19 управления высокочастотным преобразователем, высокочастотный преобразователь 20, индуктор 21 .

Устройство работает следующим образом.

Датчик входного сигнала состоит из термопары 9, помещенной в керамический стакан 10 и утепленной диэлектрическим порошком 11. Горячий спай термопары закреплен (припаян или зачекайен) на поверхности металличес

кого циливдра 12. Керамический стакан 40 привести к значительным нагрузкам на 10 установлен на опоре 13, которая может перемещаться в горизонтальном направлении относительно индуктора 3 с целью изменения расстояютя А.Сигнал от темопары-датчика 14 входного сиг- д нала поступает на соединенный последовательно блок 15 усиления и подается на блок 16 сравнения, где сравнивается с сигналом задания блока 17 задатчика, подсоединенного параллель но. Цилиндр 12 может быть выполнен из любого металла, воспринимающего электромап-штное поле, выдерлсившощего рабочую температуру цилиндра и атмосферу, в которой проводится процесс ее

выращивания кристаллов (молибден, титан, никель и т.д.). Оптимальные размеры цилиндра 12: диаметр 20 - 40 мм, высота .40-60 мм, толщина стен50

термопаре 9 и снизить ее срок службы. Экспериментально установлено, что при расстоянии A()+5 мм, где R - радиус индикатора; г - радиус керамического стакана, могут возникать электрические пробои между индуктором 3 и цилиндром 12 с отключением установки. При расстоянии (К+г)+30 мм ослабевает напряженность электромагнитного поля, увеличивается инерционность системы регулирования, ухудшает ся точность поддержания и регулирования температуры, кристаллы растут более дефектнь1ми.

Термопара 9 подключена к схеме регулирования и поддержания температуры ростовой установки. В тигле 6 растет кристалл 5. Тигель 6 нагревает

0

5

0 5

0

5

ки 0,3-1,0 мм, обеспечивают необходимую для регулирования ЭДС термопары 9.

Керамический стакан 10 может быть выполнен из , MgO, SiOa. и других материалов, выдерживающих рабочие температуры цилиндра 12. Размеры стакана 10 должны быть таковы, чтобы между стенками цилиндра и стакана 10 образовался зазор 5-10 мм.

В качестве теплоизолирующего порошка 11 может быть использован любой теплоизолирующий порошок, выдерживаю- цуй рабочую температуру цилиндра 12 600-1000 С.

В качестве термопары может применяться любая термопара, работающая стабильно при рабочих температурах цилиндра 12 и длительно выдерживающая атмосферу ростовой камеры,,например платино-родий-платиновая ПП-1, которая приваривается к цилиндру.

Подставка может быть выполнена из металла или диэлектрического материала и имеет возможность горизонтального перемещения относительно индуктора для изменения расстояния А (фиг.1) между продольной осью керамического стакана 10 и продольной осью индуктора 3, которое выбирается с таким расчетом, чтобы при температуре плавления выращиваемого соединения температура цилиндра 12 равнялась 600-1000°С. Ниже 600°С сигнал термопары 9 может быть недостаточным для стабильной работы системы регулирования температуры. Выше температура нежелательна, так как может

привести к значительным нагрузкам на

термопаре 9 и снизить ее срок службы. Экспериментально установлено, что при расстоянии A()+5 мм, где R - радиус индикатора; г - радиус керамического стакана, могут возникать электрические пробои между индуктором 3 и цилиндром 12 с отключением установки. При расстоянии (К+г)+30 мм ослабевает напряженность электромагнитного поля, увеличивается инерционность системы регулирования, ухудшается точность поддержания и регулирования температуры, кристаллы растут более дефектнь1ми.

Термопара 9 подключена к схеме регулирования и поддержания температуры ростовой установки. В тигле 6 растет кристалл 5. Тигель 6 нагревается за счет электромагнитного поля индуктора 3, этим же полем нагревается и цилиндр 12 устройства, в результате чего на термопаре возникает ЭДС, которая подается в схему регулирования и сравнивается с сигналом задания. Если эти сигналы равны, система поддерживает параметры высокочастотного преобразователя заданными. Если в питающей электрической системе происходит снижение напряжения, уменьшаются параметры преобразователя, уменьшается температура на тигле 6 и цилиндре 12, так как они связаны одним 15 ления высокочастотным преобразоватето устройство понижает температуру до заданной.

Формула изобретения

Устройство для поддержания и регулирования температуры в индукционных ростовых установках, состоящее из последовательно соединенных датчика входного сигнала, блока усиления, блока сравнения сигнала с сигналом задания с параллельно подсоединенным к нему блоком задатчика, блока усиления разностного сигнала, блока управ

Изобретение относится к технике высокочастотного нагрева, в частности к устройствам для поддержания температуры в установках для выращивания кристаллов, и позволяет повысить точность поддержания и регулирования температуры Б ростоных индукционных установках. Устройство состоит из последовательно соединенных датчика входного сигнала, блока усиления, блока сравнения входного сигнала с сигналом задатчика с параллельно сое- диненгым с ним блоком задатчика, блока усиления разностного сигнала, блока управления высокочастотным преобразователем, высокочастотного преобразователя и индуктора. Новизна изобретения заключается в том, что в качестве датчика входного сигнала используется металлический цилиндр с закрепленным на его поверхности с горячим спаем регулирующей термопары. Цилиндр отстоит от индуктора на определенном расстоянии и его температура изменяется по тому же закону, что и температура тигля. Температуру на- 2 грева цилиндра можно изменять, прибли жая его к индуктору или удаляя от него, благодаря чему можно для управления высокотемпературными процессами использовать низкотемпературные высокостабильные термопары. 2 ил. ИЙ1| 4 ГчЭ СП

электромагнитным полем индуктора 3, ЭДС термопары 9 уменьшается и становится меньше заданной. В системе регулирования появляется сигнал рассогласования, равный разности сигнала за- 20 дания и сигнала термопары, которьй поступает на блок управления преобразователя и изменяет параметры его

лем, высокочастотного преобразователе} и индуктора, отличающееся тем, что, с целью повьппекия точности поддержания и регулирования температуры, датчик входного сигнала выполнен в виде металлического цилиндра с закрепленным на его поверхности горячим спаем регулирующей термопары, причем цилиндр помещен в керамический

так, что на тигле 6 и цилиндре 12

установится заданная температура, ко- 25стакан, заполненный порошком из высоторую схема регулирования поддержива-,котемпературного диэлектрического

ет до очередного возмущения системы.материала, и расположен на- расстояЕсли происходит повьшение напряжениянии от оси индуктора так, что его

питающей сети, что вызовет повьшениепродольная ось параллельна касательтемпературы тигля 6 и цилиндра 12, 30ной к виткам индуктора.

лем, высокочастотного преобразователе} и индуктора, отличающееся тем, что, с целью повьппекия точности поддержания и регулирования температуры, датчик входного сигнала выполнен в виде металлического цилиндра с закрепленным на его поверхности горячим спаем регулирующей термопары, причем цилиндр помещен в керамический

.г