Устройство для выращивания монокристаллов из расплава Советский патент 1991 года по МПК C30B15/20 

Изобретение относится к области вьфащивания монокристаллов из расплава и может быть использовано для выращивания крупных монокристаллов различными методами.

Известно устройство для выращи- . вания монокристаллов с контролем структурного совершенства растущего кристалла, включающее держатель затравки и механизм перемещения кристалла, а также источник рентгеновских лучей в виде трубки с вращающимся анодом, механизм перемещения кристаллизационной камеры относительно пучка рентгеновских лучей, приемник рентгеновских лучей в виде рентгеновского видикона, связанного с телевизионным монитором.

ОС C3D 4

Принципиальным Недостатком известного устройства является прежде всего малая допустимая толщина кристалэо 4; ла, порядка 1 мм, обусловленная по- . глощением ретгеновских лучей в кристал |лизуемом материале. Ограничения на размеры кристалла и габариты кригтал. лизационной камеры накладываются также необходимостью перемещения камеры с кристаллом относительно пучка рентгеновских лучей для осуществления контроля структурного совершенства кристалла методом рентгеновской топографии. Эти недостатки не позволяют применить указанное устройство для выращивания крупных кристаллов. Необходимость ослабления или полного удаления стенок кристаллизационной камеры, нагревателя и тепловых экранов на пути рентгеновских лучей не позволяет использовать известное устройст во для выращивания кристаллов ными методами, особенно при высоких температурах, что значительно сужает область его применения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для выращивания кристаллов с контролем скорости перемещения фрон та кристаллизации i включающее держатель затравки, механизм перемещения кристалла, пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с одной стороны с затравкой, а с другой - с блоком преобразования и измерения им /пульсов. Недостатком этого устройства является ограниченный температурный Р1иапазоН работы, определяемый точкой Кюри преобразователя (для пьезокерамики не выше ), при этом невозможно его применение контроля струк турного совершенства растущего кристалла при выращивании кристаллов с высокой температурой плавления различными методами. Целью изобретения является обеспечение контроля структурного совершенства растущего кристалла и повышение за этого выхода крупных кристаляов без дефектов. Цель достигается тем, что в устро стве для выращивания монокристаллов из расплава, содержащем держатель за травки, механизм перемещения кристал ла , пьезоэлектрический преобразователь соединенный с одной стороны с затравкой, а с другой стороны с блоком преобразования и измерения импульсов, пьезоэлектрический преобразователь соединен с затравкой или Д жателем затравки через волновод и сна(ен средством для охлаждения, вы пояненньм в виде радиационных экрано и холодильника, и кинематически связаннь м с механизмом перемещения кристалла. На чертеже изображена схема устройства. Здесь нагреватель 1, расплав 2, кристалл 3, затравка f, держатель за травки 5 волновод 6, радиационный экран 7, холодильник 8 (стрелками показаны вход и выход охлаждающей жидкости), пьезоэлектрический преобргзователь импульсов акустической эмиссии Э, звено кинетической связи 10, механизм перемещения кристалла 11, блоки преобразования и измерения им пульсов 12, фильтр 13, усилитель 1А, амплитудный ди.скриминатор 15, интенсиметр 1б, самописец 17. Волновод 6 соединен с затравкой 4 или ее держателем, пропускается сквозь отверстия в радиационном экране 7 и холодильнике 8 и соединяется с пьезоэлектрическим преобразователем импульсов акустической эмиссии 9. Преобразователь импульсов 9 электрически соединяется с блоками преобразования и измерения импульсов 12. Радиационный экран 7 и холодильник 8 с помощью звена кинематической связи 10 соединяется с механизмом перемещения кристалла 11. Устройство работает следукацим образом. В держатель затравки 5 помещается затравка Л/ При нагреве шихты образуется расплав 2, в контакт с которым приводится затравка . При удалении затравки от нагревателя 1 с помощью механизма перемещения кристалла 11 начинается рост кристалла 3 из расплава 2. Если в процессе выращивания кристалла в нем образуются структурные дефекты в виде скопления дислокаций или трещин, они порождают импульсы акустической эмиссии, которые через затравку и волновод 6 передаются в преобразователь 9, При этом на выходе преобразователя 9 появляются электрические импульсы. Они поступают на вход блоков преобразования и измерения импульсов 12. По показаниям одного из этих блоков, интенсиметра 1б, определяется момент возникновения cтpyкtypныx дефектов а кристалле и их развитие. С помощью самописца 17 осуществляется автоматическая регистрация покйваний интенсиметра 1б . При осуществлении изобретения возможны следующие варианты. При спонтанном зарождении кристалла волновод соединяется с капиллярным концом держателя затравки, в котором происходит зарождение, В методах Чохральского, Киропулоса, бестигельный зонной плавки волнрЕюд в зависимости от конкретной конструкции держателя затравки соединяется непосредственно | с затравкой или ее держателем. В метод Вернейля при использовании держателя затравки из пористой керамики предпочтительнее непосредственное соединение волновода с затравкой, что бы уменьшить затухание импульсов эмис сии. В тигельных методах, в: том числе вертикальной и горизонтальной направленной кристаллизации, волновод соединяется со стенкой тигля, где рас;положена затравка. благодаря тому, что предложенное устрсгйство позволяет осуществлять Процесс выращивания монокристаллов с контролем его структурного совершенства, удалось оперативно установить связь между условиями выращивания и качеством кристалла. Это позволяет,в частности, путем создания теплового поля оптимальной конфигурации исключить образование и развитие в растущем кристалле структурных дефектов в виде трещины. Выход крупных кристаллов сапфира без трещин возрос с 60 до 85-90, что дает большой экономический эффект.

УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА, содержащее держатель затравки, механизм перемещения кристалла, пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с одной стороны с затравкой, а с другой стороны с блоком преобразования и измерения импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью контроля структурного совершенства растущего кристалла и повышения за счет этого выхода крупных кристаллов без дефектов, преобразователь соединен с затравкой или держателем затравки через волновод и снабжен средством для охлаждения, выполненным в виде радиационных экранов и холодильника, и кинематически связанным с механизмом перемещения кристалла.

О О О О

0. ОО 00 0

8

Г (}