Способ контроля температуры и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК C30B15/20 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к Контролю технологии выращивания высокотемпературных монокристаллов бесконтактным способом. Известен способ определения положения расплавленной зоны в прсщессе зонной перекристаллизации, осуществляемый в ге метичной камере со смотровыми окнами, который основан на сравнении интенснаности излучения расплава и прилегаюишх к нему твердых участков перекристаллизуемого образца, воспринимаемого приемником излучения фотоэлектрической системы Щ . Недостатком этого способа является то, что за период времени, в течение которого осуществляется визирование объекта в двух исследовательных точках температурное поле претерпевает сущест венные изменения и показания положения фроиго кристаллизации не соответствуют пиложпиию в данный момент времени. Кромо того, результат измерения завиСИТ от излучательной способности исследуемого объекта. Наиболее близким техническим решени ем к предлбОаемому является способ определения положения расплавленной зоны в процессе зонной перекристаллизации. Спсюоб включает сравнение интеисивйостей излучения расплава и прилегающих к нему участков кристаллизуемого образца, воспринимаемых приемником излучения. Этот способ позволяет измерить положение границы между твердой частью образца я расплавом с точностью, не зависящей от степени запыленности смотрового окна. Способ осуществляют устройством для определения положения расплавлеиной процессе кристаллизации, содержащем приемник излучения с оптической системой и усилительно-преобразовательный блок 2. Недостатком указанных способа и ус- ройства является необходимость переюстировки прибора для измерения в двух точках исследуемого обьекта, а также зависимость результата измерения от излучательной способности исследуемого объекта. Цель изобретения - повышение точности и измерение абсолютного значения градиента температур. Указанная цель достигается техническим решением, представляющим собой новый способ контроля температуры вбл зи фонта кристаллизации, включающий сравнение интенсивностей излучения раоплава и прилегающих к нему участков кристаллизуемого образца, воспринимаемых приемником излучения, осуществлени которого обуславливается хфименением устройства новой конструкцтг Предлагаемый способ отличается от известного способа тем, что после сравнения одновременно определяют значение разности и суммы сигналов, получаемых с приемника излучения, вычисляют отношение этих величин и умножакЗт полученное значение на величину, равную половине значения температуры кристаллизации, Такой способ может быть осуществлен устройством новой конструкции для контроля температуры вблизи фронта кристал лизации, содержащим приемник излучения с оптической системой и усилительнопреобразовательный блок. Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит в том что приемник излучения содержит пластину из пироактивного материала, на одной стороне которой расположен облучаемый эяектрод, на противоположной - два необлучаемых электрода, а усилительнопреобразовательный блок содержат сумматор, блоки вычитания и умножения, при этом входы сумматора и блока вычитания соединены с необлучаемыми электродами, а их выходы пошслючены к блоку умножения. На фиг. 1 Изображена: блок-схема устройства; на фиг. 2 - пироэлектрический г зиемннк излучения. Устройство содержит модулятор 1, фокусирующую систему 2, приемник 3 излучения, сумматор 4, блок 5 вычитания блок 6 умножения, у пироэлектрического 1фиемника на облучаемой стороне пласти ны расположен узкий электрод 7, на не .облучаемой - узкие электроды 8 н 9, расположенные под углом к электроду 7, сследуемый объект Ю, с фронтом II кристаллизации и точками А и В, излучение от которых падает на пироактивные участки образованные электродами. Устройство работает следующим образом. Излучение от двух точек вблизи фррнта кристаллизации с помощью фикусирующей системы 2 проектируется на заземленный облучаемый электрод 7 приемника 3. Снимаемые с необлучаемых -электродов 8 и 9 сигналы поступают на сумматор 4 и блок 5 вычитания, а затем на блок 6 умножения, где происходит умножение сигнала на постоянную величину - половинное значение температуры кристаллизации. Сущность способа заключается в следующем. В процессе кристаллизации, осуществляемом в герметичной камере со смотровым окном, излучение двух участков исследуемого объекта, один из которых находится вблизи от фронта кристаллизации А, а второй в направлении градиента температур В, попадает на чувствитель- нъю элементы приемника излучения. Возникающие сигналы от двух участков объекта А и В можно записать Уд А-К6 и Ув АКбТв .(I) де Тд и Т„ - абсолютные значения температур участков А .и В; К - коэффициент преобразования устройства в целом; и А - коэффициенты, зависяыше от испускательной и поглощательной способности объекта, приемника, степени запыленности смотрового окна, а также от геометрии излучения участка объекта и приемной площадки чувствительного элемента. При измерении градиента температур .выбираются участки, находящиеся на небольшом расстоянии, так что где ДТ«Тд wTg (2). Тогда можно получить после разложения и сокращения членов более высоких порядков малости Уд-Ув Акб()-То АКё4То йт +VB 2EAK6ro, При этом отношение регистрируемое выходным прибором ЦД-УВ о -А1 . Так как температура кристаллизации вещества , является известной физической константой, а измеряемые участки А и В нахоаятся вблизи фронта кристалл зации и их температуры согласно неравеяству (2) вблизи кТ,, умножая выражение (4) на половинноа значение температуры кристаллизации получим абсолютную разность - градиент температур ДТ. Как видно из вышеизложенного, результат измерения не зависит от излучатель- ной способности объекта и поглощательной способности приемника. Предлагаемым способом вьфашивают кристаллы лейкосапфира, алюмоитровые и железоитровые гранаты, спинели, темп атура плавлеиия которых и выше. Величина температурного градиента составляет {10 - 4О) К/С. Точность поддержания с точки зрения технологии 1 К/С. Использование данного способа и устройство для определения абсолютного зна чения градиента температур вблизи фронта кристаллизации позволит повысить точ кость измерения при контроле и угфавлвнии процессом кристаллизации. В настоящее время процесс ведется по косвенным параметрам: мощности или напряжению на нагревателе, по ширине зоны расплава и визуальной оценке положения фронта .кристаллизации. Объективный контроль за ростом вышеуказанных материалов отсутствует, в связи с чем выход годной хфодукции составляет 5О-60%. При использовании гредлагаемого способа и уст ройства процент выкоов пдаышаегся до 8О-9О Формула изобретения 1.Способ контроля температуры вблизи 4фонта кристаллизации, включающий сравнение интенсивиостей излучения расплава и прилегающих к нему участков кристаллизуемого образца, воспринимаемых приемником излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и измерения абсолютного значения градиента температур, после сравнения одновременно определяют зиачение разности и суммы сигналов, получаемых с приемника излучения, вычисляют отношение этих величин и умножают полученное значение на величину, равную половине значения температуры кристаллизации. 2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее приемник излучения с оптической системой и усилительно-преобразовательный блок, о т л ичающееся тем, что приемник излучения содержит пластину из пироактивного материала, на одной стороне которой расположен облучаемый электрод, на противоположной - два необлучаемых электрода, а усилительно-преобразовательный блок содержит сумматор, блоки вычитания и умножения, гцзи этом входы сумматора и блока вычитания соединены с необлучаемыми электродами, а их выходы подключены к блоку умножегшя. Источники информации, 1фйнятые во внимание при экспертизе 1.Вильке К. Т. Вьфашивание кристаллов, Л., Недра , 1977, с. 81. 2.Авто| ское свидетельство СССР № 254489, кл. С ЗО В 13/30, 1968.

i-H

П

4ZS

Фиг.