Установка для выращивания кристаллов
Полезная модель направлена на создание установки для выращивания кристаллов, обеспечивающей возможность получения низкоградиентой температурной области в зоне охлаждения кристаллов, что важно, например, для фторидных кристаллов, которые широко используются, в частности, в оптико-электронных приборах, например в фотоприемной аппаратуре, работающей в ультрафиолетовом диапазоне волн.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для выращивания кристаллов, содержащей корпус, теплоизоляционный кожух, нагреватель и устройство для вертикального перемещения тигля, внутри которого происходит кристаллизация расплава, теплоизоляционный кожух выполнен в виде ряда секций, каждая из которых образована несколькими телескопически расположенными теплоизоляционными экранами. Между экранами имеется зазор, секции по вертикали разделены между собой горизонтальными перегородками, количество теплоизоляционных экранов по секциям и в каждой секции может быть различным. Нижняя секция расположена под нагревателем и имеет по вертикали несколько рядов теплоизоляционных экранов, причем количество экранов по рядам различно. 5 з.п.ф., 5 илл.
Предлагаемая полезная модель относится к области техники, связанной с выращиванием кристаллов, которые широко используются, в частности, в оптико-электронных приборах, например в фотоприемной аппаратуре, работающей в ультрафиолетовом диапазоне волн.
В настоящее время среди таких кристаллов важное место принадлежит оптически прозрачным кристаллам неорганических фторидов. Еще в последней четверти 20 века, было начато промышленное выращивание однокомпонентных фторидных монокристаллов, среди которых следует отметить LiF, CaF2, BaF2, MgF2 и SrF2. Появление этих кристаллов и фторидных кристаллов более сложного состава, разработка на их основе пассивных и активных оптических конструкционных элементов придало новый импульс развитию различных оптикоэлектронных приборов.
Выращивание фторидных кристаллов традиционно реализуется в кристаллизационных установках, работающих по методу Бриджмена.
Известна кристаллизационная установка, работающая по методу Бриджмена, содержащая корпус, теплоизоляционный кожух, нагреватель и устройство для вертикального перемещения тигля, внутри которого происходит кристаллизация расплава (Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004, стр.107.)
Основным недостатком известной установки является то, что температурный профиль по высоте установки имеет две четко разделенные тепловые зоны: практически безградиентную в центральной части нагревателя (~75% от его общей длины) и протяженную зону с резким (более 80 К/см) температурным градиентом в нижней части нагревателя и под ним. Неравномерность температурного поля по высоте установки отрицательно сказывается на качестве выращиваемых кристаллов, Неравномерность температурного поля обусловлена тем, что известная установка имеет только один теплоизоляционный кожух, расположенный вокруг нагревателя, а в зоне охлаждения под нагревателем тепловая экранировка полностью отсутствует.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание установки для выращивания кристаллов с измененной конструкцией, обеспечивающей возможность получения низкоградиентой температурной области в зоне охлаждения кристаллов.
Техническим результатом является расширение круга выращиваемых кристаллов и повышение их оптического качества за счет обеспечения возможности получения низкоградиентой температурной области в зоне охлаждения кристаллов.
Поставленные техническая задача и результат достигаются в результате того, что в установке для выращивания кристаллов, содержащей корпус, теплоизоляционный кожух, нагреватель и устройство для вертикального перемещения тигля, внутри которого происходит кристаллизация расплава, теплоизоляционный кожух выполнен в виде ряда секций. Каждая из секций образована несколькими телескопически расположенными теплоизоляционными экранами, между которыми имеется зазор. Секции по вертикали разделены между собой горизонтальными перегородками, количество теплоизоляционных экранов по секциям и в каждой секции может быть различным. Нижняя секция расположена под нагревателем и имеет по вертикали несколько рядов теплоизоляционных экранов, причем количество экранов по рядам различно. При этом теплоизоляционные экраны всех могут быть выполнены в виде телескопически сопрягающихся цилиндров, между которыми имеются кольцевые зазоры, заполненные газовой средой. Количество теплоизоляционных экранов в каждой из секций может находиться в диапазоне от 1 до 10, а сами экраны могут выполняться из графита. Когда количество рядов нижней секции теплоизоляционного кожуха равно трем, соотношение их высот находится в диапазоне от 1:1:1 до 1,25:1,25:0,8.
Сущность полезной модели поясняется схемами и изображениями, представленными на фигурах.
На фиг.1 приведена схема установки;
На фиг.2 - разрез по А-А;
На фиг.3 - исходное распределение температуры по осевой линии;
На фиг.4 - модифицированное распределение температуры по осевой линии;
На фиг.5 - микроструктура многокомпонентных кристаллов Na0.4(Y0.9 Ce0.1)0.6F2.2, выращенных в исходных тепловом поле (а), и условиях модифицированного теплового поля (б). Скорости охлаждения 20 К/час (а) и 100 К/час (б).
Установка содержит водоохлаждаемый корпус 1, внутри которого находится нагреватель 2, охватываемый снаружи теплоизоляционным кожухом, выполненным в виде отдельных секций, содержащих телескопически сопрягающиеся экраны 3-4, внутри полости, образованной экранами 3, находится тигель 5, верхние секции содержат телескопически сопрягающиеся теплоизоляционные экраны 6-9. Тигель 5 через графитовый переходник 10 прикреплен к штоку 10, посредством которого обеспечивается перемещение тигля в вертикальном направлении. Секции по вертикали разделены между собой горизонтальными перегородками, количество теплоизоляционных экранов по секциям и в каждой секции может быть различным, причем нижняя секция расположена под нагревателем.
На фиг.4 показана нижняя секция, которая имеет по вертикали три ряда теплоизоляционных экранов, причем количество экранов по рядам различно. При этом соотношение высот рядов нижней секции находится в диапазоне от 1:1:1 до 1,25:1,25:0,8.
Влияние конструкции нижней секции на работу установки иллюстрируется фиг.3 и фиг.4, на которых 1 - тигель, 2 - нагреватель, 3 - верхняя теплоизолирующая секция, 4 - нижняя теплоизолирующая секция. При выполнении нижней секции с одним рядом теплоизолирующих экранов (фиг.3) распределение температуры по осевой линии имеет, протяженную зону с резким температурным градиентом в нижней части нагревателя и под ним. Выполнение нижней секции с несколькими рядами теплоизоляционных экранов, в каждом из которых имеется различное число экранов, создает распределение температуры по высоте, представленное на фиг.4, которое обеспечивает:
1) малоградиентное температурное поле в центре нагревателя для осуществления плавления шихты и выдержки расплава для гомогенизации и фторирования;
2) узкую (порядка 2 см) зону роста с высоким осевым градиентом температуры (до 90 К/см);
3) слабоградиентное тепловое поле (10-25 К/см) на стадии охлаждения и послеростового отжига;
4) возможность варьирования величины градиента в зоне охлаждения, изменяя количество цилиндрических экранов в секциях, в диапазоне 10-25 К/см.
Промышленная применимость, предлагаемой полезной модели была проверена при кристаллизации фторидных кристаллов многокомпонентного состава Na0.4(Y0.9Ce0.1)0.6 F2.2 (фиг.5). При использовании нижней секции, содержащей три ряда экранов по вертикали, в кристаллах не образуются участки с грубой и мелкоблочной структурой, характерные при охлаждении кристаллов в условиях резкоградиентного теплового поля, формирующегося в установке, принятой за прототип.
Кроме того, предлагаемая полезная модель позволяет увеличить скорость роста многокомпонентных фторидных кристаллов.
1. Установка для выращивания кристаллов, содержащая корпус, теплоизоляционный кожух, нагреватель и устройство для вертикального перемещения тигля, внутри которого происходит кристаллизация расплава, отличающаяся тем, что теплоизоляционный кожух выполнен в виде ряда секций, каждая из которых образована несколькими телескопически расположенными теплоизоляционными экранами, между которыми имеется зазор, секции по вертикали разделены между собой горизонтальными перегородками, количество теплоизоляционных экранов по секциям и в каждой секции может быть различным, нижняя секция расположена под нагревателем и имеет по вертикали несколько рядов теплоизоляционных экранов, причем количество экранов по рядам различно.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляционные экраны выполнены в виде телескопически сопрягающихся цилиндров, между которыми имеются кольцевые зазоры, заполненные газовой средой.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что количество теплоизоляционных экранов в каждой из секций находится в диапазоне от 1 до 10.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что количество рядов нижней секции теплоизоляционного кожуха равно трем, а соотношение их высот находится в диапазоне от 1:1:1 до 1,25:1,25:0,8.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляционные экраны выполнены из графита.
