Устройство для группового выращивания кристаллов

 

Изобретение относится к созданию оборудования для выращивания монокристаллов , может быть использовано в производстве монокристаллических магнитов и позволяет повысить производительность за счет увеличения числа одновременно выращиваемых заготовок и выходы годных монокристаллов Устройство для группового выращивания кристаллов направленной кристаллизацией из расплава включает контейнер, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрическом электропроводном блоке, нагреватель, расположенный с внешней стороны коаксиально блоку, холодильник, размещенный соосно нагревателю под блоком, теплоизоляционный экран, установленный над блоком и выполненный в виде цилиндрического колпака, и стакан, установленный коаксиально экрану между контейнерами и выполненный длиной, равной длине контейнеров, а электропроводный блок выполнен в виде трубы. Соотношение диаметра стакана к его длине лежит в пределах (1:10)-(1:5), На дно стакана помещен слой материала с коэффициентом черноты излучения, близким к единице, в качестве этого материала используют графит. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИА.ПИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)л С 30 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 35780? 4/26 (22) 17.01.83 (46) 15.11.92, Бюл, ¹ 42 (71) Конструкторское бюро постоянных магнитов (72) А.И. Гриднев, А.А.Попенков и А.М,Пушкарев (56) Патен ФРГ ¹ 2011474, кл. В 01 J 17/06, опублик. 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 570236, кл. С 30 В 11/00, 1974, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРУППОВОГО ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к созданию оборудования для выращивания монокристаллов, может быть использовано в производстве монокристаллических магнитов и позволяет повысить производительность за счет увеличения числа одновременно выращиваемых заготовок и выходы годных монокристаллов. УстройстИзобретение относится к созданию оборудования для выращивания монокристаллов и может быть использовано в производстве монокристаллических магнитов.

В современной технике для группового выращивания монокристаллов наибольшее распространение получили устройства для вертикальной направленной кристаллизации по видоизмененному методу Бриджмена.

Известно устройство, содержащее обогреваемый блок, снабженный по периферии отверстиями, в которые помещаются контейнеры с кристаллизующимся сплавом, последовательно за нагревателем установлен холодильник.

Недостатками устройства являются невысокая стабил ность тепловых условий, „„SU„„ 1 775510 Al во для группового выращивания кристаллов направленной кристаллизацией из расплава включает контейнер, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрическом электрои роводном блоке, нагреватель, расположенный с внешней стороны коаксиально блоку, холодильник, размещенный соосно нагревателю под блоком, теплоизоляционный экран, установленный над блоком и выполненный в виде цилиндрического колпака, и стакан, установленный коаксиально экрану между контейнерами и выполненный длиной, равной длине контейнеров, а электропроводный.блок выполнен в виде трубы. Соотношение диаметра стакана к его длине лежит в пределах (1;10) — (1;5). На дно стакана помещен слой материала с коэффициентом черноты излучения, близким к единице, в качестве этого материала используют графит. 3 з.п, ф-лы, 1 ил. приводящая к снижению качества получаемых монокристаллов, а малое число одновременно выращиваемых монокристаллов.

Наиболее близким тсхническим решением к предлагаемому является устройство для группового выращивания кристаллов направленной кристаллизацией расплава, включающее контейнеры, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрическом электро. проводном блоке, нагреватель, расположенный с внешней стороны коаксиально блоку, и холодильник, размещенный соосно нагревателю под блоком.

Недостатками известного устройства является малая стабильность тепловых условий, которая вызывается двумя причинами: наличием конвекционного потока газа

1775510 вдоль контейнеров, вызванного высоким (14-16 град/мм) вертикальным градиентом температуры и трудностью измерения температуры на уровне фронта кристаллизации, которое необходимо для системы автоматического регулирования температуры. Нестабильность тепловых условий приводит к снижению качества монокристаллов, Кроме того, блок из электропроводного материала сложен в изготовлении и недостаточно надежен из-за заклинивания и последующего электрического пробоя в нем при возможном растрескивании одного из контейнеров в зоне высоких градиентов температуры, Целью изобретения является повышение производительности эа счет увеличения числа одновременно выращиваемых заготовок и выхода годных монокристаллов.

Указанная цель достигается тем, что устройство для группового выращивания кристаллов направленной кристаллизацией расплава, включающее контейнеры, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрическом электроп роводном блоке, нагреватель, расположенный с внешней стороны коаксиально блоку, и холодильник, размещенный соосно нагревателю под блоком, снабжено теплоизоляционным экраном, установленным над блоком и выполненным в виде цилиндрического колпака, и стаканом, установленным коаксиэльно экрану между контейнерами и выполненным длиной, равной длине контейнеров, а электропроводный блок выполнен в виде трубы, Кроме того, для повышения точности измерения действительной температуры на фронте кристаллизации, соотношение диаметра стакана к его длине лежит в пределах (1:10)-(1:5).

На дно стакана помещен слой материала с коэффициентом черноты излучения, близким к единице.

В качестве материала с коэффициентом черноты излучения близким к единице, используют графит, На чертеже представлено предлагае.мое устройство, разрез.

Устройство состоит из нагревателя 1, электропроводного блока 2, вдоль внутренней поверхности которого установлены контейнеры 3 с кристалл изующимся расплавом. Между блоками 2 и нагревателем 1 установлен трубчатый теплоизолятор

4, а на нем — дополнительный теплоиэолятор, состоящий иэ колпака 5 и керамического, например; алундового, стакана 6. На дно стакана помещен графит 7, имеющий коэф5

55 фициент черноты излучения, близкий к единице. Последовательно за нагревателем

1 установлен холодильник 8.

Устройство работает следующим образом.

Включают нагреватель 1, разогревают блок 2 до достижения температуры на уровне фронта кристаллизации, равной температуре плавления сплава, Эту температуру контролируют с помощью пирометра излучения типа АППИР-С, визируемого на графит, находящийся на дне стакана 6. После приплавления нагреватель 2, теплоизоляторы и электропроводной блок 2 синхронно перемещают вдоль образующих контейнеров с заданной скрростью. Процесс выращивания монокристаллов проводят в среде инертного газа. Сигнал с пирометра излучения подается на систему автоматического регулирования температуры в устройстве, Теплоизоляционный колпак сводит к минимуму вертикальные конвекционные потоки газа. а наружная поверхность стакана играет роль экрана. снижающего радиальные градиенты температуры.

Внутренняя поверхность стакана образует модель абсолютно черного тела, и на дно виэируется пирометр излучения. Блок из электропроводного материала выполнен в виде отрезка трубы, что упрощает его изготовление и повышает надежность устройства.

Соотношение диаметра стакана к его длине в пределах (1:5)-(1:10) определяет границы, в которых сигнал датчика соответствует действительной температуре Т на уровне фронта кристаллизации, В предлагаемом устройстве измеряется с помощью оптического пирометра, виэируемого на дно керамического стакана, яркостная температура Тя.

По формуле Вина

1 1 1 — — — = — In

Тя Т С2 Е)г где Сг = 1,438 х 10 м.град.

При Е g т = 1 логарифм равен нулю и яркостная температура Тя равна действительной температуре Т Е лт — монохроматический коэффициент черноты излучения реального тела, 1 1

Т Т

Излучающей поверхности мОжно придать такую форму (модель абсолютно черного тела), при которой коэффициент черноты близок к единице.

Для керамического стакана

Ря d2

Е 1стакана = 1 -Pk

1775510

Для приближения Е Астакана к единице есть два способа: 2

Первый — уменьшение дроби до

5 нуля.

Экспериментально установлен диапазон соотношения диаметра и длины стакана, в котором Е ст зяз близко к единице.

Например, при d:1 = 1:5 E м стакана

=0,9885, если Рл = 0,6 для А 20э.

Дополнительного приближения Ел стакана к единице можно достичь снижением Р.

Для непрозрачных металлов Рл+ Ел= 1. (По закону Кирхгофа для монохромати- . 15 ческого излучения бл = ял ).

При использовании графита, у которого

Е Z = 0,85 — 0,9, Р = 0,1-0,15 и, следовательно, E лстакана 0

Проводят испытание известного и пред- 20 лагаемого устройств на высокочастотной установке "Кристаллизатор-203".

Проводят по 50 плавок в каждом устройстве. Все выращенные монокристаллы подвергают структурному анализу. Результаты сведены в таблицу.

Конструкция предлагаемого устройства значительно проще известного. Заготовки в предлагаемом устройстве значительно легче устанавливать в исходное положение, Заготовок, выращиваемых за один цикл в предлагаемом устройстве, более чем на

40 больше, чем в известном.

В предлагаемом устройстве пирометр излучения АПИР-С градуировки ДГ-17 рабо- 35 тает устойчиво и обеспечивает постоянное регулирование температуры. Заклинивания заготовок в предлагемом устройстве не происходит, Выращенные монокристаллы в предла- 40 гаемом устройстве по качеству структуры на

157ь выше, чем в известном.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить на 40О/ количество одновременно выращиваемых монокристаллов беэ увеличения модности нагревателя, стабилизировать тепловые условия, что приводит к улучшению совершенства кристаллической структуры и увеличению выхода годных на 15 . Кроме того, упрощается конструкция устройства и повышается ее надежность, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.

Формула изобретения

1. Устройство для группового выращивания кристаллов направленной кристаллизацией расплава, включающее контейнеры, установленные с возможностью воэвратнопоступательного перемещения в цилиндрическом электропроводном блоке, нагреватель, расположенный с внешней стороны коаксиально блоку, и холодильник, размещенный соосно с нагревателем под блоком, отл и ча ю щеес я тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения числа одновременно выращиваемых заготовок и выхода годных монокристаллов. оно снабжено теплоизоляционным экраном, установленным над блоком и выполненным в виде цилиндрического колпака, и стаканом, установленным коаксиально экрану между контейнерами и выполненным длиной, равной длине контейнеров, а электропроводный блок выполнен в виде трубы.

2. Устройство по и. 1, о т. л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения действительной температуры на фронте кристаллизации, соотношение диаметра стакана и его длины лежит в пределах (1:10) — (1:5).

3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что на дно стакана помещен слой материала с коэффициентом черноты излучения, близким к единице.

4. Устройство по и. 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в качестве материала с коэффициентом черноты излучения, близким к единице, используют графит.

17755-1 0

Составитель Ю. Алсуфьев

Техред М.Моргентал Корректор Л, Филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 4024 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и Открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5