Устройство для выращивания монокристаллов

Устройство для выращивания монокристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) jJ;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) ЗЕЮМ/26

{22) 1506.83

{46) ЗО.1193 Bench 43-44 (72) Радкевич АВ.; Эйдепьман Л.Г„Львович ВА; ())) SU (lI) 16763 А! (Я) В 1 3

Проценко В.Г„Горипецкий В.И.; Неменов ВА (54) УСП ОЯСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛПОВ ..

{5Л

1136763

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов и может найти применение в производстве крупногабаритных щелочно-галоидных монокристаллов, например сцинтилляционных.

Известно устройство для выращивания монокристаллов, содержащее ростовую камеру, боковой и донный нагреватели, тигель, электропривод кристаллодержателя, систему подпитки, контур регулирования уровня расплава в тигле, контур регулирования диаметра кристалла и датчик уровня расплава, Каждый из указанных контуров содержит свой оптический датчик. Наличие оптического датчика, входящего в контур регулирования диаметра монокристалпа, следящего эа мениском расплава на границе расплав — кристалл, обеспечивает возможность независимо от подпитки регулировать диаметр монокристалла.

Однако сложность устройства, связанная с необходимостью защиты оптических датчиков от конденсата, не позволяет использовать его для выращивания монокристаплов из расплавов, содержащих компоненты с высокой упругостью паров, например, щелочногалоидных монокристалпов, Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к изобретению является устройство для выращивания монокристалпов, содержащее электропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блокам коррекции температуры расплава и блоком управления подпиткой, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, а также датчик перемещения кристалподержателя, подключенный к. блоку коррекции температуры расплава.

В данном устройстве зависимость между интервалами времени между подпитками от диаметра монокристалла onределяется соотношением

Л d VpPS

2 где г- интервал времени между подпитками; в — масса дозированной подпитки;

- бз — диаметр монокристалла;

vp — скорость вытягивания кристалла; р, — плотность монокристалла.

Как следует из выражени, интервал времени между подпитками зависит от массы дозированной подпитки — rn . малейшее изменение которой приводит к ложному корректирующему сигналу, а следовательно. и к ложным изменениям температуры, что в конечном счете приводит к ухудшению качества выращиваемых монокристаллов..

Такую же дозировку подпитки (постоян1О ство rn ) в условиях агрессивной среды и высоких температур осуществить технически весьма сложно.

Целью изобретения является повышение качества монокристалпов и надежности

>5 системы регулирования, Цель достигается тем, что устройство для выращивания монокристаппов, содержащее электроп ривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управления подпитком, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекции температуры расплава, дополнительно со1 держит вычислительный блок, входы которого связаны с датчиком перемещения кристаллодержателя, датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключены к электроприводу кристалподержателя, блоку сравнения, блоку коррекции температуры расплава и блоку управления подпиткой.

Введение в контур регулирования диаметра кристалла вычислительного блока со всеми укаэанными связями обеспечивает достижение поставленной цели, так как функциональное и временное разделение работы блоков (например, датчика уровня) исключает возникновение ложных корректирующих сигналов, обеспечивая улучшение качества выращиваемых монокристаллав и повышая надежность си45 стемы регулирования ростом..

Точность измерения и регулирования диаметра монокристалла не зависит от точности дозировки системы подпитки, от изменения формы фронта кристаллизации

5О (объема подрасплавной части) и от физического состояния исходного сырья (расплав, порошок, гранулы и т.д,), поскольку в данном случае диаметр монокристалпа определяется только изменением уровня расплава

55 до и после подъема. благодаря чему улучшается качество монокристалпов и упрощается система подпитки.

Исключаются требования к прецизионности злектропривода вытягивания кристаллодержателя и упрощается его

1116763 кинематическая схема, поскольку вытягивание монокристаппа осуществляется дискретно и в стабилизации скорости вытягивания нет необходимости, зто упрощает устройство в целом и повышает надеж- 5 ность его работы, На чертеже представлена схема устройства.

Устройство для выращивания монокристаллов содержит ростовую камеру 1, боко- 10 вой и донный нагреватели 2, тигель 3,. питатель 4, транспортную трубку 5, блок 6 управления подпитков, датчик 7 уровня расплава, датчик 8. перемещения кристапло-. держателя, вычислительный блок 9, блок 10 15 коррекции температуры расплава, блок 11 задания временных интервалов, блок 12 сравнения, электропривод 13 кристапло.держателя,монокристапл 14, затравку 15 и кристаллодержатель 16, 20

Устройство работает следующим образом.

После расплавления сырья в тигле 3 соприкасают затравку 15 с расплавом, оппавляют ее и подбирают равновесную 25 температуру донного нагревателя, при которой плавпение затравки 15 прекращается.

Затем путем снижения температуры радиально разращиват монокристалл 14 до за данного диаметра. Затем включают сИстему 30 автомазированного управления ростом монокристалпа. При этом задают следующие значения:

1) Л й» вЂ” величина вертикального дискретного перемещения кристаллодержателя 35

16 (в датчике 8 перемещения кристалподержателя);

2) временные интервалы (в блоке 11 задания временных интервалов) .Л ti — время дискретного вытягивания 40 монокристапла 14 н* величину h,h», Ь tz — время, в течение которого осуществляется измерение и сравнение уровней расплава и дается коррекция на изменение температуры данного нагревателя 2; 45

h,тз — время подпитки;

Л t4 — время выдержки после подпитки;

Ate — общее время цикла; то = (Л т1 + Л с2 + Л тз + Л t4) опре- деляют среднюю скорость роста монокри- 50 - к сталла чр =,1Ъ о т.е. дискретное вытягивание монокристалла на высоту 1 мм осуществляют через каждые

15 мин. 55

Задаются также в блоке 10 коррекции температуры расплава разность Л ho между значением уровня (hi) до подъема кристалла и после подъема (hz), а в блоке 6 управления подпиткой задается уровень расплава в тигле пз.

Датчик 7 уровня расплава непрерывно выдает информацию о положении уровня расплава на третий вход вычислительного блока 9, первый вход блока 6 управления подпиткой и третий вход блока 10, После включения в работу вычислительного блока 9 и блока 11 задания временных интервалов, с первого выхода которого сигналы задания поступают на второй вход вычислительного блока 9, начинается отсчет времени, по истечении которого с третьего выхода вычислительного блока 9 подается сигнал на электропривод 13 кристаллодержателя вверх на величину Лh» и одновременно с первого выхода вычислительного бпока 9 на второй вход блока коррекции температуры расплава поступает сигнал, который выдает команду для запоминания действующего значения уровня h, измеряемая величина которого поступает со второго выхода датчика 7уровня расплава на третий вход блока коррекции температурного расплава, т.е. значение положения уровня расплава до подьема кристаллодержателя 16.

После подьема кристаллодержателя 16 нз величину Л Ь» за время Лт1 на электро- . привод 13 кристаллодержатепя по цепи: первый выход датчика 8 перемещения кристапподержателя — первый вход вычислительного блока 9 — третий выход вычислительного блока 9 выдается сигнал на перемещение кристалла 14 вверх. Одновременно с второго выхода датчика 8 перемещения кристаплодержателя на первый вход блока 10 коррекции температуры расплава поступает сигнал, разрешающий сравнение разности между заполненным уровнем до вытягивания (ht) и действующим уровнем после вытягивания (h2), который поступает с второго выхода датчика 7 уровня расплава на третий вход блока 10 коррекции температуры расплава с сигналом задания (Ьhoj на четвертом его входе. По результатам сравнения с выхода блока коррекции температуры расплава выдается сигнал на изменение температуры донного нагревателя 2 при Лh - ht — h2 < Л h> температура донного нагревателя 2 понижается, а при

hh> Л и, — повышается.

Через время А12 с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока

10 коррекции температура расплава выдается сигнал на перемещение сравнения, а по цепи четвертый выход вычиспитепьнога блока 9 — третий вход блока 6 управления подпитки выдается сигнал на питатепь 4 и осуществляется подпитка расплава исходным сырьем. которое из питателя 4 по транспортерной трубке 5 поступает в кольцевую полость, расплавляется здесь и далее стекает в тигель 3. Действительно время подпитки Ьтз может отличаться от задан- 5 ного Ь t8, тогда и действительное значение цикла At- Ли+4 +Ь гз + Ли тоже отличается от заданного Ь| . Поэтому с второго выхода вычислительного блоке 9 на первый вход блока 12 сравнения выдается 10 сигнал для сравнения временных интервалов действительного значения Лt с заданным Ьto.

8 случае At< A ь с первого выхода блока 12 сравнения на второй вход блока 6 15 управления подпиткой выдается сигнал интенсификации подпитки, а с второго выхода блока 12 сравнения на вход блока 11 задания временных интервалов выдается сигнал коррекции времени h Q с первого выхода 20 блока 11 задания временных интервалов на. второй вход вычислительного блока 9.

По достижении заданного(на четвертый вход блока 6 управления подпиткой) уровня расплава пз в тигле 3 с третьего выхода датчика 7 уровня расплава на первый вход блока 6 управления подпиткой поступает сигнал на отключение подпиткой, а с первого выхода датчика 7 уровня расплава на третий вход вычислительного блока 9 поступает сигнал на включение отсчета времени Лм.

Через время Лтд включается вытягивание кристалла, и цикл повторяется.

Устройство для выращивания монокристаллов позволяет повысить точность поддержания диаметра до 0,8;ь. относительное отклонение концентрации активатора от среднего значения до 6,57 и товарный-выход буль, пригодных для изготовления изделий на 10 . (56) Патент CLUA hL 4036595, кл, 23-273, 1970.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ 9ЫРАЩИ8АНИЯ

МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее алектропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком кор,рекции температуры расплава и блоком управления подпиткой, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекции температур ры расплава, отличающееся тем, что, с целью повышения качества монокристаллов и надежности системы регулирования, оно дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого связаны с датчи30 ком перемещения кристаллодержателя, датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключены к электроприводу кристаллодержателя, блоку сравнения, 35 блоку коррекции температуры расплава и блоку управления подпиткой, 1116763.

В.

Составитель А. Радкевич

Техред M.Mîðãåíòçë

Корректор С, Патрушева

Редактор О, Юркова

Заказ 3331 Тираж

НПО "Поиск" Роспатента }13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Подписное

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