Устройство для контроля параметров поверхности раздела кристалла и жидкой фазы

Устройство для контроля параметров поверхности раздела кристалла и жидкой фазы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам получения информации о состоянии поверхности раздела твердой и жидкой фаз системы кристалл-расплав (раствор) в процессе кристаллизации, предназначено для автоматизации процесса получения монокристаллов кремния, германия, сапфира и т.д. и позволяет повысить точность измерения параметров границы раздела фаз. Для этого преобразователь звука акустически связан через шток кристаллодержателя с кристаллом, вход которого подключен к измерителям частоты и амплитуды электрических колебаний, на штоке размещена мембрана и индукционная катушка. При этом мембрана акустически связана с преобразователем звука, а индукционная катушка индуктивно связана со штоком кристаллодержателя и своим выходом подключена к усилителю электрических колебаний, выход которого соединен с входом преобразователя звука. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,1...ц г:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4486961/23-26 (22) 26.09 ° 88 (46) 07.07.90. Бюл. Н 25 (72) В.Я.Маликов, Ю.П.Белогуров и П.Е.Стадник (53) 66.012. 52(088.8)

{56) Ильченко В.И. Устройство для определения радиуса и знака кривизны фронта кристаллизации. Сб. Диэлектрики и полупроводники, Киев, Выща школа, 1976, с ° 67-70, вып. 9 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ пАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА КРИСТАЛЛА И

ЖИДКОЙ ФАЗЫ (57) Изобретение относится к устройствам получения информации о состоянии поверхности раздела твердой и жидкой фаз системы кристалл-расплав

Изобретение относится к устройствам получения информации о состоянии поверхности раздела твердой и жидкой фаз системы кристалл - расплав (раствор) в процессе кристаллизации и может быть использовано для автоматизации процесса получения монокристаллов кремния, германия, сапфира и т.д.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров границы раздела фаз.

На чертеже представлена блок-схема устройства для контроля параметров поверхности раздела -кристалла и жидкой фазы в процессе кристаллизации.

„„ЯО„„Ы7ЫВВ А1 (s1)s С 30 В 17/00

{раствор) в процессе кристаллизации, предназначено для автоматизации про. цесса получения монокристаллов кремния, германия, сапфира и т.д. и позволяет повысить точность измерения параметров границы раздела фаз. Для этого преобразователь звука акустически связан через шток кристаллодержателя с кристаллом, вход которого подключен к измерителям частоты и амплитуды электрических колебаний, на штоке размещена мембрана и индукционная катушка. При этом мембрана акустически связана с преобразователем звука, а индукционная катушка индуктивно связана со штоком кристал" лодержателя и своим выходом подключена к усилителю электрических коле- . баний, выход которого соединен с входом преобразователя звука. 1 ил.

©

Устройство содержит усилитель 1 электрических колебаний, измеритель ф;

2 амплитуды, измеритель 3 частоты, ф преобразователь 4 звука, мембрану 5, шток 6:кристаллодержателя, индукцион, ную катушку 7, магнит 8, кристалл

9 с границей 1О раздела фаэ и расплав {раствор) 11.

Устройство работает следующим

6 образом.

Преобразователь звука 4. подклю- 2 ченный своей обмоткой к выходу усилителя 1 электрических колебаний, преобразует электрический сигнал в звуковые колебания и через мембрану

5 и шток 6 кристаллодержателя воздействует на кристалл 9. Со штоком 6

1576593

:кристаллодержателя, на котором закреплен магнит 8, индуктивно связана индукционная катушка 7, которая своим выходом подключена к входу усилителя ) электрических колебаний. Таким образом, замыкается петля положительной обратной связи, обеспечивающей поддержание колебаний акустической системы (шток кристаллодержателя, кристалл) на собственной резо нансной частоте. Напряжение на выходе усилителя 1 электрических колебаний и частота измеряются с помощью измерителей амплитуды 2 и частоты 3.

Зная собственную резонансную ча =тоту P колебаний акустической системы, можно определить длину кристалла

L по Формуле где Š— модуль упругости материала; у - плотность кристалла; длина штока .кристаллодержателя.

Величина напряжения на выходе усилителя электрических колебаний пропорциональна амплитуде колебаний, ЗО которая функционально связана с добротностью акустической системы и определяется площадью раздела твердой и жидкой фаз.

Для определения площади поверхности раздела кристалла и жидкой фазы 3 измеряют амплитуду колебаний резонансной частоты акустической системы в процессе роста кристалла и сравнивают ее с амплитудой колебаний резонансной частоты системы для кристалла, расходящегося в системе с плоской поверхностью раздела. При этом чем больше поверхность раздела кристалла и жидкой фазы, тем меньше амплитуда колебаний. 45

Для определения длины растущего кристалла измеряют резонансную частоту.акустической системы до и после перемещения поверхности раздела твердой и жидкой Фаз. При этом чем 50 меньше резонансная частота системы, тем больше длийа кристалла (ниже уровень поверхности раздела твердой и жидкой фаз).

Для определения формы поверхнос- у ти раздела кристалла и жидкой фазы измерения. амплитуды колебаний и резонансной частоты акустической системы повторяют до и после изменения условий кристаллизации каждый раз запоминают и сравнивают между собой.

При этом возможны следующие состояния: если резонансная частота до и после изменения условий кристалли-, зации равны между собой и равны их амплитуды колебаний, то изменений формы поверхности раздела не происходит; если резонансная частота и амплитуда колебаний после изменения условий кристаллизации стали больше, чем до изменения этих условий, то происходит изменение формы поверхности раздела в направлении от выпуклого к плоскому (в сторону расплава), если резонансные частоты до и после изменения условий кристаллизации равны между собой, а амплитуда колебаний стала меньше, чем до изменения этих условий, то произошло изменение формы поверхности раздела твердой и жидкой фаз от плоской к выпуклой (в сторону кристалла).

Схема данного устройства позволяет производить замыкание петли положительной обратной связи, обеспечивающей поддержание колебаний акустической системы на собственной резо" нансной частоте, характеризующей длину кристалла ° Величина напряжения на выходе усилителя электрических колебаний пропорциональна амплитуде колебаний, которая Функционально связана с добротностью акустической системы м оеределяется площадью раздела твердой и жидкой Фаз.

Измерения резонансной частоты системы и амплитуды колебаний проводят до контакта кристалла с поверхностью жидкой фазы, после контакта при перемещении кристалла относительно поверхности в процессе вытягивания кристалла из расплава.

Амплитуда колебаний при касании поверхности жидкой фазы резко понижается на величину, пропорциональную площади поверхности контакта твердой и жидкой Фаз. При дальнейшем погружении кристалла в расплав происходит изменение амплитуды колебаний, пропорционально изменению площади поверхности раздела фаз.

Длину кристалла, Форму и площадь поверхности раздела фаз можно определить данным устройством с помощью предварительной тарировки устройства эталонными образцами и последующим

5 1 ,сопоставлением с результатами измерений в процессе кристаллизации.

576598 формула изобретения

Составитель В.федоров

Техред M. Дидых Корректор А.Обручар

Редактор С.Патрушева

Заказ 1832 Тираж 342 Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГККТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 191

Устройство для контроля параметров поверхности раздела кристалла и жидкой фазы в процессе кристаллизации, содержащее преобразователь звука, акустически связанный через шток кристаллодержателя с кристаллом, вход которого подключен к измерите" ,лям частоты и амплитуды электричес" ких колебаний, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точ" ности измерения параметров границы раздела Фаз, оно дополнительно содер-.

5 жит усилитель электрических колебаний, мембрану, размещенную на штоке кристаллодержателя, и индукционную катушку, при этом мембрана акустически связана с преобразователем звука, а индукционная катушка индук-тивно связана со штоком кристаллодержателя и своим выходом подключена к усилителю электрических колебаний, выход которого соединен с входом преобразователя звука.