Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава

Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(11) 486781

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.11.73 (21) 1971232/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 05.10.75. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 07.01.76 (51) М. Кл. В 01) 17/18

G 05с1 27(00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 66.012-52 (088.8) (72) Авторы изобретения В. С. Лейбович, В. А. Сухарев, И. М. Гольд, В. А. Федоров, А. И. Середа, В. М. Шушков и А. В. 7Кадан (71) Заявители Подольский химико-металлургический завод и Всесоюзный центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт комплексной автоматизации (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ

МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА

1 2

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава, например монокристаллов кремния, арсенида галлия, фосфида галлия.

Известно устройство для автоматического управления процессом вырашивания мопокристаллов из расплава, помещенного в тигель с нагревателем сопротивления, содержащее пирометр, связанный с нагревателем, регулятор, силовой блок, контуры стабилизации скоростей вращения и перемещения затравки, контур стабилизации вращения и перемещения тигля, датчик непрерывно изменяющегося веса слитка в процессе роста, расположенный в неподвижном герметичном корпусе вне зоны действия высоких температур, непрерывный датчик высоты подъема затравки.

Поскольку определяющим параметром в системе расплав †криста на фронте кристаллизации является высота столбика расплава, то применяя метод текущего измерения веса, можно определить тенденцию изменения отклонения высоты столбика расплава

1)Q путем вычисления второй производной — —, ° (1Р

Однако известное устройство не реализует дифференциальное соотношение отклонения текущего веса 6 кристалла по его длине (dG

l (†) и, таким образом, в управлении процессом выращивания монокристаллов не используется ннформа ция, формируемая на Gc5 нове суммарного сигнала отклонения текущего веса, его первой, второй производных с регулировачием параметров, изменяющих режим роста кристалла.

С целью интенсификации процесса предлагается снабдить устройство дискретным датчиком высоты подъема затравки н связанным с ним аналого-дискретным дифференциатором и желательно функциональным преобразователем, соединенным с непрерывным датчиком Высоты подъемя затряВки.

На фиг. 1 изображена схема системы автоматического управления; на фиг. 2 — структурная схема аналого-дискретного дифферен20 циатора

Кристаллизацшо проводят в герметичной (камере 1 из раси.7ава, находящегося в тигле

2. Поле высоких температур создается графитовым нагревателем 3 сопротивления, на ко25 торый визирован термооптическпй датчик 4.

Затравка 5 помещена в держатель б слитка, который подвешен на подвеске 7, проходящей в полости охлаждаемого штока 8. Подвеска через подшипник 9 соединена с датчиком 10

З0 текущего веса кристалла, расположенным в герметичном корпусе 11. Вращение кристаллу передается от штока 8 через подшипник

12, наконечник 18 держателя б. Для вертикального перемещения держателя б слитка в наконечнике 18 имеются пазы, в которых свободно движется штифт 14. Контур стабилизации температуры содержит регулятор 15 и сил о вой бл ок l б.

Система также включает непрерывный 17 и дискретный 18 датчики высоты подъема затравки, функциональный преобразователь 19, блок 20 изменения установки номинального диаметра кристалла, сумматор 21, аналогодискретный дифференциатор 22 и регулятор

23 привода подъема затравки.

Система работает следующим образом.

При подъеме затравки 5 датчик 17 высоты подъема, который представляет собой многооборотный линейный потенциометр и кинематически связан с приводом подъема затравки, генерирует линейную программу изменения текущего веса. Функциональный преобразователь 19 применяется для формирования нелинейной программы изменения текущего веса.

Такая необходимость возникает, например, при разращивании конуса. Дифференциатор

22 включает три фиксирующих элемента 24—

2б, нулевого порядка, собранных на операционных интеграторах с жесткой обратной связью, включенной через соответствующие ключи. Ключ фиксирующего элемента 2б управляется с помощью дискретного датчика 18 высоты подъема затравки. Ключи фиксирующих элементов 24 и 25 замыкаются последовательно во времени по замыканию ключа фиксирующего элемента 2б.

Непрерывный сигнал датчика 10 текущего веса кристалла и задание по весу, формируемое с помощью датчика 17, преобразователя

19 и блока 20, поступает в сумматор 21. Отклонение 66 — G — G запоминается в фиксирующем элементе 24 на время Т; первая разность Л = 66 (kT) — 66 (kT + т,), (k = 0; !;

0(т (Т) вычисляется на сумматоре 27. Вторая разность Л =Л (kT — т ) — Л (ИТ+т +т ) (k=0(z>(T) определяется на сумматоре 28.

Так как первые две разности 66 вычисляются через интервалы времени, пропорциональные приращению длины кристалла, то выходные сигналы фиксирующих элементов

25, 2б являются оценками непрерывных про10 dG dЧ изводных - и — —, В сумматоре 29 формируется закон управления контуром стабилизации температуры нагревателя путем суммирования компонентов вектора состояния с

l5 соответствующими весовыми коэффициентами Ко) Кь К2.

Стабилизация скорости подъема затравки осуществляется по отклонению Лб через ре20 гулятор 28.

Предмет изобретения

1. Устройство для автоматического управ25 ления процессом выращивания монокристаллов из расплава, помещенного в тигель с нагревателем сопротивления, содержащее пирометр, связанный с нагревателем, регулятор и силовой блок, контуры стабилизации скоро30 стей вращения и перемещения затравки, контур стабилизации вращения и перемещения тигля, датчик непрерывно изменяющегося веса слитка в процессе роста, расположенный в неподвижном герметичном корпусе вне зоны

35 действия высоких температур, непрерывный датчик высоты подъема затравки, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса, оно снабжено дискретным датчиком высоты подъема затравки и связанным с ним

40 аналого-дискретным дифференциатором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено функциональным преобразователем, соединенным с непрерывным дат4Б чиком высоты подъема затравки.

486781 Рог 2

Составитель Т. Чулкова

Техред А. Камышиикова

Редактор Т. Шарганова

Корректор И. Симкина

Подписное

Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»

Заказ 1146/1705 Изд, №8 Тираж 782

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1 ! !