Графитовый нагревательный элемент установок для выращивания кристаллов
Патент 543207
Авторы
Графитовый нагревательный элемент установок для выращивания кристаллов
Иллюстрации
Реферат
ь
1 (и) 5432О7
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союэ Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.03.75 (21) 2111469/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 15.01.77. Бюллетень № 2
Дата опубликования описания 30.03.77 (51) М. Кл.- Н 05В3/42//
В OIJ 17/18
Государствениык комитет
Совета Министре СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3.036.669 (088.8) (72) Авторы изобретения
В. Д. Мартынко и 1О. Г. Пухов
Завод чистых металлов имени 50-летия СССР (71) Заявитель (54) ГРАФИТОВЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
УСТАНОВОК ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ
= 1,0 — 1,1, а
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов полупроводников, а именно к нагревательным элементам установок для выращивания кристаллов из расплава.
Известны графитовые нагревательные элементы, выполненные в виде цилиндра (1, 2).
Такие нагреватели используются при выращивании монокристаллов германия и кремния по методу Чохральского в вакууме или с небольшим избыточным давлением. Однако при работе в условиях высокого давления защитного газа в результате повышения конвекции и теплопроводности компрессионного газа значительно увеличивается необходимая мощность этих нагревателей. Кроме того, не представляется возможным добиться резких температурных градиентов, необходимых при выращивании монокристаллов из-под слоя герм етиз ир ую щей жидкости.
Наиболее близким к изобретению является графитовый нагревательный элемент установок для выращивания кристаллов, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров и двух колец, одно из которых соединяет цилиндры у одного торца, а другое примыкает с противоположного торца к внутреннему цилиндру и снабжено центральным сквозным отверстием (3). Использование такого нагревааеля при вытягивании монокристаллов, например фосфида галлия, не приводит к успеху, так как не определены оптимальные соотношения между отдельными конструктивными деталями нагревателя. Поэтому невозможно получить монокристаллы в атмосфере защитного газа с давлением, более атмосферного с уменьшением потребляемой мощности.
Цель изобретения — повышение к.п.д. установок за счет оптимизации температурных гр адиентов.
Это достигается тем, что соотношения размеров нагревательного элемента приняты следующими: = 1,05 — 1,2; - — =, 0,25 — 0,35;
15 1
= 1,2 в 1,5; бт где Вт — диаметр внутреннего цилиндра;
Пэ — диаметр наружного цилиндра;
Ьт — толщина стенки внутреннего цилиндра;
4 — толщина стенки наружного цилиндра;
2 0 а — толщина колец;
h — высота цилиндров.
На чертеже изображен предлагаемый нагревательный элемент, поперечное сечение.
Верхнее кольцо 1 соединяет два коаксиальЖ ных цилиндра, внутренний 2 и наружный 3, 543207 который выполняет роль подпорного. Другое кольцо 4, донное, примыкает к внутреннему, цилиндру и имеет центральное сквозное отверстие для прохода контейнера или штока контейнера. Если высота цилиндров будет более, чем 0,35, а толщина донного и соединительных колец более 1,1 диаметра внутреннего цилиндра, то теряются «подпорные» тепловые свойства нагревателя. То же самое происходит, если отношение диаметров внешнего и внутреннего цилиндров будет более 1,5. Если высоту цилиндров выбрать менее 0,25 диаметра внутреннего цилиндра, то зона нагрева становится настолько узкой, что при выборке расплава из тигля режим вытягивания становится неустойчивым, рост монокристалла прекращается. При толщине верхнего и нижнего ,колец менее 1,1 уменьшается осевой градиент температуры, рост кристалла становится неустойчивым, уменьшается выход монокристаллической части. Наименьшее значение отношения диаметров наружного и внутреннего диаметров, равное 1,05, обусловлено технически достижимой минимальной величиной зазора между цилиндрами. Если толщина стенки наружного цилиндра менее 1,2 стенки внутреннего, это приводит к снижению потребляемой мощности, у стенок тигля возможно ооразование центров кристаллизации, рост становится неустойчивым.
Применение предлагаемого графитового нагревательного элемента позволяет установить в системе расплав — кристалл оптимальные с точки зрения получения монокристалла температурные градиенты при выращивании кристаллов в защитной атмосфере при давлении, больше атмосферного. При этом на 10 — 15О/о уменьшается потребляемая мощность. Это позволяет уменьшить габариты камеры установки или увеличить диаметр кристалла при неизменных габаритах камеры и потребляемой мощности. В случае применения фосфида галлия на 20 — 25 /о возрастет выход монокристаллов, что дает возможность на 300—
400 руб. уменьшить себестоимость 1 кг фосфида галлия.
Формула изобретения
Графитовый нагревательный элемент уста10 новок для выращивания кристаллов, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров и двух колец, одно из которых соединяет цилиндры у одного торца, а другое примыкает с противоположного торца к внутреннему ци15 линдру, отличающийся тем, что, с целью повышения к.п.д. за счет оптимизации температурных градиентов, соотношения размеров нагревательного элемента приняты следующими:
= 1,05 — 1,2; = 0,25 — 0,35;
D, D, 30
= 1,2 — 1,5; — = 1,0 — 1,1, b а где D< — диаметр внутреннего цилиндра;
D — диаметр наружного цилиндра;
Ь,— толщина стенки внутреннего цилиндра;
6г — толщина стенки наружного цилиндра; а — толщина колец;
h — высота цилиндров.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Сборник трудов МИИТа № 254 «Исследование тепло-массообмена в процессах получения монокристаллических полупроводниковых материалов и теплообмена в каналах», 1967, стр. 78.
40 2. Вильке «Методы выращивания кристаллов», 19б8 г., стр. 201.
3. Труды Гиредмета, т. ХХШ, 1971, стр. 121.
543207
Составитель О. Щедрина
Тсхред И. Карандашова
Редактор Н. Каменская
Корректор Н. Лук
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 544/! Изд. № 290 Тираж 1069 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д. 4/5