Пристрій для безтигельної зонної плавки стержнів з напівпровідникових матеріалів

Пристрій для безтигельної зонної плавки стержнів із напівпровідникових матеріалів з нагрівачем у вигляді електронної гармати, що містить 3 вставками із матеріалу, що переплавляється, забезпечується підвищення стабільності енергетичних і електронно-оптичних параметрів гармати, збільшення потужності і часу безперервної роботи пристрою, що дозволяє переплавляти стержні великого діаметру, підвищувати якість матеріалу, що переплавляється. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для безтигельної зонної плавки стержнів із напівпровідникових матеріалів із нагрівачем у вигляді електронної гармати, що містить порожнистий корпус, в якому концентрично розміщені кільцевий катод з увігнутою емісійною поверхнею, кільцевий анод із щілинним отвором для проходження електронного пучка і встановлені на торцевих стінках корпусу на однаковій відстані від площини симетрії кільцеві магнітні котушки, згідно корисної моделі, усередині корпусу в заанодном просторі на рівні щілинного отвору анода встановлений кільцевий екран із фланцем, а емісійна поверхня катода і обернена до нього поверхня анода екрановані вставками з матеріалу, що переплавляється. Безтигельна зонна плавка напівпровідникового стержня в пристрої проводиться газорозрядною електронною гарматою, що працює на основі високовольтного тліючого розряду. Газорозрядна електронна гармата містить порожнистий корпус, в якому концентрично розташовані кільцевий холодний катод і анод із щілинним кільцевим анодним отвором для виведення електронного пучка, кільцевий екран із зміщеним щілинним отвором по його периметру, кільцеві магнітні котушки для відхилення і сканування електронного пучка по поверхні кристала, що переплавляється, розташовані на торцевих стінках корпусу. Поверхня катоду, що емітує і внутрішні поверхні анода і щілинного отвору виконані у вигляді вставок із матеріалу, що переплавляється. Використання вставок, екрану і водоохолоджуваних елементів ефективно знижує кількість шкідливих домішок, що потрапляють в кристал, і тим самим збільшує його чистоту і якість. Наявність екрану із кільцевим отвором екранує дію зони розплаву на роботу пушки і тим самим підвищує стабільність її параметрів. Введення в конструкцію пушки охолоджування її елементів дозволяє збільшити енергетичні характеристики електронного пучка і тим самим підвищити діаметр напівпровідникового стержня, що переплавляється. Відмітними ознаками пристрою, що заявляється є: - виконання в конструкції холодного катода, який емітує електрони, поверхні у вигляді кільцевої вставки із матеріалу, що переплавляється, з поглибленням для фокусування електронів пучка; - введення в конструкцію анода вставок із матеріалу, що переплавляється, які закривають внутрішню поверхню анода і щілинного отвору; - наявність екрану із щілинним отвором, призначеного для захисту газорозрядної електронної гармати від теплового випромінювання із зони розплаву і конденсації на його поверхні атомів і молекул розпорошеної речовини; 26470 4 - виконання водоохолоджуваними елементів конструкції газорозрядної електронної гармати корпусу, катода, анода, екрану, магнітних котушок. Суть пристрою для безтигельної зонної плавки стержнів із напівпровідникових матеріалів пояснюється кресленням. На ньому схематично зображено загальний вид пристрою для безтигельної зонної плавки, який включає порожнистий водоохолоджуваний корпус 1; анод 2 з анодною вставкою 3; водоохолоджуваний катод 4, що містить катодну вставку 5; токопідвід 6, розміщений у високовольтному розділовому ізоляторі 7 і який призначений для подачі напруги на катод 4; екран 9 із зміщеним, кільцевим щілинним отвором для виходу електронного пучка 8, розташований за анодом 2 і патрубок 10 для подачі хладоагенту в корпус катода 4. Магнітні відхиляючі котушки розташовані на торцевих поверхнях корпусу. Корпус гармати вакуумнощільно укріплений на циліндровій стінці 12 технологічної вакуумної камери, в якій вздовж осьової лінії розташований напівпровідниковий стержень 13, що переплавляється із зоною розплаву 14. Подача охолоджуючої рідини в катод здійснюється через високовольтний ізолятор 7 і патрубки 15. Вихід охолоджуючої рідини з корпусу проводиться через патрубок 16. Кріплення катода 4 до корпусу 1 здійснюється вакуумнощільно через високовольтні ізолятори 7. Пристрій для безтигельної зонної плавки стержнів із напівпровідникових матеріалів з нагрівачем у вигляді кільцевої газорозрядної гармати працює таким чином. У міжелектродному проміжку катод 4 і анод 2 за допомогою вакуумного насоса (на кресленні не показаний) відкачується повітря через щілинні отвори в корпусі технологічної вакуумної камери 12, екрані 9 і аноді 2. Після досягнення граничного розрідження, що створюється вакуумним насосом, система піддування газу (на кресленні не показана) подає у вакуумну камеру інертний газ (звичайно аргон). У камері 12 встановлюється динамічний вакуум тиском 1...10Па. Подається охолоджуюча рідина в систему охолоджування елементів пушки. Між катодом 4 і анодом 2 прикладають прискорюючу напругу 10...30кВ. В області анодного отвору запалюється високовольтний тліючий розряд, позитивні іони рухаються до холодного катода 4, бомбардують вставку 5 і вибивають з поверхні електрони. Електрони прискорюються в проміжку анод 2 - катод 4, формуються у вигляді електронного пучка 8 і через щілинний отвір в аноді виходять в заанодний простір. По шляху руху електрони пучка іонізують нейтральні атоми, утворюючи іони і повільні електрони. Останні рухаються до анода і компенсують заряд випромінюваних швидких електронів, дозволяючи пучку працювати без колектора електронів і обробляти напівпровідники і діелектрики. Система відхилення змінює напрям руху електронного пучка 8 від прямолінійного і направляє його через отвір в екрані 9 і стінці вакуумної камери 12 на поверхню напівпровідникового стержня в зону плавлення 14. Сканування електронного пучка по поверхні дозволяє змінювати ширину зони розплаву і регулювати режим роботи. На нейтральні атоми і молекули магнітне поле 5 26470 котушок 11 не діє, тому вони рухаються прямолінійно і конденсуються на поверхні екрану 9 і не потрапляють в технологічну область зонної плавки. В процесі зонної плавки напівпровідниковий стержень здійснює обертальну і поступальну ходу. Це забезпечує переміщення зони розплаву 14 уздовж всього стержня. Перевагами пристрою, що заявляється, є можливість роботи в низькому вакуумі; велика довговічність і надійність роботи; порівняно високий Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 к.к.д. нагрівана (70...90%); підвищення якості кристала, що переплавляється, за рахунок зменшення шкідливих домішок, що поступають в зону розплаву; можливість отримання електронних пучків потужністю в сотні кіловат і на цій основі здійснювати збільшення діаметру напівпровідникового стержня, що переплавляється; спрощення і зниження вартості вакуумного устаткування за рахунок роботи в низькому вакуумі. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601