Пристрій для отримання зливків з монокристалічною, полікристалічною та певною структурою напівпровідникових матеріалів, а також для отримання мультикристалічних зливків для сонячної енергетики

1. Пристрій для отримання зливків з монокристалічною, полікристалічною та певною структурою напівпровідникових матеріалів, а також для отримання мультикристалічних зливків для сонячної енергетики, що включає герметичну камеру кристалізації зливка, вакуумну систему, пристрій подачі шихти, камеру плавлення шихти, джерело для розплавлення шихти та нагріву розплаву, механізм витягування зливка, системи струмо- та водопостачання, який відрізняється тим, що пристрій містить окремо розташовану камеру розплавлення шихти, з'єднану розплавопроводом з камерою кристалізації зливка, яка забезпечує розділення об'ємів камери розплавлення шихти та камери кристалізації зливка, що дозволяє створити умови для вибіркового рафінування в кожній камері. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій містить механізм витягування уверх, тигель, механізми обертання тигля та зародкового кристала. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій містить механізм витягування униз та формоутворювач, що забезпечує потрібну форму зливка та його кристалізацію. U 2 (19) 1 3 51634 4 і силової напівпровідникової техніки, а також як камери розплавлення шихти та камери кристаліоснова для створення сонячних елементів. зації зливку з можливістю утворення умов для виВідомі пристрої для отримання зливків напівпбіркового рафінування в кожній камері. ровідникових матеріалів (Patent Application Пристрій може бути виконаний з можливістю Publication 2007/0006916 и United States Patent здійснювати витягування зливка як уверх (метод 5,454,424), вибраного в якості прототипу, який Чохральского), та мати тигель, механізми обервключає герметичну камеру кристалізації зливку, тання тигля та зародкового кристалу, так и униз з вакуумну систему, пристрій подачі шихти, джерело наявністю формоутворювача, що забезпечує потнагріву, механізм витягування зливку. рібну форму зливку та його кристалізацію. Основним недоліком зазначених пристроїв є Для проведення багатостадійного процесу те, що процес плавлення та кристалізації відбуварафінування з можливістю доведенням складу в ється в одній камері, що не дозволяє проводити рідкому стані до потрібного, а також створення ефективно рафінування. вибіркового рафінування на кожній стадії в одному Відомий пристрій для вирощування напівпрокристалізаційному циклі, пристрій може містити відникових матеріалів (United States Patent каскад камер в кількості не менш однієї, що роз5,324,488), вибраного в якості аналогу, який вклюташовані між камерами плавлення шихти та камечає герметичну камеру кристалізації зливку, вакурою кристалізації зливка та з'єднанні між ними та умну систему, пристрій подачі шихти, камеру пламіж собою в каскаді розплавопровідами. влення шихти, джерело для розплавлення шихти За необхідністю розплавопровід може бути вита нагріву розплаву, механізм витягування зливку. конаний у вигляді гідравлічного затвору, що забезЗазначимо основні недоліки відомого припечує створення різного тиску між цими камерами, строю: а значить дає можливість створювати умови для 1. Розплавлення шихти проводиться в водоовибіркового рафінування. холоджуваній камері з донним зливом розплаву, Камери можуть містити систему подачі матепри цьому зазначимо що швидкість зливу розпларіалу, яка забезпечує дозовано прецизійну подачу ву залежить від різниці тиску в камерах. При такій матеріалу, це дозволить ефективно проводити схемі важко керувати процесом зливу розплаву, а рафінування та отримувати матеріал с заданим в випадку втрати тиску розплав з камери витече в складом. кварцовий тигель, що може привести до аварійної Для більшої економії в камерах встановлюють ситуації. теплові екрани. 2. Застосування водоохолоджуваного тигля Для створення необхідного тиску та складу гаробить процес менш економічним. зової фази, кожна камера має можливість бути 3. Беручи до уваги, що ефективність рафінуприєднана до газопостачальної системи. вання зростає при збільшені площини розплаву, то Для забезпечення технологічних умов камера площину розплаву у відомому пристрої неможливо кристалізації зливка може містити систему обігріву значно збільшити, так як камера розташована безчи систему охолодження кристалу. посередньо в камері кристалізації, а також неможДля підвищення рафінуючого ефекту тиглі, які ливо проводити багатостадійну схему рафінуванвикористовуються, мають систему пасток, що не ня. дає потрапити нерозплавленій шихті та осадку з 4. При використанні нагрівача прямої дії нагрів тяжких елементів в іншу камеру по розплавопровідбувається за ланцюжком нагрівач - тигель - роводу. зплав, що приводить до значного перегріву тигля. На фіг.1 зображений пристрій для багатостаВ результаті реакції взаємодії розплаву із стінками дійного рафінування з отриманням зливку з витякварцового тигля кристал збагачується киснем. гуванням уверх (метод Чохральского). Задача пристрою - отримання більш якісних На фіг.2 зображений пристрій для багатостазливків напівпровідникових матеріалів за рахунок дійного рафінування з отриманням зливку з витястворення багатостадійного процесу рафінування гуванням униз. з можливістю доведенням складу в рідкому стані Пристрій має приводи витягування зливку, вадо потрібного, а також зменшення собівартості куумну систему, систему розплавлення шихти та продукції завдяки створенню вибіркового рафінупідігріву розплаву, систему контролю технологічвання на кожній стадії в одному кристалізаційному них параметрів, механізм витягування, системи циклі. струмо- та водопостачання, які не показані. Поставлена задача вирішується тим, що приНа фіг.1 зображений пристрій для багатостастрій для отримання зливків з монокристалічною, дійного рафінування з отриманням зливку з витяполікристалічною та певною структурою напівпрогуванням уверх (метод Чохральского) та на фіг.2 відникових матеріалів, а також для отримання музображений пристрій для багатостадійного рафільтикристалічних зливків для сонячної енергетики, нування з отриманням зливку з витягуванням униз, який включає герметичну камеру кристалізації де зазначена камера кристалізації зливка 2 та казливку, вакуумну систему, пристрій подачі шихти, мера плавлення шихти 8, між якими розташований камеру плавлення шихти, джерело для розплавкаскад камер у кількості не менш однієї 6, всі калення шихти та нагріву розплаву, механізм витягумери між собою сполучаються через вакуумний вання зливку, системи струмо- та водопостачання, затвор 5, розплав потрапляє з камери до камери який відрізняється тим, що пристрій містить окрепо розплавопроводу 4. Кожна камера містить намо розташовану камеру розплавлення шихти, копичувач розплаву (тигель) 3, 7, 11, камера крисз'єднану розплавопроводом з камерою кристаліталізації зливка по схемі 2 містіть формоутворюзації зливка, що забезпечує розділення об'ємів 5 51634 6 вач 12. Камери можуть містити пристрій подачі нуючих елементів та доводять склад розплаву до шихти 1. необхідного. В останній камері відбувається крисДаний пристрій працює таким чином. Попереталізація розплаву у зливок. При цьому можливо дньо в кожній камері утворюють необхідну атмосзастосовувати схему з витягуванням зливку як феру та тиск. Потім в камері розплавлення шихти уверх (метод Чохральского) (фіг.1) так і униз проводять розплавлення матеріалу після чого він (фіг.2). потрапляє у наступну камеру де проводять за доПорівняльний аналіз з відомим технічним ріпомогою відтворених умов вибіркове рафінування, шенням показує, що пристрій, який заявляється далі матеріал потрапляє у наступну камеру. Перед відрізняється багато стадійністю процесу рафінутим як розплав потрапляє в наступну камеру тиск вання, а також конструктивним виконанням вузлів між камерами вирівнюють. При наявності гідрозаткамери з можливістю утворити в кожній камері ворів вирівнювання тиску не відбувається. Рафіпотрібний тиск газу та проводити вибіркове рафінування проводять не тільки між газовою фазою нування. та розплавом, а також завдяки додаванню рафі Комп’ютерна верстка М. Мацело 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