Пристрій для вирощування тугоплавких монокристалів методом чохральського

1. Пристрій для вирощування тугоплавких монокристалів методом Чохральського, що включає вакуумну камеру кристалізації, механізм витягування кристала та тигель, виконаний з тугоплавкого матеріалу (метал, сплав, хімічна сполука і т.д.), який відрізняється тим, що тигель виконаний з тугоплавкого матеріалу засобами пошарового наплавлення, який розігрівається пропусканням через нього електричного струму. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що тигель виконаний з заготовки тугоплавкого матеріалу пошарового наплавлення засобами механічної обробки (ковкою, прокаткою, штампуванням). 3. Пристрій за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що тигель виконаний з матеріалу, який має монокристалічну, полікристалічну чи певну структуру. U 2 51927 1 3 такої схеми становиться проблематично, в зв'язку з необхідністю забезпечення міцності вузла, що охолоджується, тому тигель повинен бути виконаний не охолоджуваний з тугоплавкого металу. Відомий пристрій United States Patent 4911895 яким можливо отримувати напівпровідникові матеріали вибраний в якості аналогу. До основних недоліків такого пристрою відноситься те, що тигель виконаний із кварцу, що не дозволяє отримувати монокристали з матеріалів температура плавлення яких лежить вище температури плавлення кварцу. Тиглі з тугоплавких металів та матеріалів, застосування яких дозволяє отримувати монокристали та полікристали матеріалів з значно високою температурою плавлення, отримують способами порошкової металургії, газофазним нанесенням, та іншими, але вони мають низьку щільність та недосконалу структуру, у зв'язку з тим що їх отримання не пов'язано з повним розплавленням матеріалу чи успадковуванням структури від зародкового кристалу, що робить тиглі менш стійкими при контакті з лужними розплавами та рідкими тугоплавкими матеріалами з значно високою температурою плавлення. Для отримання монокристалів та полікристалів матеріалів з значно високою температурою плавлення методом Чохральського необхідно створювати тиглі з тугоплавких матеріалів з значно високою температурою плавлення, але це також не є раціональним рішенням, у зв'язку з тим що такі тиглі є геометричним аналогом кварцових тиглів, що приводить до значної їх матеріалоємності, а так як ціна на такі матеріали дуже висока, це прямо впливає на підвищенні собівартість отриманих монокристалів. Задача полягає у створені пристрою за допомогою якого можна отримувати монокристали та полікристали тугоплавких матеріалів з значно високою температурою плавлення у широкому діапазоні тиску, що дозволить отримувати кристали з сполук які при звичайному тиску не являються стійкими; збільшити стійкість тиглів при контакті з лужними розплавами та рідкими тугоплавкими матеріалами з значно високою температурою плавлення, а також зменшити чутливість тиглю до термоциклічних навантажень; отримувати значно більші за розміром кристали, які раніше не можливо було досягти за рахунок низької стійкості тиглю; знизити собівартість монокристалічних матеріалів за рахунок зменшення матеріалоємності тиглів, які застосовуються. Поставлена задача досягається тим, що у пристрої для вирощування монокристалів за методом Чохральського тигель виконаний з тугоплавкого матеріалу засобами пошарового наплавлення, який розігрівається пропусканням через нього електричного струму. Для зменшення матеріалоємності тиглю, він виконується з заготовки тугоплавкого матеріалу пошарового наплавлення, засобами механічної обробки (ковкою, прокаткою, штампуванням). Для збільшення стійкості тиглю при контакті з лужними розплавами та рідкими тугоплавкими матеріалами з значно високою температурою пла 51927 4 влення, а також для зменшення чутливості тиглю до термоциклічних навантажень, тигель виконується з матеріалу який має монокристалічну, полікристалічну чи певну структуру. Для розширення сортаменту нових монокристалів та полікристалів з значно високою температурою плавлення чи значно більшими за розміром при отриманні зародковому кристалу придають форму кільця, що дозволить отримувати монокристали та полікристали у вигляді труб. Для зменшення термічних навантажень у кристалі в процесі його отримання утворюють додатковий підігрів кристалу, що витягується. Для проведення попереднього рафінування та постійного підживлення зони кристалізації розташовують окремо тигель попереднього розплавлення шихти у кількості не менш одного. Для забезпечення технологічних особливостей процесу тигель виконують з одного листа складного профілю, в якому існує зона тиглю, де відбувається кристалізація та зона розплавлення шихти. Для зменшення теплових втрат пристрій містить активні теплові екрани, які розігріваються пропусканням через них електричного струму та кільце для підігріву розплаву. Для забезпечення умов отримання монокристалів та полікристалів тугоплавких матеріалів з значно високою температурою плавлення з сполук які при звичайному тиску не являються стійкими, камеру створюють такою щоб забезпечувала можливість створення необхідного тиску газу. Для спрощування технічного обслуговування камеру роблять двохкамерною з камерою злитка, яка може бути герметично ізольована від камери кристалізації за допомогою вакуумного затвору. На Фіг.1 - зображена схема пристрою для вирощування монокристалів та полікристалів з тугоплавких матеріалів методом Чохральського з окремими тиглями; На Фіг.2 - зображена схема пристрою для вирощування монокристалів та полікристалів з тугоплавких матеріалів методом Чохральського з тиглем складного профілю; Пристрій має приводи витягування зливку, вакуумну систему, систему контролю технологічних параметрів, механізм витягування, системи струмо -та водопостачання, які не показані. На Фіг.1 зображена схема пристрою для вирощування монокристалів та полікристалів з тугоплавких матеріалів методом Чохральського з окремими тиглями, який містить, вакуумну камеру кристалізації 9, в якій розташовані тигель 7, тигель попереднього розплавлення шихти 3, активні теплові екрани 2 та 6. В тиглі розташоване активне теплове кільце 4 для підігріву розплаву навколо зони витягання злитка 5. До камеру кристалізації приєднані бункери з шихтою 1 та камера зливка 8. Даний пристрій працює таким чином. У камері створюють необхідну атмосферу та тиск газу. Потім засипають шихту в зону попереднього розплавлення шихти, де вона розплавляється від тепла, яке виділяється від пропускання через тигель електричного струму. Для зменшена втрат тепла з поверхні розплаву та поверхні злитка, поверхня розплаву та поверхня злитка обігрівається за ра 5 51927 хунок активних екранів. Після розплавлення шихти розплав потрапляє в зону кристалізації злитка та підпитує її. Рівень у зоні кристалізації контролюють за допомогою підшихтовки. Конструкція виконана таким чином, що забезпечує обертання як зливка так і тиглю навколо своєї осі. На Фіг.2 зображена схема пристрою для вирощування монокристалів та полікристалів з тугоплавких матеріалів методом Чохральського з тиглем складного профілю, який містить, вакуумну камеру кристалізації 9, в якій розташовані тигель складного профілю 10, активні теплові екрани 2 та 6. В тиглі розташоване активне теплове кільце 4 для підігріву розплаву навколо зони витягання злитка 5. До камери кристалізації приєднані бункери з шихтою 1 та камера зливка 8. Даний пристрій працює таким же чином, як і на Фіг.1, з тією різницею, що матеріал не розплавляється в окремих тиглях, а переходить в рідкий стан в зоні попереднього розплавлення тигля складного профілю, а конструкція виконана таким чином, що забезпечує обертання тільки зливка. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 Перевагою пристрою що заявляється в порівнянні з аналогом є можливість отримувати монокристали та полікристали тугоплавких матеріалів з значно високою температурою плавлення у широкому діапазоні тиску, що дозволяє отримувати кристали з сполук, які при звичайному тиску не являються стійкими; збільшити стійкість тиглів при контакті з лужними розплавами та рідкими тугоплавкими матеріалами з значно високою температурою плавлення, а також зменшити чутливість тиглю до термоциклічних навантажень; отримувати значно більші за розмиром кристали, який раніше не можливо було досягти за рахунок низької стійкості тиглю; знизити собівартість монокристалічних матеріалів за рахунок зменшення матеріалоємності тиглів, які застосовуються. Порівняльний аналіз з відомим технічним рішенням показує, що технічний пристрій, який заявляється відрізняється конструктивним виконанням вузла тигля та нагрівачів, які поєдналися у заявленому пристрої. Таке технічне рішення потребує певного підходу до перегляду конструкції відомого пристрою. 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