Спосіб вирощування монокристалів, зокрема корунду

Спосіб вирощування монокристалів, зокрема корунду, згідно з яким, в тигель завантажують по 2 (19) 1 3   ня Vкрит  2ahкрит 1 2 . 60241 При подальших вирощу ваннях, піч в наступних ростових циклах протягують з постійною швидкістю W , що не перевищує значення Vкрит , такий режим дозволяє отримати кристал потрібної якості. Недоліком цього способу є те, що для визначення координати захвату домішки hкрит потрібно видалити з ростової печі кристал, що вирощено. Тобто поправку на швидкість витягування кристалу можна урахувати тільки у наступному ростовому циклі. Способи, що описані вище, потребують додаткових матеріальних та енергетичних затрат. Прототипом, за сукупністю загальних ознак, обрано останній з аналогів. За основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу вирощування монокристалів корунду, що дозволить за рахунок визначення Vкрит безпосередньо у кожному ростовому циклі, оптимізувати умови росту кристалів, збільшити процент отримання годних виробів, і, таким чином, знизити собівартість кристалів, що вирощуються. Рішення задачі, що поставлена, досягаєтеся тим, що за способом вирощування монокристалів, зокрема корунду, в тигель завантажують шихту, розміщують тигель у ростовій печі, розплавляють сировину, витягують у холодну зону з постійним прискоренням, згідно корисної моделі, фіксують момент різкого зростання (стрибок) швидкості кристалізації, одночасно фіксують ростову координату и швидкість витягування, зупиняють вирощування, повертають тигель назад на відстань, яка відповідає бездефектній області кристалу, продовжують витягування кристала з постійною швидкістю, що менша на 5-10% від зафіксованого значення. Експериментально встановлено, що у момент скачку швидкості кристалізації у сапфірі створю 4 ється поперечна смуга газових включень (захват). Для отримання монокристала без захвата необхідно повернути тигель на відстань, відповідну бездефектній області кристала, розплавити область кристалу з захватом и продовжити вирощування зі швидкістю менш її критичного значення. Ростовий цикл при цьому не переривається, тому знижується собівартість кристалів, що вирощуються. Подальше витягування при постійній швидкості, менш зафіксованого (критичного) значення швидкості на 5-10%, дозволяє виростити монокристал заданої якості при найбільш оптимальній швидкості, що дозволяє оптимізувати умови росту кристалів і також зменшує собівартість монокристалів. Вирощування зі швидкістю, що відрізняється від критичної менш ніж 5%, не дозволяє гарантувати якість кристалу. Зменшення швидкості більш ніж на 10% економічно недоцільно. В таблиці наведено технологічні параметри вирощування монокристалів корунду довжиною 320мм за способом, що заявлено, і за способоманалогом з постійною швидкістю. Момент різкого зростання швидкості фронту кристалізації (ФК) t1 час, що пройшов з моменту початку росту до моменту стрибка швидкості кристалізації. Координата h1 - відстань між положенням тигля на початку росту і в момент стрибка швидкості кристалізації. Швидкість витягування W1 - швидкість протяжки, за якою спостерігається стрибок швидкості кристалізації. W2 - постійна швидкість протягування, котру встановлюють після стрибка швидкості кристалізації. t заг - загальний час, що витрачено на вирощування кристалу. Таблиця N зразку t1 , ч h1 , мм W1 , мм/год. 1 2 3 5.4 3.8 2.2 45.1 30.2 16.6 9.7 8.9 8.1 1 2 3 W2 , t заг , Наявність Вихід придатних Затрати електроеневключень виробів, % ргії, кВтгод мм/год. год. Спосіб, що заявлено 9.2 36.9 92 1660 8.4 40.0 95 1800 7.6 43.9 91 1980 Спосіб-аналог 6 53,3 80 2400 8 40 80 1800 8 40 наявні 40 1800 Спосіб, що запропоновано, реалізують наступним чином. Стандартний молібденовий тигель з затравкою, що розташована у його носику, та шихтою у вигляді сплавленого глинозему марки Г-00, розміщують у промисловій печі "Горизонт". Після операцій проплавлення шихти і затравлення запускають механізм протягування тигля зі швидкістю, що змінюється за законом W t   W0  at , де W0  7 мм/г, a  0.5 мм/г і t - час. Після цього 2 починають слідкувати за рухом фронту кристалізації (ФК) за допомогою відеокамери та пристрою, який в реальному часі будує графік залежності швидкості ФК від часу, Vt  . Фіксують момент різкого зростання швидкості ФК t1 , а разом з ним швидкість витягування W1 W0  at1 і ростову координату h1 W0t1  at1 , зупиняють механізм протягування, повертають тигель на координату h2  h1   h , де  h  10 мм, витримують тигель на 5 60241 координаті h 2 вздовж 30 хвилин, запускають механізм протягування тигля зі швидкістю W2 , менш за W1 на 6%. Як можна побачити з таблиці, при швидкості витягування W2 , що незначно перебільшує швидкість 8мм/год., що зазвичай використовується для цієї шихти, виграш у часі вирощування (у зрівнянні з 40год.) є невеликим. Однак незрівнянно зростає надійність отримання сапфіру без захватів. Так, в третьому випадку, виростити кристал на швидкості 8мм/год. без захватів не вдалося. Якщо урахувати, що при вирощуванні сапфіру розміром, наприклад, 320170 40 мм електрична потужність, що споживається, становить приблизно 45кВт, легко уя Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 вити, скільки електроенергії можна зекономити завдяки запропонованому способу. Таким чином, у запропонованому рішенні сапфір вирощують з найбільш оптимальною швидкістю. Загальний час вирощування t заг (з урахування паузи у півгодини під час розплавлення дефектної ділянки 10мм), що витрачається на ріст сапфірової пластини (без захватів) довжиною 320мм згідно запропонованому способу ( W0  7 мм/ч, 2 a  0.5 мм/ч ) становить від 36 до 44 годин, до того ж вихід придатних виробів становить більш 90%. Звичайна швидкість вирощування сапфіру з такої шихти є 8мм/ч, час вирощування 40год., а вихід придатних виробів (у середньому) не більш 80%. Підписне Тираж 24 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