Пристрій для вирощування профільованих монокристалів

1. Пристрій для вирощування профільованих кристалів, що містить тигель з кришкою, капілярну систему, яка виконана у вигляді пучка капілярних 3 діаметром порівнянним з діаметром тигля треба використовувати пучок капілярів, що займає більшу частину обсягу тигля. При цьому для підживлення зони росту кристала через живильний канал формоутворювача використується тільки частина пучка капілярів, що перебуває безпосередньо під формоутворювачем. Інша частина капілярної системи тигля не використовується, але займає значну частину його обсягу, знижуючи кількість сировини, яка в нього завантажується, що у свою чергу, не дозволяє вирощувати вироби великої довжини. Тим самим знижується ефективність використання устаткування і його продуктивність. В основу даного винаходу поставлене завдання створення пристрою для вирощування профільованих кристалів, який дозволить збільшити ефективність використання устаткування, за рахунок створення універсальної конструкції тигля з максимальним завантаженням сировиною, яка дозволяє здійснювати як одиночне так і групове вирощування кристалів різного типорозміру, а також збільшення граничного розміру вирощуваних кристалів високої якості та виходу придатних виробів. Рішення поставленого завдання забезпечується тим, що у пристрої для вирощування профільованих кристалів, що включає тигель з кришкою, капілярну систему, виконану у вигляді пучка капілярних трубок, і розташовану симетрично щодо осі тигля, формоутворювач, отвір для завантаження тигля сировиною і механізм для витягування, відповідно до винаходу, кришкою є торцева пластина, у яку уведені не менш одного пучка капілярних трубок, урівень з її поверхнею, на якій виконані радіальні капілярні канали, формоутворювач встановлено на торцевій пластині капілярної системи, а отвір для завантаження тигля сировиною виконано в бічній поверхні тигля безпосередньо під торцевою пластиною. При груповому впрошуванні формоутворювач виконай у вигляді диска з отвірами, у які встановлено формоутворювальні елементи. Використання не менш одного пучка капілярних трубок, які закріплені у торцевій пластині капілярної системи, дозволяє знизити загальний обсяг, який займає капілярна система й збільшити завантаження тигля сировиною. Капілярні канали на поверхні торцевої пластини, які сполучаються з пучками капілярних трубок, забезпечують рівномірний розподіл розплаву по всій поверхні торцевої пластини і його подачу в живильні канали всіх формоутворювальних елементів, які встановлені в отворах диска формоутворювача. Тому що формоутворювач встановлено безпосередньо на торцевій пластині, то його розмір обмежен тільки розміром поверхні торцевої пластини, що у сукупність із збільшенням завантаження тиглю, дозволяє збільшити розмір вирощуваних кристалів у межах діаметру тигля, зберігаючи їхню якість, а також у цілому підвищити ефективність використання устаткування. Отвір для завантаження тигля сировиною, який зроблено в бічній поверхні тигля безпосередньо під торцевою пластиною, дозволяє зробити 89883 4 торцеву пластину монолітної. Монолітність торцевої пластини забезпечує рівномірний розподіл температури по всій її поверхні, що особливо важливо для одержання кристалів стабільної геометричної форми, як при вирощуванні групи кристалів, так і при одиночному вирощуванні кристалів великого діаметра. На Фіг. 1 наведено зображення загального виду пропонованого пристрою з одним пучком капілярів й одним формоутворювачем для вирощування трубки. На Фіг. 2 наведено пропонований пристрій з п’ятьма пучками капілярів і формоутворювачем для вирощування групи стрижнів. Пристрій для вирощування профільованих кристалів складається з тигля 1 з отвором для завантаження сировини 2, пучків капілярних трубок 3, торцевої пластини 4 з капілярними каналами 5 і формоутворювачем 6 (Фіг. 1, 2). Пристрій працює наступним чином. У тигель 1 через отвір 2 завантажують сировину й піднімають температуру тигля до одержання в ньому розплаву 8. По пучку капілярних трубок 3 розплав подається до верхньої поверхні торцевій пластині 4, на якій установлений формоутворювач 6. Між дном формоутворювача 6 і торцевою пластиною 4 утвориться плівка розплаву завдяки системі капілярних каналів 5. Із цієї плівки розплав по живильних каналах 7 формоутворювача 6 попадає на його торець. До торця формоутворювача підводиться затравочний кристал (на Фіг. 1, 2 не показаний) і далі вирощування проводиться по відомому способу. Таким чином, вирощують одиночні кристали (Фіг. 1) або групу кристалів (Фіг. 2), розміри яких значно перевищують розмір пучка капілярних трубок 3. Приклад. Вирощування групи сапфірових стрижнів (21шт.) 4,5мм у кристалографічному напрямку . Для вирощування був використований тигель 1 (Фіг. 2) діаметром 90мм, висотою 95мм і з товщиною стінки 5мм. Розмір завантажувального отвору: ширина 25мм і висота 8мм. Капілярна система мала наступні розміри: діаметр пучка капілярних трубок 3 становив 12мм, кількість пучків - 5 штук, товщина торцевої пластини 4 дорівнювалась 8мм, глибина капілярних каналів 5 була 0,5мм. Через завантажувальний отвір 2 у тигель завантажувалося 700г сировини. Як сировина використався бій кристалів Вернейлівського виробництва. На торець симетрично осі тигля 1 встановлювался диск 6 з 21 формоутворювальними елементами. Тигель 1 з диском 6 встановлювався в індукційний нагрівач (на Фіг. 2 не показаний). На диск 6 містився один або кілька реперних кристалів. Тигель розігрівався до температури плавлення сировини, про що судили по плавленню реперних кристалів. До диску підводили затравочні кристали (на Фіг. 2 не показані) до зіткнення їх з торцями формоутворювальних елементів. Після оплавлення затравок включалося їхнє витягування нагору й проводилося вирощування кристалів відомим способом. З одного завантаження тигля вирощувалися 21 стрижень діаметром 4,5 мм довжиною 500мм. 5 89883 У таблиці наведено порівняння результатів вирощування групи кристалів, що приведено в прикладі, за допомогою пристрою прототипу й пропонованого пристрою. Відсоток виходу придатної продукції визначався за результатами п’яти вирощувань на кожному із пристроїв: прототипу й пропонованого пристрою. Низький відсоток виходу придатної продукції при використанні пристрою прототипу пов’язаний з виникненням асиметрії 6 радіального градієнта температури на його торці, що приводило до зменшення діаметра окремих стрижнів і відриву їх від формоутворювача в процесі росту. Як видно з таблиці використання пропонованого пристрою дозволило збільшити довжину вирощуваних кристалів на 29%, а вихід придатних кристалів - на 35%. Таблиця Порівнюваний параметр Повний обсяг тигля, см3 Кількість пучків капілярів, шт. Діаметр пучка капілярів, см 3 Сумарний обсяг пучків капілярів, см 3 Корисний обсяг тигля, см Вага сировини, яка завантажувалась у тигель, г (70% корисного обсягу тигля) Максимально можлива довжина кристалів при 100% виході й повнім завантаженням тигля, см Відсоток виходу придатної продукції, % Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Прототип 452 1 4 113 339 Пропонований пристрій 452 5 0,6 12,7 439,3 780 1015 58 75 72 97 Підписне Тираж 28 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