Пристрій для вирощування кристалу

Пристрій для вирощування кристалу, який містить тигель із розплавом, підставку із штоком, нагрівам та механізм вертикального переміщення тигля, який відрізняється тим, що механізм де ST - площа горизонтального перерізу тигля на рівні поверхні розплаву, р - густина розплаву, рі густина рідини. Винахід відноситься до хімічної технології і може знайти застосування при вирощуванні кристалів витягуванням із розплаву, зокрема, кристалів парателлуриту, які застосовуються в акустооптиці. Відомий пристрій для вирощування кристалу витягуванням із розплаву, який містить нерухомо закріплений тигель із розплавом, нагрівам та механізм вертикального переміщення та обертання кристалу (1) Вирощування кристалу проводять таким чином. Затравочний кристал, прикріплений до кристалотримача, вводять в контакт п розплавом, після чого переміщують дороги при одночасному обертанні Внаслідок тепловідводу від розплаву через кристал відбувається нарощування кристалу Завдяки обертанню кристалу його поперечний переріз має форму круга Контроль за діаметром кристалу здійснюють візуально та регулюють зміною температури розплаву або змінюючи швидкість витягування. Недоліком описаного пристрою є неможливість підтримання постійного рівня розплаву по відношенню до нагрівача, що приводить до зміни температурних умов росту, а також ускладнює контроль за діаметром ростучого кристалу. Відомий також пристрій для вирощування кристалу витягуванням із розплаву (2), який містить систему автоматичної' стабілізації положення рівня розплаву, яка складається із джерела червоного світла з довжиною хвилі 6500 ± 50 А, фотоприймача та механізму переміщення тигля. Два промені світла під кутом 45° падають на дзеркало розплаву і після відбивання через систему лінз попадають на фотоприймач. При відхиленні рівня розплаву від заданого інтенсивність відбитих імпульсів змінюється, сигнал фіксується фотоприймачем, а тигель автоматично переміщується по висоті. Недоліком такого пристрою є складність конструкції системи контролю рівня розплаву та вертикального переміщення тигля. Найбільш близьким по технічній суті та результату, який досягається, є пристрій для вирощування кристалу витягуванням із розплаву (3), який містить нагрівач, тигель із розплавом, розміщений на підставці зі штоком, який нижньою частиною прикріплений до динамометру для вимірювання ваги. Сигнали від динамометра поступають на комп'ютер, який керує потужністю високочастотного нагрівача Недоліком описаного пристрою є складність конструкції системи вертикального переміщення тигля Завданням винаходу є спрощення конструкції механізму вертикального переміщення тигля Поставлене завдання досягається таким чином, що в відомому лристрої для вирощування кристалу, який містить тигель із розплавом, підставку із штоком, нагрівач та механізм вертикального переміщення тигля, згідно винаходу, механізм вертикального переміщення тигля містить розмі вертикального переміщення тигля містить розміщену під тиглем ємність з рідиною, в яку занурений поплавок, поплавок жорстко з'єднаний з підставкою тигля за допомогою несучого штоку, причому площа горизонтального перерізу ємності S та площа горизонтального перерізу поплавка Si на рівні поверхні рідини вибрані із співвідношення Si Pi + 1 ST р ю со ю со 35135 щену під тиглем ємність з рідиною,- в яку занурений поплавок, поплавок жорстко з'єднаний з підставкою тигля за допомогою несучого штоку, причому площа горизонтального перерізу ємності S та площа горизонтального перерізу поплавка Si на рівні поверхні рідини вибирають із співвідношення S Si Pi +1 ST р = де Sr - площа горизонтального перерізу порожнини тигля на рівні поверхні розплаву, р - густина розплаву, рі - густина рідини. Об'єм та вагу поплавка вибирають з таким розрахунком, щоб при закріпленні на ньому штоку з підставкою та тигля з розплавом поплавок плавав в рідині, розміщеній в ємності. За рахунок того, що при вирощуванні кристалу витягуванням із розплаву маса розплаву в тиглі зменшується, останній переміщується догори внаслідок порушення рівноваги між сумарною вагою тигля, штока, підставки, розплаву та виштовхуючою силою рідини, яка діє на поплавок. При цьому рівень рідини в ємності понижується, а це пониження пропорційне зменшенню маси розплаву в тиглі Для того, щоб рівень розплаву в процесі витягування кристалу не змінювався по відношенню до нерухомо закріпленого нагрівача необхідно, щоб підйом тигля дорівнював пониженню рівня розплаву в тиглі, оскільки внаслідок переміщення тигля догори та поверхні розплаву вниз на одну і ту ж величину за один і той же проміжок часу положення поверхні розплаву в просторі не змжюється Це досягається шляхом вибору співвідношень розмірів площ горизонтальних перерізів поплавка, порожнини тигля та ємності. Якщо за деякий проміжок часу пониження рівня розплаву по відношенню до тигля становить ДІіі, то зміна ваги розплаву становить р ST g, де g - прискорення вільного падіння Для того, щоб рівень розплаву по відношенню до нагрівача не змінювався, необхідно, щоб тигель за той же самий час був піднятий на висоту Ahi. При підйомі системи поплавок-шток-тигель з розплавом на висоту ДЫ відбувається пониження рівня рідини в •ємності на величину Дпг. Зміна виштовхуючої сили, яка діє на тіло, дорівнює Дпг рі • Si, або Аги х х р ST g = Дпг • pi Si g Але, лосюлькии Дпг = — • — ; Ahi • р о ~ о^ ~ ptSi Після •••• ЇЙ g= g. відповідних перетворень На фігурі представлена конструкція пристрою для вирощування кристалу Тигель 1 розміщений на підставці 2, прикріпленій до штоку 3 Шток 3 нижньою частиною прикріплений до поплавка 4, зануреного в рідину 5, розміщену в ємності 6. В тиглі 1 знаходиться розплав 7 Тигель 1 з розплавом 7 розміщений в робочій зоні ' нагрівача 8. Працює пристрій в такий спосіб. Тигель 1 з речовиною 7 за допомогою нагрівача 8 нагрівають до температури, яка перевищує тем-" пературу плавлення речовини 7. За допомогою механізму переміщення кристалу (на фігурі не показаний) опускають затравочний кристал (на фігурі не показаний) до контакту з поверхнею розплаву, після чого піднімають кристал з одночасним обертанням При витягуванні кристалу кількість розплаву 7 в тиглі 1 зменшується, внаслідок чого порушується рівновага між сумарною вагою тигля 1 з розплавом 7, підставки 2, штоку З та поплавка 4 та виштовхуючою силою рідини 5 в ємності 6, діючої на поплавок 4 Поплавок 4 піднімається догори на віддаль, рівну пониженню рівня розллаву 7 в тиглі 1. Таким чином, положення рівня розплаву 7 по відношенню до нагрівача 8 не змінюється, незалежно від зміни його по відношенню до тигля 1. По мірі підйому поплавка 4 рівень рідини 5 в ємності 6 знижується, причому це зниження пропорційне зниженню рівня розплаву по відношенню до тигля 1 при умові, що площа "горизонтальних перерізів порожнин тигля 1 та ємності 6, а також площа горизонтального перерізу поплавка 4 постійні. При постійній швидкості витягування швидкість пониження рівня розплаву по відношенню до тигля 1 та, відповідно, швидкість пониження рівня рідини 5 в ємності 6 прямо пропорційна площі фронту кристалізації кристалу, який вирощують Визначаючи швидкість пониження рівня рідини 5' в ємності 6, контролюють діаметр кристалу, який вирощують. Виготовлено запропонований пристрій для вирощування кристалу. Ємність циліндричної форми діаметром 135 мм та висотою 260 мм заповнена водою Поплавок циліндричної форми діаметром 100 мл та висотою 200 мм виготовлений із жерсті. Діаметри горизонтальних перерізів поплавка та ємності вибрані із розрахунку, що густина розплаву (двоокису телуру) дорівнює 5,0 г/см3, води - 1,0 г/см3, а діаметр порожнини платинового тигля дорівнює 50 мм. Шток та підставка виготовлені з нержавіючої сталі. В тигель помістили 300 г двоокису телуру. Всередині поплавка в нижній його частині розміщений баласт масою 500 г для надання системі стійкості. Над поплавком встановлені перпендикулярно штоку направляючі пластини з отворами по розміру перерізу штоку. Направляючі призначені для запобігання боковому зміщенню тигля при вирощуванні кристалу Загальна маса тигля з розплавом, підставки, штоку, поплавка з баластом перед початком росту становить 1250 г, причому центр ваги системи знаходиться нижче направляючих, що забезпечує системі стійкий стан. Проведено процес вирощування монокристалу парателуриту. Після розрощування кристалу до діаметру 20-22 мм подальший ріст вели при постійному діаметрі кристалу. Положення рівня розплаву контролювали за допомогою платинового щупа. Проведені випробування показали, що запропонований пристрій забезпечує автоматичне 35135 підтримання положення рівня розплаву незалежно від швидкості опускання рівня розплаву по відношенню до тигля Запропонований пристрій може бути використаний в технології вирощування монокристалів витягуванням із розплаву, зокрема, оксидних сполук, які використовуються в акустооптичних приладах та пристроях Джерела інформації 1 К Т Вильке Выращивание кристаллов Л , "Недра", 1977, стр 335 2 Патент США № 3882319, МКИ В02 21/26, опубл 06 05 75 3 Valentino A J Brandle С D. Diameter Control of Czochralski Grown Crystals. - J. Cryst. Growth, 1974, T 26, № 1, стр. 1-5 (прототип). Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 І