Спосіб вирощування монокристалів алмазу на затравці

Реферат: Спосіб вирощування монокристалів алмазу на затравці здійснюють з прикладанням до ростової комірки високих тиску та температури методом створення градієнта температури між джерелом вуглецю та затравочним кристалом, що розміщені пошарово та розділені сплавом-розчинником вуглецю. При цьому градієнт температури встановлюється таким чином, щоб джерело вуглецю знаходилося в області, яку нагріто до максимальної для даного градієнта температури, а затравочний кристал знаходився в області з мінімальною для даного градієнта температурою. Процес вирощування ведуть, змінюючи градієнт для отримання оптимального розподілення температурного поля в заданий момент вирощування. UA 70965 U (12) UA 70965 U UA 70965 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології вирощування монокристалів алмазу на затравці в області його термодинамічної стабільності і може бути використана для вирощування великих структурно-досконалих кристалів. Відомий спосіб вирощування монокристалів алмазу на затравці (див. Патент України №6823, МПК С01В 31/06, опубл. 31.03.1995, бюл. №1) полягає в тому, що в ростовій комірці розміщують пошарово джерело вуглецю, сплав-розчинник і затравочні кристали. До ростової комірки прикладають високий тиск і температуру, між джерелом і затравкою створюється різниця температур, причому затравку нагрівають до мінімальної для даного розподілу температури, а джерело вуглецю до максимальної для даного розподілу температури. Процес кристалізації ведуть при постійному перепаді температури між джерелом і затравкою. Різниця температур між джерелом і затравкою досягається зміною величини теплоти, що виділяється і відводиться в різних областях ростової комірки. Це досягається введенням додаткового джерела тепла або зменшенням охолодження з боку джерела вуглецю, іншим способом є зменшення потужності джерела теплоти або додаткового охолодження з боку затравки, ще одним способом - регулюванням електричного потенціалу, що подається на бічну поверхню трубчастого нагрівача. Для реалізації такої схеми в ростовій комірці використовуються джерела тепла з автономними джерелами живлення та система відводу тепла. Недоліком цього способу є необхідність наявності декількох незалежних регульованих джерел живлення для кожного з нагрівачів, а також введення великої кількості провідників крізь прокладку, яка деформується, що негативно впливає на симетричність і прогнозованість розподілу температурного поля в ростовій комірці через відведення тепла по струмовводам, а також підвищує ймовірність розгерметизації ростового об'єму і викиду матеріалу. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу вирощування монокристалів алмазу на затравці, що дозволяє керувати температурним градієнтом в ростовій комірці на будь-якому етапі циклу вирощування, що надасть можливість скоротити терміни вирощування монокристалів алмазу, спростити розрахунок і керування температурним полем. Поставлена задача вирішується тим, що при вирощуванні монокристалів алмазу на затравці до ростової комірки прикладаються високі тиск та температура, а в ростовій зоні створюється градієнт температури, таким чином, щоб температура в області джерела вуглецю була максимальною, а в області затравочного кристала мінімальною для даного градієнта, причому величина градієнта змінюється на різних етапах вирощування таким чином, щоб різниця температури між затравкою і джерелом була постійною. Постійна різниця температури між затравочним кристалом і джерелом досягається шляхом регулювання потужності, що розсіюється на нагрівальних елементах, яка попередньо визначається експериментально з використанням вимірювань за допомогою термопар. При пропусканні електричного струму крізь систему нагріву ростової комірки перший проходить послідовно крізь усі елементи системи і збільшення або зменшення сили струму призводить, відповідно, до збільшення або зменшення потужності нагріву на всіх елементах. Введення системи з керованим опором паралельно до верхнього або нижнього нагрівального елемента чи системи, яка поєднує в собі обидві попередні системи, дозволяє проведення шунтування відповідного нагрівального елемента і відведення частини струму, який проходить крізь систему, що дозволяє керування величиною потужності, що розсіюється на нагрівачі, і створення, таким чином, необхідного температурного поля. Перевагою такого методу є необхідність лише одного джерела живлення для всіх нагрівальних елементів і введення лише одного контакту, що призводить до значного спрощення системи керування та підвищення її надійності в порівнянні з прототипом. Крім того, навіть у випадку розриву контакту, який використовується для під'єднання керуючої системи, це призводить тільки до повернення схеми нагріву комірки до стану, визначеного конфігурацією нагрівачів системи, що дозволяє продовжити процес вирощування. Здійснення такого способу можливо при різних варіантах схеми нагріву ростової комірки. Одну з таких схем представлено на кресленні. Градієнт температури між джерелом вуглецю 1, який знаходиться в області з найбільшою температурою, і затравочним кристалом 2, який знаходиться в області з найменшою температурою, розділених сплавом-розчинником 3, створюється системою нагріву, що складається з трубчастого нагрівального елемента 4, верхнього 5 і нижнього 6 нагрівальних елементів. Управління величиною градієнта здійснюється системою з керованим опором 7, яка під'єднується паралельно з верхнім та/або нижнім нагрівальним елементом. 1 UA 70965 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Спосіб вирощування монокристалів алмазу на затравці з прикладанням до ростової комірки високих тиску та температури методом створення градієнта температури між джерелом вуглецю та затравочним кристалом, що розміщені пошарово та розділені сплавом-розчинником вуглецю, при цьому градієнт температури встановлюється таким чином, щоб джерело вуглецю знаходилося в області, яку нагріто до максимальної для даного градієнта температури, а затравочний кристал знаходився в області з мінімальною для даного градієнта температурою, який відрізняється тим, що процес вирощування ведуть, змінюючи градієнт для отримання оптимального розподілення температурного поля в заданий момент вирощування. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що градієнт температури задається різницею потужностей, що розсіюються на нагрівачах, розміщених у верхній, з боку джерела вуглецю, та нижній, з боку затравочного кристала, частинах ростової комірки при пропусканні крізь них струму. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що для керування потужністю, яка розсіюється на нагрівачі, розміщеному з боку джерела вуглецю, використовується введення системи з керованим опором, яка під'єднується паралельно з верхнім нагрівачем, або для керування потужністю, яка розсіюється на нагрівачі з боку затравочного кристала, - системи, яка під'єднується паралельно з нижнім нагрівачем. 4. Спосіб за пп. 1-3, який відрізняється тим, що для керування потужністю, яка розсіюється на нагрівачах, використовується система, яка поєднує в собі обидві попередні системи. Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2