Спосіб вирощування монокристалів сапфіра (a-al2o3) вертикальною напрямленою кристалізацією розплаву

Реферат: UA 93505 U UA 93505 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології вирощування монокристалів і може бути використана для отримання об'ємних монокристалів сапфіру, вироби з яких використовуються в приладобудуванні, мікроелектроніці, оптиці, медицині та ін. Відомий спосіб вирощування монокристалів, згідно з яким розплав вихідної сировини кристалізують на затравковому кристалі, вісь якого відповідає заданому кристалографічному напрямку. В процесі вирощування, затравковий кристал переміщують вгору і одночасно обертають відносно вертикальної осі при заданій або змінюваній програмі температурі розплаву [1]. Недоліками цього способу є те, що отримані монокристали мають невисоку структурну -3 досконалість, зокрема густина дислокацій в них становить 10 , в наслідок того, що межа розподілу кристал - розплав знаходиться над дзеркалом розплаву, тобто у високоградієнтній зоні температур. Крім того, в процесі вирощування кристалізується ~80 % розплаву, що зменшує ефективність використання всієї маси вихідної сировини, яка розміщена в порожнині контейнера. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є вибраний за найближчий аналог, спосіб вирощування монокристалів сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву на заздалегідь зорієнтований відповідно заданому кристалографічному напрямку затравковий кристал шляхом плавного зниження температури розплаву [2]. Недоліками способу за найближчим аналогом є те, що в процесі вирощування виникає радіальна асиметрія теплового поля внаслідок зміни теплоізоляційних властивостей (вигорання, утворення нашарувань на поверхнях) елементів теплової системи. Це призводить до прилипання кристала до стінок тигля, що в свою чергу, внаслідок різниці в теплопровідності та різниці коефіцієнтів термічного розширення матеріалів тигля та вихідної сировини, викликає розтріскування кристала в процесі його охолодження. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу вирощування монокристалів сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву таким чином, що розрощування верхньої конусної частини здійснюють обертаючи затравковий кристал відносно його вертикальної осі з одночасним переміщенням вгору (вверх). Обертання затравкового кристала з одночасним переміщенням його вгору при розрощуванні верхньої конусної частини кристала дає змогу уникнути радіальної асиметрії теплового поля за рахунок центросиметрованого відводу тепла вгору через верхню конусну частину кристала. Поставлена задача вирішується тим, що у способі вирощування монокристалів сапфіра (αАl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву, що включає введення в контакт із розплавом вихідної сировини затравкового кристала з подальшою кристалізацією всієї маси розплаву, згідно до корисної моделі, першопочатково кристалізацію здійснюють з обертанням затравкового кристала із заданою швидкістю відносно його вертикальної вісі, причому таким чином кристалізують одну третю маси розплаву, а дві треті маси розплаву кристалізують без обертання. Спосіб здійснюють наступним чином. Приклад 1. В тепловому вузлі установки для вирощування монокристалів "Омега" М-200 розміщують заповнений вихідною сировиною вольфрамовий тигель і фіксують на штоці затравкотримач із затравковим кристалом. Кристалізатор герметизують, вакуумують і плавлять вихідну сировину. Вводять в контакт з розплавом затравковий кристал і при плавному зменшенні температури розплаву та переміщенні затравкового кристала вверх, формують (розрощують) конусну частину кристала, після чого, зменшивши швидкість витягування (переміщення) та швидкість зменшення температури розплаву, кристалізують загальну масу розплаву. Процес кристалізації контролюють за допомогою вагового датчика (датчика контролю приросту маси). Після закінчення процесу кристалізації, про що свідчить незмінність показів датчика контролю приросту маси, кристал охолоджують, кристалізатор розгерметизовують, відкривають і виймають монокристал. В процесі кристалізації при переході від конусної до циліндричної частини кристала спостерігалось різке збільшення показів датчика контролю приросту маси кристала. Кінцеві покази датчика контролю приросту маси кристала значно (в два, в два з половиною рази) перевищують масу вихідної сировини в тиглі. Зовнішній огляд кристала показав наявність місць залипання його до стінок тигля при переході від конусної до циліндричноїчастини і як наслідок, появі тріщин по причині різної величини коефіцієнтів теплопровідності матеріалів тигля та вихідної сировини. 1 UA 93505 U 5 10 15 20 Приклад 2. Аналогічно прикладу 1, контакт з розплавом вихідної сировини вводять затравковий кристал і розпочинають розрощування конусної частини монокристала. Одночасно з переміщенням затравкового кристала вгору (вверх) його обертають відносно вертикальної осі із заданою швидкістю. По мірі розрощування конусної частини швидкість обертання затравкового кристала зменшують для того, щоб не змінити форму потоків розплаву викликаних термогравітаційною конвекцією. При кристалізації більше одної третьої маси розплаву вихідної сировини по показах датчиках контролю приросту маси кристала спостерігається коливання затравкового кристала в наслідок торкання закристалізованої маси до стінок тигля викликане асиметрією швидкостей росту кристала в різних кристалографічних напрямках. Це може спричинити обламування затравкового кристала. Тому обертання припиняють і продовжують кристалізацію без нього. Вирощений таким чином кристал має циліндричну форму із конусоподібною верхньою частиною. Наявність місць контакту кристала із стінками тигля (залипання) не спостерігається. Тріщини в об'ємі монокристала відсутні. Як видно із наведених прикладів, вирощування монокристалів сапфіра згідно даного способу дає змогу проводити процес кристалізації без контакту кристала із стінками тигля. Це, в свою чергу, дає можливість уникнути розтріскування монокристала в процесі його охолодження. Джерела інформації: 1. Вильке К.Т. Выращивание кристаллов. Ленинград, Недра, 1977, C. 423. 2. Блецкан Д.І., Блецкан О.Д., Лук'янчук О.Р., Машков А.І., Пекар Я.М. та Цифра В.І. Промислове вирощування монокристалів сапфіра видозміненим методом Кіропулоса. Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. 2000, № 6, стор. 221-240. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Спосіб вирощування монокристалів сапфіра (а-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву, що включає введення в контакт із розплавом вихідної сировини затравкового кристала з подальшою кристалізацією всієї маси розплаву, який відрізняється тим, що першопочатково кристалізацію здійснюють з обертанням затравкового кристала із заданою швидкістю відносно його вертикальної осі, причому таким чином кристалізують одну третю маси розплаву, а дві треті маси розплаву кристалізують без обертання затравкового кристала. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість переміщення затравкового кристала при його обертанні більша від швидкості його переміщення у вертикальному напрямку без обертання. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що швидкість обертання затравкового кристала в процесі кристалізації одної третьої маси розплаву зменшується. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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