Пристрій для вирощування кристалу направленою кристалізацією

Реферат: Винахід належить до хімічної технології і може знайти застосування при виробництві монокристалів, зокрема складних напівпровідників. Пристрій для вирощування кристалу направленою кристалізацією, який включає вертикально встановлену піч з нагрівачами опору і розміщену в ній ампулу із звуженим нижнім кінцем. Він містить вставку у вигляді циліндра, розміщеного всередині печі з можливістю вертикального переміщення, механізм вертикального переміщення циліндра, ампула розміщена всередині циліндра і закріплена нерухомо щодо печі, а циліндр складається з двох частин, нижня частина виготовлена із матеріалу з кращою теплопровідністю, ніж верхня. Винахід забезпечує стабілізацію положення фронту кристалізації за рахунок зменшення конвективних потоків повітря всередині печі. UA 100728 C2 (12) UA 100728 C2 UA 100728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімічної технології і може знайти застосування при виробництві монокристалів, зокрема складних напівпровідників. Відомий пристрій для вирощування кристалу, який містить вертикально встановлену піч опору з двозонним нагрівачем і ампулу, звужену в нижній частині, заповнену речовиною, яку кристалізують. Ампула з речовиною розміщена в робочому об'ємі печі [1]. Вирощування кристалу в такому пристрої здійснюють таким чином. Вихідну речовину розміщують в порожнині ампули, яку після цього вакуумують і заварюють. Ампулу розміщують у вертикально встановлену піч опору, яка має верхню зону з температурою вищою, ніж температура плавлення речовини, і нижню зону з температурою, нижче температури плавлення речовини. Ампулу розміщують на рівні верхньої зони, звуженим кінцем до низу. Після розплавлення речовини ампулу переміщують вниз. При цьому у звуженій частині ампули утворюється зародок кристалу, який при подальшому переміщенню ампули вниз розростається в монокристал. Недоліком такого пристрою є складність створення вздовж осі ампули заданого градієнта температури через наявність конвекційних потоків повітря в просторі між ампулою і внутрішньою стінкою печі. Найбільш близьким по технічній суті та результату, який досягається, є пристрій для вирощування кристалу направленою кристалізацією розплаву, який включає вертикально встановлену шахтну піч з нагрівачами, ампулу із звуженим нижнім кінцем, встановлену всередині печі і механізм вертикального переміщення ампули [2]. Між зонами печі розміщено кільцевий холодильник у вигляді циліндра. При вирощування кристалу в описаному пристрої градієнт температури в печі над холодильником буде максимальним. При цьому досягається суттєве підвищення ефективності конвективного перемішування розплаву всередині ампули, оскільки фронт кристалізації максимально наближений до поверхні холодильника. Забезпечується також екранізація променевого теплообміну між зонами високої та більш низької температури. Недоліком відомого пристрою є те, що контрольована теплопровідність до поверхні ампули не може бути забезпечена через наявність конвекційних потоків повітря в просторі між стінками печі та ампули на ділянках, розміщених вище та нижче холодильника. Задачею винаходу є стабілізація положення фронту кристалізації за рахунок зменшення конвективних потоків повітря всередині печі. Поставлена задача виконується таким чином, що у відомому пристрої для вирощування кристалу направленою кристалізацією, який включає вертикально встановлену піч з нагрівачами опору і розміщену в ній ампулу із звуженим нижнім кінцем, згідно винаходу, пристрій містить вставку у вигляді циліндра, розміщеного в порожнині печі з можливістю вертикального переміщення, механізм вертикального переміщення циліндра, ампула розміщена всередині циліндра і закріплена нерухомо по відношенню до печі, циліндр складається з двох частин, нижня частина виготовлена із матеріалу з кращою теплопровідністю, ніж верхня. На кресленні зображено поздовжній розріз запропонованого пристрою. Всередині печі 1 з нагрівачами опору 2 розміщено циліндричну вставку, яка складається з верхньої 3 та нижньої 4 частин. Всередині вставки розміщено ампулу 5 з речовиною 6. Ампула 5 закріплена нерухомо по відношенню до печі 1, циліндрична вставка прикріплена до механізму вертикального переміщення (на фігурі не показаний). Працює пристрій таким чином. Ампулу 5 з речовиною 6 встановлюють в печі опору 1 таким чином, що нижній кінець ампули знаходиться напроти границі верхньої і нижньої зон печі. Границя між верхньою 3 та нижньою 4 частинами циліндричної вставки у вихідному положенні також знаходиться на рівні між верхньою та нижньою зонами печі опору 1. За допомогою нагрівачів встановлюють температуру верхньої зони вищу, ніж температура плавлення речовини 6, а нижньої зони нижче температури плавлення речовини 6. За допомогою механізму вертикального переміщення піднімають циліндричну вставку щодо печі і ампули, при цьому, за рахунок кращої теплопровідності нижньої частини вставки відбувається зміна температурного розподілу вздовж робочої зони печі, а саме ділянка, яка відповідає температурі плавлення речовини 6, зміщується вверх, внаслідок чого у звуженій частині ампули утворюється зародок кристалізації, який при подальшому переміщенні фронту кристалізації розростається в монокристал. При цьому конвективні потоки повітря між ампулою і стінками печі практично відсутні. Крім того, відпадає необхідність у вертикальному переміщенні ампули, що виключає можливість неконтрольованого механічного зрушення положення ампули. У конкретному виконанні пристрій містить двохзонну піч з висотою зон по 150 мм, внутрішній діаметр перерізу робочої зони печі 23 мм, зовнішній діаметр поперечного перерізу циліндричної 1 UA 100728 C2 5 10 вставки 22 мм, товщина стінки вставки 2,5 мм. Верхня частина вставки виготовлена з алунду, нижня зі сталі. Довжина верхньої та нижньої частин становить по 80 мм. Проведено випробування запропонованого пристрою. В ампулу із плавленого кварцу із зовнішнім діаметром перерізу 16 мм помістили 30 г телуру марки В 4, після чого встановили температуру верхньої зони 470 °C. Температура нижньої зони на віддалі 20 мм від початкового положення нижнього кінця ампули становила 75 °C. Циліндричну вставку перемістили догори із швидкістю 1,3 мм/год. на віддаль 40 мм, після чого охолодили вміст ампули із швидкістю 50 К/год. В результаті проведеного процесу отримано монокристал телуру. Встановлено, що вміст домішок в нижній частині кристалу в 10 разів менше від їх вмісту у вихідному матеріалі. Таким чином, запропонований пристрій дає змогу здійснювати направлену кристалізацію речовин, в тому числі з метою очистки. Джерела інформації. 1. Авторське свідоцтво SU 132614, кл. С30В 11/00. 2. Авторське свідоцтво SU 575807, кл. В01J 17/06. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Пристрій для вирощування кристалу направленою кристалізацією, який включає вертикально встановлену піч з нагрівачами опору і розміщену в ній ампулу із звуженим нижнім кінцем, який відрізняється тим, що він містить вставку у вигляді циліндра, розміщеного всередині печі з можливістю вертикального переміщення, механізм вертикального переміщення циліндра, ампула розміщена всередині циліндра і закріплена нерухомо щодо печі, а циліндр складається з двох частин, нижня частина виготовлена із матеріалу з кращою теплопровідністю, ніж верхня. 2 UA 100728 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 3