Пристрій для вирощування монокристалів

1116763 Изобретение относится к области вырамонокристаллов и может найти применение в производстве крупногабаритных щелочно-галоидных монокристаллов, например сцинтилляционных Известно устройство ДЛИ выращивания монокристаллов, содержащее ростовую камеру боковой и донный нагреватели, тигель, электропривод кристаллодержателя, систему подпитки, контур регулирования но^ уровня расплава в тигле, контур регулирования диаметра кристалла и датчик уровня расплава Каждый из указанных контуров содержит свой оптический датчик, Наличие оптического датчика, входящего в контур регулирования диаметра монокристалла, следящего за мениском расплава на границе расплав - кристалл, обеспечивает возможность независимо от подпитки 2Q регулиросать диаметр монокристалла. Однако сложность устройства, связанная с необходимостью защиты оптических датчиков от конденсата, не позволяет использовать его для выращивания монокристаллов из расплавов, содержащих компоненты с высокой упругостью паров, например, щелочногалоидных монокристаллов Наиболее близким по технической сущ- o n ности и достигаемому результату к изобретению является устройство для выращивания монокристаллов, содержащее электропривод кристаллодержателч, датчик уровня расплава, связанный с бло- о с ком коррекции температуры расплава и блоком управления подпиткой, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, а также датчик перемещения кристал- 4Q лодержателя, подключенный к блоку коррекции температуры расплава. В данном устройстве зависимость между интервалами времени между подпитками от диаметра монокристалла определяется соотношением 4т тде г - интервал времен» между подпитками, m - масса дозмроааиной подпитки; сЬ - диамєі р монокристалла; v p - скорость вытягивания кристалла; ps - плотность монокристалла Как следует m выражения, интервал между подпитками зависит от мае сы дозированной подпитки - m , малейшее изменение которой приводит к ложному корректирующему сигналу, а следовательно, и к ложным изменениям температуры, что в конечном счете приводит к ухудшению качества выращиваемых монокристаллов. Такую же дозировку подпитки (постоянство m ) в условиях агрессивной среды и высоких температур осуществить технически весьма сложно. Целью изобретения является повышение качества монокристаллов и надежности системы регулирования Цель достигается тем, что устройство для выращивания монокристаллов, содержащее электропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управления подпитком который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекции температуры расплава, дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого связаны с датчиком перемещения кристаллодержателя, датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключены к электроприводу кристаллодержателя, блоку сравнения, блоку коррекции температуры расплава и блоку управления подпиткой. Введение в контур регулирования диаметра кристалла вычислительного блока со всеми указанными связями обеспечивает достижение поставленной цели, так как функциональное и временное разделение работы блоков (например, датчика уровня) исключает возникновение ложных корректирующих сигналов, обеспечивай улучшение качества выращиваемых монокристаллов и повышая надежность системы регулирования ростом. Точность измерения и регулирования диаметра монокристалла не зависит от точности дозировки системы подпитки, от изменения формы фронта кристаллизации (объема подрасплавной части) и от физического состояния исходного сырья (расплав, порошок, гранулы и т д ) , поскольку в данном случае диаметр монокристалла определяется только изменением уровня расплава до и после подъема благодаря чему улучшается качество монокристаллов и упрощается система подпитки Исключаются требования ч прецизионности электропривода вытягивания кристалл одержателч и упрсмцпется его 1116763 6 подпиткой задается уровень расплава а тигкинематическая схема, поскольку вытягивание монокристалла осуществляется дискле Ьз. ретно и в стабилизации скорости Датчик 7 уровня расплава непрерывно вытягивания нет необходимости, это упрорыдает информацию о положении уровня щает устройство в целом и повышает надеж- 5 расплава на третий вх~од вычислительного ность его работы. блока9, первый вход блока 6 управления подпиткой и третий вход блока 10. На чертеже представлена схема устройства. После включения в работу вычислительного блока 9 и блока 11 задания временных Устройство для выращивания монокристаллов содержит ростовую камеру 1, боко- 10 интервалов, с первого выхода которого сигналы задания поступают на второй вход вывой и донный нагреватели 2, тигель 3, числительного блока 9, начинается отсчет питатель 4, транспортную трубку 5. блок 6 времени, по истечении которого с третьего управления подпитков, датчик 7 уровня расвыходи вычислительного блока 9 подается плава, датчик 8 перемещения кристзллог держателя, вычислительный блок 9. блок 10 15 сигнал на электропривод 13 кристаллодеркоррекции температуры расплава, блок 11 жателя вверх на величину A h K и одноврезадания временных интервалов, блок 12 менно с первого выходз вычислительного сравнения, электропривод 13 кристаллоблока 9 на второй вход блока коррекции держателя, монокристалл 14, затравку 15 и температуры расплава поступает сигнал, кристаллодержатель 16. 20 который выдает команду для запоминания Устройство работает следующим обрадействующего значения уровня h, измеряезом. мая величина которого поступает со второго выхода датчика 7 уровня расплава на третий После расплавления сырья в тигле 3 совход блока коррекции температурного расприкасают затравку 15 с расплавом, оплавляют ее и подбирают равновесную 25 плава, т.е. значение положения уровня растемпературу донного нагревателя, при котоплава до подъема кристзллодержателя 16. рой плавление затравки 15 прекращается. После подъема кристаллодержателя 16 Затем путем снижения температуры радина величину Д п к за время A t i на электроально разращиват монокристалл 14 до запривод 13 кристаллодержателя по цепи: данного диаметра. Затем включают систему 30 первый выход датчика 8 перемещения криавтомазированного управления ростом мосталлодержателя - первый вход вычислинокристалла При этом задают следующие тельного блока 9 - третий выход значения: вычислительного блока 9 выдается сигнал на перемещение кристалла 14 вверх. Одно1) ДЬ К - величина вертикального дискретного перемещения кристаллодержэтеля 35 временно с второго выхода датчика 8 пере16 (в датчике 8 перемещения кристаллодермещения кристаллодержзтеля на первый жателя); вход блока 10 коррекции температуры расплава поступает сигнал, разрешающий 2) временные интервалы (в блоке 11 засравнение разности между заполненным дания временных интервалов) A t i - время дискретного вытягивания 40 уровнем до вытягивания (hi) и действующим уровнем после вытягивания (пг), который помонокристалла 14 на величину Ah K ; ступает с второго выхода датчика 7 уровня Дг2~ время, в течение которого осущерасплава на третий вход блока 10 коррекции ствляется измерение и сравнение уровней температуры расплава с сигналом задания расплава и дается коррекция на изменение температуры данного нагревателя 2; 45 ( A h0) на четвертом его входе. По результатам сравнения с выхода блока коррекции At3 ~ время подпитки; температуры расплава выдается сигнал на At4~ врегия выдержки после подпитки; изменение температуры дон ного нагреватеA to - общее время цикла; ля 2 при Ah - пі - h2 A h 0 - повышается. сталла v p Через время At2 с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока т.е дискретное вытягивание монокристалла 10 коррекции температура расплава выдана высоту 1 мм осуществляют через каждые 55 ется сигнал на перемещение сравнения, а 15 мин. по цепи четвертый выход вычислительного Задаются также в блоке 10 коррекции блока 9 - третий вход блока б управления температуры расплава разность A h 0 между подпитки выдается сигнал на питатель 4 и зйачением уровня (hi) до подъема кристалла осуществляется подпитка расплава исходи после подъема (ґіг), а в блоке 6 управления 1116763 8 ним сырьем, которое из питателя 4 по По достижении эадзнного(на четвертый транспортерной трубке 5 поступает в кольвход блока 6 управления подпиткой) уровня цевую полость, расплавляется здесь и далее расплава пз в тигле 3 с третьего выхода стекает в тигель 3. Действительно время датчика 7 уровня расплава на первый вход подпитки At3 может отличаться от задан- 5 блока 6 управления подпиткой поступает ного Л і з . тогда w лейстэезтельное значение сигнал на отключение подпиткой, а с первоцикла At°= A t i + A t 2 + A t 3 l + At4 тоже го выхода датчика 7 уровня расплава на треотличается от заданного Ato. Поэтому с тий вход вычислительного блока 9 поступаетаторрго выхода вычислительного блока 9 на сигнал на включение отсчета времени А и . первый вход блока 12 сравнения выдается 10 Через время А. и включается вытягивасигнал для сравнения временных {Интервание кристалла, и цикл повторяется. лов действительного значения A t с заданУстройство для выращивания монокриным Ato> сталлов позволяет повысить точность поддержания диаметра до 0,3%, относительное В случае A t < A to с первого выхода блока 12 сравнения не второй вход блока 6 15 отклонение концентрации активатора от среднего значения до 6,5% и товарный выуправления подпиткой выдается сигнал инход буль, пригодных для изготовления издетенсификации подпитки* а с второго выхода лий на 10%, блока 12 сравнения на вход блока 11 задания временных интервалов выдается сигнал коррекции времени А и с первого выхода 20 блока 11 задания временных интервалов на (56) Патент США NE 4036595, кл. 23-273, второй вход вычислительного блока 9. 1970. 25 ры расплава, отличающееся тем. что, с целью повышения качества монокристалУСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ лов и надежности системы регулирования, содержащее электоно дополнительно содержит вычислительїфистаіладержателя, датчик ный блок, входы которого связаны с датчиуровня расплава, связанный с блоком корком перемещения кристаллодержателя, рекции температуры расплава и блоком уп- 30 датчиком уровня расплава и блоком задаравления подпиткой, который соединён с ния временных интервалов, а выходы подпитателем и блоком задания временных ключены к электроприводу интервалов через блок сравнения, датчик кристаллодержателя, блоку сравнения, перемещения крмсталлодержателя, подблоку коррекции температуры расплава и ключенный к блоку коррекции температублоку управления подпиткой. Формула изобретения 1116763 13 з 8 /б Задание З Задание, 10 15 1 Задание^ ООо О о; OOOOOOOOOOf \ Редактор О. Юркова Заказ 3331 Составитель А. Радкевич Техред М.Моргентал Тираж НПО "Поиск* Роспатента 113035, Москва Ж-35. Раушская наб., 4/5 Корректор С. Патрушева Подписное Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101