Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу

Реферат: Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу на основі кварцового контейнера для термоелектричного матеріалу, електричного нагрівника, механізму для його переміщення та пристрою для вібрації. Кварцовий контейнер для термоелектричного матеріалу має вигляд циліндричної ампули з загостреними кінцями конусної форми, яка розміщена вертикально між муфтами вібраційного і притискного пристроїв. Коаксіально до ампули розташовано електричний нагрівник, закріплений на рухомій основі, який оснащений механізмом для його вертикального переміщення від нижнього до верхнього кінця ампули. UA 75680 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИРОЩУВАННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОГО МАТЕРІАЛУ UA 75680 U UA 75680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до термоелектричного матеріалознавства і знайде застосування у виробництві якісних термоелектричних матеріалів для термоелектричних генераторів, холодильної та вимірювальної техніки. Запропонований пристрій дозволяє отримати термоелектричний матеріал з рівномірним розподілом параметрів по перерізу і висоті вирощеного злитка. Відомий метод і пристрій для вирощування напівпровідникового матеріалу з використанням вібрації [1]. Пристрій містить тримач напівпровідникового матеріалу, нагрівник і генератор для вібрації термоелектричної пластини, які встановлені у вакуумованій ємності. Недоліком пристрою є те, що він не придатний для отримання масивних зразків термоелектричного матеріалу. Описаний метод і пристрій використовується для отримання тонких плівок і має малу продуктивність. Відомий пристрій для вирощування кристалів кремнію в атмосфері аргону методом витягування з розплаву та використанням вібрації [2]. Пристрій складається з кварцового тигля, поміщеного у розплав, нагрівника і механізму для витягування кристала з розплаву. Вібрація передається на кварцовий тигель за допомогою опорного стрижня. Недоліком пристрою є складність його конструкції і низька продуктивність. Відомий пристрій для вирощування монокристала кремнію з використанням одночасно вібрації і обертання тигля з розплавом [3]. Пристрій містить кварцовий тигель, який охоплений електричним нагрівником, оснастку для витягування кристала з розплаву, генератор вібрації, механізм для обертання тигля та ємність з атмосферою інертного газу. Недоліком пристрою є складна конструкція і складність підтримування технологічних умов росту напівпровідникового матеріалу. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є пристрій для вирощування кристалів з використанням вібрації методом вертикальної зонної плавки [4]. Пристрій складається з ампули, нагрівника, генератора вібрації і привідного механізму для переміщення нагрівника. Недоліком пристрою є недостатня ефективність передачі вібрації до термоелектричного матеріалу і низька продуктивність, що не дозволяє використати пристрій для вирощування термоелектричних матеріалів у промислових умовах. Тому актуальним є створення простого і високопродуктивного пристрою для вирощування злитків якісного термоелектричного матеріалу. Вказана задача розв'язується тим, що у пристрої для вирощування термоелектричного матеріалу на основі кварцового контейнера для термоелектричного матеріалу, електричного нагрівника, механізму для його переміщення та пристрою для вібрації, кварцовий контейнер для термоелектричного матеріалу має вигляд циліндричної ампули з загостреними кінцями конусної форми, яка розміщена вертикально між муфтами вібраційного і притискного пристроїв, коаксіально до ампули розташовано електричний нагрівник, закріплений на рухомій основі, який оснащений механізмом для його вертикального переміщення від нижнього до верхнього кінця ампули. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоноване нове рішення, яке полягає в тому, що у пристрої для вирощування термоелектричного матеріалу на основі кварцового контейнера для термоелектричного матеріалу, електричного нагрівника, механізму для його переміщення та пристрою для вібрації, кварцовий контейнер для термоелектричного матеріалу має вигляд циліндричної ампули з загостреними кінцями конусної форми, яка розміщена вертикально між муфтами вібраційного і притискного пристроїв, коаксіально до ампули розташовано електричний нагрівник, закріплений на рухомій основі, який оснащений механізмом для його вертикального переміщення від нижнього до верхнього кінця ампули. Промислове використання запропонованого пристрою не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної та електронної промисловостей. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється рисунками. На фіг. 1, 2 наведено вертикальний переріз пристрою у двох взаємно перпендикулярних площинах. Згідно з запропонованою корисною моделлю пристрій містить кварцовий контейнер для термоелектричного матеріалу, який виготовлений у вигляді циліндричної ампули 1 з загостреними кінцями конусної форми. Ампула 1 розміщена вертикально між муфтами 2 і 3 відповідно вібраційного і притискного пристроїв і має з ними спільну вісь. Коаксіально до ампули 1 розташовано електричний нагрівник 4, який закріплено на рухомій основі 5. Нагрівник оснащено механізмом для вертикального переміщення, який складається з двох 1 UA 75680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 горизонтальних плит 6, 7, двох направляючих стрижнів 8, 9, на яких встановлено рухому основу 5. Між стрижнями 8, 9 через центр основи 5 проходить гвинт 10, який обертається електродвигуном 11 з редуктором 12, яким встановлюється необхідна швидкість вертикального переміщення електричного нагрівника. Муфти 2 і 3 вібраційного і притискного пристроїв виготовлені з кварцової труби, один торець якої має внутрішню фаску, яка є посадочним місцем для конусних кінців ампули. Другий торець кожної муфти оснащений цангою 13, 14, які жорстко з'єднані відповідно з вібраційною пластиною 15 та штоком притискного пристрою 16. Шток притискного пристрою має вигляд труби і розташований в циліндричній обичайці 17 з можливістю легкого переміщення у вертикальному напрямку. Один кінець штока притискного пристрою оснащений цангою 14, у якій закріплена кварцова муфта 3, а на другому кінці шток має поперечну планку 18, на кінцях якої закріплені пружини 19 для переміщення штока у вертикальному напрямі. Притискний пристрій, ампула 1 розташована між муфтами 2 і 3, механізм для переміщення основи 5 з нагрівником закріплені на кронштейні 20. Для автоматичного вимикання вібратора і механізму переміщення електронагрівника 4 після закінчення процесу росту пристрій оснащено вимикачем 21, який розташований на нижній поверхні плити 7. Працює пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу наступним чином. Ампула 1 з синтезованим термоелектричним матеріалом, наприклад Ві 2Те3, заповнена аргоном, розташовується вертикально між муфтами 2 і 3. Притискне зусилля по вертикальній осі, на якій розміщені муфти і ампула, створюється пружинами 19. За допомогою електричного нагрівника 4 у ампулі 1 створюється зона розплаву термоелектричного матеріалу (Т = 730-780 °C), яка повільно рухається (υ = 15-22 мм/год.) при переміщенні нагрівника від нижнього до верхнього кінця ампули. Одночасно з вмиканням вертикального переміщення нагрівника починає працювати вібратор. Частота коливань - 50-100 Гц, амплітуда коливань - 100-150 мкм. Коливання передаються від вібраційної пластини 15 до термоелектричного матеріалу, який знаходиться у ампулі 1. Після одноразового проходження розплавленої зони від нижнього кінця ампули до верхнього електричне живлення, що надходить до вібратора, нагрівника та пристрою для переміщення вимикається і нагрівник за допомогою електродвигуна і реверсивного механізму переміщують у нижнє (початкове) положення для проведення наступного вирощування. Вирощений термоелектричний матеріал (злиток) вивантажують з ампули, проводять вимірювання термоелектричних параметрів і піддають подальшій обробці. Застосування запропонованого пристрою з вібрацією для вирощування термоелектричного матеріалу зменшує густину дислокацій приблизно на порядок. При цьому вирівнюється фронт кристалізації речовини, що приводить до підвищення якості матеріалу (рівномірний розподіл термоелектричних параметрів по об'єму злитка) і збільшення продуктивності процесу отримання термоелектричного матеріалу. Запропонований пристрій дозволяє вирощувати злитки термоелектричного матеріалу вагою 1-1,2 кг, що у 4-5 разів більше порівняно з прототипом. Джерела інформації: 1. Пат. JP62169322. МКИ: H01L21/203, H01L21/26. Substrate fixing method for MBE sample and its apparatus / Yajima Kunimitsu; Murai Shigeo (JP). - Опубл. 25.07.1987. 2. Пат. JP59083995. МКИ: C30B15/00, C30B15/20. Growth of single crystal / Fukuda Tetsuo; Hirai Iesada; Amano Kazunari (JP).- Опубл. 15.05.1984. 3. Пат. JP63285194. МКИ: С30В15/00, С30В29/06. Apparatus for pulling up silicon single crystal / Suzuki Osamu; Matsuda Masato (JP). - Опубл. 22.11.1988. 4. Пат. CN101407940. МКИ: С30В11/00, C30B30/06. Crystal growth apparatus and method under vibration field / Yan Liu; Fei Ai; Xiuhong Pan; Ying Zhang; Fei Jin; Guozhong Gao; Chude Feng; Weiqing Jin (CN).- Опубл.15.04.2009. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу на основі кварцового контейнера для термоелектричного матеріалу, електричного нагрівника, механізму для його переміщення та пристрою для вібрації, який відрізняється тим, що кварцовий контейнер для термоелектричного матеріалу має вигляд циліндричної ампули з загостреними кінцями конусної форми, яка розміщена вертикально між муфтами вібраційного і притискного пристроїв, коаксіально до ампули розташовано електричний нагрівник, закріплений на рухомій основі, який 2 UA 75680 U 5 10 15 20 оснащений механізмом для його вертикального переміщення від нижнього до верхнього кінця ампули. 2. Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що муфти вібраційного і притискного пристроїв виготовлені з кварцової труби, один торець якої має внутрішню фаску, яка є посадочним місцем для конусних кінців ампули, а другий кінець кожної труби оснащений цангою, яка жорстко з'єднана відповідно з вібраційною пластиною та штоком притискного пристрою. 3. Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що муфти вібраційного і притискного пристроїв та ампула для термоелектричного матеріалу розташовані на одній осі. 4. Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу за п. 2, який відрізняється тим, що шток притискного пристрою розташований у циліндричній обичайці з можливістю легкого переміщення у вертикальному напрямі і має вигляд труби, на одному кінці якої є цанговий пристрій для закріплення кварцової муфти, а на іншому - поперечна планка, на кінцях якої закріплені пружини для переміщення штока у вертикальному напрямі. 5. Пристрій для вирощування термоелектричного матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що механізм для переміщення електричного нагрівника складається з двох горизонтальних плит, двох направляючих стрижнів, на яких розташована рухома основа з електричним нагрівником, гвинта, що проходить між направляючими стрижнями через центр рухомої основи, електричного двигуна та редуктора для встановлення необхідної швидкості переміщення електричного нагрівника. 3 UA 75680 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 4