Тримач для кріплення прутків-підкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію

Реферат: Тримач для кріплення прутків-підкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію містить перехідник із встановленим у ньому цанговим фіксатором для розміщення пруткапідкладки, що має встановлювальну частину, металевий охолоджуваний струмоввід, з'єднаний з електродом, при цьому струмоввід має приймальне гніздо, в якому розміщена встановлювальна частина перехідника, причому глибина приймального гнізда струмовводу більше, ніж довжина встановлювальної частини перехідника. UA 83364 U (12) UA 83364 U UA 83364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області виробництва напівпровідникових матеріалів, зокрема до одержання полікристалічного кремнію осадженням на нагріті прутки-підкладки в процесі водневого відновлення кремнію із хлорсиланів. Процес водневого відновлення кремнію із хлорсиланів здійснюється в реакторах різної конструкції, наприклад, з верхнім і нижнім розташуванням струмовводів і пристроїв для кріплення прутків-підкладок, які приєднуються до них. Однією з основних вимог до зазначених пристроїв є забезпечення теплоізоляції прутка-підкладки через виникнення градієнта температур, обумовленого різницею температури нагрітого прутка й струмовводу, а також забезпечення надійної фіксації прутка-підкладки, від чого у свою чергу залежить якість одержуваного кінцевого продукту, цілісність як самого прутка-підкладки, так і реактора, у якому здійснюється процес осадження полікристалічного кремнію. Існують різні конструкції зазначених пристроїв, які тією чи іншою мірою відповідають вищевказаним вимогам. Однак актуальною проблемою залишається розробка найбільш оптимальної конструкції тримача для кріплення прутків-підкладок, яка відповідає усім вимогам, які передбачаються для такого роду пристроїв, і при цьому потрібно забезпечити економічно доцільне впровадження такої конструкції. Відомий тримач для кріплення прутків-підкладок, описаний у Європейському патенті EP 2108619 (опубл. 22.06.2011), який містить струмоввід, з'єднаний з електродом по різьбленню, при цьому струмоввід має приймальне гніздо, у якому встановлений фіксатор для розміщення прутка-підкладки. Фіксатор встановлений у струмоввід також по різьбленню. Додатково тримач містить засіб фіксації положення фіксатора, виконаний у вигляді гайки. До недоліків описаного рішення слід віднести жорстке з'єднання елементів конструкції тримача, у результаті чого при нагріванні виникають стиснуті температурні деформації, які приводять до виникнення температурних напружень. Небезпека виникаючих температурних напружень полягає в можливості утворення тріщини прутка-підкладки з наступним обрушенням полікристалічного кремнієвого стрижня, що осаджується. Ще одним недоліком зазначеного рішення є використання як засобу для фіксації гайки, яка забезпечує обмеження переміщень фіксатора уздовж вертикальної осі, але не обмежує його зсув у горизонтальному напрямку. Таким чином, при установці прутка-підкладки з початковим відхиленням, у ході росту стрижня, можливі додаткові переміщення, які можуть привести до обрушення стрижня. Найближчим аналогом, вибраним як прототип є тримач для прутків-підкладок, описаний у міжнародній заявці WO 2010133386 (опубл. 25.11.2010), який містить перехідник, із встановленим у ньому фіксатором для розміщення прутка-підкладки, що має встановлювальну частину, струмоввід з'єднаний з електродом, при цьому струмоввід має приймальне гніздо для розміщення в ньому встановлювальної частини перехідника. Перехідник має форму тіла обертання із плоскою основою, на якій виконана встановлювальна частина. При цьому довжина встановлювальної частини перехідника більша, ніж глибина приймального гнізда струмовводу. До недоліків описаної конструкції тримача можна віднести недостатню теплоізоляцію прутка-підкладки в ході процесу осадження полікристалічного кремнію, що призводить до виникнення термічних напружень у прутку, які можуть привести до виникнення тріщин в основі прутків-підкладок з наступним обрушенням нарощуваного полікристалічного кремнієвого стрижня. Зазначені недоліки приводять до зниження якості нарощуваного полікристалічного кремнієвого стрижня, а також до підвищення витрат на виробництво такого кремнієвого стрижня, що в цілому обумовлює економічну недоцільність експлуатації описаного тримача. В основу корисної моделі поставлена задача розробити тримач для кріплення прутківпідкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію, який за рахунок конструктивного виконання дозволить забезпечити високу теплоізоляцію прутка-підкладки, що дозволить зменшити термічні й механічні напруження у прутку, забезпечити високу електро- і теплопровідність між прутком-підкладкою і струмовводом, забезпечити можливість вирощування стрижнів полікристалічного кремнію великого діаметра, а також забезпечити економічну доцільність експлуатації тримача. Поставлена задача вирішується тим, що розроблено тримач для кріплення прутківпідкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію, який містить перехідник із установленим у ньому цанговим фіксатором для розміщення прутка-підкладки, що має встановлювальну частину, металевий охолоджуваний струмоввід, з'єднаний з електродом, при цьому струмоввід має приймальне гніздо, в якому розміщена встановлювальна частина перехідника, де глибина приймального гнізда струмовводу більша, ніж довжина встановлювальної частини. Таким чином між струмовводом і встановлювальною частиною перехідника утворено технологічний зазор, у результаті якого при нагріванні прутка-підкладки зона перепаду температури зміщається нижче прутка-підкладки. Завдяки такому виконанню, 1 UA 83364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 забезпечена можливість значно знизити ймовірність виникнення тріщини в основі пруткапідкладки за рахунок зниження градієнта температур. Перехідник має форму тіла обертання, один кінець якого являє собою встановлювальну частину, а другий - приймальне гніздо для встановлювання цангового фіксатора. Зазначений фіксатор має встановлювальну частину, відповідну приймальному гнізду перехідника, на торцевій поверхні якої виконана вибірка, яка утворює теплоізоляційний зазор між перехідником і зазначеною торцевою поверхнею, у результаті чого забезпечений додатковий тепловий захист прутка-підкладки. За рахунок використання цангового фіксатора в конструкції тримача забезпечена надійна фіксація прутка-підкладки. Оскільки тримач для прутків-підкладок у ході технологічного процесу осадження полікристалічного кремнію розігрівається шляхом пропущення через нього струму, тому доцільне використання струмовводу з металу, який характеризується високими електрофізичними властивостями, до таких можуть бути віднесені наприклад срібло, мідь, вольфрам, молібден. Температура нагрівання перехідника й фіксатора може досягати 950°-1050 °C, тому доцільно їх виконання із графіту, який має високу термічну стійкість і характеризується високими показниками електричної провідності. Однак функціонально струмоввід не розрахований на роботу при підвищених температурах, тому він має конструктивне виконання, що забезпечує можливість його охолодження. Таким виконанням може бути, наприклад, наявність каналу для підведення рідини для охолодження. З метою забезпечення безпеки роботи реактора, електрод поміщають в ізолятор. Переважним є виконання тримача, який заявляється, при якому в струмовводі виконаний отвір, для забезпечення доступу до торцевої поверхні встановлювальної частини перехідника. Зазначене виконання дозволяє забезпечити можливість виймання перехідника зі струмовводу без застосування додаткового технологічного обладнання, а також забезпечити можливість збереження цілісності осадженого кремнієвого стрижня, у випадку осадження його не тільки на пруток-підкладку, а також і на перехідник з фіксатором. Також переважним є виконання, при якому приймальне гніздо струмовводу має форму тіла обертання. При цьому щонайменше частина бічної стінки приймального гнізда струмовводу має кут нахилу від 1° до 5° до осі обертання. Таким чином, при встановленні перехідника у струмоввід забезпечене його центрування, що в результаті дозволяє підвищити стійкість прутка-підкладки. Також, указане виконання дозволяє збільшити площу контакту перехідника зі струмовводом, що у свою чергу забезпечує рівномірну високу електро- і теплопровідність між струмовводом і перехідником. Переважним є виконання, при якому струмоввід має в цілому циліндричну форму зовнішньої поверхні. Також переважним є виконання, при якому частина зовнішньої поверхні струмовводу являє собою опорну поверхню. Як опорна прийняте позначення поверхні, на яку можуть бути встановлені додаткові компоненти конструкції. Можливе виконання струмовводу, при якому опорна поверхня виконана у вигляді фланця. Таким чином, забезпечена можливість простої і ефективної установки додаткових елементів конструкції тримача. Доцільне виконання корисної моделі, при якому тримач включає засіб фіксації перехідника, установлений на опорній поверхні струмовводу. Засіб фіксації перехідника встановлений з можливістю забезпечення додаткової опори з метою обмеження горизонтальних переміщень перехідника. Таким чином, забезпечене підвищення стійкості перехідника, що у свою чергу підвищує стійкість нарощуваного стрижня, у результаті чого забезпечена можливість нарощування полікристалічного кремнієвого стрижня діаметром понад 180 мм без ризику його обрушення. Також доцільне виконання, при якому тримач містить захисний екран, встановлений на опорній поверхні струмовводу. Захисний екран може бути виконаний наприклад у вигляді кільця із кварцу з матовою поверхнею. Для забезпечення захисту від температурних випромінювань, товщина стінки такого екрана повинна становити більше ніж 5 мм. Таке виконання забезпечує захист частин тримача, встановлених за захисним екраном від теплового випромінювання. Корисна модель, яка заявляється, пояснюється за допомогою креслення, на якому представлено загальний вид тримача для кріплення прутків-підкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію, сполучений з розрізом. На зазначеному кресленні представлено загальний вид тримача для кріплення прутківпідкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію, сполучений з розрізом, який містить перехідник 1 із установленим у ньому цанговим фіксатором 2 для розміщення пруткапідкладки, що має встановлювальну частину 3, металевий охолоджуваний струмоввід 4, який має приймальне гніздо 5, з'єднаний з електродом 6. Струмоввід також містить отвір 7 і опорну 2 UA 83364 U 5 10 15 20 поверхню 8, виконану у вигляді фланця. Також на кресленні показаний засіб 9 для фіксації перехідника 1, захисний екран 10 і ізолятор 11, встановлений на електроді 6. Корисна модель, яка заявляється, здійснюється в такий спосіб. Тримач попередньо збирають, для чого на електрод 6 встановлюють ізолятор 11. Після цього електрод 6 розміщають у реакторі (на кресленні не показаний) для одержання полікристалічного кремнію. Потім на електрод 6 встановлюють струмоввід 4, у приймальному гнізді 5 якого розміщують встановлювальну частину 3 перехідника 1. На опорну поверхню 8, виконану у вигляді фланця, встановлюють захисний екран 10 і засіб 9 для фіксації перехідника 1. У перехідник 1 встановлюють цанговий фіксатор 2 з попередньо встановленим у нього прутком-підкладкою (на кресленні не показаний). Після установки в реактор (на кресленні не показаний) для осадження полікристалічного кремнію необхідної кількості прутків-підкладок (на кресленні не показані), його герметизують, а прутки-підкладки (на кресленні не показані) розігрівають пропущенням струму. При цьому струмоввід 4 охолоджують пропущенням води. Потім у реактор (на кресленні не показаний) подають вихідну парогазову суміш. У результаті здійснюється осадження кремнію на прутки-підкладки (на кресленні не показані), а також, можливо й на цанговий фіксатор 2 і на перехідник 1. Після закінчення процесу осадження полікристалічного кремнію прутки-підкладки з нарощеним кремнієм відокремлюють і витягають з реактора. Перехідник 1 виймається за допомогою використання отвору 7 у струмовводі. Таким чином, розроблений тримач для кріплення прутків-підкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію, який за рахунок конструктивного виконання забезпечує високу теплоізоляцію прутка-підкладки, що дозволяє знизити термічні й механічні напруження в ньому, а також забезпечує високу електро- і теплопровідність між прутком-підкладкою і струмовводом, забезпечує можливість вирощування стрижнів полікристалічного кремнію великого діаметра, а також забезпечує економічну доцільність експлуатації тримача. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 1. Тримач для кріплення прутків-підкладок у реакторі вирощування полікристалічного кремнію, який містить перехідник із встановленим у ньому цанговим фіксатором для розміщення пруткапідкладки, що має встановлювальну частину, металевий охолоджуваний струмоввід, з'єднаний з електродом, при цьому струмоввід має приймальне гніздо, в якому розміщена встановлювальна частина перехідника, який відрізняється тим, що глибина приймального гнізда струмовводу більше, ніж довжина встановлювальної частини перехідника. 2. Тримач за п. 1, який відрізняється тим, що в струмовводі виконаний отвір для забезпечення доступу до торцевої поверхні встановлювальної частини перехідника. 3. Тримач за п. 1, який відрізняється тим, що приймальне гніздо струмовводу має форму тіла обертання. 4. Тримач за п. 3, який відрізняється тим, що щонайменше частина бічної стінки приймального гнізда струмовводу має кут нахилу від 1° до 5° до осі обертання. 5. Тримач за п. 1, який відрізняється тим, що струмоввід має в цілому циліндричну форму зовнішньої поверхні. 6. Тримач за п. 5, який відрізняється тим, що частина зовнішньої поверхні струмовводу являє собою опорну поверхню. 7. Тримач за п. 6, який відрізняється тим, що включає засіб фіксації перехідника, установлений на опорній поверхні струмовводу. 8. Тримач за п. 6, який відрізняється тим, що містить захисний екран, установлений на опорній поверхні струмовводу. 3 UA 83364 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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