Способ автоматического регулирования процесса выращивания монокристаллов из расплава методом вытягивания (по чохральскому)
И 108648
Класс 40d, 1;с
В. В. Добровенский
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА
ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА МЕТОДОМ
ВЫТЯГИВАНИЯ (ПО ЧОХРАЛЬСКОМУ) Заявлено 24 октября 1956 г. за № 559644 в Комитет по делам изобретений и открытий прп Совете Ынистров СССР
В подавляющем больш1и нстве случаев выращивание кр испаллов ведется без пр имене ния каких-либо сло>иных регулирующих cxlBN, и вопрос стандартизации кр исталлон,не получил удачного разрешения. Прцтлагаемое автомапическое регулирование процессов выращивания монокристаллов из расплава имеет значительные преимуществ а перед существующими способами.
Автоматическое регулирование упрощает технологический процесс получения монокристаллов яз расплава, высвобождая при этим часть обслуживающего п ерсонала; позволяет обеспечить получение строго воспроцзводимых по свойства м монокристаллов при Одинаковом количестве исходных матер)иалов; упрощает во многих случаях последующую 59еханичеокую обработку монокристаллов, позволяет выращивать их с точным и размерами; позволяет проводить,исследование распределения примесей (и лх влиян ия на свойства кристалла) при любых воспроизводимых условиях кристаллизации, что помогает быстрой обработке необходимых режимов,для создания:кристалличесиих триодов высокого качества.
Известно, что физические свойства кристаллов за висят от природы входящей в кристалл примеси, а также от характера ее распределения в кристалле. Характер распре деления прои меси зависит от характера изменения скорости кристаллизап.ии. От этой же пр|ичи ны зависят геометрическая форма кр исталла и распределение, механических напряжений в нем. В свою очередь, скорость кристалл изации зависит от харзктера теплообмена на границе раздела жидкой и твердой фаз. Характер теплообмена зависит, в о:новном, от т емператур ного режима нагревателя, от изме+ения интенсивноспи охлаждения кристалла по мере его роста, от положения уровня расплава опносителыно нагревателя и от изменений количества расплава по мере вытягивания кристалла.
М 108648
Су1ммар1ный эффект из !енения характера теплообмена на границе раздела фаз, а сле1до вательно, и скорости кристаллизации, лучше всего чувствует сам кристалл, изменяя при этом ",Вои поперечные размеры и положение границы раздела фаз. Если теплоотвод становится инте1всивнее, днам!етр KpHcT2лля увеличивается> 2 Граница фаз Опуск2ется В сТо рону расплава, и наоборот. Способ автох!Ятичеокого регулироваиия процесса выращива ния мо!Нок истяллОВ из p1!сплава сJIужит для пОлучения воспро изво!димых по фиъическ!1в! свойствам IH гео !етрической форме моiHiOKP HG T2JI JIOB.
Т2КНА1 o6pa30AI, 2BT0BI2TII IpcKc-" ppI у11ировани е скОрОсти кристяллизяц1и и можно ciBccTiH к явтох!ятичеоков! pet vëHpOÂ21!fHIo попРРРчных ра3vIep0B кристалла и положения границы рBãäåë2 фаз. Таксе регул ирование можно осуществить, используя явлежле поглоще! .Ня прямого пучка радиоакмщного излучения или яеитронного, в зависимости от условии кристаллизации и от природы кристаллизуемого вещества. На чертеже по!казана схема автоматического регулирован ия процесса выращивания
VIOHOKPIH CT2JIJIOB Из фасплавс! МЕТОД01! ВЫТЯГИВЯНИЯ С !!PI IÌCÍÈÍßCÜ! ИЗлучоний радиояктвных изотопов.
От:источника 1 радиоактив1ное излучение, пройдя через утоненные в этом месте cTIBJlbHbIB охлаж!даемые стенки 2 аппарата, отверстия экранов и нагре вателя 3, стенки тигля 4, и границу раздела расплав — кристаллов 5, попадает в приемпи к 6 радисакт ивного излучения.
BbIp262TbIBЯемыИ приемником BJIQKTpичеокии GHI H2 I, зави с яIIIJHH величины поглощения в кристалле Ри примь1ка:Оц!ей K нему области ра.".пла|ва, формируется и усиливается блоком 7 H по кабелю передается на вход электронного преобразователя 8, где сравнивается с сигналом, полученным от дополнительного устройства.
ДОПОЛИ1ителыноe JOT pOHcTÂÎ, являю Iцееся эталонной частью схемы, состоит из радиоа ктивного источника 9, аналогичного источнику 1, клива 10 поглотител я со стрелкой, прие:аника излучения 11, аналогичного приемн ику 6 и фор|мируемого блока 12.
Разностныи сигнал должен модулиронаться, уоиливатьоя и подавать зате1м к исполнительноьму механизму 18, который изменяет положение сердечника и(ндукц1ионной катушки 14, являющей=я датчиком телеметрической системы вторичного прибора 15, воз1ействующего либо на регулировочный тра нсформатор нагрева, либо на скорость Вытягивания кристалла, либо на то и другое одповре 1 Р1нно. Необходимый диаметр кристалл!1 устан авливается за время проце" а один раз рукояткой !6 путем вводения специально протарировапцого эталонного кл,2112 10 и отсч итываетс!! по шкале 17.
При выведенном .клине до начала кристаллизации разностный сигнал ТОГО 1ил|и другогo 31!Яка Вс=дсистВует на HcпОлнительныи мсхянизм., заставляя систему приходить в равд!0-есНС путем нз!Рпения характера теплооб мена !на границе расплав — кристалл.
С IIOV!OIllbIO TBKOI 0 )iCTpOIICTB2 iViOIKIIO ОсуществлSITb регуT!Hp032HHC по задан ной прогрыгме, выращивая кристалл любой плавной формы, или использовать его для во спроизводи !Ого получения электронно-дырочиых (Р-и) переходов нужного качества в полупроводниках. Для этого вместо клина 10 нужно в тавить л ибо кри талл того же вещества, но заданной формы, либо специаль!но подобранный (по плотности) гоглотитель излучения источника 9; затем, продвигая вперед указанный эталон, следует непрерывно, в течение в:е10 процесса вращать кристалл или поглотитель со скоро=тью, равной скорости Вытягивания vloHOKpiHсталла при помощ,! привода с редуктором 18. Любой удачно получеиный кристалл |может являться в дальнейшем эталоном,для получения большого кол1ичества себе пс!доб!1ых кристаллов.
_#_e 108648
Пр едм ет,изо бр ете н ия
Способ автамапического регулирования процеооа выращивания монокристаллов,из расплава методом вытягивания (по Чохральскому), о тл,и ч а ю шийся тем, что регулирование характера теплообмена на границе раз дела фаз, а следовательно, и скорости криоталлызации, осуществляется пут егл непрерывного контроля диаметра растущего кристалла с помощью изм енен ия характера поглощения р адиоактивного излучения в.кристалле и непрерывного сравнения его с эталовным, с последующим воздейств ием на температурный режим печи ил и скорость вытягива ния.
