Устройство для выращивания кристаллов из расплава в ампуле

 

Устройство для выращивания кристаллов из расплава в ампуле, содержащее вертикальную шахтную печь, состоящую из двух камер с нагревательными элементами, охлаждаемую кольцевую диафрагму, ампулу с кристаллизуемым веществом, механизм перемещения ампулы в вертикальном направлении и приводы перемещения ампулы в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, отличающееся тем, что, с целью увеличения выхода качественных кристаллов за счет обеспечения центровки ампулы относительно диафрагмы в течение всего процесса выращивания, оно дополнительно содержит дифференциальные термопары, установленные диаметрально противоположно на внутренней поверхности охлаждаемой кольцевой диафрагмы перпендикулярно направлению перемещения ампулы с кристаллизуемым веществом, и усилители, выходы которых подключены к приводам перемещения ампулы в горизонтальной плоскости, а входы усилителей соединены с выходами соответствующих дифференциальных термопар.

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов из расплава в ампуле и может быть применено для выращивания щелочно-галоидных кристаллов. Известно устройство для выращивания кристаллов из расплава, включающее вертикальную шахтную печь, состоящую из двух камер с нагревательными элементами, между которыми установлена разделительная диафрагма, ампулу с кристаллизуемым веществом и механизм перемещения ампулы [1] Выращивание кристаллов осуществляют путем перемещения ампулы с расплавом кристаллизуемого вещества, перегретого относительно температуры плавления на 10 20^oC, из верней камеры в нижнюю, через разделительную диафрагму. Недостатком вышеуказанного устройства является низкое качество выращиваемых кристаллов, а следовательно, и уменьшение выхода годных кристаллов, за счет отсутствия элементов для центровки ампулы в горизонтальной плоскости относительно диафрагмы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для выращивания кристаллов из расплава в ампуле, содержащее вертикальную шахтную печь, состоящую из двух камер с нагревательными элементами, принудительно охлаждаемую кольцевую диафрагму, ампулу с кристаллизуемым веществом, механизм перемещения ампулы в вертикальном направлении и приводы перемещения ампулы в горизонтальной плоскости в двух взаимоперпендикулярных направлениях [2] Однако для ампул из кварцевого стекла характерно наличие допусков на диаметр в пределах нескольких миллиметров, овальности разнотолщинности, конусности и изгибов по длине ампулы и т.д. в результате чего несмотря на центровку перед началом выращивания сохранения соосности ампулы и диафрагмы в процессе опускания ампулы недостижимо. Любое изменения положения ампулы в горизонтальной плоскости относительно диафрагмы, имеющие место в процессе выращивания кристаллов, приводят к резкому изменению симметрии теплового потока от фронта кристаллизации и соответственно формы фронта кристаллизации, что приводит к снижению выхода годных кристаллов. Целью данного изобретения является увеличение выхода качественных кристаллов за счет обеспечения центровки ампулы относительно диафрагмы в течение всего процесса выращивания. Поставленная цель достигается тем, что устройство для выращивания кристаллов из расплава в ампуле, содержащее вертикальную шахтную печь, состоящую из двух камер с нагревательными элементами, принудительно охлаждаемую кольцевую диафрагму, ампулу с кристаллизуемым веществом, механизм перемещения ампулы в вертикальном направлении и привод перемещения ампулы в горизонтальной плоскости в двух взаимоперпендикулярных направлениях, дополнительно содержит дифференциальные термопары, установленные диаметрально противоположно на внутренней поверхности кольцевой диафрагмы перпендикулярно направлению перемещения ампулы с кристаллизуемым веществом, и усилители, выходы которых подключены к приводам перемещения ампулы в горизонтальной плоскости, а входы усилителей соединены с выходами соответствующих дифференциальных термопар. На чертеже показано устройство для выращивания кристаллов из расплава в ампуле. Устройство содержит верхнюю и нижнюю камеры 1, 2 с нагревателями, ампулу 3, механизм 4 перемещения ампулы в вертикальном направлении, приводы перемещения ампулы в горизонтальной плоскости с ходовыми гайками 5, 6, ходовыми винтами 7, 8 и электродвигателями 9, 10, кольцевую диафрагму 11, первую дифференциальную термопару, содержащую спаи 12, 13, вторую дифференциальную термопару, содержащую спаи 14, 15, усилители 16, 17 и направляющий ролик 18. Устройство работает следующим образом. При смещении ампулы, находящейся в исходном положении (над кольцевой диафрагмой 11), например, в положение "а" (пунктир), интегральная облученность спая 13 от нагревателя верхней камеры 1 по сравнению со спаем 12 увеличивается. Сигнал разбаланса подается на усилитель 16 и на электродвигатель 9, который приводит во вращение ходовой винт 7 и перемещает ампулу 3 в направлении от спая 13 к спаю 12 до исчезновения сигнала разбаланса, т.е. до установления ампулы 3 соосно кольцевой диафрагме 11. Аналогично осуществляется центровка ампулы 3 в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. При положении ампулы 3, когда кольцевая диафрагма 11 перекрыта от прямого излучения нагревателя верхней камеры 1 (цилиндрическая часть ампулы 3 опустилась в отверстие кольцевой диафрагмы 11), автоматическая центровка ампулы 3 осуществляется за счет различной облученности спаев термопар собственно ампулой 3 с кристаллизуемым веществом. Если ампула 3 сместится, например, в положение б (изображено пунктиром), то облученность спая 13 по сравнению со спаем 12 увеличивается, система перемещает ампулу 3 в направлении от спая 13 к спаю 12 до выравнивания температур указанных спаев, т.е. до установления ампулы 3 соосно кольцевой диафрагме 11. Дифференциальная термопара со спаями 12 и 13 установлена вдоль линии, параллельной оси ходового винта 7, а вторая дифференциальная термопара со спаями 14, 15 установлена вдоль линии, параллельной оси ходового винта 8. Применение данного устройства позволит повысить выход годных кристаллов на 15 20% за счет повышения симметрии температурного поля в области кольцевого холодильника до ± 0,5^oC, приводящей к уменьшению количества блочных трещин в выращиваемых кристаллах.

Формула изобретения

Устройство для выращивания кристаллов из расплава в ампуле, содержащее вертикальную шахтную печь, состоящую из двух камер с нагревательными элементами, охлаждаемую кольцевую диафрагму, ампулу с кристаллизуемым веществом, механизм перемещения ампулы в вертикальном направлении и приводы перемещения ампулы в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, отличающееся тем, что, с целью увеличения выхода качественных кристаллов за счет обеспечения центровки ампулы относительно диафрагмы в течение всего процесса выращивания, оно дополнительно содержит дифференциальные термопары, установленные диаметрально противоположно на внутренней поверхности охлаждаемой кольцевой диафрагмы перпендикулярно направлению перемещения ампулы с кристаллизуемым веществом, и усилители, выходы которых подключены к приводам перемещения ампулы в горизонтальной плоскости, а входы усилителей соединены с выходами соответствующих дифференциальных термопар.

РИСУНКИ

Рисунок 1