Нагревательное устройство для выращивания кристаллов

 

Изобретение относится к устройствам для выращивания кристаллов, В трубчатой рабочей камере установлены нагоеватели крайних зон и кольцевой теплопроводы.: элемент, охватывающий центральную зону . В камере установлены два автономных водяных теплообменника, теплоизоляционные вставки и дополнительный нагреватель , который установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента. Последний выполнен из двух разделенных теплоизоляционных колец. Каждое кольцо контактирует с одним из теплообменников . Теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714077/07 (22) 03.07.89 (46) 30.08.92.Бюл. ¹ 32 (71) Черновицкий филиал Особого конструкторско-технологического бюро Института проблем материаловедения АН УССР (72) А.В.Веприков и B.Ê.Kàçäoáà (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1137783, кл. С 30 В 13/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1412580, кл. Н 05 В 3/64, 1985, (54) НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ

ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам для выращивания кристаллов, В трубчатой

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выращивания монокристаллов полупроводниковых материалов и их соединений.

Известно устройство, содержащее нагреватель, выравниватель температуры в виде тепловой трубы и теплоизоляцию. Данное устройство имеет тот недостаток, что позволяет получить черезмерно широкую высокотемпературную зону. А это, в свою очередь, неблагоприятно сказывается на качестве выращиваемого кристалла, К недостаткам также можно отнести и низкие функциональные возможности из-за отсутствия механического регулирования температурного поля в средней зоне устройства.

Наиболее близким к изобретению является нагревательное устройство для выращивания кристаллов, содержащее выравниватель, выполненный в виде двух (51)5 Н 05 В 3/64

C ; рабочей камере установлены нагреватели крайних зон и кольцевой теплопроводны.; элемент, охватывающий центральную зону. В камере установлены два автономных водяных теплообменника, теплоизоляционные вставки и дополнительный нагреватель, который установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента. Последний выполнен иэ двух разделенных теплоизоляционных колец. Каждое кольцо контактирует с одним из теплообменнпков. Теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами, 3 ил. о установленных на одной оси с зазором отрезков цилиндрических тепловых труб.

Недостатком известного устройства яв- . ляется следующее.

Устройство не позволяет получить желаемое качество кристалла, для достижения которого необходимо сократить ширину высокотемпературной зоны, обеспечив ее стабильность, а также сократить ширину зоны (д перепада температур при направленной кристаллизации расплава по методу Бриджмена с обязательным обеспечением стабильности температур в начале зоны и в ее конце. Это возможно лишь при достаточной. эффективности регулирования температурного поля в центральной зоне. Устройство решено таким образом, что теплоотвод от диска осуществляется воздухом, что само по себе предполагает недостаточную эффективность данного процесса. Кроме того, регулирование температуры в переходной зоне возможно за счет изменения зазора и величины тока, пропускаемого по обмоткам нагревателей. Однако увеличение зазора приводит к расширению ответственной температурной зоны, что недопустимо для получения высококачественного кристалла.

Недостаточная герметичность тепловых камер, а особенно в тепловой зоне, приводит к стабильности температур, а это, в свою очередь, к снижению качества конечного продукта.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования температурного поля в центральной зоне.

Поставленная цель достигается тем, что конструкция дополнительно содержит нагреватель, два водяных теплообменника и теплоизоляционные вставки. Дополнительный нагреватель установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из разделенных теплоизоляцией колец, каждое иэ которых контактирует с одним из теплообменников, а теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры. "

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введение в устройство дополнительного нагревателя, водяных теплообменников, теплоизоляционных вставок, а также установка дополнительного нагревателя на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из разделенных теплоизоляцией колец, повышает эффективность регулирования температурного поля в центральной зоне, При этом каждое из колец контактирует с одним из теплообменников, а теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камерьь

На фиг. 1 изображено устройство для выращивания кристаллов; на фиг. 2 — конструкция теплопроводного элемента; на фиг, 3 — графики температурных полей при различных режимах работы устройства, Нагревательное устройство содержит верхний 1 и нижний 2 теплоизоляционные кожухи (фиг. 1). Внутри кожухов 1 и 2 расположены теплопроводные (тепловые) трубы

3-6. Вокруг труб 3 и 6 намотаны электронагреватели 7 и 8. Трубы 3 и 6 создают соответственно верхнюю и нижнюю рабочие камеры. Данные камеры разделены между собой теплопроводным элементом, создающим переходную температурную зону. Теплопроводный элемент (фиг. 1 и 2} состоит из верхнего 9 и нижнего 10 теплопроводных колец, разделенных между собой теплоизоляционной прокладкой 11, позволяющей производить теплообмен каждого кольца автономно. Для отвода теплоты от колец на них установлены с помощью кронштейнов

5 12 и 13 теплообменники 14 и 15. Для более качественного разделения температурных камер применяются теплоизоляционные вставки 16 и 17. Для создания высокотемпературной эоны теплопроводный элемент ос10 нащен теплопроводной трубой 18, вокруг которой намотан электронагреватель 19. Периферия теплопроводного элемента помещена в теплоизоляционный кожух 20 (фиг. 1) во избежание травмирования при создании

15 нагревательным элементом высокотемпературной зоны. Для контроля и управления режимами работы, а также для поддержания стабильности температур используются два термодатчика 21, установленных B нача20 ле и в конце переходной зоны. Нагревательное устройство установлено на четырех опорах 22.

Работа при зонной плавке осуществляется следующим образом.

25 Пропусканием тока по обмоткам 7 и 8 добиваются стабильной заданной температуры в верхней и нижней камерах, Затем, пропуская ток через обмотку 19 теплопроводного элемента (каждый виток которой

30 управляется автономно), создают высокотемпературную зону заданной характеристики. Стабильность достигается тем, что от верхней и нижней камер высокотемпературную .зону защищают теплоизоляци35 онные вставки 16, 17 (фиг. 1 и 2). Таким образом, теплопроводный элемент при зонной плавке позволяет получить заданную стабильную высокотемпературную зону, ограниченную участком АС (фиг. 3). При

40 направленной кристаллизации расплава нагревательные элементы 7 и 8 создают необходимые температуры в своих камерах, а теплопроводный элемент обеспечивает градиентную температурную зону заданной

45 конфигурации и наклона (фиг, 3), Заданные параметры достигаются путем пропускания через теплообменники 14 и 15, выполненные в виде труб спиральной формы, охлаждающего вещества. Регулируя его расход

50 можно добиваться различной интенсивности отвода тепла, изменяя тем самым конфигурацию градиентной зоны ВС. При этом наличие между кольцами 9 и 10 теплоизоляционной прокладки 11 позволяет стабили55 зировать температуру в точках перехода от высокотемпературной изотермической зоны к градиентной и от градиентной к низкотемпературной изометрической зоне, так как при таком конструктивном решении теплоотвод от колец 9 и 10 можно осуществить

1758913 д автономно с разной степенью интенсивности, при этом один теплообменник может быть отключен для сокращения протяженности и стабилизации градиентной зоны.

Контролируют и управляют режимами работы теплообменников 14 и !5 и нагревателя

10 термодатчики 21.

Применение такого устройства позволяет повысить однородность состава получаемых зонной плавкой кристаллов, улучшить их качество за счет создания более узких и стабильных высокотемпературной и градиентной зон, а также большей эффективности регулирования температур

В этих зонах.

Формула изобретения

Нагревательное устройство для выращивания кристаллов, содержащее трубчатую рабочую камеру, снабженную нагревателями крайних зон, и охватывающий центральную зону камеры кольцевой теплопроводный элемент, о т л и ч а ю щ е5 е с я тем, что, с целью повышения зффективности регулирования температурного поля в центральной зоне, оно снабжено дополнительным нагревателем, двумя автономными водяными теплообменниками и

10 теплоизоляционными вставками, дополнительный нагреватель установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из двух разделенных теплоизоляцией колец, каждое из которых контак15 тирует с одним из теплосбменников, а теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры.

1758913

Составитель А. Веприков

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О. Юрковецкая

Редактор Н. Швыдкая

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3014 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5