Устройство для выращивания кристаллов

 

Использование: в области выращивания высокотемпературных диэлектриков и полупроводников. Устройство включает камеру, снабженную нагревателем, средством подпитки шихты и размещенным в ней тиглем (Т). В Т установлен дополнительный нагреватель (ДН), зазором от его стенок и с возможностью вертикального перемещения. ДН выполнен в виде герметичного контейнера, дно которого имеет форму, соответствующую форме границы раздела фаз. ДН выполнен из секций, расположенных коаксиально и снабженных термодатчиками, один из которых расположен под дном тигля. Обеспечивается более точный контроль формы границы раздела фаз. 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения поликристаллических и кристаллических материалов, а именно к устройствам для выращивания кристаллов высокотемпературных диэлектриков и полупроводников. Цель изобретения более точный контроль формы границы раздела фаз. На чертеже показано предлагаемое устройство. Устройство содержит тигель 1, размещенный внутри ростовой камеры с нагревателем (не показаны), и дополнительный нагреватель и виде цилиндрического герметичного контейнера 3, размещаемый внутри тигля вдоль оси с зазором от его стенок с возможностью перемещения вдоль вертикальной осин вращения вокруг нее, дно которого, обращенное в сторону растущего кристалла, имеет форму, соответствующую требуемой форме границы раздела фаз. Внутри контейнера 3 над его дном располагаются независимые секции электрического нагревателя 5, расположенные коаксиально и снабженные термодатчиками 4 (Т₂) и 4 (T₃). Устройство снабжено также термодатчиком 4 (Т₁), расположенным под дном тигля. Устройство работает следующим образом. В нагревательной камере ростовой установки размещается тигель 1, на дне которого располагается затравка 2 толщиной d₀. На затравке располагается герметичный тепловыделяющий контейнер 3, дно которого образует тепловыделяющую поверхность, обращенную к кристаллу, форма которой определяет форму фронта кристаллизации. На чертеже показана схема способа выращивания с плоской формой фронта кристаллизации при вытягивании из тигля с расплавом и растущим кристаллом герметичного тепловыделяющего контейнера, погруженного в расплав. Нагревателем ростовой установки (не показан) производится нагрев материала затравки по термопарам (4)Т₁ и T₂ до температуры, меньшей температуры плавления (Т_пл). После этого включается источник тепловыделения герметичного контейнера, выполненный в виде электрического нагревателя 5, и температура на его поверхности в точке Т₂ поднимается до Т₂>Т_пл. При этом происходит подплавление затравки, контейнер 3 погружается в расплав 6 на некоторую величину Δ, которая измеряется. По величине d = d₀-Δ, значениям температур Т₁ и Т₂ теплопроводности расплава λ_p и кристалла λ_к расчетом определяются толщина непроплавленной части затравки и положение фронта кристаллизации. Для непрозрачных и прозрачных для теплового излучения материалов исходное положение фронта кристаллизации находится по формуле При этом по термопарам Т₂ и Т₃ ведется контроль за изотермичностью поверхности дна контейнера. После определения положения фронта кристаллизации начинается кристаллизация путем вытягивания контейнера вверх и сбрасывания шихты 7 из бункера 8 в количестве, равном количеству закристаллизовавшегося расплава. При необходимости кристаллизация ведется при вращении контейнера вокруг вертикальной оси. В этом случае в приведенной формуле для определения положения фронта кристаллизации вместо λ_p должно использоваться эффективное значение теплопроводности расплава. В процессе выращивания в зависимости от задачи и исходного распределения температур, обусловленного нагревателем ростовой установки, кристаллизация идет с изменением или без изменения мощности тепловыделения контейнера и нагревателя ростовой установки. По окончании кристаллизации контейнер выводится из расплава и прекращается тепловыделение в контейнере. Выключается нагреватель ростовой камеры, из нее извлекается тигель с выросшим кристаллом. В предлагаемом устройстве тепловыделяющая поверхность располагается вблизи всей поверхности фронта кристаллизации, что дает возможность создавать заданную форму фронта кристаллизации для кристаллов практически любого размера. Наличие тепловыделяющей поверхности вблизи всей поверхности фронта кристаллизации позволяет также создавать большие градиенты в расплаве, не перегревая его за счет уменьшения толщины слоя расплава. Ведя кристаллизацию небольших слоев расплава с непрерывной подачей шихты в зону высоких температур, удается сократить время нахождения вещества в расплавленном состоянии, что необходимо при выращивании из легко разлагающихся расплавов. Для таких расплавов кристаллизация ведется с погружением тепловыделяющего контейнера в расплав, за счет чего резко уменьшается величина свободной поверхности расплава. Устройство применялось для кристаллизации фторфлогопита диаметром 90 мм в открытом тигле на затравку при плоском фронте кристаллизации. Получен нарост монокристаллического слоя, в котором отношение сечения пузырей газовой фазы к сечению монокристалла составляет 0,01. Предлагаемый метод позволяет вести управление ростом кристаллов с помощью большого числа независимых параметров: мощности тепловыделения контейнера, основного нагревателя, скорости перемещения контейнера и тигля. Благодаря возможности строгого контроля тепловых условий вблизи фронта кристаллизации в процессе выращивания в данном методе возможно расчетное определение положения фронта кристаллизации и управление скоростью роста по модели, рассчитываемой в темпе эксперимента.

Формула изобретения

Устройство для выращивания кристаллов, включающее камеру, снабженную нагревателем, средством подпитки шихты и размещенным в ней тиглем, внутри которого установлен дополнительный нагреватель с зазором от его стенок и с возможностью вертикального перемещения, выполненный в виде герметичного контейнера, дно которого имеет форму, соответствующую форме границы раздела фаз, отличающееся тем, что, с целью более точного контроля формы границы раздела фаз, дополнительный нагреватель выполнен из секций, расположенных коаксиально и снабженных термодатчиками, а один термодатчик расположен под дном тигля.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---