Устройство для выращивания монокристаллов из расплава

 

Изобретение относится к кристаллографии, конкретнее к устройствам для выращивания монокристаллов из расплава, и может быть использовано, в частности, для получения монокристаллов методом горизонтальной направленной кристаллизации в вакууме. Цель: повышение возможности автоматизации работы устройства и уменьшение расхода воды на его охлаждение. Сущность изобретения: устройство для выращивания монокристаллов из расплава, содержащее кристаллизационную камеру, установленный в ней нагреватель, систему управления напряжением нагревателя, систему вакуумирования кристаллизационной камеры с блоком управления и систему водяного охлаждения, дополнительно снабжено блоками контроля температуры и расхода воды в системе охлаждения. Выходы блоков управления системой вакуумирования и контроля температуры воды и один из выходов блока контроля расхода воды соединены с соответствующими входами системы управления напряжением нагревателя, другой выход блока расхода воды подключен ко входу блока управления системой вакуумирования. Отличие состоит также в том, что система водяного охлаждения выполнена в виде независимо регулируемых контуров охлаждения кристаллизационной камеры, системы вакуумирования и системы управления напряжением нагревателя, и каждый контур снабжен блоками контроля температуры и расхода воды. Наилучший результат достигается тогда, когда контур водяного охлаждения системы управления напряжением нагревателя выполнен в виде по меньшей мере двух независимых магистралей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к кристаллографии, конкретнее к устройствам для выращивания монокристаллов из расплава, и может быть использовано, в частности, для получения монокристаллов методом горизонтальной направленной кристаллизации в вакууме.

Известно устройство для выращивания монокристаллов из расплава, содержащее кристаллизационную камеру, установленный в ней нагреватель, систему управления напряжением нагревателя, систему вакуумирования кристаллизационной камеры и систему водяного охлаждения /1/. Это устройство известно как электропечь Сапфир-2 МГ и предназначено для получения кристаллов иттрий-алюминиевого граната.

Недостатком известного устройства является недостаточная возможность автоматизации процесса выращивания кристаллов.

Наиболее близким из известных к заявленному является устройство для выращивания монокристаллов из расплава, содержащее кристаллизационную камеру, установленный в ней нагреватель, систему управления напряжением нагревателя, систему вакуумирования кристаллизационной камеры с блоком управления и систему водяного охлаждения /2/. Это устройство известно как электропечь Лагран 80. Оно снабжено блоком автоматического управления, выполненным с использованием микропроцессорного контроллера Ломиконт, обеспечивающим управление системой вакуумирования.

Недостатком известного устройства является отсутствие контроля его работы по температуре и расходу охлаждающей воды, что ограничивает возможности автоматизации устройства, а также невозможность гибкого регулирования расхода воды в зависимости от потребности охлаждения конкретных узлов устройства (кристаллизационной камеры, системы вакуумирования, системы управления напряжением нагревателя).

Техническим результатом изобретения является повышение возможности автоматизации работы устройства и уменьшение расхода воды на его охлаждение.

Технический результат достигается тем, что устройство для выращивания монокристаллов из расплава, содержащее кристаллизационную камеру, установленный в ней нагреватель, систему управления напряжением нагревателя, систему вакуумирования кристаллизационной камеры с блоком управления и систему водяного охлаждения, дополнительно снабжено блоками контроля температуры и расхода воды в системе охлаждения, выходы блоков управления системой вакуумирования и контроля температуры воды и один из выходов блока контроля расхода воды соединены с соответствующими входами системы управления напряжением нагревателя, другой выход блока расхода воды подключен ко входу блока управления системой вакуумирования.

Отличие состоит также в том, что система водяного охлаждения выполнена в виде независимо регулируемых контуров охлаждения кристаллизационной камеры, системы вакуумирования и системы управления напряжением нагревателя, и каждый контур снабжен блоками контроля температуры и расхода воды.

Наилучший результат достигается когда контур водяного охлаждения системы управления напряжением нагревателя выполнен в виде по меньшей мере двух независимых магистралей.

Введение в устройство блоков контроля температуры и расхода воды в системе охлаждения позволило автоматизировать работу устройства, повысить надежность его работы и полностью исключить необходимость постоянного контроля работы системы охлаждения со стороны оператора.

Выполнение системы охлаждения в виде независимых контуров обеспечило снижение расхода воды на охлаждение.

На чертеже схематически представлено заявляемое устройство.

Устройство содержит герметичную кристаллизационную камеру 1, размещенный в ней нагреватель 2, например, резистивный, окруженный экранами 3, систему управления 4 напряжением нагревателя 2, с блоком тиристоров 5, систему вакуумирования 6 кристаллизационной камеры 1, включающую форвакуумный 7 и диффузионный 8 насосы и вакуумметры 9 и 10, блок управления 11 системой вакуумирования 6, систему водяного охлаждения, выполненную, например, в виде трех независимо регулируемых контуров охлаждения 12,13 и 14, соответственно, кристаллизационной камеры 1, системы вакуумирования 6 и системы управления 4 напряжением нагревателя 2, в которой охлаждение подается к блоку тиристоров 5. Каждый из контуров охлаждения 12, 13 и 14 содержит блоки контроля 15 и 16, соответственно, температуры и расхода воды, имеющие соответствующие датчики. Расход воды в контурах охлаждения 12, 13 и 14 регулируется тремя электромеханическими клапанами 17. В системе вакуумирования 6 установлены электромеханические клапаны 18 и затвор 19. Контур 14 охлаждения системы управления 4 напряжением нагревателя 2 выполнен в виде двух независимых магистралей 20, 21. Количество магистралей в контурах 12, 13 и 14 может быть большим в зависимости от конструктивных особенностей выполнения устройства. Блоки автоматического контроля и управления выполнены с использованием серийно выпускаемых микропроцессорных контроллеров Ремиконт 130.

Устройство работает следующим образом.

Контролер с исходным материалом (на чертеже не показан) устанавливают в полости нагревателя 2, закрывают камеру 1 и с блока управления 11 в местном или автоматизированном режиме включают форвакуумный насос 7. При достижении в камере 1 заданного значения вакуума по вакуумметру 9, по программе открывают в определенной последовательности клапаны 18, затвор 19 и электромеханический клапан 17 в контуре охлаждения системы вакуумирования 6, через который вода поступает на охлаждение диффузионного насоса 8. При соответствии температуры воды на сливе в контуре 13 охлаждения системы вакуумирования 6 заданным значениям происходит включение диффузионного насоса 8. При достижении заданного давления в камере 1 открывают оба оставшихся клапана 17, через которые вода по контурам 14 и 12 поступает на охлаждение, соответственно, блока тиристоров 5 системы управления 4 напряжением нагревателя 2 и кристаллизационной камеры 1. При соответствующих значениях температуры и расхода воды в контуре 14 происходит включение системы управления 4 напряжением нагревателя 2. При достижении заданного значения напряжения нагревателя 2 происходит кристаллизация либо путем перемещения контейнера с исходным материалом (механизм перемещения на чертеже не показан), либо путем направленного теплоотвода от контейнера при охлаждении.

После окончания кристаллизации (напряжение на нагревателе нулевое) происходит закрытие клапана 17, установленного в контуре 14, и через заданный интервал времени закрывается другой клапан 17, установленный в контуре 12 охлаждения камеры 1. Затем закрывается затвор 19, оба клапана 18, и включается диффузионный насос 8. Через определенное время закрывается третий клапан 17 в контуре 13 охлаждения системы вакуумирования 6 и отключается форвакуумный насос 7.

В случае увеличения температуры воды на входе системы охлаждения, а также на сливе из каждой магистрали 20, 21 контура 14 или из контуров 12, 13 включается световая и/или звуковая сигнализация, а при аварийных ситуациях происходит автоматическое выключение напряжения нагревателя 2. Аналогично действует система контроля по расходу воды.

Формула изобретения

1. Устройство для выращивания монокристаллов из расплава, содержащее кристаллизационную камеру, установленный в ней нагреватель, систему управления напряжением нагревателя, систему вакуумирования кристаллизационной камеры с блоком управления и систему водяного охлаждения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоками контроля температуры и расхода воды в системе охлаждения, выходы блоков управления системой вакуумирования и контроля температуры воды и один из выходов блока контроля расхода воды соединены с соответствующими входами системы управления напряжением нагревателя, другой выход блока расхода воды подключен к входу блока управления системой вакуумирования.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система водяного охлаждения кристаллизационной камеры, системы вакуумирования и системы управления напряжением нагревателя и каждый контур снабжены блоками контроля температуры и расхода воды.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что контур водяного охлаждения системы управления напряжением нагревателя выполнен в виде по меньшей мере двух независимых магистралей.

РИСУНКИ

Рисунок 1