Устройство для выращивания кристаллов из расплава

 

Изобретение относится к установкам для выращивания монокристаллов методом направленной кристаллизации в тигле. Целью изобретения является повышение качества кристаллов. Цель достигается за счет улучшения условий управления тепловыми процессами в зоне фронта кристаллизации, в том числе управления формой фронта кристаллизации путем использования теплопроводящего тела, выполненного в виде тепловой трубы, нижняя поверхность которой имеет форму, соответствующую форме фронта кристаллизации. В тигель устройства помещается затравочный кристалл, на него устанавливается тепловая труба, а затем засыпается сырье. Тигель устанавливается в ростовую установку таким образом, чтобы верхняя поверхность затравочного кристалла находилась выше изотермы кристаллизации. Тепловая труба закрепляется в ростовой установке неподвижно, посредством нагрева производится расплавление сырья и подплавление затравки. После этого включается перемещение тигля. После окончания кристаллизации расплава установка переключается на режим отжига и ее температура по заданной программе снижается до комнатной. Установка разгерметизируется и производится выгрузка кристалла. Полученная форма фронта кристаллизации соответствует форме нижней поверхности тепловой трубы. 1 ил.

Изобретение касается выращивания кристаллов, в частности установок для выращивания кристаллов методом направленной кристаллизации в тигле.

Известно устройство для выращивания кристаллов, включающее ампулу с расплавом, перемещающуюся в зоне температурного градиента в ростовой установке, состоящей из камеры плавления и камеры кристаллизации, разделенных перегородкой.

Недостатком этого устройства является несовпадение скорости роста кристалла со скоростью перемещения ампул с расплавом из-за изменения теплового потока через фронт кристаллизации по мере перемещения тигля с растущим кристаллом. Изменение теплового потока обуславливается постоянным уменьшением столба расплава в камере плавления и увеличением поверхности выросшего кристалла в камере кристаллизации. В связи с этим происходит значительное изменение скорости роста и захват примесей кристаллом.

Целью изобретения является повышение качества кристаллов за счет улучшения условий управления тепловыми процессами в зоне фронта кристаллизации (в том числе управления формой фронта кристаллизации) особенно при небольших градиентах температуры.

Поставленная цель достигается тем, что теплопроводящее тело выполнено в виде тепловой трубы, нижняя поверхность которой имеет форму, соответствующую заданной форме фронта кристаллизации.

Отличие предложенного технического решения в том, что нижняя поверхность тепловой трубы, обращенная к фронту кристаллизации, представляет собой изотермическую поверхность, поэтому форма нижней поверхности будет определять форму фронта кристаллизации.

Так как тепловая труба позволяет поддерживать заданную температуру непосредственно на ее нижней поверхности, находящейся от фронта кристаллизации на расстоянии миллиметров, изменение температуры в помещении или изменение других внешних факторов не будет оказывать влияния на тепловой режим в зоне фронта кристаллизации. Таким образом, появляется возможность застабилизировать тепловой режим в зоне фронта кристаллизации независимо от внешних факторов и проводить выращивание кристаллов при заданной форме кристаллизации.

На чертеже показано устройство для выращивания кристаллов из расплава, разрез.

Устройство включает ростовую установку, состоящую из камеры плавления 1 и камеры кристаллизации 2, разделенных диафрагмой 3. В камере плавления находится тигель 4 с помещенным в нижней его части затравочным кристаллом 5. В тигель помещена тепловая труба 6, которая неподвижно присоединена к корпусу установки. Нижняя поверхность тепловой трубы выполнена в форме, соответствующей заданной форме фронта кристаллизации.

Устройство работает следующим образом.

В начале производится загрузка устройства. Для этого в тигель 4 помещается затравочный кристалл 5, на него устанавливается тепловая труба 6, а затем засыпается сырье. Тигель 4 устанавливается в ростовую установку таким образом, чтобы верхняя поверхность затравочного кристалла 5 находилась выше изотермы кристаллизации (фронта кристаллизации), определенной при градуировке ростовой установки. После этого тепловая труба 6 неподвижно закрепляется к ростовой установке. Затем включается нагрев, производится расплавление сырья и подплавление затравки 5, включается перемещение тигля 4. После окончания кристаллизации расплава установка переключается на режим отжига и ее температура по заданной программе снижается до комнатной. Охлажденная установка разгерметизируется и производится выгрузка кристалла.

Выполнение теплопроводящего тела в виде тепловой трубы, нижняя поверхность которой имеет форму, соответствующую заданной форме фронта кристаллизации позволяет поддерживать заданную температуру непосредственно на ее нижней поверхности. Изменение температуры в помещении или другие внешние факторы не будут оказывать влияния на тепловой режим в зоне фронта кристаллизации. Таким образом, появляется возможность застабилизировать тепловой режим в зоне кристаллизации независимо от внешних факторов и проводить выращивание кристаллов при заданной форме кристаллизации. Таким образом использование заявляемого изобретения позволит повысить качество выращиваемых кристаллов и технологический выход.

В настоящее время в соответствии с предлагаемым техническим решением научно-производственным объединением "Красная звезда" (г. Москва) разрабатывается и изготавливается опытный образец установки выращивания для монокристаллов на основе NaJ(Tl), CsJ(Tl) CaF₂(Eu). При испытаниях макета теплового узла получена форма фронта кристаллизации для CsJ(Tl), соответствующая форме нижней поверхности тепловой трубы.

Формула изобретения

Устройство для выращивания кристаллов из расплава методом направленной кристаллизации, содержащее ростовую камеру, разделенную диафрагменной перегородкой, и тигель для расплава, установленный внутри камеры с возможностью перемещения, отличающееся тем, что внутри тигля помещена тепловая труба с зазором относительно его стенок, закрепленная неподвижно по отношению к ростовой камере выше уровня диафрагменной перегородки и имеющая форму нижней поверхности, соответствующую заданной форме фронта кристаллизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1