Радиатор для отвода тепла от затравки при выращивании монокристаллов в вакуумированной стеклянной ампуле

Авторы патента:

H01L23/373 - охлаждение, обусловленное подбором материалов для прибора

C30B35/00 - Устройства вообще, специально предназначенные для выращивания, получения или последующей обработки монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой

C30B13/00 - Выращивание монокристаллов зонной плавкой; очистка зонной плавкой (C30B 17/00 имеет преимущество; изменением поперечного сечения обрабатываемого твердого тела C30B 15/00; под защитной жидкостью C30B 27/00; для выращивания гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой C30B 28/00; зонная очистка особых материалов классифицируется в соответствующих подклассах для материалов)

C30B11/00 - Выращивание монокристаллов обычным замораживанием или замораживанием при температурном градиенте, например по методу Бриджмена-Стокбаргера (C30B 13/00, C30B 15/00,C30B 17/00,C30B 19/00 имеют преимущество; под защитной жидкостью C30B 27/00)

Владельцы патента RU 2554190:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к устройствам, используемым при выращивании кристаллов путем направленной кристаллизации из расплава в вакуумированной ампуле для отвода тепла от затравки, выделяемого в процессе кристаллизации. Радиатор выполнен в виде трубчатой оплетки 7 из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, надетой на наружную поверхность ампулы 1 в месте размещения затравки 3 таким образом, что меньшая часть затравки 3 остается не перекрытой, а часть оплетки 7 свисает с ампулы 1. Радиатор обеспечивает надежный тепловой отток от фронта кристаллизации, увеличивает вероятность прорастания моноблочного кристалла высокого качества, при этом он прост по конструкции, в изготовлении и эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения кристаллов полупроводниковых и металлических материалов и может быть использовано для получения монокристаллов из расплава от затравки по способам направленной или зонной кристаллизации в вакуумированной стеклянной ампуле.

Изобретение может найти применение в полупроводниковой и электронной промышленности.

Целью изобретения является упрощение конструкции, изготовления и эксплуатации устройства для отвода тепла от затравки.

Известен способ выращивания (получения) оптических монокристаллов германия, патент RU 2261295 (опубликовано 2005.09.27), в котором кристалл выращивается из расплава от закрепленной затравки по методу Чохральского в вакууме с отводом тепла от затравки посредством водяного теплоносителя.

Известен способ выращивания (получения) кристаллов кремния, патент RU 2278912 (опубликовано 2006.06.27), также методом Чохральского с вращающимися тиглем и затравкой с различными скоростями в инертной газовой среде. В этом описании не оговаривается методика крепления затравки и метод отвода скрытой теплоты кристаллизации от фронта кристаллизации.

В отличие от предлагаемого устройства обе эти методики рассчитаны на высокотемпературную (выше 1000 K) кристаллизацию и требуют сложного и дорогостоящего оборудования со сложной системой управления тепловыми режимами путем варьирования режимов нагревательных печей и режимов отвода тепла от затравки (в способе RU 2261295) с помощь водного теплоносителя.

Пример

На рис. 1. изображен общий вид устройства.

Устройство содержит ампулу 1, в которой размещены исходный материал 2 для выращивания кристалла и затравки 3. Ампула 1 снабжена держателями 4 для перемещения и фиксации ампулы. Нагреватель 5 для создания расплавленной зоны 6. На наружную поверхность ампулы 1 в вместе размещения затравки 3 надет радиатор для отвода тепла, в качестве которого применена трубчатая оплетка 7 из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм. Оплетка 7 надета так, что меньшая часть затравки 3 остается не перекрытой. Часть оплетки 7, свисающая с ампулы 1 и необходимая для рассеивания тепла, может быть сколько угодно длинной и ограничивается габаритами устройства. Диаметр трубчатой оплетки 7 подобран в соответствии с диаметром хвостовой части ампулы 1, содержащей затравку 3, так что внутренняя поверхность оплетки 7 плотно прилегает к стенке ампулы 1 по всей площади соприкосновения, в результате чего обеспечивается тепловой контакт радиатора с затравкой через стенку ампулы.

Устройство работает следующим образом.

Собирают установку, включают нагреватель 5 и создают расплавленную зону 6, включающую в начале процесса часть затравки 3, которая не перекрыта оплеткой 7. В дальнейшем перемещают расплавленную зону 6 в противоположную от затравки сторону с образованием кристалла, сохраняющего кристаллографическую ориентацию затравки. Указанный диаметр медного провода, используемого для оплетки, наиболее оптимален, так как при этом диаметре проволоки оплетка остается достаточно эластичной и способна прилегать к поверхности ампулы по всей площади соприкосновения и при этом имеет достаточное суммарное сечение для того, чтобы теплопроводность вдоль оси трубчатой оплетки могла обеспечить эффективность теплоотвода. При уменьшении диаметра проволоки менее 0,1 мм уменьшается осевая теплопроводность оплетки, а при увеличении диаметра более 0,3 мм уменьшается эластичность и площадь непосредственного соприкосновения оплетки с поверхностью ампулы, снижается тепловой поток от затравки и фронта кристаллизации, тепловое поле на фронте кристаллизации становится нестабильным, увеличивается вероятность появления зародыша с ненужной кристаллографической ориентацией.

Использование трубчатой медной оплетки в качестве радиатора для отвода тепла от затравки имеет преимущества, так как этот радиатор прост по конструкции, в изготовлении и эксплуатации. Оно позволяет осуществить хороший тепловой контакт радиатора с затравкой по всей площади его соприкосновения с поверхностью ампулы и тем самым надежный тепловой отток от фронта кристаллизации через затравку вдоль направления роста, способствует увеличению вероятности прорастания моноблочного кристалла.

Обозначения:

1 - ампула;

2 - исходный материал для выращивания кристалла;

3 - затравка;

4 - держатели для перемещения и фиксации ампулы;

5 - нагреватель;

6 - расплавленная зона;

7 - трубчатая оплетка из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм.

Радиатор для отвода тепла от затравки при выращивании монокристаллов в вакуумированной стеклянной ампуле, отличающийся тем, что радиатор выполнен в виде трубчатой оплетки из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, надетой на наружную поверхность ампулы в месте размещения затравки таким образом, что меньшая часть затравки остается не перекрытой, а часть оплетки свисает с ампулы.

Похожие патенты:

Устройство охлаждения ис // 2528392

Изобретение относится к области электроники и предназначено для отвода тепла от ИС, СБИС, силовых модулей, блоков радиоэлектронной аппаратуры и т.п. Технический результат - повышение теплоотвода от кристалла к корпусу; упрощение технологии сборки с использованием теплоотводов на основе эффекта Пельтье.

Электрические силовые инструменты // 2494857

Изобретение относится к электрическим силовым инструментам, в которых выходная мощность регулируется переключающими устройствами. Инструмент содержит множество переключающих устройств, выполненных с возможностью регулировки выходной мощности двигателя, монтажную плату, несущую переключающие устройства, и металлический корпус, вмещающий монтажную плату.

Способ получения высокоармированного композиционного материала al-sic и изделие, полученное на его основе // 2493965

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов.

Способ получения пластины комбинированного поликристаллического и монокристаллического алмаза // 2489532

Изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных приборов на алмазе или применяемую в рентгеновских монохроматорах, где необходимо осуществить теплоотвод от монокристаллического алмаза.

Каркасы для деталей или схем // 2434313

Изобретение относится к каркасам для электрических или электронных деталей или схем. .

Теплоотводящий элемент // 2411609

Изобретение относится к области электроники и предназначено преимущественно для использования в качестве теплоотводящей электроизолирующей подложки при изготовлении полупроводниковых приборов и электронных систем.

Устройство отвода тепла (варианты), электрическая система, содержащая устройство отвода тепла (варианты), способ изготовления устройства отвода тепла (варианты) и способ изготовления электрического компонента (варианты) // 2256307

Изобретение относится к устройству для отвода тепла рассеянием, например в электронном оборудовании, и к способу изготовления такого устройства. .

Композитный материал, способ его получения, излучающая тепло панель для полупроводникового прибора, полупроводниковый прибор (варианты), диэлектрическая панель и электростатическое поглощающее устройство // 2198949

Изобретение относится к композитному материалу и, более конкретно, к медному композитному материалу с низким коэффициентом теплового расширения и высокой теплопроводностью, способу его получения и различным вариантам использования, таким, как использование в полупроводниковых приборах, где этот композитный материал применяется.

Устройство для выращивания кристаллов биологических макромолекул // 2424383

Изобретение относится к кристаллографии, а более конкретно - к устройству для выращивания кристаллов биологических макромолекул, например кристаллов белка. .

Подвеска-токоподвод для стержневых подложек // 2409709

Изобретение относится к получению полупроводниковых материалов, преимущественно поликристаллического кремния, путем осаждения из газовой фазы на подогреваемые подложки и может быть использовано в реакторах с резистивным подогревом стержневых подложек и с верхним токоподводом.

Насос для подачи жидких сред в установках выращивания кристаллов // 2402645

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из пересыщенных водных растворов, и может быть использовано при скоростном выращивании профилированных кристаллов (например, типа KH2PO4, KD2PO4 , Ва(NO3)2 и др.).

Роторный осевой насос для использования преимущественно в кристаллизационных установках // 2323280

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из растворов, и может быть использовано при скоростном выращивании профилированных кристаллов (например, КН 2РО4, KD2PO 4, BaNO3 и др.).

Резервуар для приема расплавленного кремния или для плавления кремния и способ его изготовления // 2303663

Изобретение относится к созданию резервуара для хранения расплавленного кремния и способа его изготовления. .

Способ получения циркониевого электрокорунда и кристаллизатор для его получения // 2271334

Изобретение относится к производству абразивных материалов, в частности к производству высокопрочных корундовых материалов, применяемых для изготовления абразивных кругов.

Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки поверхности // 2223570

Циркониевый электрокорунд, способ его получения и кристаллизатор для его получения // 2144502

Устройство для получения термоэлектрических материалов // 2107116

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может найти применение в создании высокоэффективных преобразователей на основе полупроводниковых материалов для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, например, в холодильниках, термостатах, агрегатах для кондиционирования воздуха и других устройствах.

Способ выращивания монокристаллов методом бестигельной зонной плавки и устройство для его осуществления // 2519410

Изобретение относится к металлургии, а именно - к выращиванию монокристаллов методом бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом. Способ включает затравление кристалла из расплавленной зоны, выдержку в течение заданного времени и вытягивание монокристалла на затравку из расплавленной зоны в градиенте температуры, в процессе которого осуществляют контроль величины диаметра центральной симметричной части расплавленной зоны, при этом величину диаметра фронта кристаллизации выбирают с заданной поправкой, учитывающей допустимое отклонение диаметра выращиваемого монокристалла от заданного, и поддерживают эту величину постоянной в течение всего процесса выращивания путем регулирования величины диаметра центральной симметричной части расплавленной зоны, в частности, за счет изменения скорости перемещения верхнего штока ростовой камеры.

Способ создания на подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма // 2507317

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в физике конденсированного состояния, приборостроении, микроэлектронике, термоэлектричестве для получения тонкопленочных образцов твердого раствора висмут-сурьма с совершенной монокристаллической структурой.

Способ получения монокристаллов теллурида галлия (ii) // 2485217

Изобретение относится к технологии получения кристаллов GaTe, которые могут быть использованы в нелинейной оптике, а именно для оптических преобразователей частоты ИК и ТГц диапазонов.

Кристаллизатор полунепрерывной зонной плавки // 2439213

Изобретение относится к химическому машиностроению и позволяет проводить непрерывный процесс очистки или разделения веществ совмещенными в одном аппарате процессами направленной кристаллизации на охлаждаемой поверхности и зонной плавки.