Графитовый нагревательный элемент установок для выращивания кристаллов

Союэ Советских Социалистических Республикявле исоединением заявкиосударствениык комите) Приоритет Совета Министров СССпо делам изобретенийи открытий 53) УДК 621.3.036.669(088,8) 01,77. БюллетеньОпубликовано та опубликования описания 30.03.7(2) Авторы изобретения В, Д. Мартынко и 1 О. Г, Пухов вод чистых металлов имени 50-летия СССР(54) ГРАФИТОВЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ УСТАНОВОК ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ альные соотноонструктивными у невозможно мосфере защит- атмосферного с тощности.ние к.п.д, уста- температурных ем, что соотго элемента щения разиняты сле 1,2; - - =,0,25 Ф 33,0 - 1,1,5;а внутреннег наружного стенки вн е Вт - диаметр Пэ - диаметр дт - толщина дра; 1 т, - толщина дра; а - толщи Ь - высото цилиндра; цилиндра;утреннего цилин 20 стенки наружного на колец;а цилиндров. 2 д зооражен пре ент, попереч цо 1 соединя внутренний 2 нагр длагаемьное сечеет два ко На чертеже вательный эле Верхнее кол 33 ных цилиндра, ксиальный 3, наруя 1Изобретение относится к области выращивания монокристаллов полупроводников, а именно к нагревательным элементам установок для выращивания кристаллов из расплава.Известны графитовые нагревательные элементы, выполненные в виде цилиндра 1, 21. Такие нагреватели используются при выращивании монокристаллов германия и кремния по методу Чохральского в вакууме или с небольшим избыточным давлением, Однако при работе в условиях высокого давления защитного газа в результате повышения конвекции и теплопроводности компрессионного газа значительно увеличивается необходимая мощность этих нагревателей. Кроме того, не представляется возможным добиться резких температурных градиентов, необходимых при выращивании монокристаллов из-под слоя герметизирующей жидкости.Наиболее близким к изобретению является графитовый нагревательный элемент установок для выращивания кристаллов, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров и двух колец, одно из которых соединяет цилиндры у одного торца, а другое примыкает с противоположного торца к внутреннему цилиндру и снабжено центральным сквозным отверстием 31. Использование такого нагревааеля при вытягивании монокристаллов, например фосфида галлия, не приводит к успеху,так как не определены оптик шения между отдельными к деталями нагревателя. Поэтов получить монокристаллы в ат ного газа с давлением, более уменьшением потребляемой а Цель изобретения - повыше новок за счет оптимизации гр адиентов. Это достигается т меров нагревательно дующими:=1,05 -5 Р,который выполняет роль подпорного. Другое кольцо 4, донное, примыкает к внутреннему, цилиндру и имеет центральное сквозное отверстие для прохода контейнера или штока контейнера. Если высота цилиндров будет более, чем 0,35, а толщина донного и соединительных колец более 1,1 диаметра внутреннего цилиндра, то теряются подпорные тепловые свойства нагревателя. То же самое происходит, если отношение диаметров внешнего и внутреннего цилиндров будет более 1,5. Если высоту цилиндров выбрать менее 0,25 диаметра внутреннего цилиндра, то зона нагрева становится настолько узкой, что при выборке расплава из тигля режим вытягивания становится неустойчивым, рост монокристалла прекращается. При толщине верхнего и нижнего ,колец менее 1,1 уменьшается осевой градиент температуры, рост кристалла становится неустойчивым, уменьшается выход монокристаллической части. Наименьшее значение отношения диаметров наружного и внутреннего диаметров, равное 1,05, обусловлено технически достижимой минимальной величиной зазора между цилиндрами. Если толщина стенки наружного цилиндра менее 1,2 стенки внутреннего, это приводит к снижению потребляемой мощности, у стенок тигля возможно образование центров кристаллизации, рост становится неустойчивым.Применение предлагаемого графитового нагревательного элемента позволяет установить в системе расплав - кристалл оптимальные с точки зрения получения монокристалла температурные градиенты при выращивании кристаллов в защитной атмосфере при давлении, больше атмосферного, При этом на 10 - 15 О/О уменьшается потребляемая мощность. Это позволяет уменьшить габариты камеры установки или увеличить диаметр кристалла при неизменных габаритах камеры и потребляемой мощности. В случае применения фосфида галлия на 20 - 25 возрастет выход моно кристаллов, что дает возможность на 300 -400 руб. уменьшить себестоимость 1 кг фосфида галлия. Формула изобретения Графитовый нагревательный элемент уста новок для выращивания кристаллов, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров и двух колец, одно из которых соединяет цилиндры у одного торца, а другое примыкает с противоположного торца к внутреннему ци линдру, отличающийся тем, что, с цельюповышения к.п.д. за счет оптимизации температурных градиентов, соотношения размеров нагревательного элемента приняты следующими= 1,2 - 1,5; - = 1,0 - 1,1,Ь, агде Й, - диаметр внутреннего цилиндра;Й - диаметр наружного цилиндра;6, - толщина стенки внутреннего цилиндра;бг - толщина стенки наружного цилиндра;а - толщина колец;Й - высота цилиндров.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1. Сборник трудов МИИТа254 Исследование тепло-массообмена в процессах получения монокристаллических полупроводниковых материалов и теплообмена в каналах,1967, стр. 78.40 2. Вильке Методы выращивания кристаллов, 19 б 8 г стр. 201.3. Труды Гиредмета, т. ХХ 111, 1971,стр. 121.543207 Составитель О. Щедрина Каменская Тсхред И, Карандашоворрсктор Н. Ау ак Заказ 544/ЦНИИП 1 одппсно пографпя, пр. Сапунова Изд.290осударственного комитетпо делам изобретений035, Москва, Ж, Рау Тираж 1069а Совета Министров СССи открытийшская наб., д. 4/5