Нагревательное устройство для выращивания кристаллов

(9) В 36 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТОР ВИДЕТЕЛЪСТВ(71) Черновицкий филиал Особого конструкторско-технологического бюро Института проблем материаловедения АН УССР (72) А.В,Веприков и В.К.Каздоба(56) Авторское свидетельство СССР М 1137783, кл. С 30 В 13/16, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1412580, кл. Н 05 В 3/64, 1985,(54) НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к устройствам для выращивания кристаллов, В трубчатой Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выращивания монокристаллов полупроводниковых материалов и их соединений.Известно устройство, содержащее нагреватель, выравниватель температуры в виде тепловой трубы и теплоизоляцию. Данное устройство имеет тот недостаток, что позволяет получить чрезмерно широкую высокотемпературную зону. А это, в свою очередь, неблагоприятно сказывается на качестве выращиваемого кристалла, К недостаткам также можно отнести и низкие функциональные возможности из-за отсутствия механического регулирования температурного поля в средней зоне устройства.Наиболее близким к изобретению является нагревательное устройство для выращивания кристаллов, содержащее выравниватель, выполненный в виде двух рабочей камере установлены нагоеватели крайних зон и кольцевой теплопроводны, элемент, охватывающий центральную зону. В камере установлены два автономных водяных теплообменника, теплоизоляционные вставки и дополнительный нагреватель, который установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента. Последний выполнен иэ двух разделенных теплоизоляционных колец, Каждое кольцо контактирует с одним из теплообменнпков. Теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами, 3 ил. установленных на одной оси с зазором отрезков цилиндрических тепловых труб.Недостатком известного устройства является следующее.Устройство не позволяет получить желаемое качество кристалла, для достижения которого необходимо сократить ширину высокотемпературной зоны, обеспечив ее ста- д бильность, а также сократить ширину зоны 6 д перепада температур при направленной кристаллизации расплава по методу Бридж- мена с обязательным обеспечением стабильности температур в начале зоны и в ее конце. Это возможно лишь при достаточной. эффективности регулирования температурного поля в центральной зоне, Устройство решено таким образом, что теплоотвод от диска осуществляется воздухом, что само по себе предполагает недостаточную эффективность данного процесса. Кроме того, регулирование температуры в переходной зоне возможно за счет изменения зазора и величины тока, пропускаемого по обмоткам нагревателей. Однако увеличение зазора приводит к расширению ответственной температурной зоны, что недопустимо для получения высококачественного кристалла. Недостаточная герметичность тепловых камер, э особенно в тепловой зоне, приводит к стабильности температур, а это, в свою очередь, к снижению качества конечного продукта.Целью изобретения является повышение эффективности регулирования температурного поля в центральной зоне.Поставленная цель достигается тем, что конструкция дополнительно содержит нагреватель, два водяных теплообменника и теплоизоляционные вставки. Дополнительный нагреватель установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из разделенных теплоизоляцией колец, каждое иэ которых контактирует с одним из теплообменников, а теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры.Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введение в устройство дополнительного нагревателя, водяных теплообменников, теплоизоляционных вставок, а также установка дополнительного нагревателя на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из разделенных теплоизоляцией колец, повышает эффективность регулирования температурного поля в центральной зоне, При этом каждое из колец контактирует с одним из теплообменников, а теплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры.Нэ фиг. 1 изображено устройство для выращивания кристаллов; на фиг. 2 - конструкция теплопроводного элемента; на фиг, 3 - графики температурных полей при различных режимах работы устройства,Нагревательное устройство содержит верхний 1 и нижний 2 теплоизоляционные кожухи (фиг. 1), Внутри кожухов 1 и 2 расположены теплопроводные (тепловые) трубы 3-6. Вокруг труб 3 и 6 намотаны электронагреватели 7 и 8. Трубы 3 и 6 создают соответственно верхнюю и нижнюю рабочие камеры. Данные камеры разделены между собой теплопроводным элементом, создающим переходную температурную зону. Теплопроводный элемент (фиг. 1 и 2) состоит из верхнего 9 и нижнего 10 теплопроводных колец, разделенных между собой теплоизоляционной прокладкой 11, позволяющейпроизводить теплообмен каждого кольцаавтономно. Для отвода теплоты от колец наних установлены с помощью кронштейнов5 12 и 13 теплообменники 14 и 15. Для болеекачественного разделения температурныхкамер применяются теплоизоляционныевставки 16 и 17. Для создания высокотемпературной эоны теплопроводный элемент ос 10 нащен теплопроводной трубой 18, вокругкоторой намотан электронагреватель 19. Периферия теплопроводного элемента помещена в теплоизоляционный кожух 20(фиг, 1)во избежание травмирования при создании15 нагревательным элементом высокотемпературной зоны. Для контроля и управлениярежимами работы, а также для поддержания стабильности температур используютсядва термодатчика 21, установленных в нача 20 ле и в конце переходной зоны, Нагревательное устройство установлено на четырехопорах 22,Работа при зонной плавке осуществляется следующим образом.25 Пропусканием тока по обмоткам 7 и 8добиваются стабильной заданной температуры в верхней и нижней камерах, Затем,пропуская ток через обмотку 19 теплопроводного элемента (каждый виток которой30 управляется автономно, создают вь 1 сокотемпературную зону заданной характеристики. Стабильность достигается тем, чтоот верхней и нижней камер высокотемпературную .зону защищают теплоизоляци 35 онные вставки 16, 17 (фиг. 1 и 2). Такимобразом, теплопроводный элемент призонной плавке позволяет получить заданную стабильную высокотемпературную зону, ограниченную участком АС (фиг, 3). При40 направленной кристаллизации расплава нагревательные элементы 7 и 8 создают необходимые температуры в своих камерах, атеплопроводный элемент обеспечивает градиентную температурную зону заданной45 конфигурации и наклона (фиг, 3), Заданныепараметры достигаются путем пропусканиячерез теплообменники 14 и 15, выполненные в виде труб спиральной формы, охлаждающего вещества. Регулируя его расход50 можно добиваться различной интенсивности отвода тепла, изменяя тем самым конфигурацию градиентной зоны ВС. При этомналичие между кольцами 9 и 10 теплоизоляционной прокладки 11 позволяет стабили 55 зировать температуру в точках перехода отвысокотемпературной изотермической зоны к градиентной и от градиентной к низкотемпературной изометрической зоне, таккак при таком конструктивном решении теплоотвод от колец 9 и 10 можно осуществить1758913 д автономно с разной степенью интенсивности, при атом один теплообменник может быть отключен для сокращения протяженности и стабилизации градиентной зоны. Контролируют и управляют режимами работы теплообменников 14 и 15 и нагревателя 10 термодатчики 21.Применение такого устройства позволяет повысить однородность состава получаемых зонной плавкой кристаллов, улучшить их качество за счет создания более узких и стабильных высокотемпературной и градиентной зон, а также большей эффективности регулирования температур В этих зонах,Формула изобретения Нагревательное устройство для выращивания кристаллов, содержащее трубчатую рабочую камеру, снабженную нагревателями крайних зон, и охватывающий центральную зону камеры кольцевой теплопроводный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения зффективности регулирования температурного поля в центральной зоне, оно снабжено дополнительным нагревателем, двумя автономными водяными теплообменниками и 10 теплоизоляционными вставками, дополнительный нагреватель установлен на внутренней стороне теплопроводного элемента, выполненного из двух разделенных тепло- изоляцией колец, каждое из которых контак тирует с одним из теплосбменников, атеплоизоляционные вставки установлены между центральной и крайними зонами рабочей камеры,1758913 Составитель А. ВеприковТехред М.Моргентал Корректор О. Юрковецкая актор Н. Швыдка оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,3014 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5