Устройство для выращивания монокристаллов

(й) В 1 3 АВ ТОРС ЕЛЬСУ 43-44 епьман Л,ГЛьвович В ЬФ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗО(57) И.; Неменов ВАЫРАЩИВАНИЯ МО 111 б 7 бЗИзобретение относится к области выращивания монокристаллов и может найтиприменение в производстве крупногабаритных щелочно-галоидных монокристаллов, например сцинтилляционных.Известно устройство для выращиваниямонокристаллов, содержащее ростовую камеру, боковой и донный нагреватели, тигель, электропривод кристаллодержателя,систему подпитки, контур регулированияуровня расплава в тигле, контур регулирования диаметра кристалла и датчик уровнярасплава,Каждый из указанных контуров содержит свой оптический датчик. Наличие оптического датчика, входящего в контуррегулирования диаметра монокристалпа,следящего эа мениском расплава на границе расплав - кристалл, обеспечивает возможность независимо от подпикирегулировать диаметр монокристалпа.Однако сложность устройства, связанная с необходимостью защиты оптическихдатчиков от конденсата, не позволяет использовать его для выращивания монокристаллов из расплавов, содержащихкомпоненты с высокой упругостью паров,например, щелочногалоидных монокристалпов,Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к изобретению является устройство длявыращивания монокристалпов, содержащее электропривод кристаллодержателя,датчик уровня расплава, связанный с блокам коррекции температуры расплава и блоком управления подпиткой, которыйсоединен с питателем и блоком заданиявременных интервалов через блок сравнения, а также датчик перемещения кристалподержателя, подключенный к. блокукоррекции температуры расплава.В данном устройстве зависимость между интервалами времени между подпиткамиот диаметра монокристалла определяетсясоотношениемгде г- интервал времени между подпитками;в - масса дозированной подпитки;бз - диаметр монокристалла;чр скорость вытягивания кристалла;р, - плотность монокристалла,Как следует из выражени, интервалвремени между подпитками зависит от массы дозированной подпитки - щ . малейшее изменение которой приводит к ложному корректирующему сигналу, а следовательно. и к ложным изменениям температуры, что в конечном счете приводит к ухудшению качества выращиваемых монокристалловТакую же дозировку подпитки (постоян 1 О ство т) в условиях агрессивной среды ивысоких температур осуществить технически весьма сложно.Целью изобретения является повышение качества монокристалпов и надежности5 системы регулирования,Цель достигается тем, что устройстводля выращивания монокристаппов, содержащее электроп ривод кристаллодержателя,датчик уровня расплава, связанный с блоком коррекции температуры расплава и блоком управления подпитком, которыйсоединен с питателем и блоком заданиявременных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекциитемпературы расплава, дополнительно со 1держит вычислительный блок, входы которого связаны с датчиком перемещениякристаллодержателя, датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключены кэлектроприводу кристалподержателя, блокусравнения, блоку коррекции температурырасплава и блоку управления подпиткой.Введение в контур регулирования диаметра кристалла вычислительного блока совсеми укаэанными связями обеспечиваетдостижение поставленной цели, так какфункциональное и временное разделениеработы блоков например,датчика уровня)исключает возникновение ложных корректирующих сигналов, обеспечивая улучшение качества выращиваемыхмонокристаллав и повышая надежность си 45 стемы регулирования ростомТочность измерения и регулированиядиаметра монокристалла не зависит от точности дозировки системы подпитки, от изменения формы фронта кристаллизации5 О (объема подрасплавной части) и от физического состояния исходного сырья (расплав,порошок, гранулы и т,д,), поскольку в данном случае диаметр монокристалпа определяется толью изменением уровня расплава55 до и после подьема. благодаря чему улучшается качество монокристалпов и упрощается система подпитки.Исключаются требования к прецизионности злектропривода вытягивания кристаллодержателя и упрощается егокинематическая схема, поскольку вытягивание монокристалла осуществляется дискретнои в стабилизации скоростивытягивания нет необходимости, зто упрощает устройство в целом и повышает надежность его работы,На чертеже представлена схема устройства.Устройство для выращивания монокристаллов содержит ростовую камеру 1, боковой и донный нагреватели 2, тигель 3,.питатель 4, транспортную трубку 5, блок 6управления подпитков, датчик 7 уровня расплава, датчик 8. перемещения кристалло-,держателя, вычислительный блок 9, блок 10 15коррекции температуры расплава, блок 11задания временных интервалов, блок 12сравнения, электропривод 13 кристалло.держателя,монокристалл 14, затравку 15 икристаллодержатель 16,20Устройство работает следующим образом.После расплавления сырья е тигле 3 соприкасают затравку 15 с расплавом, оплавляют ее и подбирают равновесную 25температуру донного нагревателя, при которой плаеление затравки 15 прекращается.Затем путем снижения температуры радиально разращиват монокристалл 14 до заданного диаметра. Затем включают систему 30автомазированного управления ростом монокристалла. При этом задают следующиезначения:1) Ь Ь - величина вертикального дискретного перемещения кристаллодержателя 3516 (в датчике 8 перемещения кристаллодержателя);2) временные интервалы (в блоке 11 задания временных интервалое).Ьт 1 - время дискретного вытягивания 40монокристалла 14 н величину Ь Ь,62- время, в течение которого осуществляется измерение и сравнение уровнейрасплава и дается коррекция на изменениетемпературы данного нагревателя 2; 45Ь 1 З - время подпитки;Ьц - время выдержки после подпитки;Ьто - общее время цикла;Ь то = ( Л т 1+ Ь т 2 + Л тз + Ь И) определяют среднюю скорость роста монокриЬЬсталла чр = ,ЕЪ 1 от.е. дискретное вытягивание монокристаллана высоту 1 мм осуществляют через каждые15 мин. 55Задаются также е блоке 10 коррекциитемпературы расплава разность Л Ьо междузначением уровня (Ь 1) до подъема кристаллаи после подъема (Ь 2), а в блоке б управления подпиткой задается уровень расплава в тигле Ьз,Датчик 7 уровня расплава непрерывновыдает информацию о положении уровнярасплава на третий вход вычислительногоблока 9, первый вход блока 6 управленияподпиткой и третий вход блока 10,После включения в работу вычислительного блока 9 и блока 11 задания временныхинтервалов, с первого выхода которого сигналы задания поступают на второй вход вычислительного блока 9, начинается отсчетвремени, по истечении которого с третьеговыходе вычислительного блока 9 подаетсясигнал на электропривод 13 кристаллодержателя вверх на величину ЬЬ и одновременно с первого выхода вычислительногоблока 9 на второй вход блока коррекциитемпературы расплава поступает сигнал,который выдает команду для запоминаниядействующего значения уровня Ь, измеряемая величина которого поступает со второговыхода датчика 7 уровня расплава на третийвход блока коррекции температурного расплава, т.е. значение положения уровня расплава до подьема кристаллодержателя 16.После подьема кристаллодержателя 16нз величину Ь Ь за время Ьт 1 на электро- .привод 13 кристаллодержателя по цепи:первый выход датчика 8 перемещения кристаллодержателя - первый вход вычислительного блока 9 втретий выходвычислительного блока 9 выдается сигнална перемещение кристалла 14 вверх, Одновременно с второго выхода датчика 8 перемещения кристаллодержателя на первыйвход блока 10 коррекции температуры расплава поступает сигнал, разрешающийсравнение разности между заполненнымуровнем до вытягивания (Ь 1) и действующимуровнем после вытягивания (Ь 2), который поступает с второго выхода датчика 7 уровнярасплава на третий вход блока 10 коррекциитемпературы расплава с сигналом задания( Мо) на четвертом его входе. По результатам сравнения с выхода блока коррекциитемпературы расплава выдается сигнал наизменение температуры донного нагревателя 2 при ЛЬ - Ь 1 - Ь 2Л Ьо температурадонного нагревателя 2 понижается, а приЬЬ Ь Ь, - повышается,Через время Ь 12 с первого выхода вычислительного блока 9 на второй вход блока10 коррекции температура расплава выдается сигнал на перемещение сравнения, апо цепи четвертый выход вычислительногоблока 9 - третий вход блока 6 управленияподпитки выдается сигнал на питатель 4 иосуществляется подпитка расплава исход ным сырьем. которое из питателя 4 по транспортерной трубке 5 поступает в кольцевую полость, расплавляется здесь и далее стекает в тигель 3. Действительно время подпитки Ьтз может отличаться от задан ного Ь тз, тогда и действительное значение цикла Ь- ЬО+Ь В+Ь гз+ Ь 14 тоже отличается от заданного Ь. Поэтому с второго выхода вычислительного блоке 9 на первый вход блока 12 сравнения выдается 10 сигнал для сравнения временных интервалов действительного значения Лт с заданным Ьо.В случае Ь Ь Ь с первого выхода блока 12 сравнения на второй вход блока 6 15 управления подпиткой выдается сигнал интенсификации подпитки, а с второго выхода блока 12 сравнения на вход блока 11 задания временных интервалов выдается сигнал коррекции времени Ьм с первого выхода 20 блока 11 задания временных интервалов на. второй вход вычислительного блока 9. По достижении заданного(на четвертый вход блока 6 управления подпиткой) уровня расплава пз в тигле 3 с третьего выхода датчика 7 уровня расплава на первый вход блока 6 управления подпиткой поступает сигнал на отключение подпиткой, а с первого выхода датчика 7 уровня расплава на третий вход вычислительного блока 9 поступает сигнал на включение отсчета времени Ьм.Через время Ьт 4 включается вытягивание кристалла, и цикл повторяется.Устройство для выращивания монокристаллов позволяет повысить точность поддержания диаметра до 0,8, относительное отклонение концентрации активатора от среднего значения до 6,5 и товарный-выход буль, пригодных для изготовления изделий на 10.Формула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащее алектропривод кристаллодержателя, датчик уровня расплава, связанный с блоком кор,рекции температуры расплава и блоком уп" равления подпиткой, который соединен с питателем и блоком задания временных интервалов через блок сравнения, датчик перемещения кристаллодержателя, подключенный к блоку коррекции температуры расплава, отличающееся тем, что, с целью повышения качества монокристаллов и надежности системы регулирования, оно дополнительно содержит вычислительный блок, входы которого связаны с датчи ком перемещения кристаллодержателя,датчиком уровня расплава и блоком задания временных интервалов, а выходы подключены к электроприводу кристаллодержателя, блоку сравнения, 35 блоку коррекции температуры расплава иблоку управления подпиткой,роизводственно-иэдательс каз 3331113035, Москва, ЖТираж Подписно НПО "Поиск" РоспатентаРаушская на 0., 4/б омбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101