УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ СЛОЖНЫХ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ РАСТВОРА-РАСПЛАВА НА ЗАТРАВКУ

Полезная модель относится к установкам выращивания монокристаллов, например сложных оксидных соединений из раствора-расплава на затравку, и может быть использована в электронной и полупроводниковой промышленности.
Известна установка для выращивания монокристаллов, например сапфиров содержащая цилиндрическую камеру с крышкой и поддоном, установленный в камере блок верхних и нижних тепловых экранов, тигель для расплава с размещенным над ним затравкодержателем, связанным со штоком, несущую поворотный кронштейн колонну с приводами вращения и перемещения штока, вакуумную систему, систему питания со шкафом управления и систему охлаждения, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом подъема крышки, при этом верхние тепловые экраны закреплены на внутренней стороне крышки камеры, имеющей снаружи три смотровых окна, а поддон камеры имеет водоохлаждаемую заглушку с каналом подачи инертного газа, при этом шкаф управления оснащен дистанционным пультом в виде электронного маховичка, установленного на боковой поверхности шкафа (RU 84020 С30В 15/00)
Недостаток этой полезной модели заключается в том, что для регулирования теплового поля растущего кристалла используют водоохлаждаемую заглушку.
Известно устройство для выращивания монокристаллов, содержащее цилиндрическую камеру, внутри которой установлен тигель с расположенным над ним затравкодержателем, соединенным с тягой, проходящей внутри полого вращающегося штока, передающим вращение тяге затравкодержателя, связанной с датчиком веса, отличающееся тем, что датчик веса установлен неподвижно в герметичной камере, при этом вращение от штока к тяге затравкодержателя передается при помощи гибких эластичных пружин, соединенных одним концом с тягой затравкодержателя, а другим - с вращающимся штоком, при этом передача веса растущего монокристалла от вращающегося затравкодержателя к неподвижному датчику обеспечивается подшипником, установленным в корпусе, соединенным с датчиком и передающим на датчик силовое воздействие при изменении веса монокристалла, а неподвижность датчика веса от вращающегося штока обеспечивает подшипник (RU 85904 С30В 15/00). Данное устройство выбрано за прототип.
Недостаток прототипа - опосредованное измерение веса монокристалла в процессе его роста, отсутствие возможности контроля процесса роста кристалла.
Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель - осуществление контролируемого процесса роста монокристаллов сложных оксидов.
Поставленная задача решается тем, что установка для выращивания монокристаллов, например сложных оксидных соединений из раствора-расплава на затравку, содержит, как и прототип термическую камеру омического нагрева с регулятором температуры, тигель с раствором-расплавом с размещенным над ним кристаллодержателем с затравочным кристаллом, при этом кристаллодержатель связан с механизмами вращения и перемещения, датчик веса и систему управления, в отличие от прототипа она снабжена датчиком для фиксирования момента касания затравочного кристалла поверхности раствора-расплава и устройством для определения положения затравочного кристалла, регулятор температуры выполнен программным, механизмы вращения и перемещения снабжены программными блоками управления, а датчик веса выполнен тензометрическим, при этом одной плоскостью соединен с неподвижной частью механизма вращения, противоположной плоскостью - с подвижной частью механизма перемещения и электрически связан с электронными весами, все программные элементы системы управления связаны с внешним компьютером в стандарте RS 232.
Сущность полезной модели поясняется описанием и чертежом.
Установка содержит цилиндрическую термическую камеру 1 омического нагрева, внутри которой установлен тигель 2 с раствором-расплавом и размещенным над ним кристаллодержателем 3 с затравочным кристаллом 4. Кристаллодержатель 3 связан с механизмом вращения 5 и механизмом перемещения 6 и тензометрическим датчиком веса 7 электронных весов 8. Установка содержит также систему управления 9, в которую входят программный регулятор температуры 10, программный блок управления механизмом вращения 11, программный блок управления механизмом перемещения 12. Установка снабжена датчиком фиксирования момента касания затравочным кристаллом поверхности раствора-расплава 13, устройством для определения положения затравочного кристалла 14, керамической подставкой тигля 15, заглушкой 16 термической камеры 1, осветителем рабочего пространства 17 термической камеры 1, видеокамерой 18. Линия связи 19 предназначена для связи системы управления 9 с внешним компьютером 20 в стандарте RS 232. Позиция 21 - растущий монокристалл.
Установка работает следующим образом. В тигель 2 загружают компоненты раствора-расплава и нагревают до расплавления. Для гомогенизации раствора-расплава используют мешалку (на чертеже не показана). Затравочный кристалл 4 опускают в термическую камеру 1 с помощью механизма перемещения 6 и устанавливают над поверхностью раствора-расплава. Программным регулятором температуры 10 задают температуру, превышающую на несколько градусов температуру насыщения раствора-расплава.
Затем затравку 4 опускают до касания с поверхностью раствора-расплава, фиксируя момент касания устройством 13 и включают реверсивное вращение затравки, используя программный блок управления механизмом вращения 11. Одновременно по заданной регулятором температуры 10 программе температура снижается до значения немного ниже температуры насыщения раствора-расплава. Начинается процесс роста кристалла.
Блок управления механизмом вращения 11 обеспечивает следующие режимы работы: ускорение до заданной скорости, вращение с постоянной скоростью, замедление вращения до полной остановки кристаллодержателя 3. После паузы цикл повторяется в противоположном направлении.
Блок управления механизмом перемещения 12 обеспечивает три режима работы - ручной и два программных. В ручном режиме скорость подъема-опускания задается от 1 до 100 мм/мин. По одной из программ скорость перемещения кристаллодержателя задается от 1 мм/час до 60 мм/час, по второй задается в диапазоне от 0,001 мм/час до 0,15 мм/час.
Устройство для определения положения затравочного кристалла 14, выполненное например, на основе электронного штангенциркуля, обеспечивает определение позиции не хуже 0,01 мм.
Электрический сигнал тензометрического датчика, возникающий от изменения веса растущего кристалла, преобразуется в цифровую форму и поступает на электронные весы. Таким образом, измерение веса растущего кристалла происходит непрерывно в процессе роста.
Для наблюдения за растущим кристаллом 21 рабочее пространство термической камеры 1 освещается осветителем 17. Наблюдение осуществляется как визуально, так и с помощью видеокамеры 18.
На компьютере 20 производится мониторинг работы установки по следующим параметрам:
- температура в термической камере;
- скорость снижения температуры;
- скорость вращения кристаллодержателя;
- параметры вращения;
- скорость перемещения кристаллодержателя;
- положение кристаллодержателя;
- вес выращенного кристалла.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет осуществлять непрерывный контроль процесса роста.