Устройство для выращивания монокристаллов

Область техники
Полезная модель относится к электронной и полупроводниковой промышленности, в частности к устройствам выращивания монокристаллов из раствора-расплава на затравку, например монокристаллов иттрий-железо-галлиевого граната, монокристаллов никель-цинковой феррошпинели, монокристаллов бората бария, монокристаллов титанил-фосфата калия. Предшествующий уровень техники
Известно устройство для выращивания монокристаллов (патент RU №208899, опубл. 21.01.2022 г.), которое содержит несущий каркас, на которой установлен термический блок, тигель с размещенным над ним кристаллодержателем с затравочным кристаллом, связанный с механизмом вращения и механизмом перемещения, закрепленным на несущем каркасе, датчик веса кристаллодержателя и систему управления. Термический блок с термостатированным кожухом, содержащим систему автоматического поддержания заданной температуры, расположены на опорной площадке несущего каркаса, под которой установлен тигель с датчиком веса исходных реактивов, связанный с закрепленным на несущем каркасе механизмом вертикального движения тигля внутри термического блока и за пределы опорной площадки.
Недостатком данного устройства для выращивания монокристаллов является нестабильное распределение температурного поля вследствие конвективных потоков, возникающих в нижней части термического блока.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является установка для выращивания монокристаллов сложных оксидных соединений из раствора-расплава на затравку (патент RU №123011, опубл. 20.12.2012), которая содержит 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. 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 связаны с внешним компьютером в стандарте RS 232.
Недостатком данной установки для выращивания монокристаллов является невозможность непрерывного контроля количества каждого компонента шихты в процессе наплавления.
Техническая задача, решение которой обеспечено предложенной полезной моделью, направлено на улучшение качества монокристаллов, за счет непрерывного контроля веса шихты для обеспечения заданного состава раствора-расплава в процессе последовательного наплавления реактивов, входящих в состав шихты.
Техническая задача достигается тем, что устройство для выращивания монокристаллов, содержащее несущий каркас, на котором установлен термический блок, тигель, механизм вертикального перемещения, закрепленный на несущем каркасе, датчик веса и систему управления, согласно предложенному решению механизм вертикального перемещения соединен с датчиком веса, выполненном в термостатированном кожухе, который соединен с механизмом подвеса, связанным с контейнером, в котором размещен тигель. Краткое описание чертежей
На рисунке представлен общий вид устройства для выращивания монокристаллов.
Осуществление полезной модели
Устройство для выращивания монокристаллов представляет собой несущий каркас 1, на опорной площадке 2 которого установлен термический блок 3 омического нагрева. Внутри термического блока 3 расположен тигель 5. Тигель 5 размещен в контейнере 4, который соединен при помощи механизма подвеса 6 с датчиком веса 7, выполненным в термостатированном кожухе. Датчик веса 7 соединен с механизмом вертикального перемещения 8, закрепленным на несущем каркасе 1. Устройство содержит систему управления 9, в которую входят программный регулятор температуры и программный блок управления механизмом вертикального перемещения 8. Работа устройства
В контейнер 4 устанавливается тигель 5, в который последовательно загружаются исходные реактивы, масса которых контролируется датчиком веса 7 в термостатированном кожухе. С помощью механизма вертикального перемещения 8 контейнер 4 устанавливают в заданное положение внутри термического блока 3. С помощью программного регулятора системы управления 9, задается необходимый температурно-временной режим.
Для качественного приготовления шихты необходимо наплавление производить порциями, чтобы предотвращать вспенивание расплава и его попадание за пределы тигля 5. Например, при выращивании монокристаллов бората бария с целью обеспечения заданного состава расплава последовательно наплавляют окись бора, окись бария и окислы, входящие в состав растворителя с непрерывным контролем количества каждого компонента взвешиванием контейнера 4 и тигля 5 с раствором-расплавом в процессе наплавления.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет улучшить качество получаемых монокристаллов за счет непрерывного контроля веса шихты с целью обеспечения заданного состава раствора-расплава в процессе последовательного наплавления реактивов, входящих в состав шихты.