РАДИАТОР ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ЗАТРАВКИ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ МОНОКРИСТАЛЛОВ В ВАКУУМИРОВАННОЙ СТЕКЛЯННОЙ АМПУЛЕ
HEAT SINK FOR HEAT REMOVAL FROM FUSE DURING SINGLE-CRYSTAL GROWTH IN VACUUM GLASS BULB

Изобретение относится к технологии получения кристаллов полупроводниковых и металлических материалов и может быть использовано для получения монокристаллов из расплава от затравки по способам направленной или зонной кристаллизации в вакуумированной стеклянной ампуле.
Изобретение может найти применение в полупроводниковой и электронной промышленности.
Целью изобретения является упрощение конструкции, изготовления и эксплуатации устройства для отвода тепла от затравки.
Известен способ выращивания (получения) оптических монокристаллов германия, патент RU 2261295 (опубликовано 2005.09.27), в котором кристалл выращивается из расплава от закрепленной затравки по методу Чохральского в вакууме с отводом тепла от затравки посредством водяного теплоносителя.
Известен способ выращивания (получения) кристаллов кремния, патент RU 2278912 (опубликовано 2006.06.27), также методом Чохральского с вращающимися тиглем и затравкой с различными скоростями в инертной газовой среде. В этом описании не оговаривается методика крепления затравки и метод отвода скрытой теплоты кристаллизации от фронта кристаллизации.
В отличие от предлагаемого устройства обе эти методики рассчитаны на высокотемпературную (выше 1000 K) кристаллизацию и требуют сложного и дорогостоящего оборудования со сложной системой управления тепловыми режимами путем варьирования режимов нагревательных печей и режимов отвода тепла от затравки (в способе RU 2261295) с помощь водного теплоносителя.
Пример
На рис. 1. изображен общий вид устройства.
Устройство содержит ампулу 1, в которой размещены исходный материал 2 для выращивания кристалла и затравки 3. Ампула 1 снабжена держателями 4 для перемещения и фиксации ампулы. Нагреватель 5 для создания расплавленной зоны 6. На наружную поверхность ампулы 1 в вместе размещения затравки 3 надет радиатор для отвода тепла, в качестве которого применена трубчатая оплетка 7 из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм. Оплетка 7 надета так, что меньшая часть затравки 3 остается не перекрытой. Часть оплетки 7, свисающая с ампулы 1 и необходимая для рассеивания тепла, может быть сколько угодно длинной и ограничивается габаритами устройства. Диаметр трубчатой оплетки 7 подобран в соответствии с диаметром хвостовой части ампулы 1, содержащей затравку 3, так что внутренняя поверхность оплетки 7 плотно прилегает к стенке ампулы 1 по всей площади соприкосновения, в результате чего обеспечивается тепловой контакт радиатора с затравкой через стенку ампулы.
Устройство работает следующим образом.
Собирают установку, включают нагреватель 5 и создают расплавленную зону 6, включающую в начале процесса часть затравки 3, которая не перекрыта оплеткой 7. В дальнейшем перемещают расплавленную зону 6 в противоположную от затравки сторону с образованием кристалла, сохраняющего кристаллографическую ориентацию затравки. Указанный диаметр медного провода, используемого для оплетки, наиболее оптимален, так как при этом диаметре проволоки оплетка остается достаточно эластичной и способна прилегать к поверхности ампулы по всей площади соприкосновения и при этом имеет достаточное суммарное сечение для того, чтобы теплопроводность вдоль оси трубчатой оплетки могла обеспечить эффективность теплоотвода. При уменьшении диаметра проволоки менее 0,1 мм уменьшается осевая теплопроводность оплетки, а при увеличении диаметра более 0,3 мм уменьшается эластичность и площадь непосредственного соприкосновения оплетки с поверхностью ампулы, снижается тепловой поток от затравки и фронта кристаллизации, тепловое поле на фронте кристаллизации становится нестабильным, увеличивается вероятность появления зародыша с ненужной кристаллографической ориентацией.
Использование трубчатой медной оплетки в качестве радиатора для отвода тепла от затравки имеет преимущества, так как этот радиатор прост по конструкции, в изготовлении и эксплуатации. Оно позволяет осуществить хороший тепловой контакт радиатора с затравкой по всей площади его соприкосновения с поверхностью ампулы и тем самым надежный тепловой отток от фронта кристаллизации через затравку вдоль направления роста, способствует увеличению вероятности прорастания моноблочного кристалла.
Обозначения:
1 - ампула;
2 - исходный материал для выращивания кристалла;
3 - затравка;
4 - держатели для перемещения и фиксации ампулы;
5 - нагреватель;
6 - расплавленная зона;
7 - трубчатая оплетка из медной проволоки диаметром 0,1-0,3 мм.