RU1123326C

RU1123326C - Device for growing monocrystals

Info

Publication number: RU1123326C
Application number: SU833633100A
Authority: RU
Inventors: В.А. Асланов; Б.С. Скоробогатов; О.Б. Стрювер; А.И. Промоскаль; Л.А. Коваленко
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6496
Priority date: 1983-08-03
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1993-01-30

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОг НОКРИСТАЛЛОВ тугоплавких окислов, включакхцее герметичную камеру, размещенный в ней индуктор, тигель из благородных металлов с отверстием в донной части, установленный внутри индуктора коаксиально ему, и затравкодержатель, отличающеес тем, что, с целью повышени надежности устройства за счет увеличени срока службы тиг ,л , его донна часть выполнена из секций, установленных с зазором одна относительно другой и закрепленных ,на боковой поверхности тигл .DEVICE FOR GROWING MOG OF NOCRYSTALS of refractory oxides, including an airtight chamber, an inductor placed in it, a precious metal crucible with a hole in the bottom, mounted inside the inductor coaxially with it, and a seed holder, characterized in that, in order to increase the reliability of the device by increasing the life of the device service tig, l, its bottom part is made of sections installed with a gap one relative to another and fixed on the side surface of the crucible.

Description

Изобретение относитс к области выращивани монокристаллов и может быть использовано в химической и электронной промышленности при производстве высокотемпературных монокристаллов , примен емых в квантовой электронике.The invention relates to the field of growing single crystals and can be used in the chemical and electronic industries in the production of high temperature single crystals used in quantum electronics.

Известно устройство, содержащее камеру, тигель, неподвижно установленный внутри водоохлаждаемого индуктора , на некотором рассто нии и соосно с ним, шток дл выт гивани монокристаллов и источник индукционного нагрева, к которому подключен индуктор. Тигель выполнен в виде цилиндра с цельным дном, приваренным к его боковой поверхности по образующей . Нагрев тигл осуществл етс индукционно , вихревыми токами, наводимыми в нем переменным электромагнитным полем, которое создаетс индуктором , когда по нему протекает переменный ток. A device is known comprising a chamber, a crucible fixedly mounted inside a water-cooled inductor at a certain distance and coaxial with it, a rod for drawing single crystals and an induction heating source to which an inductor is connected. The crucible is made in the form of a cylinder with a solid bottom welded to its lateral surface along a generatrix. The crucible is heated by induction, eddy currents induced in it by an alternating electromagnetic field, which is created by the inductor when alternating current flows through it.

CyuiecTBeHHbiM недостатком данного устройства вл етс неравномерность нагрева боковой поверхности тигл по высоте. Это св зано с тем, что в придонной части тигл (1/3 его высоты) напр женность электромагнитного пол i значительно ослабл етс за счет взаи .модействи электромагнитных полей от CyuiecTBeHHbiM The disadvantage of this device is the uneven heating of the side surface of the crucible in height. This is due to the fact that in the bottom part of the crucible (1/3 of its height) the strength of the electromagnetic field i is significantly weakened due to the interaction of electromagnetic fields from

ю со со го о I токов, протекащих в индукторе и дне тигл . Поэтому величина индукциойного тока, протекаюи его в верхней части тигл , значит и ее нагрев, будет значительно выше, чем в нижней части. Это влечет за собой уменьшение эфОективности конвективного перемешивани расплава и, как следствие, снижение передачи тепла от тигл к расплаву за счет конвективного механизма. В .результате, такой неравномерный наi грев боковой поверхности тигл ведет в процессе выращивани к его разрушению , начинающемус в его верхней части . Наиболее близким техническим реше нием к предложенному вл етс устрой ство дл выращивани монокристаллов, включающее герметичную камеру, размещенный в ней индуктор, тигель из благородных металлов с отверстием в донной части, установленныйвнутри индуктора коаксиально ему, и затравкодержатель . Объем тигл и дополнительный объем между тиглем и индукто ром заполн ютс исходным сырьем, которое расплавл етс с образованием гарниссажа на индукторе, удерживающе го расплав, и проводитс процесс выт гивани монокристалла на затравку из сообщающихс объемов тигл и дополнительного объема. Имею1Цеес в дне тигл отверстие лишь в незначительной степени оказывает вли ние на величину индукционного тока, протекающего в его дне, в сторону ее уменьшени . Поэтому напр женность суммарного электромагнитного пол в придонной части тигл , как и в приведенном аналоге, значительно ослабл етс путем взаимодействи электромагнитных полей, создаваемых токами, протекаю1чими в индукторе и дне тигл . Величина индукционного тока, протекающего в верхней части тигл , по сравнению с нижней, будет значительно выше, что и приводит к ее перегреву и, как следствие, к уменьшению эффективности конвекции в расплаве. Это влечет за собой уменьшение передачи тепла от тигл к расплаву за счет конвективного механизма и разрушени тигл в процессе выращивани , наминающеес в его верхней части. Целью изобретени вл етс повыше ние надежности устройства за счет увеличени срока службы тигл . Поставленна цель достигаетс тем что в устройстве дл выращивани монокристаллов тугоплавких окислов, включающем герметичную камеру, размещенный в ней индуктор, тигель из благородных металлов с отверстием в донной части, установленный внутри индуктора коаксиально ему, и затравкодержатель , донна часть тигл выпол нена из секций, установленных с зазо ром одна относительно другой. На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 дно тигл ; на фиг. 3 - продольный разрез тигл . Устройство содержит герметическую камеру 1 с установленным в ней тиглем с донной частью, состо щей из секций 2, прикрепленных к боковой поверхности тигл 3, траверсы 4, прикрепленные к боковой поверхности тигл 3, индуктор с водоохлаждаемым дном 6, шток 7 с присоединенным к нему затравкодержателем 8, герметичный бункер 9, установленный на герметичной камере 1 и снабженный механизмом подачи сырь 10, и подающую трубу 11. Устройство работает следующим образом . В герметичной камере 1 внутри индуктора 5 с водоохлаждаемым дном 6 неподвижно устанавливаетс тигель с помощью траверс k так, чтобы его кромка находилась на одном уровне с кромкой верхнего витка индуктора 5. Объем тигл и дополнительный объем между тиглем и индуктором 5 заполн етс исходным порошкообразным сырьем (алюмоиттриевого граната, активированного неодимом, ) . Бункер 9 заполн етс таким же сырьем из состава . К штоку 7 прикрепл етс затравкодержатель 8. Увеличением мощности, подводимой к индуктору 5, повышаетс температура тигл до расплавлени загруженного s него сырь и сырь , наход щегос в дополнительном объеме. Необходимый уровень расплава получаетс путем дополнительной подачи сырь из бункера 9 с помощью механизма подачи ТО через трубу 11. Далее проводитс процесс выт гивани монокристалла при помощи затравкодержател 8 и сообщающихс объемов тигл и дополнительного объема. Использование тигл предлагаемой конструкции позвол ет значительно уменьшить величилу тока, наводимого в- его дне, и тем самым увеличить срок службы тигл . Действительно, промежуток между секци ми прерывает токи, которые навод тс в случае, если дно цельное. Следовательно, суммарное электромагнитное поле .в придонной части тигл , будет ослабл тьс лишь в незначительной степени, что позвол ет существенно повысить равномерность нагрева боковой поверхности тигл и тем самым повысить срок его службы. Кроме того, при более равномерном нагреве боковой поверхности тигл повышаетс эффективность конвективного перемешивани расплава. Это способствует улучшению передачи тепла от тиг1 л к расплаву за счет конвективного механизма, что также ведет к повышению срока службы тигл .South of the first I currents flowing in the inductor and bottom of the crucible. Therefore, the magnitude of the induction current flowing in the upper part of the crucible, which means its heating, will be significantly higher than in the lower part. This entails a decrease in the efficiency of convective mixing of the melt and, as a result, a decrease in heat transfer from the crucible to the melt due to the convective mechanism. As a result, such an uneven heating of the side surface of the crucible during the growing process leads to its destruction, starting in its upper part. The closest technical solution to the proposed one is a device for growing single crystals, including a sealed chamber, an inductor placed therein, a precious metal crucible with an opening in the bottom, mounted coaxially to the inside of the inductor, and a seed holder. The crucible volume and the additional volume between the crucible and the inductor are filled with the feedstock, which is melted to form a skull over the inductor holding the melt, and the process of drawing the single crystal to the seed from the communicating volumes of the crucible and the additional volume is carried out. The crucible in the bottom of the crucible has an insignificant effect on the magnitude of the induction current flowing in its bottom in the direction of its decrease. Therefore, the strength of the total electromagnetic field in the bottom of the crucible, as in the above analogue, is significantly weakened by the interaction of electromagnetic fields created by currents flowing in the inductor and the bottom of the crucible. The magnitude of the induction current flowing in the upper part of the crucible, in comparison with the lower, will be much higher, which leads to its overheating and, as a result, to a decrease in the efficiency of convection in the melt. This entails a decrease in heat transfer from the crucible to the melt due to the convective mechanism and the destruction of the crucible during the growing process, crushing in its upper part. The aim of the invention is to increase the reliability of the device by increasing the life of the crucible. This goal is achieved by the fact that in the device for growing single crystals of refractory oxides, including a sealed chamber, an inductor placed therein, a precious metal crucible with an opening in the bottom part, coaxially mounted inside the inductor, and a seed holder, the bottom part of the crucible is made from sections installed with a gap one relative to the other. In FIG. 1 presents the proposed device, a General view; in FIG. 2 bottom crucible; in FIG. 3 is a longitudinal section through a crucible. The device comprises a hermetic chamber 1 with a crucible installed in it with a bottom part consisting of sections 2 attached to the side surface of the crucible 3, traverses 4 attached to the side surface of the crucible 3, an inductor with a water-cooled bottom 6, a rod 7 with a grass holder attached to it 8, a sealed hopper 9 mounted on a sealed chamber 1 and provided with a feed mechanism 10 of the raw material, and a supply pipe 11. The device operates as follows. In the sealed chamber 1 inside the inductor 5 with a water-cooled bottom 6, the crucible is fixedly mounted using the traverse k so that its edge is flush with the edge of the upper turn of the inductor 5. The volume of the crucible and the additional volume between the crucible and the inductor 5 are filled with raw powder material ( neodymium activated yttrium aluminum garnet). The hopper 9 is filled with the same raw material from the composition. A seed holder 8 is attached to the rod 7. By increasing the power supplied to the inductor 5, the temperature of the crucible is increased until the raw material loaded in it and the raw material in the additional volume are melted. The required melt level is obtained by additional supply of raw materials from the hopper 9 using the supply mechanism THAT through the pipe 11. Next, the process of drawing a single crystal using the seed holder 8 and the communicating volumes of the crucible and additional volume. The use of the crucible of the proposed design can significantly reduce the magnitude of the current induced in its bottom, and thereby increase the life of the crucible. Indeed, the gap between the sections is interrupted by currents which are induced in case the bottom is solid. Consequently, the total electromagnetic field in the bottom of the crucible will be weakened only to a small extent, which will significantly increase the uniformity of heating of the side surface of the crucible and thereby increase its service life. In addition, with more uniform heating of the side surface of the crucible, the efficiency of convective mixing of the melt increases. This contributes to the improvement of heat transfer from crucible 1 l to the melt due to the convective mechanism, which also leads to an increase in the life of the crucible.

Использование предлагаемого устройства позвол ет увеличить срок службы тигл по сравнению с прототипом в раза (монокристаллы Y,,Al50,,.-Nd, срок службы тиглей в известном и предлагаемом устройстве не менее 20 и не менее 25 циклов соответственно).Using the proposed device allows to increase the service life of the crucible in comparison with the prototype by a factor of time (single crystals Y ,, Al50 ,, .- Nd, the service life of the crucibles in the known and proposed device is at least 20 and at least 25 cycles, respectively).

Места креплени Mounting Points

Фиг.гFig. G