RU2426824C2 - Procedure for growing crystals by crucible-less method and device for its implementation - Google Patents
Procedure for growing crystals by crucible-less method and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2426824C2 RU2426824C2 RU2009104734/05A RU2009104734A RU2426824C2 RU 2426824 C2 RU2426824 C2 RU 2426824C2 RU 2009104734/05 A RU2009104734/05 A RU 2009104734/05A RU 2009104734 A RU2009104734 A RU 2009104734A RU 2426824 C2 RU2426824 C2 RU 2426824C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystal
- heater
- otf
- rod
- shape
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 214
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 61
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims description 32
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 claims description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 10
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- PSHMSSXLYVAENJ-UHFFFAOYSA-N dilithium;[oxido(oxoboranyloxy)boranyl]oxy-oxoboranyloxyborinate Chemical compound [Li+].[Li+].O=BOB([O-])OB([O-])OB=O PSHMSSXLYVAENJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к выращиванию монокристаллов из расплава зонной плавкой при температурном градиенте с использованием нагревательного элемента, находящегося в контакте с расплавленной зоной, форма которой управляется, а подпитка осуществляется с помощью механизма для перемещения загрузки.The invention relates to the growth of single crystals from a melt by zone melting at a temperature gradient using a heating element in contact with the molten zone, the shape of which is controlled, and feeding is carried out using a mechanism to move the load.
Широко известны различные методы выращивания кристаллов из расплава на затравке, в которых не используются тигли. Среди них наиболее распространенными являются методы бестигельный зонной плавки и методы с использованием формообразующих элементов. Последние характеризуются тем, что расплавленная зона наследует форму поперечного сечения формообразующего элемента за счет капиллярных эффектов, а растущий кристалл наследует (воспроизводит) форму поперечного сечения расплавленной зоны за счет тех же эффектов.Widely known are various methods of growing crystals from a melt on the seed, in which crucibles are not used. Among them, the most common are crucible-free zone melting methods and methods using forming elements. The latter are characterized in that the molten zone inherits the cross-sectional shape of the forming element due to capillary effects, and the growing crystal inherits (reproduces) the cross-sectional shape of the molten zone due to the same effects.
В устройстве [1], основанном на способе выращивания кристалла из расплава, шихта подается на формообразующий элемент в виде диска, где плавится и постепенно вытекает из отверстия по центру диска. Смачивая затравку, расплав образует слой расплава, диаметр которого управляется одновременно подачей шихты и скоростью вытягивания кристалла вниз в холодную зону. В методе бестигельной зонной плавки кристаллизуемый материал подается не в виде шихты, а в форме питающего стержня. С помощью дополнительного нагревателя в виде витка, расположенного вокруг стержня, формируется расплавленная зона, которая удерживается между питающим стержнем и растущим кристаллом силами поверхностного натяжения. Нагревательный элемент неподвижен, в то время как стержень и кристалл перемещаются вниз. Недостатком таких подходов является то, что управление формой расплавленной зоны осуществляется не в полном объеме. В частности, форма фазовой границы практически не управляема: создать плоский фронт кристаллизации на всем сечении кристалла, как правило, не удается; плохо поддается контролю температурный градиент на фронте кристаллизации, в котором растет кристалл, величина которого во многом определяет его качество.In the device [1], based on the method of growing a crystal from a melt, the charge is fed to the forming element in the form of a disk, where it melts and gradually flows out of the hole in the center of the disk. Wetting the seed, the melt forms a melt layer, the diameter of which is controlled simultaneously by the supply of the mixture and the speed of drawing the crystal down into the cold zone. In the crucibleless zone melting method, crystallized material is supplied not in the form of a charge, but in the form of a feeding rod. With the help of an additional heater in the form of a coil located around the rod, a molten zone is formed, which is held between the supply rod and the growing crystal by surface tension forces. The heating element is stationary while the rod and crystal move down. The disadvantage of such approaches is that the shape of the molten zone is not controlled in full. In particular, the shape of the phase boundary is practically uncontrollable: as a rule, it is not possible to create a flat crystallization front over the entire cross section of the crystal; the temperature gradient at the crystallization front, in which the crystal grows, whose magnitude largely determines its quality, is difficult to control.
Возможность управления формой фронта и величиной градиента температуры в процессе кристаллизации достигается при использовании погруженного в расплав нагревателя [2, 3] или находящегося в контакте с расплавленной зоной [3, 4] в так называемом методе осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации роста кристаллов из расплава (ОТФ методе). Также удается управлять формой фронта растущего кристалла и в устройстве (способе) для получения монокристалла по патенту [5]. Это достигается за счет формы дна хорошо теплопроводящего тигля с отверстиями для попадания расплава к растущему кристаллу. Расплав при этом образуется при плавлении шихты, подаваемой на разогретую пластину, расположенную выше тигля, в который он и стекает.The ability to control the shape of the front and the temperature gradient during crystallization is achieved by using a heater immersed in the melt [2, 3] or in contact with the molten zone [3, 4] in the so-called axial heat flow method near the crystallization front of crystal growth from the melt ( OTF method). It is also possible to control the shape of the front of the growing crystal in the device (method) to obtain a single crystal according to the patent [5]. This is achieved due to the bottom shape of a well heat-conducting crucible with holes for melt to enter the growing crystal. In this case, the melt is formed upon melting of the charge fed to the heated plate located above the crucible, into which it flows.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению является способ и конструкция установки для выращивания оксидов бестигельным ОТФ методом [4]. Для выращивания кристаллов этим методом ОТФ-нагреватель, размещенный вместе с термопарами в герметичном корпусе, закрепляют по оси ростовой камеры вблизи затравочного кристалла, расположенного на подставке, которая с помощью штока опускается в холодную зону ростовой камеры в процессе кристаллизации. В подставке находятся термопары в точках, температуру которых изменяют по определенному закону с помощью секций фонового нагревателя. В описанном устройстве ОТФ-нагреватель закрепляется в печи к верхнему штоку с помощью стержня, соединенного с герметичным корпусом ОТФ-нагревателя. При высоких температурах происходит нарушение первоначальной ориентации ОТФ-нагревателя в печи и, как следствие, высоты расплавленной зоны под ОТФ-нагревателем по ее сечению. Поэтому требуется дополнительная его юстировка в узле крепления для обеспечения его центровки относительно затравки и строгой параллельности дна корпуса ОТФ-нагревателя поверхности затравки (необходимо дно расположить перпендикулярно вектору тяжести). Кроме того, и что оказалось самым важным, подача шихты и соответственно самого питающего расплава происходит недостаточно равномерно [6], что не позволяет обеспечить постоянную подпитку растущего кристалла. В результате этого размер кристалла начинает меняться: либо уменьшается диаметр кристалла, а по его сечению возникают пустоты, либо наоборот, диаметр увеличивается, а расплав переливается через кристалл, нарушая тепловую картину и сам процесс роста.Closest to the proposed invention is the method and design of the installation for growing oxides with crucible-free OTP method [4]. To grow crystals by this method, an OTF heater, placed together with thermocouples in a sealed enclosure, is fixed along the axis of the growth chamber near the seed crystal located on a support, which is lowered by the rod into the cold zone of the growth chamber during crystallization. In the stand are thermocouples at points whose temperature is changed according to a certain law using sections of the background heater. In the described device, the OTF heater is fixed in the furnace to the upper rod using a rod connected to the sealed housing of the OTF heater. At high temperatures, the initial orientation of the OTF heater in the furnace and, as a consequence, the height of the molten zone under the OTF heater along its cross section are violated. Therefore, it needs additional adjustment in the attachment site to ensure its alignment with respect to the seed and strict parallelism of the bottom of the housing of the OTF-heater of the surface of the seed (it is necessary to arrange the bottom perpendicular to the gravity vector). In addition, and what turned out to be the most important, the feed of the charge and, accordingly, the feed melt itself does not occur evenly enough [6], which does not allow for constant feeding of the growing crystal. As a result of this, the crystal size begins to change: either the diameter of the crystal decreases, and voids appear along its cross section, or vice versa, the diameter increases and the melt overflows through the crystal, disrupting the thermal picture and the growth process itself.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение близкой к плоской формы фронта кристаллизации, требуемых тепловых условий на нем по всему сечению кристалла, а также заданного состава кристаллизуемого материала, т.е. в конечном итоге повышения качества выращиваемого кристалла и эффективности производства монокристаллов.The technical result of the claimed invention is to provide a crystalline front close to a flat shape, the required thermal conditions on it over the entire cross section of the crystal, as well as a given composition of the crystallized material, i.e. ultimately improving the quality of the grown crystal and the production efficiency of single crystals.
Технический результат достигается заявляемым способом выращивания кристаллов бестигельным методом путем вытягивания вниз кристалла из расплавленной зоны в градиенте температуры с использованием ростовой камеры, фонового многосекционного нагревателя, дополнительного нагревателя в герметичном корпусе (ОТФ-нагревателя), находящегося вблизи фронта кристаллизации в контакте с расплавленной зоной, удерживаемой силами поверхностного натяжения между дном корпуса ОТФ-нагревателя и кристаллом, а также подачи кристаллизуемого материала питателем, отличающимся тем, что высоту зоны поддерживают в диапазоне от 1 до 20 мм, обеспечивая ее разнотолщинность на противоположных краях ОТФ-нагревателя в пределах от 0.1 до 0.5 мм, а по всему сечению растущего кристалла - от 0.1 до 5 мм при осевом градиенте температуры в диапазоне от 5 до 500°С/см и радиальном - в диапазоне от 0.1 до 10°С/см.The technical result is achieved by the claimed method of crystal growth by the crucible-free method by pulling the crystal down from the molten zone in a temperature gradient using a growth chamber, a background multi-section heater, an additional heater in an airtight housing (OTP heater) located near the crystallization front in contact with the molten zone held forces of surface tension between the bottom of the housing of the OTF-heater and the crystal, as well as the supply of crystallizable material This is characterized by the fact that the height of the zone is maintained in the range from 1 to 20 mm, providing its thickness at the opposite edges of the OTP heater in the range from 0.1 to 0.5 mm, and over the entire cross section of the growing crystal, from 0.1 to 5 mm with an axial temperature gradient in the range from 5 to 500 ° C / cm and radial in the range from 0.1 to 10 ° C / cm.
С помощью предлагаемого способа различные кристаллы выращивают, создавая разную по величине высоту зоны расплава под ОТФ-нагревателем. Максимальная ее величина, зависящая от капиллярной постоянной жидкости α, определяется физическими свойствами расплава, в первую очередь коэффициентом поверхностного натяжения σ, а также его плотностью ρ, в соответствии с соотношением α=2×[σ/(g·ρ)]0.5. В таблице представлены рассчитанные данные по α для некоторых расплавов металлов, солей и оксидов.Using the proposed method, various crystals are grown, creating a different height of the melt zone under the OTF-heater. Its maximum value, which depends on the capillary constant of the fluid α, is determined by the physical properties of the melt, primarily the surface tension coefficient σ, as well as its density ρ, in accordance with the ratio α = 2 × [σ / (g · ρ)] 0.5 . The table presents the calculated data on α for some melts of metals, salts and oxides.
Чем больше капиллярная постоянная расплава, тем большей высоты hpac можно создать зону расплава (см. фиг.1), тем более интенсивной может быть создана конвекция в таком слое. Это имеет особое значение, если речь идет о росте кристаллов, например полупроводников, легируемых примесью, или твердых растворов. В этом случае более интенсивная конвекция обеспечивает более равномерное распределение второй компоненты в расплаве, и следовательно, получение более однородных по сечению кристаллов. Если выращивают соли или простые оксиды, когда вопрос с нарушением стехиометрии не возникает, то нет необходимости стремиться к созданию больших слоев расплава. Другим фактором, лимитирующим высоту расплавленной зоны, является диаметр растущего кристалла D. Установлено, что ОТФ метод удовлетворительно реализуется при соотношении hpac/D, не превышающем 1/7, т.е. тогда, когда обеспечивается близкое к одномерному температурное поле в таком тонком цилиндрическом слое. Поэтому при малых диаметрах кристалла большой слой расплава устанавливать нельзя. И наоборот, те кристаллы, чья постоянная расплава велика, имеют большие предпосылки для их выращивания большого диаметра. Дело в том, что, как правило, фронт кристаллизации не может быть реализован совершенно плоским по всему сечению кристалла. Всегда имеет место некоторая разнотолщинность Δ, которую технически трудно реализовать меньше чем 0.1 мм. С другой стороны, в ряде случаев необходимо иметь хотя бы небольшую кривизну (выпуклую в расплав) фронта кристаллизации (см. фиг.1, а), которая более заметно проявляет себя на периферии. Поскольку высота расплавленной зоны контролируется визуально только по внешней стороне, т.е. фактически по наблюдаемому мениску расплава, то предлагаемым бестигельным ОТФ методом не рекомендуется растить кристаллы с толщиной расплава hpac, меньшей чем 1 мм, т.к. ошибка в оценке hpac может достигать 100% в этом случае. Если кристалл и ОТФ-нагреватель установлены строго по оси камеры и горизонтально, то в идеальном случае фронт кристаллизации также симметричен относительно оси камеры. На большей части сечения кристалла он плоский и только ближе к краям (на периферии) становится выпуклым. Разнотолщинность, наблюдаемая в этом случае, определяется как ΔS=hmax S-hmin S, где hmax S и hmin S - соответственно максимальная и минимальная толщины расплава по всему сечению растущего кристалла.The larger the capillary constant of the melt, the greater the height of the h pac can create a zone of the melt (see figure 1), the more intense convection can be created in such a layer. This is of particular importance when it comes to the growth of crystals, for example, impurity-doped semiconductors, or solid solutions. In this case, more intense convection provides a more uniform distribution of the second component in the melt, and therefore, obtaining more uniform crystals over the cross section. If salts or simple oxides are grown, when the issue of stoichiometry violation does not arise, then there is no need to strive to create large layers of melt. Another factor limiting the height of the molten zone is the diameter of the growing crystal D. It has been established that the OTP method is satisfactorily implemented with a ratio h pac / D not exceeding 1/7, i.e. when a near-one-dimensional temperature field is provided in such a thin cylindrical layer. Therefore, for small crystal diameters, a large melt layer cannot be installed. And vice versa, those crystals whose melt constant is large have great prerequisites for their growing large diameter. The fact is that, as a rule, the crystallization front cannot be realized completely flat over the entire cross section of the crystal. There is always some thickness Δ, which is technically difficult to implement less than 0.1 mm. On the other hand, in some cases it is necessary to have at least a small curvature (convex into the melt) of the crystallization front (see Fig. 1, a), which manifests itself more noticeably at the periphery. Since the height of the molten zone is visually controlled only on the outside, i.e. In fact, according to the observed meniscus of the melt, it is not recommended to grow crystals with a melt thickness h pac of less than 1 mm by the proposed crucible-free OTP method. the error in the estimation of h pac can reach 100% in this case. If the crystal and the OTP heater are installed strictly along the camera axis and horizontally, then in the ideal case, the crystallization front is also symmetrical about the camera axis. In most of the cross section of the crystal, it is flat and only closer to the edges (at the periphery) it becomes convex. The thickness difference observed in this case is defined as Δ S = h max S -h min S , where h max S and h min S are the maximum and minimum melt thicknesses over the entire cross section of the growing crystal, respectively.
Выбор толщины слоя определяется также и тем, какую величину осевого температурного градиента требуется реализовать для данного кристалла. Если необходим малый градиент, то надо стремиться к большому слою расплава и малому перегреву ОТФ-нагревателя. Наоборот, если надо создать очень большой градиент, то слой расплава надо минимизировать.The choice of layer thickness is also determined by the magnitude of the axial temperature gradient required to be realized for a given crystal. If a small gradient is needed, then we must strive for a large layer of the melt and a small overheating of the OTP heater. On the contrary, if you need to create a very large gradient, then the melt layer must be minimized.
На практике, если кристалл достаточно легко установить и по центру ростовой камеры и горизонтально, сделав это до начала роста, то ОТФ-нагреватель, особенно после нагрева камеры до температуры роста, оказывается, как правило, смещенным по оси камеры на величину ΔO. При этом его дно оказывается не параллельным поверхности растущего кристалла, т.е. угол β между осью ОТФ-нагревателя и осью камеры отличен от нуля. В этом случае расплавленная зона занимает зазор между ОТФ-нагревателем и кристаллом не целиком, а сам расплавленный слой имеет форму клина (см. фиг.1, б), т.е. характеризуется разнотолщинностью ΔD, определяемой разной толщиной высот hS расплава на противоположных сторонах кристалла: ΔD=hmax D-hmin D. Ясно, что существует критические значения величин ΔD и ΔO, при которых расплавленная зона не сможет удержаться между ОТФ-нагревателем и кристаллом и стечет по боковой поверхности кристалла. При некоторых меньших значениях параметров ΔD и ΔO расплав еще удерживается, но занимает не все сечение кристалла, поэтому растет только его часть. Кроме того, если слой расплава не плоский, а имеет форму клина, то условия роста по сечению, в том числе и тепловые, отличаются, что приводит к снижению качества растущего кристалла. Чтобы кристалл рос в оптимальных условиях, необходимо, чтобы ОТФ-нагреватель также располагался по оси камеры, величина разнотолщинности ΔD была в пределах, указанных в заявляемом изобретении.In practice, if the crystal is quite easy to install both in the center of the growth chamber and horizontally, having done this before the start of growth, then the OTP heater, especially after heating the chamber to the growth temperature, is, as a rule, shifted along the chamber axis by Δ O. Moreover, its bottom is not parallel to the surface of the growing crystal, i.e. the angle β between the axis of the OTP heater and the axis of the chamber is nonzero. In this case, the molten zone does not occupy the gap between the OTP heater and the crystal, and the molten layer itself has the shape of a wedge (see Fig. 1, b), i.e. characterized by a difference in thickness Δ D , determined by different thicknesses of the heights h S of the melt on opposite sides of the crystal: Δ D = h max D -h min D. It is clear that there are critical values of Δ D and Δ O at which the molten zone cannot be held between the OTP heater and the crystal and drains along the side surface of the crystal. At some lower values of the parameters Δ D and Δ O, the melt is still retained, but does not occupy the entire cross section of the crystal, therefore, only part of it grows. In addition, if the melt layer is not flat, but has a wedge shape, then the growth conditions over the cross section, including thermal, are different, which leads to a decrease in the quality of the growing crystal. In order for the crystal to grow under optimal conditions, it is necessary that the OTF heater also be located along the axis of the chamber, the value of the thickness difference Δ D should be within the limits indicated in the claimed invention.
При определенных условиях монокристалл растет послойным механизмом. В этом случае на фронте кристаллизации формируется набор граней. В ОТФ методе могут быть созданы такие тепловые условия, когда растущая на фронте грань фактически совпадает с изотермой, которая при росте кристалла из тонкого слоя является плоской. В этом случае кристалл, как это описано в п.2 формулы изобретения, растет одной гранью, фактически параллельной дну ОТФ-нагревателя. Понятно, что в этом случае зона расплава по всему сечению кристалла представляет из себя по форме диск с очень небольшой по величине разнотолщинностью.Under certain conditions, a single crystal grows by a layer-by-layer mechanism. In this case, a set of faces is formed at the crystallization front. In the OTF method, such thermal conditions can be created when the face growing at the front actually coincides with the isotherm, which is flat when the crystal grows from a thin layer. In this case, the crystal, as described in
По мере роста кристалла расплавленная зона подпитывается свежим расплавом, который образуется на верхней поверхности корпуса ОТФ-нагревателя после расплавления там питающего материала. Расплав стекает по боковой поверхности корпуса и попадает в зазор между дном ОТФ-нагревателя и кристаллом. В соответствии с п.3 формулы изобретения исходный питающий материал подается в виде порошка кристаллизуемого материала. При этом необходимо подавать порошок определенной фракции, имея в виду два следующих обстоятельства. С одной стороны, размер зерна должен быть не слишком большим, чтобы при попадании на горячую поверхность ОТФ-нагревателя оно успевало бы достаточно быстро расплавится, не изменяя при этом температуру ОТФ-нагревателя. С другой стороны, частицы порошка, слишком маленького размера и слишком легкие, не смогут упасть на поверхность ОТФ-нагревателя, а прилипнут вблизи выхода из питателя или упадут мимо, т.е. оптимальный размер частиц должен составлять от 0,1 до 0,5 мм.As the crystal grows, the molten zone is fueled by fresh melt, which is formed on the upper surface of the OTF-heater body after melting the supply material there. The melt flows down the side surface of the casing and falls into the gap between the bottom of the OTP heater and the crystal. In accordance with
Чтобы избежать описанных проблем, а также проблем с размещением бункера с порошком внутри камеры, что требует дополнительного объема и использования специального дозатора, в п.4 формулы изобретения предлагается питающий материал подавать в виде стержня, приготовленного из кристаллизуемого материала. При контакте с верхней поверхностью корпуса ОТФ-нагревателя стержень плавится, а образовавшийся при опускании стержня свежий расплав стекает по корпусу ОТФ-нагревателя и попадает в расплавленную зону расплава, из которого растет кристалл. Если сечение и плотность питающего стержня совпадают с таковыми для растущего кристалла, то скорость U опускания питающего стержня совпадает со скоростью роста кристалла или, что одно и тоже в ОТФ методе, со скоростью его вытягивания V. Как правило, питающий стержень по форме не идеален, т.е. его сечение Sстерж отличается от сечения кристалла Sкрист. Поэтому подачу стержня осуществляют со скоростью, отличной от скорости вытягивания кристалла, обеспечивая равенство подачи питающего материала количеству выросшего кристалла.To avoid the described problems, as well as problems with the placement of the hopper with the powder inside the chamber, which requires additional volume and the use of a special dispenser, in
При выращивании кристалла из тонкого слоя расплавленной зоны или большого сечения свежий расплав, поступающий в эту зону по внешней боковой поверхности корпуса ОТФ-нагревателя, может не проникать на всю глубину этого сечения, т.е. появляется застойная зона, что может приводить к росту неоднородного и низкого по качеству кристалла. В определенных случаях расплав может вообще не доходить до центральной зоны, и тогда рост кристалла по всему сечению станет невозможным. Поэтому согласно пп.3, 4 формулы изобретения предлагается осуществлять подачу расплава также и через отверстия, которые насквозь проходят через корпус ОТФ-нагревателя, позволяя расплаву стекать из области, где он образуется из питающего материала, в расплавленную зону, из которой растет кристалл, по всему его сечению.When growing a crystal from a thin layer of a molten zone or a large section, the fresh melt entering this zone along the outer side surface of the OTF-heater body may not penetrate the entire depth of this section, i.e. a stagnant zone appears, which can lead to the growth of a heterogeneous and low-quality crystal. In certain cases, the melt may not reach the central zone at all, and then crystal growth over the entire cross section will become impossible. Therefore, according to
Как правило, в качестве затравочного кристалла берут кристалл размером, меньшим, чем тот, который необходимо вырастить. Аналогично приходится поступать и в ОТФ методе в случае, когда просто нет затравочного кристалла нужного размера, т.е. равного диаметру корпуса ОТФ-нагревателя. В соответствии с п.5 формулы изобретения кристалл будет расти в сечении размером, меньшим, чем размер ОТФ-нагревателя, полностью при этом повторяя форму его дна в своем сечении. После того как затравочный кристалл будет разращен, кристалл будет расти размером, близким или равным размеру ОТФ-нагревателя.As a rule, as a seed crystal, a crystal is taken with a size smaller than that which needs to be grown. One has to do the same in the OTF method when there is simply no seed crystal of the required size, i.e. equal to the diameter of the body of the OTF heater. In accordance with
Проведенные исследования [7] показали, что более устойчивым является рост кристалла, когда его диаметр превышает диаметр ОТФ-нагревателя, что предлагается делать согласно п.6 формулы изобретения. В этом случае удается обеспечить высоту слоя расплавленной зоны h большей величины, чем постоянная расплава α, в несколько раз, что способствует существенному повышению качества кристалла за счет дополнительного (помимо диффузии) перемешивания кристаллизуемого материала в расплавленной зоне конвекцией. Расчеты, выполненные в работе [8], позволяют оценить диапазон величины превышения радиуса кристалла Rкр по сравнению с радиусом ОТФ-нагревателя Rн, ΔR=Rкр-Rн. Для нее, приведенной в безразмерном виде ΔR/α, т.е. нормированной, как и все геометрические величины при проведении расчетов, на постоянную расплава α, указывается диапазон значений 0.05÷0.4. Это означает, что ΔR~(0.05÷0.4)×α. Поскольку при величинах ΔRmin, меньших чем 0.05α, капиллярная устойчивость процесса теряется, то эта величина является минимальным порогом. При оценке максимально возможного значения ΔRmax необходимо учитывать, что ΔR растет как с увеличением высоты слоя расплава hpac, так и толщины пленки расплава δ на боковой стенке корпуса ОТФ-нагревателя. Поскольку hpac в свою очередь также нормирована на α, то для фиксированной скорости вытягивания кристалла V0=1 мм/ч фактически имеем ΔRmax~0.4×hpac. Исходя из условий гидростатического равновесия в свою очередь имеет место соотношение для толщины пленки расплава:The studies [7] showed that crystal growth is more stable when its diameter exceeds the diameter of the OTP heater, which is proposed to be done according to
, ,
где ρрас и ρкр - плотность расплава и кристалла, ν - его кинематическая вязкость, g - сила тяжести, т.е. δ~V1/3. Таким образом, окончательно получаем оценку ΔRmax=0.4×hрас×(V/V0)1/3.where ρ races and ρ cr are the density of the melt and crystal, ν is its kinematic viscosity, g is the gravity, i.e. δ ~ V 1/3 . Thus, we finally obtain the estimate ΔR max = 0.4 × h races × (V / V 0 ) 1/3 .
В п.7 формулы изобретения предлагается выращивать кристаллы винтообразной формы за счет смещения ОТФ-нагревателя от оси ростовой камеры параллельно фронту кристаллизации растущего кристалла и вращения последнего вокруг своей оси.In
Геометрия растущего кристалла, а также его качество определяются формой расплавленной зоны: ее высотой и формой мениска. В предлагаемом способе по п.8 формулы формой зоны предлагается управлять (помимо изменения температурного поля в ростовой камере) за счет изменения скорости подачи питающего материала и скорости вытягивания кристалла. Управляя формой расплавленной зоны, в конечном счете обеспечивают заданный размер выращиваемого кристалла. В п.9 формулы изобретения указывается на способ контроля размера кристалла, а именно его диаметра, если кристалл растет цилиндрической формы, по углу роста φ, являющемуся константой для данного кристалла, и максимальной величине радиуса этого слоя расплава Rmax, т.е. фактически по геометрическим параметрам его мениска. Особо следует отметить, что даже в случае, когда размер растущего кристалла равен или меньше размера ОТФ-нагревателя, наблюдаемая высота мениска лишь весьма приблизительно соответствует толщине слоя расплавленной зоны. В связи с тем что пленка расплава существенно утолщается на нижней кромке ОТФ-нагревателя и фактически наблюдается высота мениска hмениск, ошибка в оценке hpac визуальным способом в некоторых случаях может достигать 50-100%.The geometry of the growing crystal, as well as its quality, is determined by the shape of the molten zone: its height and shape of the meniscus. In the proposed method according to claim 8 of the formula, it is proposed to control the shape of the zone (in addition to changing the temperature field in the growth chamber) by changing the feed rate of the feed material and the speed of drawing the crystal. By controlling the shape of the molten zone, ultimately provide a given size of the grown crystal. Clause 9 of the claims indicates a method for controlling the size of a crystal, namely, its diameter, if the crystal grows cylindrical in terms of the growth angle φ, which is constant for a given crystal, and the maximum radius of this melt layer R max , i.e. in fact in the geometric parameters of his meniscus. It should be especially noted that even in the case when the size of the growing crystal is equal to or smaller than the size of the OTP heater, the observed meniscus height only very roughly corresponds to the thickness of the layer of the molten zone. Due to the fact that the melt film significantly thickens on the lower edge of the OTP heater and the meniscus height h meniscus is actually observed, the error in the estimation of h pac by a visual method in some cases can reach 50-100%.
По п.10 формулы изобретения предлагается контроль за формой мениска расплава вести с помощью фото- или видеокамеры. При этом необходимые для контроля его геометрические параметры φ и Rmax определяют обработкой регистрируемого изображения.According to claim 10 of the claims, it is proposed to control the shape of the meniscus of the melt with a camera or video camera. Moreover, the geometric parameters φ and R max necessary for control are determined by processing the recorded image.
Если в процессе кристаллизации форма мениска поддерживается постоянной, то кристалл растет не только постоянного по сечению размера, но и более высокого качества при прочих равных условиях, а именно при созданных оптимальных тепловых условиях. В этом случае важно обеспечить равномерную или по заданному закону во времени подачу питающего расплава. Для этого при росте кристалла должен быть реализован контур управления подачей питающего материала. В соответствии с п.11 формулы изобретения предлагается использовать в качестве обратной связи в контуре управления геометрические параметры мениска.If during the crystallization the meniscus shape is kept constant, then the crystal grows not only constant in cross-sectional size, but also of higher quality, ceteris paribus, namely, under optimal thermal conditions. In this case, it is important to ensure a uniform or in accordance with a given law in time supply of the supply melt. For this, when the crystal grows, a feed control loop must be implemented. In accordance with
Параметром, характеризующим форму мениска, которую можно измерить с помощью обработки изображения мениска, зарегистрированного фото- или видеокамерой, в первую очередь является угол θ, который образует расплав в точке касания кристалла расплавом, т.е. в так называемой тройной точке, относительно вертикальной оси камеры. Другим параметром, который может быть определен по данным обработки изображения мениска, является положение крайних по горизонтали точек на кривой поверхности мениска. Именно поэтому в п.12 формулы изобретения предлагается в качестве обратной связи для управления формой расплавленной зоны использовать эти характерные точки мениска. Необходимо отметить, что если наблюдаемый угол θ равен углу роста φ, характерному для данного кристалла, то кристалл растет постоянного диаметра. Об этом дополнительно свидетельствует и ситуация Rmax=const. Если при кристаллизации наблюдается θ>φ, причем постоянно, то имеет место разращивание затравочного кристалла. На стадии роста такое отклонение наблюдаемого угла от угла роста говорит о дефиците или избытке подаваемого расплава (питающего материала), что характеризуется вогнутостью или выпуклостью формы мениска.The parameter characterizing the shape of the meniscus, which can be measured by processing the meniscus image recorded by the camera or camera, is primarily the angle θ that forms the melt at the point where the crystal touches the melt, i.e. at the so-called triple point, relative to the vertical axis of the camera. Another parameter that can be determined from the meniscus image processing data is the position of the horizontal extreme points on the curve of the meniscus surface. That is why in
Чтобы реализовать управление формой расплавленной зоны, кроме фото- или видеокамеры для наблюдения за расплавленной зоной и компьютера для регистрации данных о форме мениска и их последующей их обработки, в соответствии с п.13 формулы изобретения в управляющий контур включают исполнительный механизм. Механизм обеспечивает изменение скорости подачи питающего материала по алгоритму, который реализуют программно в качестве цифрового регулятора на этом же компьютере. Входной информацией в канале обратной связи и является измеряемая величина угла θ. В частности, если в качестве питающего материала используют стержень, то в соответствии с п.14 такой исполнительный механизм обеспечивает опускание стержня с заданной скоростью U.In order to implement control of the shape of the molten zone, in addition to the camera or video camera for monitoring the molten zone and a computer for recording data on the meniscus shape and their subsequent processing, in accordance with
При росте кристалла с постоянной скоростью или с заданным изменением во времени необходимо обеспечить подачу питающего материала также с постоянной скоростью или по некоторому закону изменения во времени. Обычно (например, для метода Чохральского) для этого взвешивают растущий кристалл, а с датчика веса сигнал заводят на регуляторы мощности и скорости вытягивания кристалла, которые взаимно влияют друг на друга. В ОТФ методе имеется возможность независимо друг от друга обеспечить необходимые для роста тепловые условия и подачу необходимого количества кристаллизуемого материала С этой целью согласно п.15 формулы изобретения предлагается организовать дополнительный каскад управления, регулятор которого поддерживает требуемое значение необходимого количества питающего материала. Это значение является управляющим воздействием для контура управления формой мениска, которое рассчитывается на каждом шаге его регулирования.When the crystal grows at a constant speed or with a given change in time, it is necessary to supply the feed material at a constant speed or, according to some law, changes in time. Usually (for example, for the Czochralski method), the growing crystal is weighed for this, and the signal is fed from the weight sensor to the power and speed controllers of the crystal, which mutually influence each other. In the OTF method, it is possible to independently provide the thermal conditions necessary for growth and supply the necessary amount of crystallizable material. For this purpose, according to
Поскольку подача кристаллизуемого материала происходит по мере роста кристалла, то в соответствии с п.16 формулы изобретения появляется возможность обеспечить в расплаве такое содержание примеси или других компонент, которые после кристаллизации в выращенном кристалле будут иметь постоянный состав по длине либо изменяться по требуемому закону.Since the supply of crystallizable material occurs as the crystal grows, in accordance with
Технический результат достигается также устройством (п.17 формулы изобретения), содержащим ростовую камеру с нижним и верхним штоками, фоновый многосекционный нагреватель, дополнительный ОТФ-нагреватель в герметичном корпусе с узлом крепления его в камере, кристалл, расположенный на нижнем штоке под ОТФ-нагревателем и вытягиваемый вниз при кристаллизации, расплавленную зону, удерживаемую силами поверхностного натяжения между дном корпусом ОТФ-нагревателя и кристаллом, питающий материал и механизм его подачи из питателя, в котором форму расплавленной зоны и ее положение относительно кристалла задают, изменяя положение корпуса ОТФ-нагревателя и его наклон относительно оси камеры с помощью узла его крепления в камере, а также варьируя соотношение скоростей подачи питающего материала U и вытягивания кристалла V.The technical result is also achieved by the device (
Одним из вариантов размещения ОТФ-нагревателя внутри камеры является его подвешивание по оси камеры и закрепление наподобие того, как в методе Чохральского закрепляют затравку в виде стержня на верхнем штоке. Такой шток имеет узел, позволяющий даже не идеальной по цилиндричности затравке попадать в расплав по центру тигля. Узел представляет собой составную сферу, обеспечивающую вращение и наклон кристаллического стержня. Если ОТФ-нагреватель закрепить на стержне, который соединялся бы с верхним штоком через микрометрический столик, обеспечивающий движение ОТФ-нагревателя в горизонтальной плоскости, то в целом вопрос с юстировкой ОТФ-нагревателя можно было бы считать решенным.One of the options for placing an OTF heater inside the chamber is to suspend it along the camera axis and fix it in the same way as in the Czochralski method the seed is fixed in the form of a rod on the upper rod. Such a rod has a unit that allows even the seed that is not ideal in cylindricality to enter the melt in the center of the crucible. The node is a composite sphere that provides rotation and tilt of the crystalline rod. If the OTF-heater was fixed on a rod that would be connected to the upper rod through a micrometer table, which ensures the movement of the OTF-heater in a horizontal plane, then, in general, the issue with the adjustment of the OTF-heater could be considered resolved.
Однако на практике недостаточно установить ОТФ-нагреватель перед началом ростового цикла, обеспечив нужный наклон стержня и соответственно горизонтальное расположение дна корпуса ОТФ-нагревателя в горизонтальном положении, а его самого по оси камеры. При нагреве до высоких температур различные элементы ОТФ-нагревателя и сам стержень нагреваются неравномерно, и дно корпуса ОТФ-нагревателя наклоняется, что является недопустимым в данном методе из-за нарушения необходимой геометрии расплавленной зоны, из которой растет кристалл. В некоторых случаях это может привести даже к вытеканию расплава из области между растущим кристаллом и ОТФ-нагревателем. Поскольку юстировка ведется при визуальном контроле за формой расплавленной зоны, то сначала весь ОТФ-нагреватель смещают в горизонтальной плоскости. Только после этого можно исправлять клиновидность слоя расплава. Однако при попытке исправить наклон с помощью поворота стержня в сферическом узле вверху камеры нижний конец стержня, а вместе с ним и сам ОТФ-нагреватель окажется смещенным относительно кристалла. Т.е. необходимо теперь юстировать ОТФ-нагреватель в горизонтальной плоскости. Следовательно, процедуру приходится повторять многократно. В соответствии с п.18 формулы изобретения предлагается ОТФ-нагреватель с помощью стержня закрепить на направляющей в форме дуги с центром, находящимся на оси камеры, и радиусом, равным суммарной длине стержня L и высоте корпуса l, с возможностью перемещения вдоль него. В этом случае наклон ОТФ-нагревателя меняется при движении холодного конца стержня по направляющей, однако при этом центр дна ОТФ-нагревателя продолжает оставаться по оси камеры, а само дно точно напротив кристалла. Подачу кристаллизуемого материала осуществляют в виде порошка, который с помощью дозатора подается из бункера. Если ОТФ-нагреватель необходимо поднять или опустить, то это делают перемещением верхнего штока, к которому направляющая закреплена через микрометрический столик в верхней холодной части камеры.However, in practice, it is not enough to install an OTF heater before the start of the growth cycle, providing the desired inclination of the rod and, accordingly, the horizontal location of the bottom of the body of the OTF heater in a horizontal position, and its axis along the camera axis. When heated to high temperatures, the various elements of the OTF heater and the core itself are heated unevenly, and the bottom of the body of the OTF heater tilts, which is unacceptable in this method due to a violation of the necessary geometry of the molten zone from which the crystal grows. In some cases, this can even lead to leakage of the melt from the region between the growing crystal and the OTP heater. Since the adjustment is carried out during visual control over the shape of the molten zone, first the entire OTP heater is displaced in the horizontal plane. Only then can the wedge-shaped melt layer be corrected. However, when trying to correct the tilt by rotating the rod in a spherical node at the top of the camera, the lower end of the rod, and with it the OTP heater itself, will be shifted relative to the crystal. Those. it is now necessary to align the OTF heater in a horizontal plane. Therefore, the procedure has to be repeated many times. In accordance with
Другой вариант крепления и юстировки ОТФ-нагревателя описан в п.19 формулы изобретения. Предлагается элементы его крепления в виде пластины вместе с несколькими стержнями, имеющими в сечении произвольную форму (или без них), соединенные с корпусом ОТФ-нагревателя, разместить в горизонтальной плоскости камеры. Своей внешней частью пластина или стержни соединены с корпусом камеры, по меньшей мере, в трех точках и примерно под углом 120 градусов, чтобы была возможность регулировать наклон ОТФ-нагревателя в камере, без чего невозможна реализация способа выращивания. С этой целью пластина или стержни связаны с корпусом камеры не жестко, а с помощью узлов, обеспечивающих независимое перемещение внешних концов пластины или дисков в вертикальном направлении. Эти узлы обеспечивают совместное перемещение элементов крепления в горизонтальной плоскости в любом направлении, т.е. установку ОТФ-нагревателя по оси камеры точно надо кристаллом.Another option for mounting and adjusting the OTF heater is described in
Согласно п.20 формулы пластину изготавливают в виде диска, по центру которого устанавливают ОТФ-нагреватель. Края диска в нескольких, как правило, в трех точках закрепляют на боковой поверхности корпуса камеры непосредственно либо с использованием стержней.According to
Дополнительная юстировка ОТФ-нагревателя может потребоваться не только при исходной сборке кристаллизатора. Чтобы и в процессе нагрева камеры до рабочих температур, а также при кристаллизации была такая возможность, согласно п.21 формулы изобретения узлы, соединяющие детали крепления ОТФ-нагревателя с корпусом камеры и обеспечивающие их перемещение в вертикальном и горизонтальном направлениях, снабжены приводами. Приводы могут быть размещены внутри камеры или вне ее. В последнем случае они через герметичные вводы движения в корпусе камеры соединены с упомянутыми узлами.Additional adjustment of the OTF heater may be required not only during the initial assembly of the mold. In order to ensure that during the heating of the chamber to operating temperatures, as well as during crystallization, according to
Конструкция устройства, в которой крепление ОТФ-нагревателя осуществляется в горизонтальной плоскости, позволяет наряду с подачей шихты из бункера реализовать и другой вариант подачи питающего материала. Согласно п.22 формулы изобретения питатель представляет собой узел крепления и перемещения стержня, состоящего из кристаллизуемого материала, который находится вблизи верхней поверхности корпуса ОТФ-нагревателя, к верхнему штоку. Перемещение питающего стержня осуществляется с помощью привода, обеспечивающего перемещение верхнего штока, с которым соединен стержень, вдоль оси камеры.The design of the device, in which the mounting of the OTF heater is carried out in a horizontal plane, allows, along with the supply of charge from the hopper, to implement another option for feeding the feed material. According to
Чтобы исключить расплавление питающего стержня за исключением места его касания ОТФ-нагревателя, в соответствии с п.23 формулы изобретения питающий стержень закрепляют к штоку не непосредственно, а через блок охлаждения. Последний делают из материала с высокой теплопроводностью или с принудительным охлаждением, например, водой или газом.In order to exclude the feeding rod from melting, with the exception of the place where it touches the OTP heater, in accordance with
Перечень чертежейList of drawings
Фиг.1 представляет собой схему формирования расплавленной зоны (а) и ее изменения (б) при нарушении юстировки ОТФ-нагревателя.Figure 1 is a diagram of the formation of the molten zone (a) and its change (b) in case of violation of the alignment of the OTP heater.
Фиг.2 иллюстрирует процесс выращивания кристалла размером, отличающимся от размера ОТФ-нагревателя: (а) - большим и (б) - меньшим его.Figure 2 illustrates the process of growing a crystal with a size different from the size of the OTP heater: (a) large and (b) smaller.
Фиг.3 представляет собой общий вид (а) устройства, обеспечивающего рост бестигельным методом с подачей питающего материала в виде шихты, со схемой (б) нарушения формы расплавленной зоны и юстировки ОТФ-нагревателя для ее восстановления.Figure 3 is a General view (a) of a device that provides growth by a crucible-free method with the supply of feed material in the form of a charge, with a diagram (b) of violation of the shape of the molten zone and alignment of the OTP heater to restore it.
Фиг.4 представляет собой общий вид устройства (а) с подачей питающего материала в виде стержня со схемой (б) юстировки ОТФ-нагревателя, обеспечивающей рост бестигельным методом.Figure 4 is a General view of the device (a) with the supply of feed material in the form of a rod with a circuit (b) for adjusting the OTF-heater, which provides growth by the crucible-free method.
Фиг.5 представляет собой изображение расплавленной зоны на экране компьютера, иллюстрирующее формирование мениска и способ определения его геометрических параметров с помощью компьютерной обработки изображения.5 is an image of a molten zone on a computer screen illustrating the formation of a meniscus and a method for determining its geometrical parameters using computer image processing.
Расплавленная зона 1, из которой растет кристалл 2 бестигельным ОТФ методом, удерживается силами поверхностного натяжения между упомянутым кристаллом и ОТФ-нагревателем 3 (фиг.1). Внутри герметичного корпуса 4 ОТФ-нагревателя расположены нагревательный элемент 5 и термопары (не показаны). При этом в зависимости от стадии роста размер кристалла может быть как меньше, так и больше по своему размеру ОТФ-нагревателя (фиг.2), повторяя форму его герметичного корпуса 4 высотой l. Кристалл размещен на теплоотводящей подставке 6, закрепленной на нижнем штоке 7 (фиг.3). Для нагрева кристалла и расплава используют многосекционный фоновый нагреватель 8, защищенный тепловой изоляцией 9. Все упомянутые детали расположены внутри ростовой камеры 10. В верхней части камеры закреплен верхний шток 11, имеющий микрометрический столик 12, обеспечивающий свободное перемещение его нижней части 13 в плоскости, перпендикулярной оси ростовой камеры, с помощью микрометрического винта 14. Сверху корпуса ОТФ-нагревателя находится слой свежего расплава, который образуется при плавлении шихты, поступающей из питателя 15 на ОТФ-нагреватель. Если питающий материал подается в виде порошка, то питатель представляет собой бункер 16 с дозатором (не показан), закрепленный на корпусе ростовой камеры. В этом случае корпус ОТФ-нагревателя подвешен к верхнему штоку с помощью стержня 17 длиной L с помощью специального узла. Узел представляет собой направляющую 18 в форме дуги радиусом R=l+L, по которой скользит бегунок 19, соединенный со стержнем 17. В верхней части направляющая соединена с нижней частью 13 столика 12. Весь узел находится в холодной части вверху камеры. Если питающий материал представляет собой стержень 20 (фиг.4), то он закреплен с верхним штоком 11 также через столик 12 с использованием теплоотводящей детали 21, аналогичной по своей конструкции подставке 6. Для улучшения охлаждения дополнительно установлен блок охлаждения 22. ОТФ-нагреватель 3а закреплен к боковой части ростовой камеры с помощью пластины 23, которая в зависимости от конструкции камеры может быть изготовлена в виде диска и стержней 24 так, как это показано на фиг.4, б. Диск и стержни расположены в плоскости, перпендикулярной оси ростовой камеры. При этом их крепление к корпусу камеры осуществлено не жестко, а с возможностью свободно двигаться вертикально вдоль оси камеры и в горизонтальной плоскости с помощью, например, винтов 25, опирающихся на кольцо 26, и винтов 27. Для осуществления юстировки во время ростового цикла винты 25 и 27 связывают с приводами (не показаны), которые могут быть расположены внутри камеры или снаружи. В последнем случае вводы в камеру могут быть вакуумно уплотнены. Для наблюдения за мениском расплавленной зоны 1, а также расплавленной части 28 питающего стержня 20 предусмотрено окно 29, рядом с которым при необходимости размещают цифровую камеру 30. Чтобы обеспечить доступ к наблюдению за зоной роста, в боковой части тепловой изоляции и фоновом нагревателе делают щель 31. Для дополнительной подачи свежего расплава 28 в расплавленную зону 1 вблизи растущего кристалла 2 корпус 4 ОТФ-нагревателя снабжен отверстиями 32. Нагревательный элемент 5 расположен не только в нижней части корпуса ОТФ-нагревателя, но и в верхней 5а, чтобы можно было реализовать независимый нагрев расплавленных зон над и под ОТФ-нагревателем. Контроль за весом питающего материала осуществляют с помощью датчика веса 33.The
Устройство работает следующим образом. Затравочный кристалл 2а (см. фиг.3, а), в сечении повторяющий форму ОТФ-нагревателя 3, противоположные торцовые поверхности которого плоскопараллельны и отшлифованы, устанавливается на подставку 6 так, чтобы его центр совпадал с осью ростовой камеры 10, проходящей через нижний 7 и верхний 11 штоки. Затем добиваются (с помощью уровня) того, чтобы верхний торец кристалла оказался в горизонтальной плоскости. При небольших начальных отклонениях для этого достаточно юстировать только шток 7. Иначе приходится наклонять всю ростовую камеру 10. ОТФ-нагреватель, закрепленный на верхнем штоке 11, подводят к затравочному кристаллу, оставляя зазор в несколько миллиметров. Это необходимо для выполнения процедуры юстировки ОТФ-нагревателя относительно кристалла; зазор позволяет добиться того, чтобы дно корпуса 4 ОТФ-нагревателя стало строго параллельно торцу кристалла и по его центру. При юстировке может понадобиться смещение ОТФ-нагревателя с помощью микрометрического столика 12, если верхний шток не находится на одной оси с нижним, а также его наклон, для чего бегунок 19 перемещают по дугообразной направляющей 18. Благодаря тому что радиусы дуги и длина ОТФ-нагревателя (вместе со стержнем 17) совпадают, поворот ОТФ-нагревателя осуществляется без его смещения относительно кристалла.The device operates as follows. The
Рабочая зона, в которой находится затравочный кристалл и ОТФ-нагреватель, разогревается с помощью фонового многосекционного нагревателя до температур, близких к плавлению кристалла, таким образом, что в печи устанавливается требуемый осевой градиент температуры. ОТФ-нагреватель опускают до соприкосновения с затравочным кристаллом. Затем верхняя часть кристалла плавится, образуя расплавленную зону 1, из которой в дальнейшем будет расти кристалл. При нагреве, как правило, из-за различия величин коэффициента температурного расширения различных материалов, из которых изготовлен ОТФ-нагреватель, и сам корпус 4 ОТФ-нагревателя, и стержень удлиняются неравномерно, т.е. возникают перекосы. Кроме того, при неравномерном нагреве может изменить форму и сама ростовая камера. По этой причине ОТФ-нагреватель оказывается смещенным от оси камеры на величину Δо 1, а дно его корпуса теряет параллельность торцу кристалла (см. фиг.3, б). Расплавленная зона принимает форму клина и смещается относительно кристалла. Чтобы исправить ситуацию, сначала ОТФ-нагреватель выставляют напротив кристалла, т.е. по оси нижнего штока. Наконец, на завершающей стадии юстировки остается изменить угол наклона стержня так, чтобы дно ОТФ-нагревателя и торец кристалла были параллельны. Для этого бегунок 19 перемещают по направляющей 18 до тех пор, пока слой расплава не станет плоскопараллельным. При этом направляющая по своей оси крепления к нижней части столика 13 окажется смещенной от оси нижнего штока 7 на величину Δо 2<Δо 1. Визуальный контроль за юстировкой ведется через окно 29 в корпусе камеры и щель 31 в тепловой изоляции и фоновом нагревателе.The working zone in which the seed crystal and the OTP heater are located is heated with the help of a background multi-section heater to temperatures close to the melting of the crystal, so that the required axial temperature gradient is established in the furnace. The OTP heater is lowered until it contacts the seed crystal. Then the upper part of the crystal melts, forming a
Как только смогли добиться необходимой формы расплавленной зоны, включают нагревательный элемент 5 ОТФ-нагревателя, обеспечивая заданную величину осевого градиента на фронте кристаллизации и небольшой радиальный градиент температуры, что необходимо для получения близкой к плоской формы фронта кристаллизации. На верхнюю поверхность корпуса ОТФ-нагревателя из питателя, представляющего собой бункер 16 с шихтой и дозатор, подают кристаллизуемый материал. Он плавится и стекает как по боковой поверхности ОТФ-нагревателя, так и через сквозные отверстия 32 в его корпусе к расплавленной зоне 1, из которой растет кристалл 2 при вытягивании нижнего штока 7 вниз.As soon as they were able to achieve the required shape of the molten zone, the
Если питающий материал подается не в виде порошка шихты, а как стержень 20 (фиг.4, а), то юстировку ОТФ-нагревателя осуществляют по другой схеме. После того как затравочный кристалл 2а установлен надлежащим образом на подставке 6, его поднимают вверх перемещением нижнего штока 7 до соприкосновения с донышком ОТФ-нагревателя. Если обнаруживается, что ОТФ-нагреватель смещен или наклонен, то это легко исправляется путем его смещения в горизонтальной плоскости и горизонтирования с помощью винтов 25 и 27 (фиг.4, б). При разогреве до рабочих температур может потребоваться только небольшая дополнительная юстировка ОТФ-нагревателя, т.к. большого изменения в его положении и наклоне при такой конструкции устройства не происходит. Это имеет место, поскольку высота l его корпуса (по сравнению с величиной L) небольшая, сам корпус прогревается более равномерно и тепловое удлинение его элементов невелико. После включения нагревательного элемента 5 и дополнительного подъема к ОТФ-нагревателю затравочного кристалла, верхняя часть которого оплавляется, окончательно формируется расплавленная зона 1. Аналогично при разогреве элемента 5а формируется и верхняя расплавленная зона 28 питающего материала после опускания питающего стержня 20 к верхней поверхности ОТФ-нагревателя. В процессе кристаллизации одновременно опускают оба штока 7 и 11: сверху формируется свежий расплав и стекает в расплавленную зону под ОТФ-нагревателем, из которой и растет кристалл.If the feed material is supplied not in the form of a charge powder, but as a rod 20 (Fig. 4, a), then the adjustment of the OTF-heater is carried out according to another scheme. After the
При выходе на режим роста кристалла постоянного сечения, повторяющего форму корпуса ОТФ-нагревателя, боковая поверхность растущего кристалла вертикальна. Соответственно угол между вертикалью и касательной в тройной точке (фиг.2, а) как раз и составляет угол роста φ. Когда нет затравочного кристалла необходимого размера по сечению (близкого к размеру ОТФ-нагревателя) или требуется растить кристалл большего размера, чем затравочный, то необходимо предварительно такой кристалл разрастить. В этом случае угол между вертикалью и касательной, т.е. угол в основании мениска θ, больше угла роста. Форму мениска расплавленной зоны 1 регистрируют с помощью цифровой камеры 29, а полученное изображение (фиг.5), обрабатывают с помощью компьютерной программы. Программа позволяет исключить второстепенные объекты, в том числе пленку расплава 35 на стенке корпуса 4 ОТФ-нагревателя и точно восстановить профиль 34 сформировавшегося мениска. Это позволяет определить величину угла θ, а также максимальный или минимальный радиус Rmax (Rmin) расплавленной зоны.Upon reaching the crystal growth regime of a constant cross-section, repeating the shape of the body of the OTF-heater, the side surface of the growing crystal is vertical. Accordingly, the angle between the vertical and the tangent at the triple point (Fig. 2, a) just makes up the growth angle φ. When there is no seed crystal of the required cross-sectional size (close to the size of an OTP heater) or if a larger crystal than a seed crystal is required, then such a crystal must first be grown. In this case, the angle between the vertical and the tangent, i.e. the angle at the base of the meniscus is θ, greater than the angle of growth. The meniscus shape of the
Для обеспечения более устойчивого роста его ведут при радиусе кристалла, несколько большем, чем радиус ОТФ-нагревателя, на величину, составляющую по крайней мере 0.05 от капиллярной постоянной α. Дальнейшее увеличение (разращивание) диаметра кристалла осуществляют с тем, чтобы реализовать расплавленную зону большей высоты, чем величина капиллярной постоянной. В этом случае в зависимости от желательной величины hpac выращивают кристалл радиусом, превышающим радиус ОТФ-нагревателя на величину, описываемую соотношением ΔRmax=0.4×hpac×(V/V0)1/3, в том числе в зависимости от выбранной скорости вытягивания V.To ensure more stable growth, it is conducted at a crystal radius slightly larger than the radius of the OTP heater by an amount of at least 0.05 of the capillary constant α. A further increase (growth) of the diameter of the crystal is carried out in order to realize a molten zone of a greater height than the value of the capillary constant. In this case, depending on the desired value of h pac , a crystal is grown with a radius exceeding the radius of the OTP heater by the value described by the ratio ΔR max = 0.4 × h pac × (V / V 0 ) 1/3 , including depending on the selected speed stretching V.
При росте кристалла постоянного размера оба параметра: угол в основании мениска и максимальный его радиус, должны быть постоянны. Поэтому данные по величинам θ и Rmax, измеряемые в процессе кристаллизации, используются в качестве обратной связи в контуре регулирования подачи питающего материала для компенсации недостатка или избытка расплава в расплавленной зоне 1. Найденная по этим данным оптимальная величина подачи питающего материала обеспечивается работой питателя, который в свою очередь в своем контуре управления может иметь датчик веса и автономно обеспечивать необходимый расход питающего материала. В случае питания расплавленной зоны с помощью стержня подачу оптимального количества питающего материала обеспечивают без дозатора, варьируя величину опускания стержня U относительно скорости вытягивания кристалла V. При этом если питающий стержень имеет меньший размер, чем растущий кристалл, то в среднем его скорость подачи U должна быть больше скорости вытягивания кристалла V.When a crystal of constant size grows, both parameters: the angle at the base of the meniscus and its maximum radius, must be constant. Therefore, the data on θ and R max values measured during the crystallization process are used as feedback in the feed supply control loop to compensate for the shortage or excess of the melt in the
Конкретные примеры выращивания кристаллов заявляемым методом с помощью заявляемого устройстваSpecific examples of crystal growth by the inventive method using the inventive device
Пример 1. Выращивание монокристалла германата висмута BGO. Затравочный кристалл 2а в виде диска диаметром 82 мм и высотой 10 мм с хорошо шлифованными торцами устанавливали на подставку 6, изготовленную из жаростойкого сплава. В верхней части подставки располагали термопары для контроля за температурой дна кристалла. Для исключения взаимодействия BGO со сплавом при высоких температурах дополнительно между кристаллом и подставкой размещали тонкую прокладку в виде диска из окиси бериллия. Наклон нижнего штока 7 вместе с камерой 10 регулировали так, чтобы верхний торец кристалла был строго горизонтален. ОТФ-нагреватель 3, содержащий термопары для контроля за температурой на нижней и верхней поверхностях его корпуса 4 и изготовленный из платины, чтобы работать на воздухе, имеющий диаметр также 82 мм, подвешивали к верхнему штоку 11 с использованием направляющей 18 и микрометрического столика 12. Верхний шток опускали до соприкосновения дна ОТФ-нагревателя с торцовой поверхностью затравочного кристалла. ОТФ-нагреватель выставляли по центру и регулировали его наклон, чтобы обеспечить горизонтальность его дна. Рабочую зону разогревали до температуры 1050°С, соответствующей температуре плавления BGO. При этом благодаря тому, что фоновый нагреватель имел 2 секции, устанавливали осевой градиент температуры в камере 10 в среднем около 100°С/см. После того как кристалл оплавлялся, ОТФ-нагреватель начинали опускать с помощью верхнего штока вниз, одновременно при этом снимая мощность с его нагревательного элемента 5. Таким образом, расплавляли верхнюю часть затравочного кристалла высотой в среднем около 2 мм. Затем добивались необходимой формы расплавленной зоны, в том числе разнотолщинности (на противоположных краях ОТФ-нагревателя) в пределах 0.3÷0.4 мм, юстируя положение ОТФ-нагревателя. При этом устанавливали осевой градиент температуры на самом слое расплава ~200°С/см, а радиальный - 4÷5°С/см. Из бункера 16 начинали подачу шихты, приготовленную с размером зерна не более 0.5 мм в диаметре в соответствии с оценкой количества тепла, которое необходимо сообщить частице питающего материала, чтобы успеть расплавиться за t с: , где ρ - плотность кристаллического материала, λ - теплопроводность, С - теплоемкость, H - теплота плавления, ΔT - разница в температуре падающей шихты и ОТФ-нагревателя, - объем частицы, a - ее сечение. На практике ΔT=200-400°С, а частицы расплавлялись за 1,5-2,5 с. Через 10-15 мин расплав с верхней поверхности ОТФ-нагревателя начинал стекать к расплавленной зоне, после чего включали вытягивание кристалла вниз со скоростью 2 мм/ч. Выращенный кристалл высотой около 40 мм охлаждали и снимали с подставки. Измерение его диаметра показало, что он рос с превышением диаметра ОТФ-нагревателя на 0.5 мм. После разрезания кристалла вдоль оси роста и декорирования фронта кристаллизации было установлено, что разброс по толщине слоя расплавленной зоны был в пределах 0.5÷0.7 мм за счет небольшого завала (выпуклости) фронта кристаллизации на периферии кристалла.Example 1. The cultivation of a single crystal of bismuth germanate BGO. The
Пример 2. Выращивание монокристалла тетрабората лития (LBO). В качестве затравочного кристалла был взят образец диаметром 55 мм и высотой 12 мм. Подготовительные стадии те же, что и при росте BGO. Отличие заключалось в условиях кристаллизации, которые были созданы, чтобы реализовать морфологическую неустойчивость роста. В частности рабочую зону разогревали до температуры, только немного превышающей температуру плавления 922°С так, чтобы осевой градиент температуры был равен 10°С/см. Для этого высоту расплавленной зоны установили около 7 мм. Радиальный градиент не превышал 0.2°С/см. Скорость вытягивания составляла 0.5 мм/ч. Еще одно отличие было обусловлено существенно меньшей плотностью кристалла LBO (2100 кг/м3) по сравнению с BGO (7150 кг/м3). В этом случае слишком мелкие по размеру частицы с массой, меньшей в 10-3 мг, даже из-за небольших конвективных потоков сносились бы в стороны и не попадали на верхнюю поверхность ОТФ-нагревателя. В соответствии с оценкой для массы сферической частицы минимально допустимый размер зерна для LBO составил 0.1 мм в диаметре. С другой стороны, используемая фракция вплоть до 1 мм в диаметре быстро расплавлялась при попадании на горячую поверхность ОТФ-нагревателя. Для разращивания кристалла расплав подавали с избытком для данного сечения кристалла таким образом, что при кристаллизации поддерживался постоянным угол θ, равный 45°. Выросший кристалл диаметром 80 мм в своей верхней части имел морфологию, типичную для условий неустойчивого роста: ячеистую структуру гексагональной формы с размером ячейки 6-8 мм.Example 2. The growth of a single crystal of lithium tetraborate (LBO). A sample with a diameter of 55 mm and a height of 12 mm was taken as a seed crystal. The preparatory stages are the same as with the growth of BGO. The difference was in the crystallization conditions that were created to realize the morphological instability of growth. In particular, the working zone was heated to a temperature only slightly higher than the melting temperature of 922 ° C so that the axial temperature gradient was 10 ° C / cm. For this, the height of the molten zone was set to about 7 mm. The radial gradient did not exceed 0.2 ° C / cm. The drawing speed was 0.5 mm / h. Another difference was due to a significantly lower density of the LBO crystal (2100 kg / m 3 ) compared with BGO (7150 kg / m 3 ). In this case, particles that are too small in size with a mass of less than 10 -3 mg, even due to small convective flows, would drift apart and not fall on the upper surface of the OTP heater. According to the estimate for the mass of a spherical particle, the minimum allowable grain size for LBO was 0.1 mm in diameter. On the other hand, the fraction used up to 1 mm in diameter was quickly melted upon contact with the OTF heater on the hot surface. For crystal growth, the melt was supplied with excess for a given cross section of the crystal in such a way that the angle θ equal to 45 ° was kept constant during crystallization. The grown crystal with a diameter of 80 mm in its upper part had a morphology typical of conditions of unstable growth: a cellular structure of a hexagonal shape with a cell size of 6-8 mm.
Пример 3. Выращивание кристалла висмута. ОТФ-нагреватель 3а диаметром 40 мм, корпус которого изготовлен из нержавеющей стали и после протравливания ортофосфорной кислотой покрыт слоем висмута для обеспечения хорошего смачивания, разместили по оси камеры с помощью пластины 23, закрепленной по краям на каркасе 26, и винтов 27. С помощью винтов 25 ОТФ-нагреватель отгоризонтировали. Затравочный кристалл 2а в виде диска диаметром 40 мм и высотой 15 мм закрепили на медной водоохлаждаемой подставке диаметром 50 и длиной 80 мм строго по оси камеры. Питающий цилиндр 20 из висмута диаметром 40 и высотой 60 мм закрепляли к аналогичному медному теплоотводящему цилиндру 21, также охлаждаемому водой с помощью блока 22, который в верхней части камеры соединен со штоком 11. Затем, перемещая оба штока, образцы висмута приводили в соприкосновение с ОТФ-нагревателем, после чего фоновыми нагревателями разогрели рабочую зону до 270°С. При включении нагревательных элементов 5 и 5а и расплавлении висмута добивались перегрева в 5°С, т.е. соответственно аксиального градиента 20°С/см. Расплавленная зона 28 над ОТФ-нагревателем удерживалась силами поверхностного натяжения аналогично зоне 1 под ОТФ-нагревателем. Кристалл растили диаметром 45 мм (ΔR=2.5 мм) со скоростью вытягивания 10 мм/ч. При этом питающий стержень в соответствии с соотношением U=V×(Sкрист/Sстерж) опускали со скоростью U=12.7 мм/ч. Свежий расплав висмута поступал как через боковую поверхность ОТФ-нагревателя, так и отверстие в его корпусе 32. Хотя питающий стержень и был приготовлен в виде цилиндра, тем не менее, отклонения по геометрии от идеального имели место. Чтобы компенсировать неравномерность подачи расплава, что безусловно имело бы место при равномерном опускании стержня, его скорость варьировалась в зависимости от данных по углу θ, поступающих из компьютера в контур управления приводом верхнего штока 11; значение угла θ поддерживали равным углу роста φ≈18°.Example 3. Growth of a bismuth crystal. An OTP heater 3a with a diameter of 40 mm, the case of which is made of stainless steel and after etching with phosphoric acid, is coated with a bismuth layer to ensure good wetting, was placed along the camera axis using a
Пример 4. Получение сплава висмут-сурьма. Для получения висмута, содержащего около 12-17% сурьмы, питающий материал подавали в виде двух стержней висмута и сурьмы, причем сечение стержня из сурьмы составляло примерно одну шестую от сечения стержня из висмута. Оба стержня одновременно опускались вниз, плавились, и свежий расплав постоянного состава поступал в расплавленную зону. Кристалл растили при градиенте температуры 60°С/см из слоя расплава толщиной 1 мм со скоростью вытягивания 2 мм/ч. Выросший кристалл оказался по составу содержащим 15.5% Sb с разбросом значений по высоте ±1.8%.Example 4. Obtaining an alloy of bismuth-antimony. To obtain bismuth containing about 12-17% of antimony, the feed material was supplied in the form of two rods of bismuth and antimony, and the cross section of the rod of antimony was approximately one sixth of the cross section of the rod of bismuth. Both rods simultaneously fell down, melted, and fresh melt of constant composition entered the molten zone. The crystal was grown at a temperature gradient of 60 ° C / cm from a
Источники информацииInformation sources
1. В.И.Горилецкий и др. «Рост кристаллов: галогениды щелочных металлов». - Харьков: Акта, 2002. - 536 с.1. V.I. Goriletsky et al. “Crystal growth: alkali metal halides”. - Kharkov: Act, 2002 .-- 536 p.
2. Устройство для выращивания кристаллов (RU №1800854), С30В 11/00, 1990.2. Device for growing crystals (RU No. 1800854),
3. V.D.Golyshev, M.A.Gonik, A temperature field investigation in case of crystal growth from the melt with a plane interface on exact determination thermal conditions, Cryst. Prop. and Preparation, 36-38 (1991) 623.3. V. D. Golyshev, M. A. Gonik, A temperature field investigation in case of crystal growth from the melt with a plane interface on exact determination thermal conditions, Cryst. Prop. and Preparation, 36-38 (1991) 623.
4. V.D.Golyshev, M.A.Gonik, V.B.Tsvetovsky, Problems of Bi4Ge3O12 and Li2B4O7 single crystal growth by crucibleless variant of AHP method J. Crystal Growth, 198/199, 1999, p.501-506.4. VD Golyshev, MAGonik, VBTsvetovsky, Problems of Bi 4 Ge 3 O 12 and Li 2 B 4 O 7 single crystal growth by crucibleless variant of AHP method J. Crystal Growth, 198/199, 1999, p.501-506.
5. Устройство для получения монокристалла (варианты), способ получения монокристалла (варианты) и монокристалл (варианты), RU 2215070 С2, 27.10.2003.5. A device for producing a single crystal (options), a method for producing a single crystal (options) and a single crystal (options), RU 2215070 C2, 10.27.2003.
6. Голышев В.Д., Гоник M.A., Полянский Е.В., Цветовский В.Б. Особенности подачи шихты при выращивании германоэвлитина бестигельным методом, Разведка и охрана недр, 1996, №1, с.33-35.6. Golyshev VD, Gonik M.A., Polyansky EV, Tsvetovsky VB Features of the charge during the cultivation of Germanoevlitin by the crucible-free method, Exploration and protection of mineral resources, 1996, No. 1, pp. 33-35.
7. M.A.Гоник, M.M.Гоник, Т.В.Низкая. Контроль за формой мениска расплава при управлении ростом кристаллов бестигельным ОТФ методом. XVIII Петербургские чтения по проблеме прочности и роста кристаллов (методом Степанова). Санкт-Петербург, октябрь 21-24, 2008, с.83-86.7. M.A. Gonik, M.M. Gonik, T.V. Low. Control over the shape of the meniscus of the melt when controlling crystal growth using a crucible-free OTP method. XVIII St. Petersburg readings on the problem of strength and crystal growth (Stepanov's method). St. Petersburg, October 21-24, 2008, p. 83-86.
8. B.C.Юферев. Капиллярное формообразование кристаллов, вытягиваемых вниз из расплава бестигельным ОТФ методом. Кристаллография, 2008, vol.53, pp.1214-1220.8. B.C. Yufer. Capillary shaping of crystals pulled down from a melt by a crucible-free OTF method. Crystallography, 2008, vol. 53, pp. 1214-1220.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104734/05A RU2426824C2 (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Procedure for growing crystals by crucible-less method and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104734/05A RU2426824C2 (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Procedure for growing crystals by crucible-less method and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009104734A RU2009104734A (en) | 2010-08-20 |
RU2426824C2 true RU2426824C2 (en) | 2011-08-20 |
Family
ID=44755934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009104734/05A RU2426824C2 (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Procedure for growing crystals by crucible-less method and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2426824C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519410C2 (en) * | 2012-09-13 | 2014-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Monocrystal growing by crucibleless zone melting and device to this end |
RU2811419C2 (en) * | 2018-12-18 | 2024-01-11 | Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн | Nonlinear optical element with quasicontinuous circuit and method of its manufacture |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109506569B (en) * | 2019-01-08 | 2020-04-07 | 大连理工大学 | Method for monitoring three-dimensional sizes of cubic and columnar crystals in crystallization process based on binocular vision |
CN114197032B (en) * | 2020-09-17 | 2025-02-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Zone melting method crystal automatic growth device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1800854A1 (en) * | 1990-02-15 | 1996-06-20 | Всесоюзный научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья | Gear to grow crystals |
RU2330127C2 (en) * | 2006-06-06 | 2008-07-27 | ООО Научно-Производственное Предприятие "ОТФ-Техно" | Method of germanium single crystals growing by otf method |
-
2009
- 2009-02-12 RU RU2009104734/05A patent/RU2426824C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1800854A1 (en) * | 1990-02-15 | 1996-06-20 | Всесоюзный научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья | Gear to grow crystals |
RU2330127C2 (en) * | 2006-06-06 | 2008-07-27 | ООО Научно-Производственное Предприятие "ОТФ-Техно" | Method of germanium single crystals growing by otf method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GOLYSHEV V.D. et al. Problem of Bi 4 Ge 3 O 12 and Li 2 B 4 O 7 single crystal growth by crucibleless variant of AHP method. Journal of Crystal Growth. 1999, vol.198-199, part 1, p.501-506. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519410C2 (en) * | 2012-09-13 | 2014-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Monocrystal growing by crucibleless zone melting and device to this end |
RU2811419C2 (en) * | 2018-12-18 | 2024-01-11 | Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн | Nonlinear optical element with quasicontinuous circuit and method of its manufacture |
RU2830299C2 (en) * | 2023-01-20 | 2024-11-18 | Михаил Александрович Гоник | Method of growing crystals by crucibleless method and device for implementation thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009104734A (en) | 2010-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5513402B2 (en) | r-plane single crystal sapphire wafer | |
US20110056430A1 (en) | Equipment for growing sapphire single crystal | |
KR20120070080A (en) | Single crystal growth device | |
US5394825A (en) | Method and apparatus for growing shaped crystals | |
US11326272B2 (en) | Mono-crystalline silicon growth apparatus | |
US20160340795A1 (en) | Method of producing crystal | |
RU2426824C2 (en) | Procedure for growing crystals by crucible-less method and device for its implementation | |
WO2012054845A2 (en) | Intermediate materials and methods for high-temperature applications | |
JP4830312B2 (en) | Compound semiconductor single crystal and manufacturing method thereof | |
LU507230B1 (en) | Single crystal growth device | |
WO2007064247A2 (en) | METHOD FOR GROWING CD1-x ZnxTe (CZT) MONOCRYSTALS | |
JP5370394B2 (en) | Compound semiconductor single crystal substrate | |
JP4255972B2 (en) | Crystal manufacturing method and apparatus | |
JP2020114802A (en) | Method for manufacturing silicon single crystal | |
RU2320791C1 (en) | Crystal growing method and apparatus for performing the same | |
KR101292703B1 (en) | Apparatus for single crystal growth | |
JP3725280B2 (en) | Fluorite single crystal manufacturing apparatus and manufacturing method | |
JPH09169590A (en) | Crystallization hearth | |
RU2791643C1 (en) | Method for growing germanium or silicon single crystals and a device for its implementation | |
RU2830299C2 (en) | Method of growing crystals by crucibleless method and device for implementation thereof | |
CN103603032A (en) | Method for controlling crystallization velocity during silicon ingot casting | |
US20120055396A1 (en) | Intermediate materials and methods for high-temperature applications | |
JP3797643B2 (en) | Crystal production equipment | |
RU2791646C1 (en) | Method of crystallization of large-sized alloyed germanium ingots in the form of disks and plates and a device for its implementation | |
RU2357021C1 (en) | Facility for single crystals growing by method of axial heat current nearby solid-melt interface |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120213 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130127 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140213 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160327 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170213 |