RU142229U1 - INSTALLATION FOR GROWING CRYSTALS FROM MELT - Google Patents

Abstract

Установка для выращивания кристаллов из расплава, содержащая основной блок, систему управления нагревом и систему вакуумирования, в которой основной блок содержит вертикальную станину, к которой крепится механизм поворота и вращения кристалла, ростовую камеру с размещенным внутри нее тепловым узлом с тиглем, заполненным расплавом, механизм поворота и вращения, который через датчик веса и тягу связан с затравочным кристаллом, отличающаяся тем, что между датчиком веса механизма поворота и вращения кристалла и тягой установлен кардан, обеспечивающий при передаче вращательного и поступательного движения, перпендикулярность тяги к поверхности расплава, механизм поворота и вращения кристалла и ростовая камера жестко прикреплены к станине и заключены внутри герметичного вакуумируемого кожуха, причем корпус механизма поворота и вращения кристалла герметично соединен с верхней частью ростовой камеры посредством короткоходового сильфона.An apparatus for growing crystals from a melt, comprising a main unit, a heating control system and a vacuum system, in which the main unit contains a vertical bed, to which the rotation and rotation mechanism of the crystal is attached, a growth chamber with a thermal unit with a melt-filled crucible inside, a mechanism rotation and rotation, which is connected via a weight and traction sensor to a seed crystal, characterized in that a cardan is installed between the weight of the crystal rotation and rotation rotation sensor and the rod, both sintering during the transmission of rotational and translational motion, the perpendicularity of the thrust to the melt surface, the crystal rotation and rotation mechanism, and the growth chamber are rigidly attached to the bed and enclosed inside a sealed evacuated casing, the crystal rotation and rotation mechanism housing being hermetically connected to the upper part of the growth chamber by means of a short-stroke bellows .

Description

Заявляемая полезная модель относится установкам для выращивания кристаллов из расплава, а более конкретно к установкам, функционирующим по методу Чохральского или Киропулоса. Установка может применяться, например, для выращивания кристаллов парателлурита.The inventive utility model relates to plants for growing crystals from a melt, and more particularly to plants operating according to the Czochralski or Kyropoulos method. The installation can be used, for example, for growing paratellurite crystals.

Известна установка для выращивания кристаллов, содержащая основной блок, систему управления нагревом и систему вакуумирования, в которой основной блок содержит вертикальную станину, к которой крепится механизм поворота и вращения кристалла, ростовую камеру с размешенным внутри нее тепловым узлом с тиглем, заполненным расплавом, механизм поворота и вращения через датчик веса и систему тяг связанн с затравочным кристаллом (Российская академия наук Федеральное государственное предприятие «Экспериментальный завод научного приборостроения со специальным конструкторским бюро», Установка автоматизированная для выращивания монокристаллов из расплава «Ника-3», (http://www.ezan.ac.ru/products/crystalgrowth/nika3/)/. Руководство по эксплуатации КУНИ.442199.002 РЭ), 2009 г.)A known installation for growing crystals, containing a main unit, a heating control system and a vacuum system, in which the main unit contains a vertical bed, to which the rotation and rotation mechanism of the crystal is attached, a growth chamber with a heat assembly placed inside it with a crucible filled with a melt, a rotation mechanism and rotation through a weight sensor and a rod system is connected to a seed crystal (Russian Academy of Sciences Federal State Enterprise Scientific Experimental Instrument-Making Plant with a special design bureau ”, Automated installation for growing single crystals from the Nika-3 melt, (http://www.ezan.ac.ru/products/crystalgrowth/nika3/)/. Operation manual KUNI.442199.002 RE) , 2009)

Недостатком известной установки, выбранной в качестве прототипа настоящей полезной модели является то, что механизм перемещения и вращения кристалла жестко связан с ростовой камерой. В результате этого при деформации камеры, вызванной изменениями давления в ее водоохлаждаемых частях или температуры корпуса датчика веса, изменяется положение растущего кристалла относительно поверхности расплава. Нестабильность взаимного расположения расплава и растущего кристалла снижает качество последнего.A disadvantage of the known installation, selected as a prototype of this utility model is that the mechanism for moving and rotating the crystal is rigidly connected with the growth chamber. As a result of this, during deformation of the chamber caused by changes in pressure in its water-cooled parts or the temperature of the housing of the weight sensor, the position of the growing crystal relative to the surface of the melt changes. The instability of the relative position of the melt and the growing crystal reduces the quality of the latter.

Это влияние особенно заметно при скоростях роста менее 1 мм/час. Кроме того, нарушается перпендикулярность тяги кристалла относительно поверхности расплава, что нарушает осевую симметрию мениска в зоне кристаллизации и приводит к ухудшению качества кристалла..This effect is especially noticeable at growth rates of less than 1 mm / hour. In addition, the perpendicularity of the crystal thrust relative to the melt surface is violated, which violates the axial symmetry of the meniscus in the crystallization zone and leads to a deterioration in the quality of the crystal ..

Задачей настоящей полезной модели является преодоление указанных недостатков.The objective of this utility model is to overcome these shortcomings.

Техническим результатом создание установки, функционирующей по методу Чохральского или Киропулоса, обеспечивающей получение кристаллов более высокого качества, чем в прототипеThe technical result is the creation of a facility that operates according to the method of Czochralski or Kyropoulos, providing crystals of higher quality than in the prototype

Поставленная задача и необходимый технический результат достигаются тем, что в установке для выращивания кристаллов из растворов, содержащей основной блок, систему управления нагревом и систему вакуумирования, в которой основной блок содержит вертикальную станину, к которой крепится механизм поворота и вращения кристалла, ростовую камеру с размещенным внутри нее тепловым узлом с тиглем, заполненным расплавом, механизм поворота и вращения, который через датчик веса и тягу связан с затравочным кристаллом, между датчиком веса механизма поворота и вращения кристалла и тягой установлен кардан. Кардан обеспечивает при передаче вращательного и поступательного движения перпендикулярность тяги к поверхности расплава. Механизм поворота и вращения кристалла и ростовая камера жестко прикреплены к станине и заключены внутри герметичного вакуумируемого кожуха, причем корпус механизма поворота и вращения кристалла герметично соединен с верхней частью ростовой камеры посредством короткоходового сильфона.The task and the necessary technical result are achieved by the fact that in the installation for growing crystals from solutions containing the main unit, a heating control system and a vacuum system, in which the main unit contains a vertical bed, to which the rotation and rotation mechanism of the crystal is attached, a growth chamber with inside it a thermal unit with a crucible filled with a melt, a rotation and rotation mechanism, which is connected through a weight sensor and a draft to a seed crystal, between the weight sensor of the mechanism overshoot and rotation of the crystal and thrust mounted cardan. The cardan ensures the transmission of rotational and translational motion perpendicular to the thrust to the surface of the melt. The mechanism of rotation and rotation of the crystal and the growth chamber are rigidly attached to the bed and enclosed within a sealed evacuated casing, and the housing of the mechanism of rotation and rotation of the crystal is hermetically connected to the upper part of the growth chamber by means of a short-stroke bellows.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схемой, представленной на фигуре.The essence of the proposed utility model is illustrated by the scheme shown in the figure.

Устройство содержит основную часть установки 1, систему нагрева теплового узла и управления 2 и систему откачки и напуска газов 3.The device contains the main part of the installation 1, the heating system of the heating unit and control 2 and the system of pumping and admission of gases 3.

Основная часть установки содержит станину 4 с вертикальной стойкой, на которой закреплен механизм 5 вращения и перемещения кристалла, заключенный внутри герметичного вакуумируемого кожуха. На станине также крепится герметичная ростовая камера 6, в которой установлен тепловой узел 7. Внутри теплового узла помещается тигель 8 с расплавом выращиваемого вещества 9. В верхней части механизма 5 установлен датчик веса 10 с тягой 11. К тяге прикреплен затравочный кристалл 12, на который наращивается основной кристалл 13The main part of the installation contains a frame 4 with a vertical strut, on which is fixed a mechanism 5 for rotation and movement of the crystal, enclosed inside a sealed evacuated casing. A sealed growth chamber 6 is also mounted on the bed, in which a heat unit is installed 7. A crucible 8 with a melt of the grown substance 9 is placed inside the heat unit. A weight sensor 10 with a rod 11 is installed in the upper part of the mechanism 5. A seed crystal 12 is attached to the rod, onto which main crystal builds up 13

Между датчиком веса и тягой установлен кардан 14, обеспечивающий при передаче вращательного и поступательного движения от двигателя, постоянное вертикальное положение тяги с затравочным кристаллов относительно поверхности расплава.A cardan 14 is installed between the weight sensor and the draft, which ensures, when transmitting rotational and translational motion from the engine, a constant vertical position of the draft with the seed crystals relative to the melt surface.

С целью обеспечения снижения влияния изменения размеров ростовой камеры при изменении внешних условий в процессе работы установки применено переходное соединение 15 (короткоходовой сильфон), обеспечивающее жесткое, но раздельное крепление ростовой камеры и механизма 5 передачи вращательного и поступательного движения к вертикальной станине.In order to reduce the influence of changes in the size of the growth chamber when changing external conditions during the installation, a transitional connection 15 (short-stroke bellows) was used, which provides a rigid but separate fastening of the growth chamber and the mechanism 5 for transmitting rotational and translational motion to a vertical bed.

В процессе эксплуатации установки размещение между датчиком веса и тягой устройства, обеспечивающего перпендикулярность тяги поверхности расплава, позволяет обеспечить осевую симметрию мениска в зоне кристаллизации.During operation of the installation, the placement between the weight sensor and the thrust of the device, ensuring the perpendicularity of the thrust of the melt surface, allows axial symmetry of the meniscus in the crystallization zone.

Наличие вакуумируемого кожуха вокруг механизма 5 позволяет поддерживать необходимые режимы вращательного и поступательного движения штока и соединенной с ним через датчик веса тяги растущего кристалла. Герметичное соединение корпуса механизма 5 с верхней частью ростовой камеры с помощью короткоходового сильфона позволяет исключить влияние изменения геометрических размеров камеры на расстояние между тиглем и механизмом перемещения. Изменения геометрических размеров корпуса по абсолютной величине в зависимости от условий работы установки может составлять от долей до единиц миллиметра. Для их компенсации достаточно использовать короткоходовой сильфон, что значительно дешевле длинноходового тарельчатого.The presence of a vacuum casing around the mechanism 5 allows you to maintain the necessary modes of rotational and translational motion of the rod and connected to it through the sensor of the thrust weight of the growing crystal. The tight connection of the mechanism body 5 with the upper part of the growth chamber using a short-stroke bellows eliminates the influence of changes in the geometric dimensions of the chamber on the distance between the crucible and the movement mechanism. Changes in the geometric dimensions of the housing in absolute value depending on the operating conditions of the installation can range from fractions to units of a millimeter. To compensate, it is enough to use a short-stroke bellows, which is much cheaper than a long-stroke disk.

Герметичность корпуса датчика веса, его соединения со штоком, механизма 5 и сильфоном 15 позволяет получать в пространстве ростовой камеры необходимые разрежения перед напуском рабочего газа и обеспечить постоянство параметров газовой среды при росте кристалла. Герметичность также исключает утечку технологических газов из установки в окружающее пространство, защищая обслуживающий персонал от их вредного воздействия.The tightness of the housing of the weight sensor, its connection with the rod, mechanism 5 and bellows 15 allows to obtain the necessary rarefactions in the space of the growth chamber before the inlet of the working gas and to ensure the constancy of the parameters of the gas medium during crystal growth. Tightness also eliminates the leakage of process gases from the installation into the environment, protecting service personnel from their harmful effects.

Постоянство расстояния между растущим кристаллом и поверхностью расплава, перпендикулярность тяги растущего кристалла поверхности расплава, постоянство газовой среды стабилизируют параметры зоны кристаллизации, что повышает структурное совершенство монокристаллов и постоянство их геометрических размеров.The constancy of the distance between the growing crystal and the melt surface, the perpendicularity of the thrust of the growing crystal of the melt surface, the constancy of the gaseous medium stabilize the parameters of the crystallization zone, which increases the structural perfection of single crystals and the constancy of their geometric dimensions.

Claims (1)

Установка для выращивания кристаллов из расплава, содержащая основной блок, систему управления нагревом и систему вакуумирования, в которой основной блок содержит вертикальную станину, к которой крепится механизм поворота и вращения кристалла, ростовую камеру с размещенным внутри нее тепловым узлом с тиглем, заполненным расплавом, механизм поворота и вращения, который через датчик веса и тягу связан с затравочным кристаллом, отличающаяся тем, что между датчиком веса механизма поворота и вращения кристалла и тягой установлен кардан, обеспечивающий при передаче вращательного и поступательного движения, перпендикулярность тяги к поверхности расплава, механизм поворота и вращения кристалла и ростовая камера жестко прикреплены к станине и заключены внутри герметичного вакуумируемого кожуха, причем корпус механизма поворота и вращения кристалла герметично соединен с верхней частью ростовой камеры посредством короткоходового сильфона.

An apparatus for growing crystals from a melt, comprising a main unit, a heating control system and a vacuum system, in which the main unit contains a vertical bed, to which the rotation and rotation mechanism of the crystal is attached, a growth chamber with a thermal unit with a melt-filled crucible inside, a mechanism rotation and rotation, which is connected via a weight and traction sensor to a seed crystal, characterized in that a cardan is installed between the weight of the crystal rotation and rotation rotation sensor and the rod, both sintering during the transmission of rotational and translational motion, the perpendicularity of the thrust to the melt surface, the crystal rotation and rotation mechanism, and the growth chamber are rigidly attached to the bed and enclosed inside a sealed evacuated casing, the crystal rotation and rotation mechanism housing being hermetically connected to the upper part of the growth chamber by means of a short-stroke bellows .

Images