[1]Изобретение относится к оборудованию в области цветной металлургии и предназначено для выращивания монокристаллов германия методом Чохральского.
[2]Существует проблема поддержания однородности температурных параметров роста монокристалла посредством стабилизации теплопереноса, в т.ч. сокращение и стабилизация радиального температурного градиента.
[3]Например, известно изобретение CN 101063227 (A) Technique and arrangement for low dislocations germanium mono-crystal with crucible lowering down czochralski method/Оборудование и технология для низкодислокационного монокристалла германия по методу Чохральского с опускающимся тиглем. Классическая установка метода Чохральского с обогреваемым тиглем и затравкодержателем, расположенным в теплоизолирующей ростовой камере, оборудована дополнительным нижним горизонтальным нагревателем с возможностью опускания тигля.
[4]Одним из направлений сокращения и стабилизации радиального температурного градиента является оборудование установки (печного агрегата) для выращивания монокристаллов методом Чохральского горизонтальными надтигельными тепловыми экранами.
[5]Прототипом изобретения является устройство для выращивания монокристаллов полупроводников методом Чохральского, техническим результатом которого является снижение дислокационных процессов (RU 2102540 Устройство для выращивания монокристаллов). Устройство включает тигель с коаксиальными нагревателем и теплоизоляцией, а также затравкодержатель и дополнительный тепловой экран, расположенные в камере роста. Дополнительный тепловой экран в виде полого цилиндра установлен над тиглем. Верхняя часть дополнительного экрана закреплена на затравкодержателе, а нижняя имеет горизонтальную крышку, открывающуюся при перемещении затравкодержателя.
[6]Недостаточный эффект экранирования теплового поля обусловливает потери лучистой энергии расплава, а также недостаточное снижение тепловых градиентов.
[7]Задачей изобретения является снижение тепловых потерь, снижение и стабилизация теплового градиента монокристалла.
[8]Задача решается тем, что в устройстве для выращивания монокристалла германия методом Чохральского, включающем расположенные в ростовой камере тигель со смежными коаксиальными нагревателем и теплоизоляцией, а также затравкодержатель и тепловой надтигельный цилиндрический экран, согласно изобретению тепловой полый экран установлен на тигель сверху с возможностью погружения его нижней части в расплав германия. В стенке нижней части указанного погружного теплового экрана выполнены сквозные прорези. Каждая из нижних кромок прорезей представляет собой линию в виде дуги Архимедовой или логарифмической спирали. Верхняя кромка погружного теплового экрана выполнена в виде опорной обечайки, выступающей наружу. Погружной тепловой экран выполнен из материала с низкой теплопроводностью, например кварца.
[9]Техническим результатом изобретения является сокращение потерь лучистой энергии слитка и расплава, создание необходимой величины перегрева, снижение и стабилизация радиального температурного градиента по фронту кристаллизации и внутри монокристалла, сокращение возможности дендритного роста на поверхности расплава и образования дефектов структуры - дислокаций - вследствие установки на тигель теплового низкотеплопроводного экрана и погружения его в расплав для свободной циркуляции расплава в тигле через прорези, что, в целом, способствует повышению качества выращиваемого монокристалла германия.
[10]Общий вид устройства представлен на фиг. 1 в разрезе, на фиг. 2 - тепловой экран погружной в трехмерном измерении (3D). Устройство состоит из следующих элементов:
[13]3 - затравкодержатель;
[14]4 - тигельный доннобоковой нагреватель;
[15]5 - тигельный тепловой экран коаксиальный;
[16]6 - тигельный тепловой экран горизонтальный;
[17]7 - тепловой экран зоны затравки;
[18]8 - тепловой экран погружной;
[20]10 - поддон тигельный.
[21]В ростовой камере 1 установлены тигель 2, тигельный доннобоковой резистивный нагреватель 4, тигельный тепловой коаксиальный экран 5. Горизонтальный тигельный экран 6 выполнен с центральным отверстием и присоединен к верхним кромкам коаксиального экрана 5. В верхней части камеры 1 на штоке установлен затравкодержатель 3. На горизонтальный экран 6 установлен коаксиально экран зоны затравки 7. Экран 7 выполнен в виде цельного толстостенного цилиндра или состоящим из нескольких установленных друг на друга секций. Погружной экран 8 представляет собой полый цилиндр, верхняя часть которого выполнена в виде обечайки, выступающей наружу, а в стенке нижней части выполнены сквозные прорези 9. Каждая из нижних кромок стенок прорезей 9 представляет собой линию в виде дуги Архимедовой или логарифмической спирали. Погружной экран 8 укреплен внутри горизонтального тигельного экрана 6, обечайка установлена на верхнюю плоскость экрана 6, нижняя кромка погружного экрана 8 со сквозными прорезями 9 опущена внутрь тигля 2. В нижней части камеры 1 установлен тигельный поддон 10.
[22]Тигель 2 выполнен из графита, погружной экран 8, тепловые экраны 5, 6, 7, поддон 10 выполнены из материала с низкой теплопроводностью, например кварца. Указанное оборудование установлено соосно. Устройство оборудовано системами вакуумно-газовой, охлаждения, управления и контроля.
[23]Устройство работает следующим образом. Готовят устройство для выращивания монокристалла германия. В тигель 2 загружают куски германия. Тигель помещают на дно доннобокового нагревателя 4, монтируют тепловые экраны 6, 8, 7. В затравкодержатель 3 помещают затравку. В ростовой камере 1 создают вакуум 10-3 мм рт.ст., затем камеру заполняют аргоном и создают давление 0,2 ат. Подают напряжение на тигельный нагреватель 4. Получают расплав германия при температуре 937С. Нижняя кромка погружного экрана 8 с прорезями 9 опущена в расплав. Расплав циркулирует в тигле через прорези 9 вследствие движения тепловых потоков. Вращают шток затравкодержателя 3. Затравку опускают в расплав, вращают и вытягивают монокристалл. Контролируют рабочие параметры: температура нагревателя, скорости вращения и перемещение штока затравкодержателя, диаметр монокристалла. По окончании роста кристалла завершают процесс.
[24]Плотность дислокаций выращиваемого монокристалла германия Nд<300 см-2, радиальный градиент не более 0,2C/см.
