устройство для выращивания кристаллов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ, содержащее тигель для расплава, установленный в подставке, контактирующей с водоохлаждаемым волноводом, соединенным с источником ультразвуковых колебаний, отличающееся тем, что подставка изготовлена из графита, а тигель из кварца, в дне подставки выполнено отверстие, сопряженное с волноводом по конусу, а между верхним торцом волновода и дном тигля для расплава помещен металлический галлий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения кристаллов и монокристаллов полупроводниковых и металлических материалов и может быть использовано при получении кристаллов для изготовления микроэлектронных приборов.

Известно устройство для выращивания кристаллов из расплава, содержащее тигель, установленный в подставке, соединенной с водоохлаждаемым волноводом, который соединен с источником ультразвуковых (УЗ) колебаний.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность передачи УЗ колебаний на границу раздела фаз кристалл-расплав в направлении вытягивания кристалла. Это обусловлено передачей УЗ от излучателя на фронт кристаллизации не только через волновод, а и через подставку и тигель с расплавом, что создает дополнительные потери интенсивности направленного излучения ультразвука на границу раздела фаз кристалл-расплав.

Цель изобретения уменьшение энергоемкости воздействия УЗ на расплав и увеличение производительности процесса роста кристаллов.

Это достигается тем, что в основании графитовой подставки выполнено центральное коническое отверстие, в которое вставлен волновод, сопряженный с контейнером коническим выступом. Волновод выполнен из высокотемпературного металла, например титана, молибдена. Использование графитовой подставки, сопряженной с металлическим волноводом коническим выступом, нарушает акустический контакт между боковой поверхностью волновода, точнее его коническим выступом и основанием контейнера.

Использование такого устройства позволяет снизить потери интенсивности УЗ, излучаемого на границу раздела фаз кристалл-расплав в направлении вытягивания кристалла. Кроме того, такой волновод можно многократно использовать при замене тигля для расплава и графитовой подставки, что повышает производительность процесса.

Вытягивание кристаллов ведут из кварцевого тигля, помещенного в графитовую подставку. При температуре плавления арсенида галлия кварцевый тигель принимает форму графитовой подставки и служит газонепроницаемой преградой для инертного газа, находящегося под избыточным давлением в камере, в атмосфере которого ведут процесс. Кроме того, кварцевый тигель предотвращает возможное окисление расплава от контакта с металлическим волноводом.

Для увеличения акустического контакта между верхним торцом металлического волновода и дном кварцевого тигля помещен металлический галлий. Использование галлия так же, как и использование подставки, сопряженной с волноводом коническим выступом, позволяет снизить потери интенсивности УЗ, излучаемого на границу раздела фаз кристалл-расплав в направлении вытягивания кристалла. Высокая упругость пара, низкая температура плавления, высокая вязкость металлического галлия и химическая инертность к арсениду галлия позволяют использовать его для надежного акустического контакта.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается наличием подставки, сопряженной с волноводом по конусу, и наличием акустического контакта из металлического галлия между волноводом и тиглем с расплавом. Таким образом, оно соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другим техническими решениями показывает, что применение подставки, сопряженной с волноводом по конусу и акустического контакта из металлического галлия между верхним торцом волноволда и дном тигля с расплавом в устройстве для выращивания кристаллов позволяют уменьшить энергоемкость воздействия ультразвука на расплав и увеличить производительность процесса. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Оно имеет графитовую подставку 1 с центральным коническим отверстием, в которую помещен кварцевый тигель 2. Металлический волновод 3 имеет конический выступ 4, посредством которого он сочленен с графитовой подставкой. Между верхним торцом металлического волновода и дном кварцевого тигля находится прослойка из металлического галлия 5. К нижнему торцу волновода крепится пьезопреобразователь 6.

Устройство работает следующим образом.

В кварцевый тигель 2 загружается шихта арсенида галлия. При расплавлении шихты (t= 1300^оС) кварцевый тигель принимает форму графитовой подставки 1 и прижимается к коническому выступу 4 на волноводе 3. Более плотный контакт между дном кварцевого тигля и верхним торцом волновода осуществляется с помощью прослойки из металлического галлия 5. В процессе выращивания кристалла ультразвуковые колебания передаются в область фронта кристаллизации от пьезопреобразователя 6 через металлический волновод, прослойку металлического галлия и дно кварцевого тигля.

Использование подставки, сопряженной с волноводом по конусу акустического контакта из металлического галлия дает возможность использовать УЗ интенсивностью на 40-50% меньше, чем при использовании устройства, принятого за прототип.

Многократное использование волновода и графитовой подставки при замене только для расплава после каждого процесса повышает его производительность.