Диссертация (1143290), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Таганрог) (рисунок 1.12).Рисунок 1.12 – Установка СЗВН – 155.320 для выращивания сапфираС точки зрения планирования производства, к основным особенностям процесса получения монокристаллов сапфира относятся:- сложность получения изделий на основе сапфира;- трудность управления технологическими процессами;- количество годных изделий по отдельным технологическим операциям и повсему процессу в комплексе может быть намного меньше, чем предполагаемыйобъем, что затрудняет решение задач планирования, поскольку необходимо введение механизма поиска соотношения объемов запуска и выпуска;- возможность получения годных изделий с параметрами, которые отличаютсяот планируемых заранее, так как при реализации технологических операций может44произойти изменение параметров, которое повлечет за собой изменение характеристик получаемых изделий;- возможно присутствие дефектов (механических напряжений, блоков, дислокаций, пузырей, примесей), которые оказывают влияние на качество кристаллов;- влияние контролируемых параметров (электрического напряжения на нагревателе, скорости перемещения контейнера, степени вакуума, времени роста кристалла, положения контейнера относительно нагревателя) на процесс роста и параметры получаемого кристалла;- наличие факторов, которые имеют корреляционную зависимость, трудноучитываемую заранее в моделях и в различных системах стабилизации технологического процесса.В предложенном С.

Киропулосом методе (1926 г.) затравка монокристалла,расположенная в водоохлаждаемом кристаллодержателе, приводится в контакт срасплавом, размещенным в тигле. На затравке происходит постепенный рост кристалла в форме полусферы. При этом кристалл как бы врастает в расплав. Когдарастущий кристалл приблизится к стенке тигля, кристаллодержатель с кристалломподнимается на несколько мм и затем выполняется последующий рост до очередного разрастания до стенок тигля, дальнейшего подъема и так далее. В методе Киропулоса диаметр формируемого кристалла может составлять порядка 300 мм иболее и ограничиваться только размерами тигля. Существуют модификации метода Киропулоса, для которых вместо периодического подъема кристаллодержателяс растущим кристаллом происходит его непрерывный подъем с постоянной скоростью.

С целью уменьшения напряжений полученные кристаллы подвергаются специальному послеростовому отжигу [41].Анализ показал, что одним из перспективных методов получения крупногабаритных кристаллов сапфира является метод ГНК. Данная работа нацелена на повышение качества кристаллов сапфира для электронной техники и на усовершенствование технологии выращивания кристаллов из расплава. При рассмотрении45влияния параметров роста на качество кристалла сапфира потребуется проведениечисленных экспериментов.1.3 Проблема модернизации установок для роста кристаллов сапфираМетод ГНК является одним из перспективных методов роста кристалловсапфира.

Данный метод получения кристаллов сапфира сравнительно прост и производителен. Высокий уровень свойств сапфира обусловлен в значительной степени особенностями микроструктуры, формирующейся в процессе направленнойкристаллизации: однородной, ориентированной вдоль направления теплоотвода[42-44].Для повышения качества кристаллов сапфира и производства крупных сапфиров для работы в агрессивных средах, под большим давлением, в аэрокосмической технике, самолетостроении и при массовом производстве подложек для светодиодов необходимо оптимизировать конструкцию теплового узла установки дляроста сапфира методом ГНК.Установка направленной кристаллизации сапфира из расплава относится кавтоматическим технологическим средствам направленной кристаллизации материалов в технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры.Установка включает вакуумную камеру и размещенную в ней теплоизоляционную камеру, блок управления, блок электрического питания, датчики температуры и глубины вакуума, источник энергии, лодочку с шихтой, электромеханический привод для перемещения контейнера, оптический канал связи, задатчики значений температуры и глубины вакуума, генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов и логический элемент ИЛИ, устройства сравнения.

Датчик температуры в данной конструкции установки выполнен на радиационном многоканальномпирометре,датчикглубинывакуумареализованнаинверсно-магнетронном вакуумметре, а электромеханический привод – на шаговом двигателе [44].46Известна также установка направленной кристаллизации сапфира [45], содержащая теплоизолированную камеру, вакуумную камеру, соединенную патрубком с вакуумным насосом, источник энергии в теплоизолированной камере, индикатор глубины вакуума, второй датчик, датчик температуры, индикатор значениятемпературы, соединенный входом со вторым датчиком, контейнер с шихтой, размещенный в теплоизолированной камере, электрический источник питания, включенный в сеть, блок управления, соединенный силовыми входами с выходами источника питания, а первым выходом – со входом источника тепловой энергии, канал оптической связи, электромеханический привод контейнера, который соединенсиловым входом со вторым выходом блока управления, а выходом, механически, сконтейнером.

В данной конструкции первый датчик выполнен на термоионизационном вакуумметре, второй датчик на термопаре, а электромеханический привод –на двигателе постоянного тока. Недостаток такого оборудования – ограничения поточности и достоверности при управлении и контроле технологическими параметрами процесса, что связано с субьективностью человека в контуре контроля иуправления как при визуальном контроле параметров технологического процесса,так и при их ручном поддержании на определенном уровне, а также повышенныеэнергетические и временные затраты.Известна также установка направленной кристаллизации сапфира [46], состоящая из вакуумной камеры с соединенным патрубком вакуумным насосом, теплоизолированной камеры, первого датчика, датчика глубины вакуума, первого индикатора, индикатора глубины вакуума, соединенного своим входом с выходомдатчика вакуума, источника тепловой энергии и контейнера с шихтой, размещенных в теплоизолированной камере, блока питания, соединенного входом с электрической сетью общего назначения, блока управления, соединенного силовымивходами с выходами блока питания, канала оптической связи и второго датчика,датчика температуры, соединенного оптическим входом с выходом канала оптической связи, второго индикатора, индикатора температуры содержимого контейнера, соединенного входом с выходом второго датчика, электромеханического при47вода лодочки, соединенного входом с выходом блока управления, а выходом, механически, с контейнером.

В данной конструкции первый датчик выполнен наальфатроне, второй датчик выполнен на фотоэлектрическом пирометре, а электромеханический привод – на двигателе постоянного тока. Недостатки такого оборудования – ограничения по точности и достоверности результатов контроля технологических параметров вакуума и температуры, что связано с погрешностями вакуумметра и пирометра, изменениями во времени пропускной способности, прозрачности канала оптической связи, визуальным контролем результатов технологических параметров оператором в сравнении с заранее известными значениямитехнологических параметров, и высокие затраты энергии и времени, что связано сручным управлением источником тепловой энергии и электромеханическим приводом контейнера.Сравнительный анализ существующих установок для роста сапфира представлен в таблице 1.7.Таблица 1.7 – Сравнительный анализ существующих установок для ростасапфираСуществующие конструкции тепловыхузловУстройстводля выращивания монокристаллов сапфира [47]ДостоинстваНедостаткиОтражатель состоит из двух пар коаксиальноразмещенных цилиндров из молибдена, полостивнутри пар заполнены тугоплавкими материалами, то есть устройство выполняет существенныйтепловой сброс на второй паре цилиндров отражателя и тем самым стабилизирует тепловое поле, также эти же конструктивные особенностипозволяют повысить диаметр нагревателя и снизить число вертикальных экранов.Выход годных кристаллов более 50%.48Продолжение таблицы 1.7.СуществуюДостоинстващие конструкции тепловыхузловСпособ выраИзобретение обеспечивает возможность увеличещивания мония полезной площади (прямоугольной части)нокристалловвыращиваемых кристаллов на 30-45 %, а такжетугоплавкихполучения плоского фронта кристаллизации в обоксидов [48]ластях боковых складок контейнера, что сводит кминимуму возможность возникновения напряжений и полностью исключает образование блоковв растущем кристалле.Способ иНагреватель, расположенный снаружи тигля, выустройство для полнен в виде нескольких отдельных нагреватевыращиваниялей, которые управляются независимо друг отмонокристалдруга отдельно установленными температурнымилов сапфирадатчиками, регуляторами мощности и блоками[49]регулирования температуры таким образом, чтоон равномерно поддерживает температуру внутритигля в горизонтальном направлении.Установка длявыращиваниямонокристаллов сапфира винертнойкриогенноочищенной газовой среде[50]НедостаткиНагревательные устройства выполняют из углеграфитового материала,что может вызвать появление примесей в кристалле.Способ дополнительновключает стадию, на которой после завершенияроста кристалла осуществляют отжиг путемпрерывания процессаохлаждения, проводимого за счет отделенияохлаждающей плиты оттигля путем вертикального перемещения охлаждающей плиты илитигля, и равномерноподдерживают температуру внутри тигля до того, как тигель будетохлажден до комнатнойтемпературы.При выращивании кристаллов сапфира горизонМонокристаллы сапфитальной направленной кристаллизацией из расра, выращенные в газоплава в инертных газах с добавками Н2 или СОвой среде, содержатресурс работы нагревателей и теплоизолирующих скопление частиц второйэкранов, изготовленных из вольфрама и молибде- фазы.на, в несколько раз превышает их ресурс работы ввакууме.49Продолжение таблицы 1.7.СуществуюДостоинстващие конструкции тепловыхузловУстановкаУстановка включает вакуумную камеру, теплонаправленнойизоляционную камеру, расположенную в вакуумкристаллизаной камере, электрический источник питания, сиции расплавастему управления, датчики степени вакуумиросапфира [44]ванности и температуры, источник тепловойэнергии, контейнер с шихтой, электромеханический привод перемещения контейнера, оптический канал связи, задатчики глубины вакуума итемпературы, устройства сравнения, генератортактовых импульсов, распределитель импульсови логический элемент ИЛИ.

Датчик глубины вакуума реализован на инверсно-магнетронном вакуумметре, датчик температуры – на радиационном многоканальном пирометре, а электромеханический привод – на шаговом двигателе.УстановкаУстановка включает вакуумную камеру с соединаправленнойненным патрубком ваккумным насосом, теплокристаллизаизолированную камеру с резистивным источниции сапфираком тепловой энергии, индикатор глубины ваку[45]ума, второй датчик, датчик температуры, индикатор значения температуры, соединенный входомсо вторым датчиком, контейнер с шихтой, размещенный в теплоизолированной камере, блокэлектрического питания, включенный в электрическую сеть, систему управления, соединеннуюсиловыми входами с выходами источника питания, а первым выходом – со входом источникатепла, канал оптической связи, электромеханический привод лодочки, соединенный силовым входом со вторым выходом системы управления, авыходом, механически, с лодочкой.

Характеристики

Список файлов диссертации