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

Текст из файла

Содержание

Задание

1 Общие сведения

2 Установки зонной плавки в контейнерах

3 Установки бестигельной зонной плавки

4 Установка бестигельной зонной плавки с индукционным нагревом

5 Установка бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом

Заключение 19 Список использованных источников

Оборудование для зонной плавки

1 Общие сведения

Зонная плавка (очистка полупроводниковых материалов и редких металлов от примесей) основана на физических процессах разделения, преимущество которых состоит в том, что очистка протекает без исполь­зования каких-либо реагентов, вносимых извне. Зонная плавка — кри­сталлизационный метод очистки — заключается в удалении примесей движущимся фронтом кристаллизации. Она применима для любого кри­сталлизующегося вещества, растворимость примесей которого в жидком и твердом состояниях различна.

При очистке слиток может находиться в горизонтальном или верти­кальном положении в соответствующем контейнере.

Простейшее устройство представляет собой горизонтальный кон­тейнер, в котором расположена лодочка с очищаемым веществом. Лодоч­ка проходит через нагреватель, создающий расплавленную зону. Пере­мещаться может либо лодочка относительно неподвижного нагревателя, либо нагреватель относительно неподвижной лодочки.

Бестигельную зонную плавку применяют для того, чтобы избежать взаимодействия очищаемого слитка с материалом контейнера и загряз­нения материала, которое может при этом происходить. Подлежащий очистке слиток вертикально помещают в камере, в которой создают ва­куум или необходимую атмосферу. Нагреватель создает расплавленную зону, которая удерживается в слитке под действием сил поверхностного натяжения.

Р ис. 1. Схема аппаратов для зонной очистки:

а – однозонный аппарат; б — многозонный; в — вертикальный; г — бестигельный; 1 — кристал­лический материал; 2 — нагреватель; 3 — рас натяжения (иногда для поддержания зоны используется сжимающий эффект магнитного поля.)

В результате относительного движения нагре­вателя и слитка вдоль оси последнего расплавленная зона перемеща­ется.

На рис. 1 .показаны принципиальные схемы аппаратов для зон­ной очистки. Эффективность очистки процесса зонной плавки определя­ется величиной коэффициента распределения (коэффициентом сегрега­ции). Коэффициент распределения представляет собой определяющий фактор эффективности процесса зонной плавки

где К — коэффициент распределения;

Ств И С_ж —концентрации примесей в твердой и жидкой фазах.

Процесс заключается в медленном движении расплавленной зоны вдоль твердого загрязненного (очищаемого) слитка. В результате этого большая часть примесей перераспределяется по длине слитка, переме­щаясь к одному из его концов.

Метод зонной плавки широко применяют для глубокой очистки ме­таллов, полупроводниковых материалов и других веществ.

В практических целях для достижения максимальной эффективно­сти процесса, кроме основного фактора — величины коэффициента рас­пределения, необходимо учитывать следующие важные факторы: длину зоны и скорость ее перемещения, степень перемешивания расплава в зоне, количество зон, одновременно расплавляемых в слитке, массоперенос, точное регулирование температуры, степень чистоты материалов аппаратуры и .реакционное взаимодействие материала контейнера и рас­плавленного материала.

Длина зоны обычно зависит от физических свойств очищаемого ма­териала: точки плавления, теплоемкости, скрытой теплоты плавления, лучеиспускания и теплопроводности. Узкую расплавленную зону легче создать в материале, имеющем более высокую температуру плавления и низкую теплопроводность по сравнению с материалом, имеющим низкую температуру плавления и высокую теплопроводность. Обычно длина зо­ны составляет около одной десятой длины очищаемого слитка.

Скорость перемещения зоны зависит от коэффициента диффузии примеси, условий (перемешивания зоны и т. д. Она колеблется в широких пределах от сотых долей до нескольких миллиметров в минуту. При перемешивании расплава, в зоне увеличивается эффективность процесса, в результате этого можно увеличить скорость перемещения зоны. В тех случаях, когда имеется возможность перемещать вдоль по слитку после­довательно несколько расплавленных зон, выгодно иметь минимальные промежутки между зонами. Величина их не влияет на последующее рас­пределение примесей и определяется из практических условий.

При применении метода зонной очистки в результате изменения плотности (объема) вещества при расплавлении зоны происходит пере­нос вещества из одного конца лодочки в другой. При одном проходе зо­ны это явление малозаметно, но при большом числе проходов материал перемещается настолько значительно, что даже может вылиться через край лодочки. Для предотвращения этого необходимо наклонять лодоч­ку на некоторый угол, величину которого можно определить практически и расчетом.

Точное регулирование температуры достигается применением соот­ветствующей злектрорегулирующей аппаратуры, которой оснащены со­временные установки зонной плавки.

2 Установки зонной плавки в контейнерах.

Установки горизонтальной зонной плавки по типу нагрева зон могут быть с индукционным нагревом, нагревом сопротивлением и световым нагревом. Электроннолучевой нагрев не получил достаточного распро­странения в установках зонной плавки горизонтального типа, но его применяют в установках бестигельной зонной плавки. Внешний вид уста­новки горизонтальной зонной плавки с индукционным нагревом пред­ставлен на рис. 2.

Для увеличения производительности созданы и работают установки полунепрерывного процесса зонной плавки, при котором в длинной ка­мере (трубе) контейнеры-лодочки перемещаются непрерывной цепочкой относительно неподвижно расположенных нескольких нагревателей. Для загрузки в камеру очередного контейнера с неочищенным материалом процесс не прерывают.

Другой способ увеличения производительности установок горизон­тальной зонной плавки заключается в параллельном расположении большого числа камер-труб, в каждой из которых размещено по одной -две лодочки. Нагреватели, число которых равно числу камер-труб, смон­тированы в один блок, перемещающийся вдоль оси трубы. Камеры-тру­бы располагают или рядами (каждый по 6—7 труб), или в один-два ря­да (рис.3). Много трубные печи, в каждой трубе которых находятся 1—2 лодочки, более перспективны, чем многозонные непрерывного дей­ствия, так как обеспечивают получение более чистого материала.

Для создания стерильности процесса внутри камер поддерживают глубокий постоянный вакуум или создают атмосферу некоторого избы­точного давления или протока чистых инертных газов, что обычно спо­собствует удалению летучих примесей из расплавленной зоны.

Зонную плавку соединений с высокой упругостью паров их летучих компонентов, например фосфида или арсенида галлия, проводят в запа­янной кварцевой ампуле, в которую помещают лодочку с очищаемым соединением. Для уравновешивания давления паров летучего компонен­та, находящегося внутри ампулы, необходимо создать противодавление на её наружные стенки.

Рис. 2. Внешний вид установки горизонтальной зонной плавки

Рис.3. Камеры-трубы установки горизонтальной зонной плавки

Кроме создания расплавлен­ной зоны очищаемого мате­риала, требуется, создано температурный фон, позво­ляющий получить в ампуле над расплавленной зоной ат­мосферу паров летучего ком­понента и поддерживающий необходимое давление этих паров. Конструкция камер таких установок значитель­но усложняется, что связано с необходимостью создания противодавления. На рис. -4 приведен разрез камеры установки (раз­работана «Гиредметом»), предназначенной для зон­ной плавки фосфида галлия. Камера представляет собой стальную толстостенную водоохлажда- емую трубу, тор­цы которой закрыты и уп­лотнены массивными водо-охлаждаемыми крышками с двумя полукольцами, вос­принимающими усилие внут­реннего давления.

1. двигатель; 2- корпус камеры; 3- ампула; 4- термопара; 5- электропечь;

6- фидер; 7- кварцевая труба; 8- винт; 9- гайка.

Рис.-4. Разрез камеры установки зонной плавки фосфида галлия.

Уплотни­тели выполнены в виде ко­лец круглого сечения. На­дежная герметичность дости­гается в результате самоуп­лотнения под действием внутреннего давления. Внут­ри камеры помещены две электропечи для нагрева ам­пулы. Между печами распо­ложен высокочастотный ин­дуктор, создающий расплав­ленную зону. В левой крыш­ке, имеющей вытянутую форму, размещен двигатель (сельсин, приемник) с ме­ханизмом перемещения ам­пулы, который вставляется и извлекается через торец крышки, имеющей дополни­тельный уплотняющий разъ­ем.

Гайка-ползун механизма перемещения соединена сво­бодно с транспортирующей кварцевой трубой и пере­двигает ее вместе с ампу­лой.

Ампулу вставляют и извлекают через уплотняемое отверстие в пра­вой крышке. На боковой поверхности корпуса камеры расположены люк для ввода индуктора и отверстия для токовводов фоновых электропе­чей, термопар, штуцеров для подачи и стравливания газа, предохрани­тельного клапана. На торце левой крышки имеется уплотняемый ввод для проводов электропитания сельсина-приемника (и штепсельный разъем от проводов сельсина-датчика).

Все вводы в рабочую камеру так же, как и уплотнение крышек камеры, выполнены на принципе са­моуплотнения под действием внутреннего давления.

Чтобы уменьшить влияние электромагнитных полей, термопары эк­ранируют, а опирали электропечей снабжают бифилярной намоткой. Для наблюдения за процессом предусмотрены смотровое окно и устрой­ство для подсветки, облегчающее установку ампулы в начале процесса. Конструкции электропечей выполнены таким образом, чтобы можно было заменять нагреватели, не извлекая печей из камеры. Теплоизоля­ционные блоки, выполненные из асбестоцемента, помещенные у торцов печей, компенсируют падение температуры. Полезная емкость камеры сведена к минимуму для уменьшения в ней конвективных токов сжато­го газа.

Рама установки выполнена в виде стола, закрытого листами. Стол установлен на четырех регулируемых по высоте опорах, придающих не­обходимый угол наклона рабочей камере, смонтированной на столе. На столе размещены вентили для подачи и стравливания газа, осушитель газа, а внутри стола смонтированы коллектор водяного охлаждения ка­меры, подогреватель для линии подачи воды в индуктор. Внутри стола установлен также электропривод с сельсином-датчиком.

Вход и уплотнение вала привода перемещения ампулы в камеру вы­сокого давления представляют конструктивные трудности, требуется значительное увеличение мощности двигателя привода, чтобы преодо­леть трение в уплотнении камеры. Это в свою очередь создает вредные вибрации камеры и ампулы с лодочкой. В тоже (время для перемеще­ния легкой ампулы с лодочкой практически необходим маломощный, ки­нематический привод. Поэтому в описываемой конструкции применен сельсинный электропривод.

Сельсин-приемник вместе с механизмом перемещения помещен в рабочую камеру высокого давления, а сельсин-датчик и электродвига­тель для его вращения смонтированы на отдельной плите. Сельсин-дат­чик передает синхронное вращение сельсин - приемнику и соединяется с ним через штекерный разъем.

Вращение сельсин - датчика осуществляется от электродвигателя по­стоянного тока, обороты которого плавно регулируются. Переключение ступеней редуктора обеспечивает рабочее и возвратное (ускоренное) пе­ремещение ампулы. Для наблюдения за перемещением и положением ампулы относительно нагревателя зоны внутри закрытой камеры на сельсин - датчике смонтирован дублирующий механизм, аналогичный ме­ханизму перемещения ампулы. Ползун дублирующего механизма, имею­щий ту же скорость, что и ползун механизма перемещения ампулы, сое­динен нитью с указателем перемещения ампулы, расположенным на пе­редней стороне стола.

В камере создается давление инертного газа, необходимое для пре­дотвращения разрушения запаянной кварцевой ампулы под давлением паров летучего компонента. Газ поступает из баллона через редуктор, осушитель и игольчатый вентиль. При помощи другого такого же венти­ля сбрасывают газ из камеры-

Осушка газа из баллона в осушителе необходима для предотвраще­ния конденсации влаги на витках индуктора и на смотровом стекле. Пос­ле пуска газа в камеру и создания рабочего давления вентиль баллона и вентиль впуска газа в камеру перекрывают. При установившемся про­цессе, когда температурный режим стабилизирован, давление в камере остается постоянным. Размещенный внутри камеры индуктор можно подключить в случае необходимости питания его теплой водой к водоподогревателю, что уменьшает конденсацию на индукторе паров влаги.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы