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

Текст из файла (страница 2)

Для питания индуктора установку комплектуют высокочастотным генератором. В шкафах управления генератором и установкой содер­жится вся необходимая электроаппаратура и приборы для управления установкой. Поддержание и запись температур фоновых электропечей осуществляют автоматически.

Система управления генератором основана на схеме, позволяющей осуществлять автоматическое поддержание заданной температуры в зо­не высокочастотного нагрева и запись ее при помощи электронного по­тенциометра.

Техническая характеристика установки для получения стехиометрических слитков фосфида галлия методом синтеза и зонной плавки в лодочках "приведена ниже:

Размеры ампулы, мм:

диаметр 31

длина 450

Длина лодочки, мм 200

Напрев зоны Индукционный

Параметры нагрева:

частота, МГц 5,28

мощность, кВА:

колебательного контура .... 16

потребляемая из сети 40

Температура 'расплавленной зоны, °С . 1550
Напрев температурного фона .... Печи сопротивления

Число фоновых печей 2

Максимальная мощность каждой печи.

КВт 3

Температура печей, °С 550; 900

Избыточное противодавление инертного

газа в камере, ат ......... До 35

Объем камеры высокого давления, л . 32
Скорость перемещения ампулы, мм/мин:

рабочего хода 0,12—0,85

холостого 29

Ход ампулы с лодочкой, мм ..... 200

Масса агрегата, кг 475

3 Установки бестигельной зонной плавки

Преимущества бестигельной зонной плавки, позволяющие предот­вратить взаимодействие очищаемого слитка с материалом контейнера, привели к созданию многочисленных конструкций аппаратов и их широ­кому применению для исследований и промышленных условий, в пер­вую очередь в производстве полупроводникового кремния.

Наибольшее распространение получили установки бестигельной зон­ной плавки высокочастотным нагревом. Установки с электроннолучевым нагревом применяют для производства особо чистых тугоплавких метал­лов и выращивания их монокристаллов. Эти способы нагрева позволяют достигать наибольшей напряженности теплового поля и создать узкую расплавленную зону. При нагреве токами высокой частоты происходит интенсивное перемешивание на расплавленном участке, способствующее ускорению диффузии примесей, в расплавленную зону. Имеются установ­ки бестигельной зонной плавки и с графитовым нагревателем сопротив­ления, а также со световым нагревом зоны.

Перемещение расплавленной зоны можно осуществлять двумя спо­собами, создавая поступательное движение нагревателя относительно неподвижного слитка или слитка относительно неподвижного нагрева­теля. Это отражается на конструктивном оформлении функциональных узлов и механизмов печного блока установок.

В зависимости от технологических требований процесс бестигельной зонной плавки можно проводить в 'восстановительной атмосфере, в ат­мосфере инертного газа и в вакууме.

Принципиальная схема камеры установки бестигельной зонной плавки с неподвижным индуктором представлена на рис.5. Очи­щаемый стержень 5 с постоянным сечением, .полученный отливкой в форму, прессованием, выращиванием в процессе восстановления или другими способами, помещают внутрь рабочей камеры 1 так, чтобы он был охвачен индуктором 6, и укрепляют в строго вертикальном положе­нии.

Рис. 5. Установка бестигель­ной зонной плавки с неподвижным индуктором

Верхний (Конец стержня укрепляют в зажиме 4

верхнего штока 3, а нижний конец — в зажиме 9 нижнего штока 11. Зажимы, пружинящие цанги или патроны изготовляют из жаро­прочного материала, например молибде­на. Стержень центрируют внутри индук­тора.

Камера герметично закрывается дверцей 7, в которой имеется смотровое окно 8 для наблюдения за процессом. Смотровое окно выполняют, как правило, из прозрачного кварцевого стекла в виде вертикальной щели. Иногда делают не­сколько круглых смотровых окон, распо­ложенных на дверце напротив стержня. Верхний шток 3 и нижний 11 соосны, этим штокам соответствующими приводами со­общается вращение и синхронное посту­пательное перемещение. Ввод штоков в камеру обеспечивается конструкцией гер­метичных, вакуумных уплотнений. Верх­ний шток, кроме того, имеет возможность регулировочного осевого перемещения, осуществляемого вручную или автомати­чески для регулировки диаметра очищае­мого стержня растяжением или поджатием расплавленной зоны в процессе плавки.

Электропитание индуктора осуществ­ляется через уплотненный ввод 12. Рабо­чая камера подсоединяется к вакуумной системе через патрубок 13, размер кото­рого определяется условиями поддержа­ния в камере необходимого уровня оста­точного давления, типом и размером ап­паратуры вакуумной системы. Для со­здания в рабочей камере атмосферы инертного или другого технологически необходимого газа предусмотре­ны вентиль и натекатели 10 и 2.

Процесс очистки стержня бестигельной зонной плавки осуществля­ется следующим образом. Стержень 5 перемещается в начальное поло­жение разогрева зоны, выключается привод перемещения штоков, двер­ца камеры закрывается, в камере создается предварительный вакуум. После подачи воды в систему охлаждения (к камере, штокам, дверце со смотровыми окнами, вакуумной системе) и регулировки расхода охлаж­дающей воды для обеспечения нужного слива с каждого места охлаж­дения вакуум в камере доводят до нужного уровня и устанавливают не­обходимую мощность на нагревателе для разогрева слитка. Когда соз­дается расплавленная зона, включают привод перемещения и привод вращения верхнего и нижнего штоков и осуществляют рабочий проход расплавленной зоны вдоль очищаемого стержня. По окончании прохода зоны, по всей длине стержня и «замораживания» зоны в конечном поло­жении возвращают стержень в исходное положение, снова создают зону; процесс повторяют необходимое число раз.

Для получения в условиях бестигельной зонной очистки стержней в виде монокристаллов требуется применять ориентированную монокри-сталлическую затравку. В этом случае в последовательность действий оператора вносятся некоторые изменения. Стержень-заготовку укрепля­ют в зажиме верхнего штока и центрируют его относительно нагревате­ля, а ориентированную монокристаллическую затравку укрепляют в зажиме нижнего штока. При этом возникает необходимость сращивания в один стержень монокристаллической затравки и стержня. Поэтому выполняют все описанные выше операции до операции первичного рас­плавления зоны, стержень-заготовку перемещают относительно нагрева­теля в такое положение, при котором создается капля расплава на его нижнем конце; разогревают и подводят к капле затравку. Далее про­цесс проводят так, как это описано выше, если размер затравки равен размеру очищаемого стержня. Если же сечение монокристаллической затравки меньше сечения стержня, то необходимо осуществить разращивание переходного конуса под заданным углом до требуемого диа­метра монокристалла. Далее процесс плавки проводят в обычном порядке.

4 Установка бестигельной зонной плавки с индукционным нагревом

Из ранее применяемых таких установок предпочтение отдавалось аппаратам, в которых очищаемый стержень находился внутри кварце­вой трубы, а расплавленная зона создавалась перемещающимся вверх и вниз индуктором, охватывающим кварцевую трубу снаружи. В случае применения высоких температур, при которых кварц размягчается и деформируется, наруж­ная поверхность кварцевой трубы охлаждалась непрерывной струей сжатого воздуха, поступавшего из кольцевой трубы, перемещавшейся синхронно с индуктором, или омывалась стекающей по наружной стен­ке водой.

На рис. 6 показана одна из отечественных конструкций — «Зона-1». Эта установка предназначена для получения калиброванных монокристаллических слитков кремния методом бестигельной зонной плавки. Установка автоматизирована.

Техническая характеристика установки для очистки и выращивания монокристаллов кремния приведена ниже:

Размеры слитка, мм:

диаметр 32

длина 600

Напрев зоны Индукционный

Частота, МГц 5,28

Мощность колебательного контура, кВА 16

Мощность, потребляемая из сети, кВЛ 40
Статическая точность регулирования

мощности, %' ±0,2

Скорость перемещения зоны, мм/мин:

рабочая 0,5—10

холостого хода 72—360

Скорость вращения слитка, об/мнн . . До 50
Рабочая среда в камере:

вакуум, мм рт. ст. ....... (1-—5) • 10 ⁶

избыточное давление инертного газа,

ат 0,2

Расход охлаждающей воды, м³/ч ... 0,6

Рис. -6. Установка «Зона-1»

Установка состоит из печного агрегата, пульта управления и высо­кочастотного генератора. Печной агрегат (рис. -7) состоит из станины 1, на которой крепятся все основные узлы печного блока, ниж­няя и верхняя каретки 2, 3, привод перемещения штоков 4, привод регу­лирования зоны 5, камера 6, вакуумная система 7, регуляторы диаметра слитка 8, 9 и система охлаждения.

Массивная литая станина состоит из трех частей: основания, нижне­го и верхнего корпусов. Нижний и верхний корпусы имеют направляю­щие типа «ласточкин хвост», по которым перемещаются верхняя и нижняя каретки, несущие соответственно верхний и нижний штоки. В станине расположены механизмы перемещения нижней каретки, механизм перемещения верхней и нижней кареток, а также ряд предаточных механизмов.

Механизм перемещения нижней каретки состоит из ходового винта, установленного в двух подшипниках, и гайки плавающего типа. Корпус гайки соединен с подушкой, к которой крепится нижняя каретка.

Механизм перемещения верхнего штока состоит из ходового винта, гайки, колонки и двух подшипниковых узлов. Гайка своим шпоночным выступом входит в паз колон­ки, соединенной в верхней час­ти с приводом регулирования ширины зоны. Внутри колонки размещен ходовой винт. Ко­лонка и ходовой винт установ­лены в подшипниковых узлах. При вращении колонки вместе с ней вращается гайка ходово­го винта; этим создается диф­ференциальное движение верх­ней каретки, т.е. ускоренное или замедленное перемещение верхнего штока, необходимое для регулирования ширины расплавленной зоны.

Колонка соединена с кони­ческой шестерней, находящей­ся в зацеплении с шестерней коробки передач ручного меха­низма регулирования ширины расплавленной зоны.

Верхняя и нижняя каретки штоков конструктивно выпол­нены одинаково. Каждая из них состоит из литого корпуса, в котором крепится электро­двигатель, червячный редуктор и переходной вал со штоком. Шток вставляется в цилиндри­ческую расточку шпинделя и закрепляется зажимной цан­гой. Вращение штоку сообща­ется электродвигателем через ременную и червячную переда­чи. Шток — водоохлаждаемый. Привод перемещения каре­ток штоков служит для верхне­го и нижнего штоков; этим обеспечивается синхронность их движения. Привод состоит из электродвигателя, редукто­ра и электромагнита, закреп­ленных на общей плите. Рабо­чее и ускоренное перемещение кареток штоков осуществляет­ся от электродвигателя через электромагнит зубчатой полу­муфты, расположенной внутри редуктора.

Привод регулирования ширины зоны состоит из электродвигателя, редуктора и электромагнита, закрепленных на общей плите. В нижней части редуктора имеется муфта, переключаемая электромагнитом, что позволяет работать в автоматическом цикле. При отключении привода редуктор может работать от ручного механизма.

Рис. –7 Печной агрегат установки «Зона-1»

При отключении привода редуктор может работать от ручного механизма. Привод крепится к верхней части станины так, что выходной вал редуктора через муфту может быть соединен с колонкой механизма каретки перемещения верх­него штока.

Рабочая камера состоит из корпуса и прямоугольной двери, корпус и дверь камеры снабжены рубашками для водяного охлаждения. Герме­тичность двери обеспечивается прокладкой из вакуумной резины и ше­стью зажимами. Сверху и снизу камеры сносно крепятся стаканы с ва­куумными уплотнениями штоков. Вакуумные уплотнения снабжены при­нудительной системой смазки. К задней части камеры крепится высоко­частотный ввод со съемным индуктором. На камере укреплены устрой­ства датчика, предназначенного для работы в схеме контроля и автома­тического регулирования диаметра кристалла.

Сбоку камеры имеется фланец для присоединения к вакуумной си­стеме. Дверь камеры снабжена смотровым окном со светофильтром. В камере имеются устройства для подвода газа и лигатуры, при легиро­вании ее компонентами из газовой фазы и устройства для крепления датчиков вакуума. На корпусе камеры крепится блокировочное устрой­ство, фиксирующее закрытое положение двери.

Вакуумная система состоит из вакуумного затвора, отсекающего паромасляный диффузионный насос от камеры; сорбционной ловушки, предназначенной для получения «чистого» вакуума; диффузионного на­соса и системы вентилей. Ловушка представляет собой металлический корпус, внутри которого расположены сменные поглотительные элемен­ты. По мере необходимости поглотительные элементы ловушки могут быть подвергнуты регенерации без демонтажа. Вакуумную систему мож­но присоединить к централизованной форвакуумной системе. Кроме то­го, она может работать от отдельного форвакуумного насоса.

Характеристики

Список файлов курсовой работы