189753. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés elektromos fűtésű kemence hőmérsékletének és hőmérséklet eloszlásának stabilizálására
1 189.753 2 ismertetjük. Az elrendezésnek 11 munkadarabja a munkadarab mellett elhelyezett I2a-l2c fűtőeleme, és azok mellett elhelyezkedő l3a-13c hőmérséklet tivadói, valamint 14a-l4c hibajelképzői, 15tf-15c referencíahőmérsékletei és 16a-16c értékelői vannak. A 14a-14c a 15a-15c referenciahőmérsékletek kimenetére, kimenetűk pedig rendre a 16a 16c értékelők bemenetére vannak csatlakoztatva. A 16a- 16c értékelők kimeneté rendre a 12a-12c fűtőelemek bemenetére vannak kötve. Az egyes fűtőelemek (zónák) hőmérsékletének szabályozása külön-külön történik. A kemence hőmérséklet eloszlását a zónák egymáshoz viszonyított hőmérséklete határozza meg, amit a 15a-15c referencia hőmérsékletek változtatásával lehet a kívánt értékre beállítani. Például az LPE módszeres egykristály növesztésnél a tipikusnak mondható 1220 °K-os üzemi hőmérsékletnél a 11 munkadarabok környezetének homogén hőmérséklet eloszlása úgy valósítható meg, hogy a 12c alsó fűtőelem hőmérséklete kb. 50, a 12a felső fűtőelem hőmérséklete pedig kb. 150 °K-kal magasabb hőmérsékletű mint a 12b középső fűtőelemé. A találmány szerinti elrendezést a 3. ábra alapján ismertetjük. Az elrendezésnek 11 munkadarabja, 12a- 12m fűtőelemei, 13a-l3n hőmérséklet távadói, 14 hibajelképzője, 15 referenciahőmérséklete, 16 értékelője, 15 refcrenciahőmérséklete, 16 értékelője és 17 teljesítményelosztója van. A 14 hibajelképzo bemenetei részben a 13a-I3n hőmérséklet táv.adók kimeneteire, részben pedig a 15 r'efeienciahőmérséklet kimenetén keresztül a Î6 értékelő és a 17 teljesítmény elosztó bemenetére, kimenete pedig a 16 értékelő további bemenetére van kötve. A 17 teljesítményelosztó további bemenete a 16 értékelő kimenetére, kimenetei pedig a J2a-12m fűtőelemek bemenetelre vannak csatlakoztatva. A I2a-12m fűtőelemek all munkadarab körül vannak elhelyezve. A találmány szerinti elrendezés tehát alapvetően abban tér el az ismerttől, hogy a fűtőzónák számától függetlenül csak egy teljesítményelosztót is magába foglaló, vísszaszabályozó lánc segítségével valósul meg a kívánt hőmérséklet. A 11 munkadarabot a 12a-12m fűtőelemek fűtik. A 15 referenciahőmérséklet távadók által érzékelt aktuális hőmérsékletek, pontosabban azok kombinációja közötti eltérést, a 14 hibajelképzo határozza meg. A 16 értékelő által hibajelből leszármaztatott elektromos jel úgy táplálja a kemencét, hogy a 12a-12m fűtőelemekre jutó teljesítmények arányát a 17 teljesítményelosztó úgy határozza meg, hogy az üzemi hőmérsékleten a kívánt hőmérséldeteloszlás valósuljon meg. Mivel a fűtőtestek közötti célszerű teljesítmény megosztás az üzemi hőmérséklettől függhet, a 17 teíjesítményelosztó programozható és az általa beállított teljesítmény arányok az üzemi hőmérsékletre jellemző 15 referenciahőmérséklettől függhetnek. Hasonlóan a széles hőmérséklettartományban való alkalmazhatóságot biztosítja az a megoldás is, hogy mivel a 16 értékelő időállandói az üzemi hőmérsékletre jellemző 15 referenciahőmérséklettől függhetnek, azok szintén programozhatók. Aránylag szűk üzemi hőmérséklettartomány esetén azonban ezekre a programozhatóságokra nincsen mindig szükség. A teljesítményelosztó legegyszerűbb formája célszerűen megválasztott áttételű transzformátorok. A találmány szerinti elrendezés egy konkrét megvalósítása és alkalmazása a buborékmemória anyagok LPE módszeres előállítására történik, amikor is 11 munkadarabot, amely nem más mint különböző oxidvegyületek olvadékát tartalmazó platina tégely egy 41 KW összteljesítményű három darab l2a-l2c fűtőelemekből álló güggőleges csőkemencében, annak középső 12b fűtőelemén^ van ejhelyezve. E munkadarab űzetni hőmérséklete 1220 K és a munkadarab környezetének előírt hőmérséklet eloszlása homogén. A hőmérsékleteloszlás beállításához második 13b hőmérséklettávadó (3 db. sorbakötött Tt-Pt 10% Rh termoelemmel) mérjük középső 12b fűtőelem közvetlen környezetében a TY hőmérsékletet, valamint első 13a hőmérsékletté va dó (egy db. Pt-Pt 10% Rh termoelem) felső 12a fűtőelem TV hőmérsékletét. A második 13b hőmérséklettávadó teljes hőmérsékleti jelét és az első 13a hőmérséklettávadó jelének kb 50%4t (pontos értéke csak kísérletileg állapítható meg, mert az függ a tennoelemnek a fűtőelemhez viszonyított helyzetétől) összegezzük, és az ilymódon létrehozott hőmérsékleti jelből, valamint a 15 referenciahőmérséklet jeléből képez hibajelet a 14 hibajelképzo (pl. KFKI NV 229/1 tip. erősítője). A 16 értékelő (pl. kfki NV 223/1 tip.) közepes teljesítményű végfokozata és a hozzátartozó erősáramú elektronika a szélső 12a és 12c fűtőelemekhez induktív módon csatlakozó 1-1 db. 1 KW-os toroid transzformátorból álló 17 telesítményosztón keresztül úgy táplálja a Kan thal REHS- 3 tip. 3 zónás fűtőelemet, hogy a teljes fűtőfeszüitségnek alsó, a középső és felső 12c, 12b és 12a fűtőelemére (zónájára) eső hányadosa rendre 23%, 46% és 31% legyen. Az egyes zónákra jutó teljesítményeket, ezáltal a 11 munkadarab hőmérséklet eloszlását, a toroid transzformátorokkal lebet változtatni. A kívánt hőmérséklet eloszlás hosszú időn át változatlan névleges hőmérsékleten üzemelő kemencében megvalósul abban az esetben is, ha a hibajeiképzéshezcsak egy, a 11 munkadarab hőmérsékletét döntően meghatározó, például 12b fűtőelem hőmérsékletét érzékelő, 13b hőmérséklettávadójelét használjuk fel. A találmány szerinti hőmérsékletszabályozási eijá rás egyik előnye, hogy a kemence hőmérséklefeloszlásában bármely okból bekövetkező kis megváltozás a munkadarab hőmérsékletében — ami például a folyadékfázísú epítaxiális egykristálynövesztés legkritikusabb paramétere - nem fog változást okozni. A javasolt hőmérsékletszabályozási eljárás másik előnye, hogy alkalmazásával nagy hőmérsékletugrás - a fenti egykristálynövesztésnél például gyakran ismétlődő technológiai lépés — után a kemence gyorsabban lesz kész a technológiai folyamat lefolytatásával, mint az ismert eljárással. Ez nemcsak energia megtakarítást, hanem termelékenység növekedést is eredményez, mivel csökkenti az új üzemi hőmérséklet beállásához szükséges időt, ami a tényleges kristálynövesztés szempontjából holtidőnek tekinthető. Egy kemence tetszőleges hőmérsékleteloszlásának kialakítására javasolt elrendezés nagy előnye, hogy az lényegesen olcsóbb - háromzónás kemence esetén több mint 50%-kal - mint az ismert megoldású. További előnye, hogy a kívánt hőmérsékleteloszlás széles hőmérséklet tartományban biztosítható. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás egy, vagy több fűtőelemet tartalmazó, 6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
