187886. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés alapanyag-utánadagolás irányítására egykristály növesztéseknél
1 187 886 A találmány tárgya eljárás és berendezés alapanyagutánadagolás irányítására egykristály növesztéseknél. Mint ismeretes az ipari alkalmazásokhoz és a tudományos vizsgálatokhoz szükséges nagymennyiségű és sokféle egykristály mintegy 80%-át olvadékból növesztik. Az olvadékból történő kristálynövesztési módszerek közül — figyelembe véve az egykristályokkal szemben támasztott általános követelményeket — a Czochralski módszer a legjelentősebb. A felhasználók nagyméretű, homogén, feszültségmentes, alacsony diszlokáció-sűrűségű és nagytisztaságú vagy ellenőrzötten szennyezett egykristályok iránti igényét gazdaságosan csak automatizált egykristálynövesztő berendezések segítségével lehet kielégíteni. Az automatizált egykristálynövesztő berendezések a növekedő kristály átmérőjének szabályozásával biztosítják a kívánt minőséget. Az átmérőszabályozás módszerei főként a szabályozóhúrok által használt ellenőrző jel képzésének módjában különböznek. Legelterjedtebb a súlymérés alapján képzett ellenőrzőjelet használó szabályozó rendszer alkalmazása. Ha az olvadék párolgása nem jelentős mértékű, akkor az olvadékot tartalmazó tégely súlyának mérése indokolt. A kristályhibák keletkezésének elkerülése érdekében a növesztési sebességet a lehető legalacsonyabb értéken kell tartani. Ezért a nagyméretű kristályok növesztésénél széles mérési tartományú, érzékeny elektronikus mérleget alkalmaznak mérőátalakítóként. A szabályozott húrok módosított jellemzője legtöbbször a fűtőteljesítmény. A homogén összetételű és/vagy nagyméretű kristályok előállításakor a Czochralski-féle növesztés módosított ún. utántáplálásos módszerét alkalmazzák. Ekkor az olvadékot tartalmazó speciálisan kialakított tégely - részben elkülönített — terébe olyan összetételű és tömegű anyagot juttatnak, hogy a tégelyben levő olvadék tömege és összetétele állandóan megegyezzék a kiinduló értékekkel. Ügyanígy szükség van a fogyó anyag pótlására, ha a növesztés során a termikus viszonyok állandóságát az olvadékszint konstans helyzetével is biztosítani kell. Az utánadagolás szabályozása elkerülhetetlen, mivel mellőzése egyrészt- az olvadékszint ingadozásán keresztül a növekedési határréteg nemkívánatos ingadozásához vezet, másrészt mivel — az átmérőszabályozó kör a tégelybe adagolt ill. abból kihúzott anyag tömegegyensúlyát igyekszik megvalósítani: az utánadagolás egyenetlensége átmérőingadozást eredményez. Ha az utánpótlást az alapanyagból készült polikristályos öntecs beolvasztása biztosítja, akkor a polikristályos rúd ereszkedés!' sebességét kell szabályozni. A kívánt nöyekvő kristályalak elérését csak igen jóminőségű süllyesztő mechanika és a políkrístály meghatározott átmérőhossz viszonya tudja biztosítani. Ebben az esetben drága a mechanikus szerkezet és a megfelelő alakú poükristály előállítási költsége is közelít az egykristály előállítási költségéhez. Egyszerű alakú, pl. hengeres polikristály alkalmazása pedig szükségessé teszi a süllyesztő mechanika mozgásának bonyolultabb szabályozását, abolis a szabályozó vezető jelét a növekedő kristály elméleti alakjával arányos mennyiség jelenti. Ha az alapanyag porának beszórása eredményezi az állandó olvadékszintet, úgy vagy — a poráram nagyságát kell mérni és szabályozni, vagy — az olvadékszint helyzetét igen pontosan mérni és a porbeszórást vezérelni. Ezeknél a megoldásoknál tehát az átmérőszabályozó körön kívül még egy — igen érzékeny mérőátalakítót igénylő — csatolt szabályozókörre van szükség. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamenynyi nehézség egyidejű kiküszöbölése, és olyan irányítási eljárás megvalósítása, amely — azonos minőségbiztosítása mellett — szükségtelenné teszi az utánadagolt anyag tömegének mérésére alkalmas külön mérőátalakító használatát, és a növekedő kristály átmérőjét vezető jelként használó adagoló-szabályozást kétállású vezérléssé egyszerűsíti. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan elrendezés létrehozása, amely a növekedő kristály átmérőszabályozása mellett az alapanyag megfelelő mértékű utánadagolásáról is gondoskodik. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha az olvadékot tartalmazó tégely súlyát érzékelő mérőátalakító jelét, vagy annak változását az utánadagoló vezérlő jeleként is értelmezzük. A találmány szerinti eljárás tehát olyan ismert eljárás ‘ovábbfejlesztése, melynek során a kristály alapanyagát tégelyben előmelegítjük, majd a hőmérsékletet az olvadáspont közelében stabilizáljuk. Ezután a kristálymagot egy befogószerkezet segítségével bemártjuk az olvadékba és elkezdjük az egykristály növesztését. A növesztés során mérjük a tégely súlyát és az alaktényező figyelembevételével módosítjuk a hőteljesítményt. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van,hogy a súlymérés után, amennyiben a tégely súlya egy kritikus érték alatt van, elkezdjük a tégelybe adagolni az alapanyagot és ezalatt az idő alatt a hőteljesítményt az utolsó beállított értéken tartjuk mindaddig, amíg a tégely súlya egy kritikus érték fölé néni emelkedik. Ezután a súlymérés és az alaktényező adataiból újra meghatározzuk a szükséges hőteljesítményt, azt beállítjuk és újra súlyt mérünk. A találmány szerinti berendezés tehát olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek láncbakapcsolt teljesítményszabályozója, első beavatkozó szerve, irányított berendezése (kristálynövesztője), mérőátalakítója (elektronikus mérleg), jelformáló és visszacsatoló szerve, továbbá különbségképző szerve, valamint adagoló berendezése és második beavatkozó szerve van. Az adagoló berendezés bemenete a második beavatkozó szerv kimenetére, kimenete pedig az irányított berendezés bemenetére van csatlakoztatva. A különbségképző szerv bemenetel a jelformáló és visszacsatoló szerv kimenetére, valamint a berendezés bemenetét képező alapjelvezetékre, kimenete pedig a teljesítményszabályozó bemenetére van kötve. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a berendezésnek vezérlőegysége van. A vezérlőegység bemenete analóg vezetéken keresztül a mérőátalakító kimenetére, kimenetei pedig első vezérlővezetéken át a ielformáló^s visszacsatoló szerv másik bemenetére, valamint második vezérlővezetéken keresztül a második beavatkozó szerv bemenetére vannak kötve. A találmány értelmében célszerű, ha a vezérlőegységnek alsó és felső referenciaforrása, alsó és felső kompará-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 66 2
