акой работы генератора, при которой поступающий на индуктор ток преимущественно содержит основную частоту. Особенно важно не допускать в рабочем токе индуктора высших гармонических составляющих (максимальное их содержание в токе не должно превышать 5 %).

Мощность высокочастотного генератора, необходимая для проведения плавки, определяется тепловой мощностью, затрачиваемой на расплавление стержней кремния определенного диаметра, и потерями в электрической схеме генератора (к.п.д.). Зависимость тепловой мощности Р от диаметра стержня D [230] следующая:

D, мм . Р, кВт .

10

0,3

20 0,8

40

2,4

60 4,7

7,6

100 11,0

120

15,0

140 19,8

160 24,4

поля индуктора и вызываемого им вторичного (наведенного) тока в зоне расплава. Разные значения поверхностного натяжения, связанные с колебаниями температуры, вызывают появление дополнительного потока, названного потоком Марангони. Подобные потоки могут вызывать дополнительные температурные колебания в расплаве и влиять на свойства кристаллов.

Оборудование для индукционной бестигельной зонной плавки -это комплекс сложных, тесно взаимосвязанных систем. Установка (рис. 138) состоит из механической, вакуумной, газовой, высокочастотной и контрольно-измерительной систем.

Механическая система установки обеспечивает перемещение и вращение держателей плавящегося и растущего стержней, а также индуктора. При этом узлы приводов, обеспечивающих заданные движения, должны обеспечивать высокую точность параметров как в статическом, так и в динамическом режимах работы. Кроме этого, механическая система должна исключать возможность возникновения вибрации, так как последняя приводит к значительному ухудшению процесса плавки.

Вакуумная система должна обеспечивать проведение процесса плавки при давлении =5 1,33 • 10"э Па. При плавке в газовой среде в

Учитывая (на основе опытных данных), что суммарно для, индуктора и системы колебательных контуров к.п.д. « 0,25, для оценки мощности генератора необходимо тепловую мощность плавки увеличить в 4 раза.

Контрольно-измерительная и регулирующая системы установки являются важнейшей составной частью. С ее помощью обеспечивается требуемая точность регулируемых параметров процесса плавки. При выращивании кристаллов управляют следующими основными параметрами: мощностью, выделяемой индуктором, скоростями выращивания и вращения держателей стержня.

В ходе плавки мощность может меняться из-за колебаний в питающей генератор электрической сети и изменений характеристик элементов схемы генератора. Колебания мощности приводят к возмущающим роздействиям на зону расплава и, как следствие, на параметры выращиваемого кристалла. Для исключения колебаний мощности применяют стабилизацию питающего генератор напряжения электрической сети и напряжения на индукторе.

Такое же возмущающее действие на зону расплава оказывает и изменение скорости выращивания и вращения держателей кристалла. При этом изменяются высота и форма зоны расплава, форма фронта кристаллизации и плавления, потоки в зоне расплава. Промышленные

ЗВ5

держателей кристалла, см; Ь - высота вакуумных уплотнений штоков, см.

При выращивании монокристаллов больших диаметра и длины возникает проблема механической устойчивости кристалла на тонкой затравке. При массе кристаллов > 4 кг необходимо применять специальное устройство, поддерживающее выращиваемый кристалл. По выращивании кристалла определенной длины это устройство поднимается вдоль кристалла и своими отдельными элементами фиксирует его в вертикальном положении (рис. 140)1. Применение таких устройств позволяет получить кристаллы практически любой массы.

Учитывая основное назначение процесса бестигельной зонной плавки, к выбору материала для изготовления камеры, штоков и другой оснастки, находящейся в камере, предъявляют особые требования: низкая упругость собственных паров при температуре процесса, высокая коррозионная стойкость и отсутствие ферромагнитных свойств. Кроме этого, материал камеры должен выдерживать многократные знакопеременные температурные и механические нагрузки. Это объясняется тем, что плавка проводится при ~ 1700 К. Предварительно камера перед плавкой и после нее вакуумируется и заполняется инертным газом до избыточного давления.

Так как источником нагрева кремния является электромагнитное

'Пат. 235678 ГДР. 1986.

Cu 4 • 10-*

Ag 1 • 10"'

Co 8Ю"6

Ti 3,6 • 10-'

Mn 1 -10"=

Au 2,5-10"3

Zn 1-10-=

Cd ЬЮ-'

Ог 1,25-1,40

S 1 - 10"s

Se 1 • 10'a

Cr 1,1-Ю"5

Та 2-10"3

Tl 1.7 -10"*

С , (6-7)-Ю"2

РЬ 1,6 Ю"2

В 8-Ю"1

N 7 -10-*

А1 2-Ю'3

Ga 8-Ю'3

In 4-Ю"4

Fe (8*60) 10-'

Ni (8-30)-10-'

Ge 3,3-10"1

P 3,5 10"1

As 3 ? 10"1

Sb 2,3-M"2

Bi 7-10"^

Li 1 • 10"2

Зависимость эффективного коэффициента распределения fc от скорости выращивания v и толщины диффузионного слоя в показана на рис. 141. Дополнительно ряд примесей, для которых упругость паров при температуре зоны расплава выше. упругости паров кремния, удаляется за счет испарения.