СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 31 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 температуру в зоне расплава. Кро- ме того, на температуру в зоне рас- плава ощутимо влияют температу- ра и скорость потока воды в системе охлаждения элементов печи, окружа- ющая температура, постоянство ско- рости движения лодочки с шихтой, теплопередача через систему тепло- вых экранов в камере печи, степень вакуума, однородность шихты по дли- не и ширине лодочки. На качество кристаллов могут оказывать влия- ние вибрации форвакуумного насоса и вибрация технологического поме- щения, в котором находится установ- ка роста. Таким образом, процесс плавки шихты и роста кристалла в вакуумной печи – многофакторный технологиче- ский процесс большой сложности [12]. В связи с этим для успешного проведе- ния технологического процесса роста объёмного лейкосапфира необходимо определить параметры, которые долж- ны быть измерены соответствующими датчиками: ● напряжение на нагревателе печи; ● ток нагревателя; ● скорость вращения двигателя приво- да лодочки; ● величина линейного перемещения лодочки; ● степень вакуума в камере; ● температура входящей и выходящей воды; ● скорость потока воды; ● температура воздуха в помещении; ● температура кожуха камеры печи; ● сигналы концевых выключателей, тумблеров и тому подобное. Система управления должна выраба- тывать следующие управляющие воз- действия: ● управляющее напряжение на вход мощного трёхфазного регулятора; ● сигналы, обеспечивающие работу двигателей электропривода пере- мещения лодочки; ● сигналы включения звуковых сирен при нарушениях технологического процесса; ● дискретные сигналы для вспомога- тельных устройств; ● аналоговые сигналы с датчиков руч- ного управления и тому подобное. Математическое обеспечение долж- но осуществлять расчёт оптимального управления регулятором с учётом: ● заданной циклограммы напряжения на нагревателе; ● мощности нагревателя с учётом постепенного выгорания вольфрама; ● поправки на температуру и скорость входящей воды в системе охлаж- дения; ● поправки на температуру кожуха камеры печи; ● поправки на температуру воздуха в помещении; ● поправки на степень вакуума в камере. Расчёты должны проводиться вычис- лительной системой постоянно в тече- ние всего технологического процесса в автоматическом режиме, допуская оперативное вмешательство техноло- га или оператора ростовой установ- ки. Вмешательство оператора должно быть сведено к минимуму во избежание ошибок, ставящих под угрозу конечный результат технологического процесса. Таким образом, для повышения каче- ства получаемых кристаллов сапфира необходимо глубокое знание не толь- ко свойств кристалла, но и основных закономерностей кристаллизации, вза- имосвязи условий роста кристаллов и последующих стадий их обработки. З АКЛЮЧЕНИЕ Наличие современной эффектив- ной отечественной технологической базы для производства монокристал- лов сапфира является стратегическим приоритетом и гарантом националь- ной независимости. Постоянно увели- чивающийся интерес к сапфиру обу- словлен тем, что он обладает набором уникальных качеств. Метод горизон- тальной направленной кристалли- зации используется последние деся- тилетия для выращивания крупнога- баритных монокристаллов сапфира. Он позволяет выращивать кристаллы любой кристаллографической ориен- тации и использовать дешёвое сырьё. Возможность визуального контроля процесса затравки и границы разде- ла фаз с помощью оптических прибо- ров создаёт предпосылки для автома- тизации процесса роста кристалла. Это позволит увеличить размеры кристал- лов, снизить цены на изделия из них, расширить область использования, в первую очередь, в военной и ракет- но-космической технике. Создание интегрированных класте- ров на основе производственно-техно- логических цепочек, охватывающих все технологические операции про- изводства сапфира – от сырья до гото- вой продукции, позволит производить конкурентоспособную отечественную продукцию и её сбыт на отечественный и мировой рынок. Темпы такого про- движения существенно возрастут с учё- том достижений научно-исследователь- ских работ в данной области. Л ИТЕРАТУРА 1. Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. М. Физмат- лит. 2004. С. 160. 2. Малюков С.П., Клунникова Ю.В., Кова- лёв А.В., Лашков А.В. Разработка и иссле- дование математических моделей и алго- ритмов оптимизации технологии изго- товления подложек для мемристоров. Фундаментальные исследования. № 11. Часть 2. 2012. С. 435–439. 3. Dobrovinskaya E.R., Lytvynov L.A., Pishchik V.V. Sapphire. Material, Manufacturing, Applica- tions. New York. Springer. 2009. P. 481. 4. Cherednichenko D.I., Malyukov S.P., Klun- nikova Yu.V. Sapphire: Structure, Technology and Applications. New York. Nova Science Publishers. 2013. P. 101–118. 5. Малюков С.П., Клунникова Ю.В. Оптими- зация производства изделий из сапфира для электронной техники. LAP LAMBERT. Academic Publishing GmbH & Co. KG (Гер- мания). 2012. С. 151. 6. Malyukov S.P., Klunnikova Yu.V., Chered- nichenko D.I. Sapphire: Structure, Techno- logy and Applications (chapter: Heat-Phy- sical Processes at the Sapphire Crystals Growth by Horizontal Directed Crys- tallization). USA. Nova Science Publishers. 2013. P. 101–118. 7. Добровинская Е.Р., Литвинов Л.А., Пи- щик В.В. Энциклопедия сапфира. Харьков. Институт монокристаллов. 2004. С. 508. 8. Malyukov S.P., Klunnikova Yu.V. Advanced Materials (chapter: Complex Investigations of Sapphire Crystals Production). Springer Proceedings in Physics. V. 152. Switzerland. 2014. P. 55–69. 9. Малюков С.П., Нелина С.Н., Стефано- вич В.А. Физико-технологические аспек- ты изготовления изделий из сапфира. Lap Lambert Academic Publishing. Герма- ния. 2012. С. 163. 10. Malyukov S.P., Klunnikova Yu.V. Investigation of Defects Formation on Different Stages of Sapphire Crystals Growth. 2014. J. Phys.: Conf. Ser. 541 012032. P. 5. 11. Багдасаров Х.С., Горяинов Л.А. Тепло- и массоперенос при выращивании моно- кристаллов направленной кристаллизаци- ей. М. Физматлит. 2007. С. 224. 12. Malyukov S.P., Stefanovich B.A. and Cherednichenko D.I. Study of Model of Self- Coordinated Growth of Single Crystals of Sapphire by Horizontal Directed Crystallization Semiconductors. 2008. Vol. 42. No. 13. Р. 1508–1511. © СТА-ПРЕСС