Changes in crystallization conditions when growing large single crystals at melt feeding

It has been shown that the dopant concentration fluctuates by volume of different single crystals with the same diameter due to the changes in crystallization front volume. It has been established that the cause of this effect is radiative heat transport from the crystal to the crucible upper part and, then, local changes in thermal conditions near crystallization front. It has been shown that minimal side heater temperature needed for melting of the raw material depends on the ingot length at the moment. An algorithm of the process control is developed providing temperature stabilization in the peripherical circular vessel at the axial growth stage and allowing one to obtain single crystals with uniform dopant distribution with good reproducibility.Показано, что основной причиной колебания концентрации активатора в объеме разных монокристаллов одинакового диаметра является изменение объема фронта кристаллизации. Установлено, что причиной, приводящей к данному эффекту, является лучистый транспорт тепла от кристалла к элементам верхней части тигля и последующее локальное изменение тепловых условий вблизи фронта кристаллизации. Выявлено, что минимально необходимая температура бокового нагревателя, обеспечивающая плавление сырья, различна при разной длине слитка. Разработан алгоритм управления процессом выращивания, предусматривающий стабилизацию температуры в периферической кольцевой емкости на этапе роста слитка в длину, позволяющий воспроизводимо получать монокристаллы с равномерным распределением активатора.Показано, що основною причиною коливання концентрації активатора в об'ємі Різних монокристалів однакового діаметра, є зміна об'єму фронту кристалізації. Встановлено, що причиною, яка призводить до даного ефекту, є променистий транспорт тепла від кристала до елементів верхньої частини тигля і наступна локальна зміна теплових умов поблизу фронту кристалізації. Виявлено, що мінімально необхідна температура бічного нагрівача, що забезпечує плавлення сировини при різній довжині злитка, виявляється різною. Розроблено алгоритм керування процесом вирощування, що передбачає стабілізацію температури у периферичній кільцевій ємності на етапі зростання злитка в довжину, що дозволяє відтворювано одержувати монокристали з рівномірним розподілом активатора

Thermal lag of the growth furnace heating assembly at CsI(Na) crystal growing fron constant melt volume on a seed

Thermal lag of the heater - crucible - crystal system has been determined at a large size CsI(Na) single crystal growing from constant melt volume on a seed. It has been established that during radial growth the temperature stabilization time at the bottom heater power variation is 1.3 times shorter than that at the size heater power variation. During axial growth, the time difference decreases, drops to 0 at cylinder height about 50 mm, and, then, reverses its sign

Monitoring of thermal fields on surface of alkali halide single crystals grown from the melt

Experimental data on brightness temperature distribution on the upper butt surface of large alkali-halide single crystals grown from the melt using automated semi-continuous method were obtained for the first time using radiation thermometry. It has been shown that different thickness of condensate deposited on the crystal surface from the vapor phase of the melt becomes a cause of significant mistakes at non-contact measurements. Crystal surface emissivity value and minimal thickness of the condensate has been determined experimentally allowing one to obtain correct temperature values when monitoring the ingot surface using infrared thermometer.Впервые бесконтактным способом на различных стадиях роста получены экспериментальные данные по распределению яркостной температуры на верхней торцевой поверхности выращиваемых из расплава крупногабаритных щелочногалоидных монокристаллов автоматизированным полунепрерывным методом. Показано, что различная толщина конденсата, осаждаемого на поверхность кристалла из газовой фазы расплава, является причиной значительных ошибок при измерении температуры бесконтактным методом. Экспериментально определены величины излучательной способности исследуемой поверхности кристалла и минимальная толщина конденсата, позволяющие при детектировании поверхности слитка ИК-термометром получать корректные результаты.Вперше безконтактним способом на рiзних стадiях вирощування отримано експериментальнi данi щодо розподiлу яскравистних температур на верхньому торцi поверхнi великогабаритних лужногалоїдних кристалiв, вирощуваних iз розплаву автоматизованим напiвбезперервним методом. Показано, що рiзна кiлькiсть конденсату, що осаджується на поверхню кристала iз газової фази розплаву, є причиною значних похибок при безконтактних вимiрюваннях. Величини випромiнювальної здатностi та мiнiмальна товщина конденсату визначено експериментально, що дозволяє отримувати коректнi значення температури при монiторингу поверхнi зливку за допомогою iнфрачервоного пiрометра

Effect of growth atmosphere composition on heat and mass transfer at continuous feed growth of scintillation crystals from melt

Effect of the furnace atmosphere composition on the heat and mass transfer has been studied when growing Csl(Na) crystals of 300 mm dia. under control of the crystal-melt interface (CMI) and the crystal immersion depth into the melt at the fixed cylindrical part height (60 mm). The most intense heat transfer from the crystal has been found in argon atmosphere, when the deposit amount on the upper crystal butt is the smallest that is of critical importance for the increased CMI immersion depth as compared to other atmospheres. An opposite result has been obtained in helium atmosphere both in the heat transfer from the crystal to the furnace walls and in the CMI immersion depth. In the mixed gas atmosphere, the result was found to be, as expected, intermediate between two preceding cases in all the parameters measured.Розглянуто вплив різного складу атмосфери у печі на тепло-масоперенесення при вирощуванні монокристалів Csl(Na) діаметром 300 мм при контролі форми фронту кристалізації (ФК) та вимірюванні її глибини занурення у розплав при фіксованій висоті циліндричної частини кристала (60 мм). Встановлено, що в атмосфері з аргоном спостерігається найбільше теплоперенесення від кристалу, що вирощують, при найменшій кількості конденсату розплаву, що осів на верхньому торці кристала, і це є визначальним для збільшення глибини занурення ФК у розплав порівняно з іншими варіантами атмосфер. При вирощуванні кристалів в атмосфері з гелієм результат виявився протилежним, як за тепловіддачою від кристала до стінок печі, так і за глибиною занурення ФК. Результат в атмосфері із суміші двох газів, як і слід було очікувати, виявився проміжним між обома попередніми варіантами за всіма виміряними параметрами.Рассмотрено влияние различного состава атмосферы в печи на тепло-массоперенос при выращивании монокристаллов Csl(Na) диаметром 300 мм при контроле формы фронта кристаллизации (ФК) и измерении его глубины погружения в расплав на фиксированной высоте цилиндрической части кристалла - 60 мм. Установлено, что в атмосфере с аргоном наблюдается наибольший теплоперенос от выращиваемого кристалла при наименьшем количестве осевшего на верхнем торце кристалла конденсата расплава, что является определяющим в увеличении глубины погружения ФК в расплав в сравнении с другими вариантами атмосфер. При выращивании кристаллов в атмосфере с гелием результат оказался противоположным как по теплоотдаче от кристалла к стенкам печи, так и по глубине погружения ФК. Результат в атмосфере из смеси двух газов, как и следовало ожидать, оказался усредненным по двум предыдущим вариантам по всем измеряемым параметрам