[实用新型]单晶硅区熔拉伸炉控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及单晶硅制备技术，具体说，是一种单晶硅区熔拉伸炉控制系统。

背景技术

区熔炉是一种在惰性气体环境中，将多晶硅棒等多晶硅材料熔化，用悬浮区熔法生长高纯度无错位单晶硅的设备。区熔炉主炉体机械部分如图1所示，它包括一个用高频感应线圈加热的炉膛4，一个将多晶硅棒5缓慢送入炉膛4的送料装置，一个将硅棒拉伸成单晶硅棒的拉伸装置，送料装置、炉膛4、拉伸装置按上、中、下顺序布置在炉架10上，多晶硅棒5穿越炉膛4的部分被加热熔融，拉伸装置拉伸多晶硅棒5的下端，使熔融部分的晶格结构变化，从而提纯多晶硅、生成单晶硅。

送料装置包括一个上轴2，用于夹持多晶硅棒5的上端，一个上轴升降机构，使上轴2发生上下位移，该机构由滑座1和导向柱3组成，上轴2固定连接滑座1，滑座1由其驱传动装置（升降电机、蜗杆蜗轮传动副，图中未示出）驱动，沿导向柱3上下位移，带动上轴2升降。一个上轴旋转机构（旋转电机、蜗杆蜗轮传动副，图中未示出），使上轴2旋转。

拉伸装置包括一个下轴11，用于夹持多晶硅棒5的下端，一个下轴升降机构，使下轴机构11发生上下位移，该机构由上滑座7、下滑座8和导向柱9组成，下轴11连接上滑座7，上滑座7由其驱传动装置（升降电机、蜗杆蜗轮传动副，图中未示出）驱动，沿导向柱9上下位移，带动下轴机构11升降。一个下轴旋转机构（旋转电机、减速器，图中未示出），使下轴11旋转。上滑座7与炉膛4之间用波纹套管6连接，当上滑座7升降时，波纹套管6发生弹性变形，随上滑座7伸缩，进而增加炉膛的单晶棒长度容量，下滑座8与单晶硅棒连接，与上滑座7可以自动联动随动，保证在晶棒拉伸到足够长度的设计规格。

另外，拉伸多晶硅棒5时，上轴送料速度和下轴拉伸速度都很缓慢，故上轴滑座、下轴上滑座、下轴下滑座均配有快速升降电机及传动副，在装料或卸料阶段使用，以提高装料、卸料阶段以及硅棒预热阶段的工作效率。

在上述结构中，上、下轴旋转的目的，是使硅棒熔融段保持圆柱状。

拉伸的目的，不仅要获得圆柱状单晶硅棒，而且要使单晶硅棒的直径符合要求，该直径与炉膛温度、惰性气体压力、上轴送料速度、下轴拉伸速度、硅棒旋转速度、原料棒自身直径相关，需要对这些参数进行联动控制。

但是，现有的区熔炉控制系统很简陋，只是对炉膛温度、惰性气体压力进行自动控制，上轴送料速度、下轴拉伸速度、硅棒旋转速度则由操作员透过炉膛视窗硅棒拉伸状况，凭经验手动操作送料电机、拉伸电机、旋转电机的速度控制器，上、下轴的位移速度、旋转速度不稳定，未能实现恒速运行，拉伸时硅棒直径是变化的，不是圆柱状，硅棒直径也很难达到设计要求。

此外，还有如下缺陷：

上、下滑座的行程限位开关采用普通机械式开关，容易顶坏，导致滑座移动过头而卡死；

控制系统容易受到高频感应电源系统干扰，导致拉伸过程不稳定使产品合格率下降；

电机与传动副的连轴器非常容易损坏；

滑座快速升降电机传动副的蜗杆容易折断。

发明内容

本实用新型的目的，是克服现有单晶硅区熔拉伸炉控制系统的上述缺陷，提供一种功能完善、性能可靠的单晶硅区熔拉伸炉控制系统，以保证单晶硅棒的质量，并提高生产效率。

实现上述目的的技术方案是：

一种单晶硅区熔拉伸炉控制系统，包括：

上轴旋转速度检测装置，用于检测上轴旋转速度；

上轴送料速度检测装置，用于检测上轴位移速度；

下轴旋转速度检测装置，用于检测下轴旋转速度；

下轴拉伸速度检测装置，用于检测下轴位移速度；

炉膛温度检测装置，用于检测炉膛温度；

炉膛气压检测装置，用于检测炉膛惰性气体充气压力；

数据采集模块，用于将上述检测装置获得的信号转换成数字信号；

存储器，用于存储信号数据、控制参数设定值及信号处理计算模型；

中央处理器，用于处理上述检测信号，输出控制信号；

控制信号输出模块，用于输出控制信号，将数字控制信号转换成模拟信号；

上轴旋转速度控制器，用于控制上轴旋转电机的速度；

上轴送料速度控制器，用于控制上轴送料电机的速度；

下轴旋转速度控制器，用于控制下轴旋转电机的速度；

下轴拉伸速度控制器，用于控制下轴拉伸电机的速度；

炉膛温度控制器，用于控制感应加热器的功率；

炉膛气压控制器，用于控制惰性气体的充气压力；