[发明专利]单晶炉水冷套温度控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度控制系统，尤指一种应用于单晶炉中水冷套的温度控制系统。

背景技术

目前对于IC级别单晶的拉制通常在单晶炉中采用水冷套来实现，具体为：水冷套放置在单晶的上方，通过向水冷套中择时通入冷却水，使水冷套对单晶的热量进行反射与传递，从而控制单晶所处的热场纵向温度梯度。

但是，从实际实施中可以发现，IC级别单晶的生长往往对热场温度梯度的要求较高，对于实现热场纵向温度梯度的水冷套来说，在熔料阶段，因坩埚位置较低，使得水冷套温度较低，导致了热场纵向温度梯度较大，挥发物易在水冷套上聚集，而在单晶等径后期，因坩埚位置较高，晶体离水冷套较近，故热场纵向温度梯度较小。也就是说，单晶的位置变化使得水冷套的温度并不恒定，因此热场纵向温度梯度也并不稳定，无法保证单晶的稳定生长。另外，水冷套仅是冷却水的流经部件，冷却水在水冷套内并无任何控制措施，因此，从水冷套自身来看，流经的冷却水没有得到充分利用，大部分被白白浪费，对水冷套的温度并不能起到恒温控制作用，也就谈不上对单晶生长所需的热场纵向温度梯度起到任何的控制作用了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶炉水冷套温度控制系统，该单晶炉水冷套温度控制系统通过位置式PID算法控制流经水冷套的冷却水流量来调节水冷套的温度，使水冷套处于恒温状态，从而使IC级别单晶稳定处于生长所需的热场纵向温度梯度条件下，以满足拉晶工艺要求。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种单晶炉水冷套温度控制系统，其特征在于：它包括微处理器，设置在单晶炉的水冷套内壁上的温度传感器的信号传输端口依次经由采样信号放大电路、AD转换电路而与该微处理器的相应IO端口连接，设置在该水冷套的冷却水入口处的阀门的启闭控制端与步进电机的输出轴连接，该步进电机的信号控制端口与该微处理器的相应IO端口连接。

键盘输入电路的各信号输出端口分别与所述微处理器的相应IO端口连接。显示屏的信号端口与所述微处理器的相应IO端口连接。所述微处理器的通讯端口与上位机的通讯端口连接。

所述微处理器为AT89C51型单片机。

本发明的优点是：

本发明通过位置式PID算法控制流经水冷套的冷却水流量来调节水冷套的温度，使水冷套处于恒温状态，从而使IC级别单晶稳定处于生长所需的热场纵向温度梯度条件下，以满足拉晶工艺要求。

本发明运行稳定，响应速度快，与传统拉晶工艺相比，对水冷套内流经的冷却水流量的控制不仅可以达到调节水冷套温度的目的，还在一定程度上节约了冷却水流量，特别是在单晶炉冷却或停炉时。

附图说明

图1是本发明的组成示意图。

具体实施方式

本发明单晶炉水冷套温度控制系统适用于单晶炉的水冷套，这里需要说明的是，单晶炉的构成以及水冷套在单晶炉中的安装及其位置等均为本领域的公知技术，本发明是针对单晶炉中的水冷套设计的温度控制系统。一般地，单晶炉包括炉体，在该炉体中设有水冷套，在该水冷套的下方是待生长的单晶，单晶的下方为坩埚，水冷套的冷却水入口与冷却水输送装置的出水口连接，而水冷套的冷却水出口与相应排水装置的进水口连接。

如图1所示，本发明温度控制系统包括微处理器11，设置在单晶炉（图中未示出）的水冷套（图中未示出）内壁上的温度传感器12的信号传输端口依次经由采样信号放大电路13、AD转换电路14而与该微处理器11的相应IO端口连接，设置在该水冷套的冷却水入口处的阀门16的启闭控制端与步进电机15的输出轴连接，该步进电机15的信号控制端口与该微处理器11的相应IO端口连接，微处理器11经由对步进电机15的控制，来控制阀门16的开启程度与关闭程度。

在本发明中，阀门16为公知设备，其受步进电机15输出轴的转动带动而实现提升与下落动作，即实现阀门16的开关动作。阀门16设在水冷套的冷却水入口处，当阀门16关闭时，冷却水便无法流入水冷套内，当阀门16打开时，冷却水便可从冷却水入口流入水冷套内。在本发明中，微处理器11不仅可经由对步进电机15的控制来控制阀门16的完全开启和完全关闭，还可控制阀门16的开启程度与关闭程度，从而精准控制流经水冷套的冷却水流量大小，例如，令阀门16处于半开状态等。

在本发明中，可通过选择步进精度高的步进电机，来实现对阀门16开启与关闭程度的高精确控制。

在实际设计中，如图1，本发明还可包括键盘输入电路17，该键盘输入电路17的各信号输出端口分别与微处理器11的相应IO端口连接。