[发明专利]一种用于提拉炉的激光监控分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及监控技术，特别是一种用于提拉炉的激光监控分析系统。

背景技术

在晶体制备工艺中，从熔体中提拉生长高质量单晶的方法称为提拉法，是将构成晶体的原料经过固相或者液相合成，高温烧结反应后，放在提拉炉坩埚中加热熔化，再利用籽晶提拉熔体，通过温度控制，使籽晶和熔体在交界液面上不断进行原子分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体，在晶体提拉法生长过程中，熔体的温度气氛、提拉的速率、晶体生长中的挥发物、液面涡旋等对晶体的利用率、量产率起着决定性影响，如能对晶体生长过程加以监控，有助于提升晶体的生产率和质量。

但是由于提拉炉坩埚温度很高，产生的强光使人难以长时间目视，而传统视频监控中的减光、滤光方法在强光环境下又易使信息光波被过滤掉，使得对炉内的监控较为困难，迄今为止，国内市面上通用的提拉炉都缺乏有效监控缺陷结构、晶体浓度、挥发物的系统，使得生长优质大尺寸单晶非常困难，尤其是易挥发原料的单晶提拉。目前虽有部分厂家为此开发了视频监控设备，但由于其仅用了滤光片对炉内强光进行处理，易损失有用的光线而影响监控效果。

公开号203174220U的专利中公开了一种晶体提拉生成监控装置，使用摄像机对提拉炉内的晶体生长过程进行监控，但按其描述，该装置摄像机仅使用炉内生产过程所产生的光线进行成像，由于炉内反应复杂，各类晶体生产过程中产生的光谱不同且混杂于在炉内的强光中，现有的被动成像的摄像机很难将其区分，难以保证成像效果，从而降低了监控质量。

发明内容

本发明提出一种用于提拉炉的激光监控分析系统，通过使用激光对提拉炉内环境进行主动照明，能对炉内晶体缺陷结构、晶体浓度、挥发物进行高质量的监控。

本发明采用以下技术方案。

一种用于提拉炉的激光监控分析系统，用于提拉炉内晶体生长过程中的监控和分析，所述系统以激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，通过生产环境所反射回的激光对提拉炉内的晶体生长过程进行成像分析。

所述系统与提拉炉集成，设有激光生成部、光路组件和激光传感系统，所述提拉炉从外至内依次设有炉膛、保温罩和坩锅，所述激光生成部生成的激光由激光出射口输出，经光路组件发散后，对提拉炉坩锅内的籽晶进行360度范围覆盖照射，同时也对提拉炉坩锅内液面进行照射；激光传感系统内置传感器、分析模块和反馈模块，根据籽晶和液面处的反射激光进行传感成像、分析，同时向外部控制系统反馈所生成的图像和分析结果。

所述激光生成部的激光出射口设于炉膛侧壁处，位于同一水平面内，激光生成部生成激光从三个方向互成120度射入提拉炉内。

所述提拉炉的保温罩设有激光穿透部，激光穿透部上设光线通孔，或是以激光波长匹配材料成型以保证激光高透穿过。

所述激光生成部按坩锅内晶体材料的光吸收特性来设定所生成激光的波长。

所述光路组件为分光镜。

所述分光镜包括光栅式分光镜和棱镜式分光镜。

所述光路组件设于保温罩和坩锅之间。

所述激光传感系统所用传感器的位置与激光生成部的激光出射口相邻。

所述激光传感系统整合三个方向的传感器的采集信息以进行立体成像。

本发明使用了激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，由于激光的强度高且单色性好，可以有效抑制提拉炉内强光在传感器上形成的噪声干扰，便于传感系统把炉内原有光线和激光反射光线进行区分，也可以采用对所发射激光波长敏感的传感器从而忽视生产过程所产生的光线，从籽晶和液面的反射激光中得到清晰的成像，获得良好的监控效果。

由于激光的波长可调，本发明的激光生成部按坩锅内晶体材料的光吸收特性来设定所生成激光的波长，这使得提拉炉内的激光反射值可按需调整，监控人员可以按生产晶体的特性来灵活设定激光波长，以获取清楚的监控成像。

构成晶体的原料，其气态、液态、固态的光吸收特性均不同，监控人员可以针对其光吸收特性的变化，改变入射激光波长，从而强化炉内液面、挥发物形态的监控影像。

激光穿透能力较强，有很好的透雾能力，因此即使炉内有烟雾，本发明也容易得到好的监控效果，使得当使用易挥发原料进行晶体提拉时，本发明的监控效果不易受炉内烟雾影响。

由于晶体缺陷结构必然对光线的反射折射产生影响，从而显示于监控画面上，传统视频摄像由于强光的干扰从而使这类缺陷不易显现，而本发明采用的激光照明可对穿透晶体，而且所配套的激光传感系统使得在强光下观察晶体缺陷更为容易，从而提升了生产者对晶体生长过程中晶体缺陷的观察监控能力。