[发明专利]一种稳定提拉法晶体生长界面的控制装置和方法

说明书

本发明属于晶体生长技术领域，为一种稳定提拉法晶体生长界面的控制装置和方法；方法包括实时测量晶体生长的重量，将测量的晶体重量与其理论重量作差，根据两者的差值采用PID控制算法控制晶体生长所需的加热功率；实时测量料棒的重量，并将测量得到的晶体重量与料棒重量之和作为整体重量，根据整体重量与其初始重量的差值，采用PID控制算法控制料棒下降速度；采用CCD旋转装置对CCD光学放大装置进行旋转，光学放大装置实时测量晶体基准线灰度值对应的位置与测量基准线中线的距离，根据该距离与其初始距离的差值采用PID控制算法控制晶体旋转速度；本发明能维持晶体生长界面的稳定，保证晶体外形符合设定尺寸要求。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种稳定提拉法晶体生长界面的控制装置和方法。

背景技术

晶体生长界面稳定是生长高质量晶体的重要条件。目前使用的全自动提拉单晶炉，使用高精度上称重系统间接测量晶体的实际生长直径，并反馈到计算机控制系统控制加热源输出功率，可以较好的控制整个晶体按照预设的形状完成整个生长过程。从引晶开始到生长结束，随着晶体的生长，晶体的固液界面不断往下移动，在不同的位置，生长界面受到晶体散热改变、保温系统在该处保温改变、加热系统在该处加热效果改变等综合因素的影响，导致生长界面的温度梯度不断发生变化，结果是生长界面的形状也相应地被改变，亦即图1中ψ角发生了变化，整个生长过程生长界面是不稳定的。

不稳定的生长界面将影响整个晶体的内部品质的一致性。同时，生长界面形状的改变，改变了晶体所受浮力的大小，影响称重系统准确测量晶体的质量，进而引起晶体控制直径的不准确性。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明从引起晶体生长界面形状改变因素入手，主要采用了两种手段，一种是不断添加晶体生长原料，使熔液界面在一个很微小的区间内波动，解决传统控制系统由于熔液界面下降而造成的温度梯度变化，同时便于光学检测晶体直径偏差。第二种手段是通过光学检测晶体直径与理论直径的偏差，控制晶体的旋转速度来调节生长界面的角度，使生长界面角度始终维持在一个很小的区间波动。

基于此，本发明提出了一种稳定提拉法晶体生长界面的控制装置和方法。

一种稳定提拉法晶体生长界面的控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1、实时测量晶体生长的重量，将测量到的晶体重量与其理论重量作差；根据两者的差值采用PID控制算法来控制晶体生长所需要的加热功率；

S2、实时测量料棒的重量，并将测量得到的晶体重量与料棒重量之和作为整体重量；根据整体重量与其初始重量的差值，采用PID控制算法控制料棒的下降速度；

S3、采用CCD旋转装置对CCD光学放大装置进行旋转，CCD光学放大装置实时测量晶体基准线灰度值对应的位置与测量基准线中线的距离，根据该距离与其初始距离的差值，采用PID控制算法控制晶体的旋转速度。

另外，一种稳定提拉法晶体生长界面的控制装置，所述控制装置至少包括加热电源控制系统、料棒补充控制系统以及晶体旋转控制系统；

所述加热电源控制系统包括第一秤、第一控制模块以及感应加热模块；第一秤实时测量生长晶体的重量；感应加热模块提供晶体生长所需要的热能量；第一控制模块根据测量得到生长晶体的重量与晶体理论重量的差值采用PID控制算法来控制感应加热模块的功率；

所述料棒补充控制系统包括第二秤、第二控制模块以及步进电机；第二秤实时测量补充料棒的重量；步进电机控制料棒的下降速度；第二控制模块采用 PID控制算法获取步进电机所需的速度，并控制步进电机以该速度运行；