提拉单晶炉晶体恒组分生长控制系统和方法

摘要

本发明公开了一种提拉单晶炉晶体恒组分生长控制系统和方法，本发明协同控制晶体生长速度和原料补充速度，保证长出的晶体重量与补充的原料重量一致，使晶体结晶液面高度始终保持不变；而补充原料的成分经过分析和理论计算与长出的晶体成分一致，进而保证了坩埚内液体成分不变。本发明有效解决了晶体“分凝现象”造成的晶体沿轴向不均匀分布的问题，同时也大大改善了由于晶体持续生长而造成的结晶界面下移对晶体生长界面形状的影响。

主权项

提拉单晶炉晶体恒组分生长控制系统，其特征在于：由晶体自动生长控制系统和料棒自动补充控制系统两大部分组成；晶体自动生长控制系统包括秤Ⅰ、提拉系统、旋转系统和感应加热模块，秤Ⅰ、提拉系统、旋转系统和感应加热模块分别与控制模块连接；秤Ⅰ实时测量生长晶体的重量G₁；提拉系统通过步进电机产生一定的提拉速度v₁使晶体不断向上生长；旋转系统通过力矩电机产生一定的旋转速度ω来实现晶体生长界面的稳定；感应加热模块提供晶体生长所需要的热能量；控制模块根据由秤Ⅰ获得的晶体实际生长重量与由提拉速度获得的理论重量的差值来控制感应加热模块，以改变晶体生长界面的温度分布，进而反过来调节晶体的生长速度；料棒自动补充控制系统包括秤Ⅱ和下降系统；秤Ⅱ实时测量补充料棒的重量G₂；下降系统通过步进电机控制料棒的下降速度v₂以实现原料的可控补充；秤Ⅱ和下降系统分别与控制模块连接；控制模块根据晶体理论重量的增加控制下降系统的步进电机使料棒按需要速度v₂下降，以（G₁+G₂）测量误差作为调整v₂的调整源，始终保证长出的晶体重量与补充的原料重量一致，从而保证晶体结晶液面高度不变。