| 主权项 |
1.直拉式晶体生长炉自动控制方法，采用的步骤如下：1)加料：将硅晶体原材料(9)放到坩埚(6)内；2)氩气保护控制：利用氩气保护控制模块(20)进行控制，即启动真空泵(15)对炉筒(2)与提升腔(1)抽真空到10-6bar～10-5bar→氩气充气部件(16)向炉筒(2)与提升腔(1)内充氩气倒常压→再抽真空到10-6bar～10-5bar→再充氩气到常压，反复6～8次后停止；3)熔晶：启动坩埚加热控制部件(12)和冷却水(13)，并利用坩埚加热与冷却控制模块(17)控制坩埚加热控制部件的功率和冷却水的流量，综合控制坩埚内的普通硅原材料加热熔化，以及对炉筒外壳的冷却，避免高温影响安装在炉筒上的其他部件和传感器：4)引晶放肩：硅晶体原材料全部熔化后，启动坩埚与籽晶升降控制模块(18)，综合控制将结晶的硅单晶拉出液面的速度，使籽晶以每小时1cm～2cm的低速上升，并确保单晶直径传感器(14)始终对准液面结晶位置(10)，同时启动坩埚与籽晶旋转控制模块(19)，使籽晶与坩埚以每分钟10～20转的速度旋转，提高单晶产品的均匀性，最终使得单晶硅在籽晶周围形成一个圆锥；5)等径控制：拉出来的单晶直径到达标准直径时，启动单晶直径控制模块(21)，利用CCD摄像或红外测量仪获得晶体在结晶点上的直径大小，以便控制算法实时调节籽晶提升速度，并综合考虑加热温度、坩埚提升、坩埚与籽晶旋转四个方面因素的影响，进行协调控制；6)收尾：晶体生长完成后，关闭单晶直径控制模块(2)、坩埚与籽晶旋转控制模块(19)、坩埚与籽晶升降控制模块(18)三个模块，坩埚(6)下降到底；7)冷却：关闭坩埚加热和却控制模块(17)中的加热部分；8)取出产品：等炉筒内温度将到常温后，关闭坩埚加热和冷却控制模块(17)中的冷却部分，打开炉筒，取出单晶硅产品；其特征在于：坩埚加热和冷却控制模块(17)用来综合控制坩埚内的普通硅原材料加热熔化，以及对炉筒外壳的冷却，避免高温影响安装在炉筒上的其他部件和传感器，其控制目标包括三部分：坩埚内的温度、结晶面上的温度以及炉筒内的温度场，相应的控制输入量则为坩埚加热控制部件功率、冷却水的流量；假定硅单晶的结晶温度为T0，则将坩埚内温度的控制目标值设定为比硅单晶的结晶温度T0略高的一个值T0+TH，其中TH可由操作人员自由设定，以确保熔化后的硅材料在熔液表面可以结晶；加热功能由中频电极加热控制单元实现，因此，对坩埚内温度的控制可以通过对坩埚加热控制部件功率的调节来实现，具体的控制方法为：温度偏差ΔT＝T-T0-TH，其中T为坩埚内温度传感器的检测值；坩埚加热控制部件输出功率设定值P分三段控制，当温度偏差小于允许偏差下限时，P＝Pmax，即以最大输出功率加热；当温度偏差大于允许的偏差上限时，P＝0，即关闭坩埚加热控制部件，当温度偏差在允许偏差内时，P＝P0+KPT*ΔT+KIT*∑ΔT，其中P0为坩埚加热控制部件输出功率的初始设定值，KPT与KIT为坩埚加热控制部件功率的控制参数，三个参数均由操作人员自由设定，∑ΔT为温度偏差进入允许范围内后的累计值；结晶面上的温度和炉筒内的温度场均通过温度传感器检测得到；冷却水贯穿炉筒上的所有主要受热部位，对结晶面和炉筒内的温度场进行控制，与坩埚加热控制部件输出功率的控制相对应，其流量设定值Q也分三段控制，当温度偏差小于允许偏差下限，即坩埚加热控制部件以最大输出功率加热时，Q＝Qmax，即以最大流量冷却；当温度偏差大于允许的偏差上限，即系统超温时，Q＝Qmax，即仍以最大流量冷却；当温度偏差在允许偏差内时，Q＝Q0+KPF*ΔTF+KIF*∑ΔTF，其中Q0为冷却水流量的初始设定值，KPF与KIF为冷却水流量的控制参数，三个参数均由操作人员自由设定，∑ΔTF为温度偏差进入允许范围内后温度场偏差的累计值。 |
