[发明专利]自动化光电晶体炉的生长前阶段控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动化光电晶体炉的生长前阶段控制方法。

背景技术

人工晶体在科学技术和工业生产领域中起到越来越重要的作用，而人工晶体的制备设备和制备技术，成为了制约人工晶体产量和质量的重要瓶颈。最先进的人工晶体制备技术掌握在美国、德国等发达国家手中，相应的设备自动化程度高，易于实现批量生产。但是其高昂的价格，令国内企业和科研院所望而却步。国内有少数企业也可以提供人工晶体制备设备，但往往存在着自动化程度低，过分依赖操作者经验，批量生产中成品率低等问题。

晶体制备过程包括很多工艺流程，一般要持续几十个小时到几个星期不等。所谓的生长前阶段，包括了固体多晶料加热、下晶、缩颈、放肩等流程。

现有的晶体制备技术中，生长前阶段的工艺主要依靠操作者个人经验完成。把装有多晶料的炉体放入保温罩，进行非接触式加热，操作者通过保温罩的观察窗观察炉体，以判断多晶料是否熔化，下晶是否成功，能否成功缩颈、放肩等。传统工艺过于依赖操作者的个人经验，难以实现工艺的自动化，更加难以大规模推广。由于保温罩的观察窗较小，操作者观察炉体的视野就大受局限，难以准确判断保温罩内的情况。而且，保温罩上的观察窗，会严重影响保温罩内的温度场分布，给晶体生长造成更大的不确定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种操作简单、控制精确的自动化光电晶体炉的生长前阶段控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种自动化光电晶体炉的生长前阶段控制方法，该晶体炉包括装有熔融晶体的炉体及用于提拉晶体的提拉杆，还包括对炉体进行加热的加热模块、实时测量炉体温度的测温模块、根据炉体测量的温度控制加热模块的温控模块、调节提拉杆提拉速度的提拉模块、调节提拉杆旋转速度的旋转模块、对炉体内剩余晶体重量作监控的监控模块及与各个模块相连接的控制系统，该控制方法包括以下步骤：

a、通过加热模块将炉体内的晶料加热融化；

b、提拉模块控制提拉杆下晶，使提拉杆上的籽晶的下端进入炉体液面以下，当部分液体被吸附到籽晶上时，进入步骤c；

c、提拉模块及旋转模块提拉及转动提拉杆，进入缩颈过程，监控模块不断读取炉体内剩余晶体的重量，如果监测到晶体生长速率为负值，则控制系统通过加热模块降低加热温度；如果监测到生长速率为正值且超过一上限值时，则控制系统通过加热模块升高加热温度；当缩颈部分达到预设长度，自动结束缩颈过程，进入步骤d；

d、通过提拉模块及旋转模块控制，不断加快晶体的生长速率，使晶体直径由小变大，直至达到预设的晶体直径，完成生长前阶段。

步骤a中，加热模块对晶料的加热分为两个升温阶段：

第一阶段：从室温至目标温度之间通过相对高的升温速率来进行加热，且该目标温度低于晶料的熔点，达到目标温度后，加热进入恒温状态，并持续一段时间；

第二阶段：设定第二目标温度，该第二目标温度在熔点以上，和第一段相比，设定一个相对缓慢的升温速率，并通过测温模块不断读取温度值，并且计算升温速率，如果程升温速率远远小于设定的升温速率，或升温速率接近零，则判断此温度即为熔点。

该监控模块包括设于炉体下方用于称量炉体内晶体重量的电子秤及与电子秤连接的单片机驱动电路，步骤b中，当部分液体被吸附到籽晶上时，电子秤将出现读数的跳变，控制系统扫描到电子秤的跳变后进入缩颈过程。

步骤c中，控制系统不断扫描电子秤的读数，以最小二乘法将电子秤的读数转换成晶体的实际生长速率。

步骤d中，控制系统不断扫描电子秤读数，并实时计算出晶体实际生长速率，针对速率的变化，调节降温速率。

该旋转模块还包括旋转电机及其驱动电路，旋转电机将其实际转速形成反馈电压反馈至控制子模块，当控制子模块检测到实际转速与预设值不同时，则将旋转电机转速调整至预设值内。

该提拉模块还包括提拉电机及其驱动电路，提拉模块的控制子模块中设有用于监控提拉电机位移的光栅尺，当控制子模块检测到实际提拉速度与预设值不同时，则将提拉电机速度调整至预设值内。

该加热模块包括对炉体进行非接触式加热的中频线圈及连接至中频线圈的中频电源。

该温控模块为精确度小于或等于0.1摄氏度的温控仪器。

该测温模块为热电偶。

与现有技术相比较，本发明具备如下优势，

1、实现了提拉法制备晶体中，生长前阶段的自动化，避免了人为因素的干扰；

2、在升温过程中实现了自动捕获晶体熔点，为成功下晶提供了可靠的参考温度；

3、实现了下晶流程的自动化，能够准确确定下晶是否完成；