[发明专利]一种晶体高质量快速生长控制方法

摘要

本发明涉及一种晶体高质量快速生长控制方法，属于生产过程控制领域。晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置。直流伺服电机带动载晶架顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行。载晶架旋转停止时通过视觉系统在线检测晶体的尺寸，按规则调节生长溶液降温速率。本发明方法通过晶体的生长速率来反映生长溶液的过饱和状态，既能够保证晶体能够有着稳定的快速的生长速度，又能保证晶体的质量。

主权项

1.一种晶体高质量快速生长控制方法，其特征在于，该方法是通过晶体生长系统实现的，所述的晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置；生长装置包括带夹套的育晶罐、测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器；控制装置包括PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入输出接口、计时器；基于视觉的尺寸检测装置包括光源、相机和计算机；所述的一种晶体高质量快速生长控制方法，具体包括以下步骤：(1)育晶罐中装入生长溶液，晶核放到载晶架上后，晶体生长系统进入运行准备状态，在触摸屏上进行初始设定值的设定：生长溶液温度TEM(0)，单位为℃，二位小数；生长溶液温度上限TEM_max，生长溶液温度下限TEM_min；生长溶液降温速率ΔTEM(0)，单位为℃/小时，二位小数；生长溶液降温速率上限ΔTEM_max，生长溶液降温速率下限ΔTEM_min；晶体比生长速率E(0)，单位为％，二位小数，晶体比生长速率上限E_max，晶体比生长速率下限E_min；晶体比体积生长速率F(0)，单位为％，二位小数，晶体比体积生长速率上限F_max，晶体比体积生长速率下限F_min；晶体总高度H₁(0)、晶体的下半部立方体的高度H₂(0)和宽度D(0)，单位为mm，一位小数；生长晶体的表面积S(0)，单位为mm²，二位小数；生长晶体的体积V(0)，单位为mm³，二位小数；k＝0，k是自然数，代表离散时刻，k∈[0,7200]；(2)晶体生长系统进入自动运行状态，计时器T开始计时；(3)PLC控制直流伺服电机带动载晶架以每分钟n₁转的速度顺时针旋转N₁圈，然后停止T₁秒，再以每分钟n₂转的速度逆时针旋转N₂圈，停止T₂秒；以此方法顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行，使生长溶液与晶核充分接触；顺时针旋转、停止和逆时针旋转、停止时通过基于视觉的尺寸检测装置在线检测晶体的尺寸：总高度H₁(k)、晶体的下半部立方体的高度H₂(k)和宽度D(k)，单位为mm，一位小数；PLC检测生长溶液的温度，通过控制育晶罐夹套内的电加热器先加热夹套中的水，再通过罐壁热交换使育晶罐内生长溶液的温度控制为TEM(k)，控制精度为±0.01℃；计算k时刻生长晶体的表面积k时刻生长晶体的体积(4)判断计时器T等于1小时是否成立，不成立则转到步骤(3)；成立则转到步骤(5)；(5)判断计时器k≥24是否成立，不成立则转到步骤(11)；成立则计算k时刻晶体比生长速率晶体比体积生长速率转到步骤(6)；(6)判断计时器k<7200或TEM(k)>TEM_min是否成立，不成立则转到步骤(12)；成立则转到步骤(7)；(7)判断E(k)≥E_max是否成立，成立则当ΔTEM(k)<ΔTEM_min则ΔTEM(k)＝ΔTEM_min，转到步骤(8)；不成立则转到步骤(8)；(8)判断E(k)≤E_min是否成立，成立则当ΔTEM(k)>ΔTEM_max则ΔTEM(k)＝ΔTEM_max，转到步骤(9)；不成立则转到步骤(9)；(9)判断F(k)≥F_max是否成立，成立则当ΔTEM(k)<ΔTEM_min则ΔTEM(k)＝ΔTEM_min，转到步骤(10)；不成立则转到步骤(10)；(10)判断F(k)≤F_min是否成立，成立则当ΔTEM(k)>ΔTEM_max则ΔTEM(k)＝ΔTEM_max，转到步骤(11)；不成立则转到步骤(11)；(11)计时器T清零，TEM(k+1)＝TEM(k)‑ΔTEM(k)，k＝k+1，计时器T开始计时；转到步骤(3)；(12)晶体生长结束。