CN102134739A - 单晶炉自动引晶系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及单晶硅领域，尤其涉及一种单晶炉引晶系统及方法。一种单晶炉自动引晶系统，包括炉体、电机、绕线轮、籽晶绳、重锤、红外测温仪、CCD摄像机、加热器和盛料杯，所述的红外测温仪固定在炉体外部对应第一观察窗，所述的CCD摄像机固定在炉体外部对应第二观察窗，所述加热器的控制电源与PLC控制器相连，所述的红外测温仪和CCD摄像机的数据输出端与PLC控制器相连，所述的PLC控制器控制连接电机。本发明单晶炉自动引晶系统及方法通过PLC控制器自动控制引晶过程中的硅液温度和籽晶的生长直径，使得引晶表面更加光滑，位错排除的更好，同时在拉晶过程中晶体不易断线，对员工的操作技能要求低，设备操作性好，能保证大规模的工业生产质量。
Description
技术领域
本发明涉及单晶硅领域，尤其涉及一种单晶炉引晶系统及方法。
背景技术
单晶炉是多晶硅转化为单晶硅工艺过程中的必备设备，而单晶硅又是光伏发电和半导体行业中的基础原料。单晶硅作为现代信息社会的关键支撑材料，是目前世界上最重要的单晶材料之一，它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料，也是光伏发电利用太阳能的主要功能材料。
单晶炉引晶过程如下：在硅单晶拉制过程中，当籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力作用产生位错，因此在熔接上要进行引细晶，引细晶到3~5mm，这样在冷却过程中热应力很小，不会产生位错，引晶长度120~150mm后可以进行放肩。现有技术中引晶时通过人工目测不断估测籽晶的生长直径大小，若偏大，则加快电机的转速，提高籽晶生长速度；若偏小，降低电机的转速，降低籽晶生长速度，以保证引晶的顺利进行。这种人工目测手动调节的方法可靠性差，对员工经验要求很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单晶炉自动引晶系统及方法，通过PLC自动控制籽晶的生长速度和硅液温度，提高了产品质量。
本发明是这样实现的：一种单晶炉自动引晶系统，包括炉体、电机、绕线轮、籽晶绳、重锤、红外测温仪、CCD摄像机、加热器和盛料杯，所述的电机和绕线轮固定在炉体的顶部，电机的输出轴与绕线轮相连；所述的炉体上开有第一观察窗和第二观察窗，所述的红外测温仪固定在炉体外部对应第一观察窗，所述的CCD摄像机固定在炉体外部对应第二观察窗；所述的重锤设置在炉体内，所述的籽晶绳一端与绕线轮相连，籽晶绳另一端与重锤相连，籽晶绳悬吊住重锤；所述的盛料杯设置在炉体内位于炉体的底部，所述的加热器设置在盛料杯外圈；所述加热器的控制电源与PLC控制器相连，所述的红外测温仪和CCD摄像机的数据输出端与PLC控制器相连，所述的PLC控制器控制连接电机。
所述的第一观察窗设置在炉体的顶部，所述的第二观察窗设置在炉体的侧壁。
一种单晶炉自动引晶方法，包括以下步骤：
步骤一、通过PLC控制器控制加热器将盛料杯中的硅料加热到1450~1500度熔化成硅液，再逐步稳定到引晶温度1420±2度；
步骤二、硅液温度达到设定的引晶温度后，PLC控制器根据设定的速度控制电机旋转，使籽晶浸入硅液中，稳定30~60分钟后开始引晶；
步骤三、引晶时通过调节电机的转速控制籽晶的生长直径，使籽晶的生长直径稳定在4~6mm，并在引晶时保证硅液的温度稳定在1420±2度，完成引晶。
本发明单晶炉自动引晶系统及方法通过PLC控制器自动控制引晶过程中的硅液温度和籽晶的生长直径，使得引晶表面更加光滑，位错排除的更好，同时在拉晶过程中晶体不易断线，对员工的操作技能要求低，设备操作性好，能保证大规模的工业生产质量。
附图说明
图1为本发明单晶炉自动引晶系统结构示意图。
图中：1炉体、2电机、3绕线轮、4籽晶绳、5重锤、6红外测温仪、7CCD摄像机、8加热器、9盛料杯、10籽晶、11第一观察窗、12第二观察窗。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种单晶炉自动引晶系统，包括炉体1、电机2、绕线轮3、籽晶绳4、重锤5、红外测温仪6、CCD摄像机7、加热器8和盛料杯9，所述的电机2和绕线轮3固定在炉体1的顶部，电机2的输出轴与绕线轮3相连；所述的炉体1上开有第一观察窗11和第二观察窗12，所述的第一观察窗11设置在炉体1的顶部，所述的第二观察窗12设置在炉体1的侧壁，所述的红外测温仪6固定在炉体1外部对应第一观察窗11，所述的CCD摄像机7固定在炉体1外部对应第二观察窗12；所述的重锤5设置在炉体1内，所述的籽晶绳4一端与绕线轮3相连，籽晶绳4另一端与重锤5相连，籽晶绳4悬吊住重锤5，籽晶10悬挂在重锤5的底部；所述的盛料杯9设置在炉体1内位于炉体1的底部，所述的加热器8设置在盛料杯9外圈；所述加热器8的控制电源与PLC控制器相连，所述的红外测温仪6和CCD摄像机7的数据输出端与PLC控制器相连，所述的PLC控制器控制连接电机2。
一种单晶炉自动引晶方法，包括以下步骤：
步骤一、首先PLC控制器从PC工控机接收设定参数，然后通过PLC控制器调节加热器8的控制电源功率，使盛料杯9中的硅料被加热到1450~1500度熔化成硅液，再逐步稳定到引晶温度1420±2度；
步骤二、硅液温度达到设定的引晶温度（1420±2度）后，PLC控制器根据设定的速度（250~350mm/min）控制电机2旋转使绕线轮3缓慢放下重锤5，使籽晶10浸入硅液中，稳定30~60分钟后开始引晶；
步骤三、引晶时通过调节电机2的转速控制籽晶10的生长直径，若直径偏大，则加快电机2的转速，提高籽晶10生长速度；若直径偏小，降低电机2的转速，降低籽晶10生长速度，使籽晶10的生长直径稳定在4~6mm，并在引晶时保证硅液的温度稳定在1420±2度，完成引晶。
本方法中，通过红外测温仪6探测硅液温度后反馈给PLC控制器，通过CCD摄像机7探测到籽晶10的生长直径后反馈给PLC控制器，实现精确的自动控制。
Claims (3)
1.一种单晶炉自动引晶系统，其特征是：包括炉体(1)、电机(2)、绕线轮(3)、籽晶绳(4)、重锤(5)、红外测温仪(6)、CCD摄像机(7)、加热器(8)和盛料杯(9)，所述的电机(2)和绕线轮(3)固定在炉体(1)的顶部，电机(2)的输出轴与绕线轮(3)相连；所述的炉体(1)上开有第一观察窗(11)和第二观察窗(12)，所述的红外测温仪(6)固定在炉体(1)外部对应第一观察窗(11)，所述的CCD摄像机(7)固定在炉体(1)外部对应第二观察窗(12)；所述的重锤(5)设置在炉体(1)内，所述的籽晶绳(4)一端与绕线轮(3)相连，籽晶绳(4)另一端与重锤(5)相连，籽晶绳(4)悬吊住重锤(5)；所述的盛料杯(9)设置在炉体(1)内位于炉体(1)的底部，所述的加热器(8)设置在盛料杯(9)外圈；所述加热器(8)的控制电源与PLC控制器相连，所述的红外测温仪(6)和CCD摄像机(7)的数据输出端与PLC控制器相连，所述PLC控制器控制连接电机(2)。
2.如权利要求1所述的单晶炉自动引晶系统，其特征是：所述的第一观察窗(11)设置在炉体(1)的顶部，所述的第二观察窗(12)设置在炉体(1)的侧壁。
3.一种使用如权利要求1或2所述的单晶炉自动引晶系统进行的单晶炉自动引晶方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一、通过PLC控制器控制加热器(8)将盛料杯(9)中的硅料加热到1450~1500度熔化成硅液，再逐步稳定到引晶温度1420±2度；
步骤二、硅液温度达到设定的引晶温度后，PLC控制器根据设定的速度控制电机(2)的旋转，使籽晶(10)浸入硅液中，稳定30~60分钟后开始引晶；
步骤三、引晶时通过调节电机(2)的转速控制籽晶(10)的生长直径，使籽晶(10)的生长直径稳定在4~6mm，并在引晶时保证硅液的温度稳定在1420±2度，完成引晶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110727 |