CN104514030B - 晶体生长速度检测方法、控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的晶体生长速度检测方法包括以下步骤：分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值；根据公式计算晶体界面生长速度；或者根据公式计算晶体重量生长速度。上述方案相比于背景技术所述的通过探测棒直接伸入到晶体界面，通过检测晶体界面的推进计算晶体生长速度而言，能够避免探测棒与晶体界面处的接触，进而避免对晶体界面处熔体的影响，最终能够提高晶体质量及晶体生长的稳定性。本发明还公开了一种晶体生长速度检测系统。基于上述晶体生长速度检测方法及系统，本发明还公开了一种晶体生长速度控制方法及系统。

Description

晶体生长速度检测方法、控制方法及系统

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，更为具体地说，涉及一种晶体生长速度检测方法及系统，本发明还涉及一种晶体生长速度控制方法及系统。

背景技术

在晶体的生长过程中，严格控制晶体生长速度（晶体界面生长速度或晶体重量生长速度）对于保证晶体质量和晶体生长的稳定性具有决定性的作用。

在HEM法（热交换法）、坩埚下降法和多晶硅铸锭法等自下而上生长晶体的方法中，晶体位于熔体之下，所以无法通过称重的方法直接测量已生长晶体的重量，进而也无法推算出晶体生长速度。这最终导致晶体生长速度不可控，严重影响晶体质量和晶体生长的稳定性。

为了解决上述问题，需要检测晶体生长速度以实现对晶体生长速度的控制。目前在采用自下而上的晶体生产方法中，技术人员通过定时下降探测棒以物理接触晶体界面（固液界面）的位置，以通过晶体界面的位置变化计算晶体界面生长速度或晶体重量生长速度。该方法中，探测棒伸入熔体液面之下与晶体界面直接接触，严重影响接触点处的界面温度和杂质分布，还会使晶体生长界面处熔体发生扰动，最终影响晶体生长质量和晶体生长的稳定性。同时，由于高温熔体的腐蚀能力较强，探测棒容易被腐蚀进而产生污染，这进一步影响晶体质量及晶体生长的稳定性。更有甚者，探测棒会发生断裂，进而导致整炉晶体因污染而报废。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶体生长速度检测方法，以解决背景技术中采用探测棒检测晶体生长速度导致影响晶体质量和晶体生长稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

晶体生长速度检测方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，包括以下步骤：

分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值；

根据公式 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度；或者根据公式 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻和第一时刻之间的时间间隔。

优选的，上述晶体生长速度检测方法中，所述分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值，包括：

在所述第一时刻，操作位于坩埚上方用于接触熔体液面的探杆接触熔体液面；

在所述第二时刻，操作所述探杆接触熔体液面；

计算两次探杆伸入的变化值，以所述伸入变化值作为所述熔体液面的高度变化值。

优选的，上述晶体生长速度检测方法中，采用超声波测距法、红外测距法或激光测距法测量第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度。

晶体生长速度检测系统，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，包括：

熔体液面高度检测单元，用于分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度；

第一计算单元，用于计算第一时刻和第二时刻所检测的坩埚内熔体液面的高度变化值；

第二计算单元，用于根据公式 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度；或者根据公式 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻和第一时刻之间的时间间隔。

晶体生长速度控制方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，包括以下步骤：

分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值；

根据公式 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度；或者根据公式 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻和第一时刻之间的时间间隔；

控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

优选的，上述晶体生长速度控制方法中，控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度，包括：

计算所述晶体界面生长速度与预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度与预设晶体重量生长速度的差值；

将所述差值分隔成多个控制幅度逐渐减小的控制区间；

依据所述控制区间逐步控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

优选的，上述晶体生长速度控制方法中，通过控制坩埚加热元件或/和热交换器的功率控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量。

晶体生长速度控制系统，包括：

熔体液面高度检测单元，用于分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度；

第一计算单元，用于计算第一时刻t₁和第二时刻t₂所检测的坩埚内熔体液面的高度变化值；

第二计算单元，用于根据公式 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度；或者根据公式 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻和第一时刻之间的时间间隔；

控制单元，用于控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

本发明提供的晶体生长速度检测方法，通过直接获取第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值，利用熔体液面的高度变化值计算晶体界面生长速度或晶体重量生长速度。相比于背景技术所述的通过探测棒直接伸入到晶体界面，通过检测晶体界面的推进计算晶体生长速度而言，能够避免探测棒与晶体界面处的接触，进而避免对晶体界面处熔体的影响，最终能够提高晶体质量及晶体生长的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的晶体生长速度检测方法的流程示意图；

图2是第一时刻和第二时刻的时间间隔坩埚内的熔体液面变化的一种示意图；

图3是第一时刻和第二时刻的时间间隔坩埚内的熔体液面变化的另一种示意图；

图4是本发明实施例提供的检测坩埚内熔体液面的高度变化值的一种方法流程图；

图5是本发明实施例提供的晶体生长速度检测系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的晶体生长速度控制方法的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的晶体生长速度控制方法的一种具体控制流程示意图；

图8是本发明实施例提供的晶体生长速度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的晶体生长速度检测方法，解决了背景技术中采用探测棒检测晶体界面以计算晶体生长速度导致影响晶体质量和晶体生长稳定性的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图1，本发明实施例提供了一种晶体生长速度检测方法，晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，本实施例提供的晶体生长速度检测方法，包括以下步骤。

S101、检测第一时刻t1坩埚内熔体液面的高度。

S102、检测第二时刻t2坩埚内熔体液面的高度。

步骤S101和步骤S102分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度，熔体液面的高度检测方式可以但不限于采用探杆物理接触法、超声波测距法、红外测距法或激光测距法。在采用探杆物理接触法采集第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度时，为了提高检测精度，可以在每个时刻使探杆多次接触熔体液面，以多次检测的该时刻的熔体液面高度的均值作为该时刻检测的熔体液面高度。在实际的检测过程中，坩埚内的晶体生长过程中会有熔体溅到探杆的接触端或熔体液面瞬时大幅度波动，导致数据出现异常。在实际的计算过程中可以采用异常数据剔除法对采集的数据实施处理，保证数据较准确的前提下再进行下一步的计算。

S103、计算第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度变化值ΔH。

该步骤中，根据公式（1）计算第一时刻t₁和第二时刻t₂检测的熔体液面的高度变^化值ΔH。 $\mathrm{\ΔH}=H_{t_2}-H_{t_1}---\left(1\right)$

为了消除坩埚移动（例如坩埚下降法生长晶体）对液面高度变化的影响，本实施例提供的晶体生长速度检测方法中，可以将上述测量熔体液面高度的装置与坩埚同步移动从而自动抵消坩埚移动带来的误差，也可以将液面测试装置位置固定，在测出的液面位置变化量中减去同期坩埚移动的距离，从而获得坩埚内熔体液面的高度变化值。

S104、计算晶体界面生长速度或晶体重量生长速度。

为了便于说明晶体界面生长速度或晶体重量生长速度的计算方法，现在结合附图2或附图3对计算过程作如下推导。

请参考附图2或3，晶体材料熔点温度下的熔体密度为ρ_m，固体密度为ρ_s，在第一时刻t₁和第二时刻t₂之间的时间间隔，假设有质量为M的熔体结晶成为晶体，那么这个过程中发生的体积变化为ΔV，可以根据公式（2）计算ΔV。

$\mathrm{\ΔV}=\frac{m}{{\mathrm{\ρ}}_s}-\frac{M}{{\mathrm{\ρ}}_m}---\left(2\right)$

将公式（2）整理得： $M=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*\mathrm{\ΔV}}{{\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s}---\left(3\right)$

结晶界面面积S_g，晶体界面生长速度V_g，那么在第一时刻t₁和第二时刻t₂的时间间隔内，有如下关系：M＝S_g*V_g*(t₂-t₁)*ρ_s （4）

晶体重量生长速度： $V_m=\frac{M}{t_2-t_1}=S_g*V_g*{\mathrm{\ρ}}_s---\left(5\right)$

将公式（4）带入公式（3）中，可以得到公式（6）。

$S_g*V_g*(t_2-t_1)*{\mathrm{\ρ}}_s=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*\mathrm{\ΔV}}{{\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s}---\left(6\right)$

在第一时刻t₁和第二时刻t₂的时间间隔内，坩埚内熔体液面的高度变化值ΔH造成的体积变化ΔV，假设坩埚为等截面坩埚（即坩埚的横截面面积处处相等），坩埚各个位置的横截面积为S，则：

$\mathrm{\ΔV}=S*(H_{t_2}-H_{t_1})---\left(7\right)$

将公式（7）带入到公式（6）中，整理得出：

$V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*S_g}---\left(8\right)$

将公式（8）带入公式（5）中，整理得出：

$V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}---\left(9\right)$

公式（8）计算出了晶体界面生长速度V_g，公式（9）计算出了晶体重量生长速度V_m，上述公式（8）和公式（9）中，坩埚各个位置的横截面积均为S，即坩埚的各个位置的截面面积相等，但是在实际的生产过程中，晶体生长系统采用的坩埚有等截面的坩埚（横截面面积处处相等），也有不等截面的坩埚，本领域技术人员根据坩埚的不同种类可以以坩埚的某一个截面S为基准进行修正，坩埚横截面积修正系数为k₁，该修正系数k₁＞0，当取值为1时则坩埚为等截面坩埚，该修正系数k₁针对某一形状类型的坩埚时为已知的常数。

上述公式（8）中，S_g为晶体界面面积，不同时刻晶体的界面面积一般不同（除非晶体生长到已铺满坩埚底部，而且坩埚为等截面面积的坩埚，即便如此S_g也有微小差别），根据晶体的种类和晶体生长的时刻，S_g可以预测，为已知常数，本领域技术人员可以根据晶体生长速度的测量时刻及晶体种类对S_g进行修正，晶体界面面积修正系数为k₂，该修正系数k₂＞0。

根据上述坩埚横截面积修正系数k₁和晶体界面面积修正系数k₂，公式（8）变形后如下。

$V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}---\left(10\right)$

根据上述坩埚横截面积修正系数k₁，公式（9）变形后如下。

$V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}---\left(11\right)$

通过公式（10）和（11）可以得知，公式中ρ_m、ρ_s由晶体材料种类决定，ρ_m、ρ_s为已知参数。k₁由坩埚类型决定，坩埚类型确定，k₁为已知参数。k₂由晶体的种类和晶体生长的时刻决定，为已知参数。第二时刻t₂和第一时刻t₁之间的差值可以根据具体检测过程确定。只有和需要测量。

因此，步骤S104，根据步骤S101、S102和S103的检测或计算结果，通过公式（10）或（11）计算出晶体界面生长速度V_g或晶体重量生长速度V_m。

在晶体生长的过程中不同种类的晶体液面的变化不同，有的晶体（例如蓝宝石）固体（晶体）密度ρ_s大于熔体密度ρ_m，随着晶体的生长，熔体液面逐渐下降，如图2所示，图2中A为坩埚，B为第一时刻t₁时的晶体界面，C为第二时刻t₂时的晶体界面，D为第二时刻t₂时的熔体液面，E为第一时刻t₁时的熔体液面。有的晶体（例如硅）固体（晶体）密度ρ_s小于熔体密度ρ_m，随着晶体的生长，熔体液面逐渐上升，如图3所示，图3中A为坩埚，B'为第一时刻t₁时的晶体界面，C'为第二时刻t₂时的晶体界面，D'为第一时刻t₁时的熔体界面，E'为第二时刻t₂时的熔体界面。结合图2和图3及上述解释，公式（10）和（11）的计算结果都为正值。

本发明实施例提供的晶体界面生长速度检测方法，通过直接获取第一时刻t₁和第二时刻t₂的熔体液面高度，通过公式（10）或（11）即可计算出晶体生长速度，相比于背景技术所述的通过探测棒直接伸入到晶体的固液界面以推算晶体生长速度而言，能够避免探测棒与晶体界面处的接触，进而避免对晶体界面处熔体的影响，最终能够提高晶体质量及晶体生长的稳定性。

背景技术中所述的检测方法必须依靠晶体界面对探测棒的阻拦以判定晶体界面的位置，最终导致晶体生长速度的检测不方便，精度也较低。与背景技术中所述的检测方法不同，本实施例提供的检测方法无需伸入到熔体液面之下，也就无需过多考虑检测对晶体质量及晶体生长稳定性的影响，进而能够更方便、更容易、更快捷地实施检测。相比于通过晶体界面检测计算晶体生长速度而言，通过液面检测计算晶体生长速度对熔体的影响更小，进而检测精度也更高。

请参考附图4，在采用物理接触法检测熔体液面高度的过程中，检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值ΔH，包括以下步骤：

S401、在第一时刻t₁，操作位于坩埚上方用于接触熔体液面的探杆接触熔体液面；

S402、在第二时刻t₂，操作探杆接触熔体液面；

S403、计算两次探杆伸入的变化值，以伸入的变化值作为熔体液面的高度变化值。

上述只是采用物理接触法检测熔体液面高度变化值的一种具体方式。该方式仅仅需要检测探杆伸入的变化值即可，操作简单，快捷。

与本实施例提供的晶体生长速度检测方法相对应的，本发明实施例还提供了一种晶体生长速度检测系统，请参考附图5，所述的晶体生长速度检测系统包括熔体液面高度检测单元501、第一计算单元502和第二计算单元503，其中：

熔体液面高度检测单元501，用于分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度。

第一计算单元502，用于计算第一时刻t₁和第二时刻t₂所检测的坩埚内熔体液面的高度变化值。

第二计算单元503，用于根据 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度，或者根据 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度。

本实施例提供的晶体生长速度检测系统与上述提供的晶体生长速度检测方法相对应，所以上述各个单元的具体工作过程、工作机理以及各个参数代表的意义与前述部分相同，请参考上述方法部分即可，此不赘述。

基于本实施例前面所述的晶体生长速度检测方法，本发明实施例提供了一种晶体生长速度控制方法，晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，所述的晶体生长速度控制方法，采用上述实施例中介绍的晶体生长速度检测方法检测的结果对晶体生长速度实施控制。

请参考附图6，所述晶体生长速度控制方法包括以下步骤：

S601、检测第一时刻t₁坩埚内熔体液面的高度。

S602、检测第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度。

S603、计算第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度变化值ΔH。

S604、用于根据 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度，或者根据 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度。

本实施例中步骤S601-S604是晶体生长速度的检测过程，与本发明实施例前述的晶体生长速度检测方法的实施例中步骤S101-S104部分相同，具体请参考前述部分的描述即可，此不赘述。

S605、控制晶体生长速度趋于预设晶体生长速度。

步骤S605中，控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使得步骤S604计算的晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。该步骤中的，预设晶体界面生长速度或预设晶体重量生长速度可以从根据实践晶体生长理论、实际经验，并结合坩埚形状、晶体的种类制作的晶体生长速度与生长时间（或生长时间阶段）对应数据库中查询得到。

通常情况下当晶体生长速度（晶体界面生长速度或晶体重量生长速度）大于预设生长速度（预设晶体界面生长速度或预设晶体重量生长速度）时，则可以增加加热元件的功率，或者降低加热元件的功率下降速度（因为晶体生长是一个温度逐渐降低的过程），反之，则相反操作。

我们知道，不同种类的晶体生长采用不同的晶体生长设备，相应的控制的对象也就不同，例如多晶硅，对多晶硅生长速度控制时，可以通过调整加热元件的功率结合移动坩埚和加热部件之间的隔热罩隔热程度来实现生长速度的调节。对于热交换法生长晶体，还可以通过改变热交换器中的冷却介质流量以达到控制晶体生长速度的目的。在实际的控制过程中，可以选择上述任意一种控制对象或者任意几种对象的组合，以达到控制晶体生长速度的目的。

当然，上述只是通过控制加热元件或/和热交换器的功率达到上述目的，本领域技术人员也可以通过控制其他的方式来达到相同的目的，例如，降低坩埚以使得坩埚远离加热部件等方式达到调节晶体生长速度的目的。

在实际的控制过程中，考虑不同晶体生长系统的时滞效果不同，瞬时突变会影响晶体生长速度的控制精度及控制效率。为了解决上述问题，本发明实施例提供的晶体生长速度控制方法中，步骤S605可以通过以下方法实现，请参考附图7，该方法包括以下步骤。

S701、计算晶体生长速度与预设晶体生长速度的差值。

该步骤具体为：计算所述晶体界面生长速度与预设晶体界面生长速度的差值，或计算所述晶体重量生长速度与预设晶体重量生长速度的差值，最终的目的是得到晶体生长速度和预设晶体生长速度之间的差距幅度。

S702、将所述差值分隔成多个控制幅度逐渐减小的控制区间。

该步骤在分隔的过程中需要考虑每次控制的滞后时间、及整个系统对控制精度的要求。

S703、依据所述控制区间逐步控制晶体生长速度趋于预设晶体生长速度。

步骤S703根据步骤S702分隔的控制区间，控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

上述晶体生长速度控制方法，通过将晶体生长速度与预设晶体生长速度的差值分隔成多个控制幅度逐渐减小的较小控制区间，从而使得整个控制调节分步进行，而且调节向着逐渐精细化的方向发展，能够提高控制精度及控制效率。具体的，本领域技术人员根据不同种类的晶体或不同结构的晶体生长系统，或者晶体生长速度与预设晶体生长速度的差值大小，以及整个控制设备的精度等因素，适应性地划分上述控制区间，此不赘述。

与上述介绍的晶体生长速度控制方法相对应的，本发明实施例还提供了一种晶体生长速度控制系统。

请参考附图8，所述的晶体生长速度控制系统包括熔体液面高度检测单元801、第一计算单元802、第二计算单元803和控制单元804。

熔体液面高度检测单元801，用于分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度。

第一计算单元802，用于计算第一时刻t₁和第二时刻t₂所检测的坩埚内熔体液面的高度变化值。

第二计算单元803，用于根据 $V_g=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)*k_2*S_g}$ 计算晶体界面生长速度，或者根据 $V_m=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s*{\mathrm{\ρ}}_m*k_1*S(H_{t_2}-H_{t_1})}{({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_s)*(t_2-t_1)}$ 计算晶体重量生长速度。

控制单元804，用于控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

上述晶体生长速度控制系统的熔体液面高度检测单元801、第一计算单元802和第二计算单元803的功能与前述晶体生长速度检测系统中的熔体液面高度检测单元501、第一计算单元502和第二计算单元503的功能相同，因此，每个单元的工作原理、工作过程、公式中各个参数的含义以及公式的推导等，请参考前述晶体生长速度检测方法实施例中相应部分的描述即可。另外，控制单元804的控制机理，请参考前述晶体生长速度控制方法实施例中的步骤S605部分的描述即可，此不赘述。本实施例中第一时刻和第二时刻坩埚内熔体高度检测也可以通过不同检测部件实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.晶体生长速度检测方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，其特征在于，包括以下步骤：

分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值；

根据公式计算晶体界面生长速度；或者

根据公式计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻和第一时刻之间的时间间隔。

2.根据权利要求1所述的晶体生长速度检测方法，其特征在于，所述分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值，包括：

在所述第一时刻t₁，操作位于坩埚上方用于接触熔体液面的探杆接触熔体液面；

在所述第二时刻t₂，操作所述探杆接触熔体液面；

计算两次探杆伸入的变化值，以所述伸入变化值作为所述熔体液面的高度变化值。

3.根据权利要求1所述的晶体生长速度检测方法，其特征在于，采用超声波测距法、红外测距法或激光测距法测量第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度。

4.晶体生长速度检测系统，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，其特征在于，包括：

熔体液面高度检测单元，用于分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度；

第一计算单元，用于计算第一时刻t₁和第二时刻t₂所检测的坩埚内熔体液面的高度变化值；

第二计算单元，用于根据公式计算晶体界面生长速度；或者根据公式计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻t₂和第一时刻t₁之间的时间间隔。

5.晶体生长速度控制方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速度，其特征在于，包括以下步骤：

分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值；

根据公式计算晶体界面生长速度；或者根据公式计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻t₂和第一时刻t₁之间的时间间隔；

控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

6.根据权利要求5所述的晶体生长速度控制方法，其特征在于，控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度，包括：

计算所述晶体界面生长速度与预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度与预设晶体重量生长速度的差值；

将所述差值分隔成多个控制幅度逐渐减小的控制区间；

依据所述控制区间逐步控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。

7.根据权利要求5或者6所述的控制方法，其特征在于，通过控制坩埚加热元件的功率或/和热交换器的热交换介质流量或/和，可移动部件的移动距离或/和移动速度控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量。

8.晶体生长速度控制系统，其特征在于，包括：

熔体液面高度检测单元，用于分别检测第一时刻t₁和第二时刻t₂坩埚内熔体液面的高度；

第一计算单元，用于计算第一时刻和第二时刻所检测的坩埚内熔体液面的高度变化值；

第二计算单元，用于根据公式计算晶体界面生长速度；或者根据公式计算晶体重量生长速度，其中：V_g为晶体界面生长速度，V_m为晶体重量生长速度；ρ_m为熔体密度；ρ_s为晶体密度；S_g为晶体界面面积；S为坩埚的横截面积；k₁为坩埚横截面积修正系数；k₂为晶体界面面积修正系数；为第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度；t₂-t₁为所述第二时刻和第一时刻之间的时间间隔；

控制单元，用于控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。