CN105369349A - 热交换晶体生长系统、冷却气体流量控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷却气体流量控制方法，所述的冷却气体流量控制方法用于热交换晶体生长系统的冷却气体流量控制，所述的方法包括以下步骤：11)获取冷却气体热交换后的温度以及冷却气体当前流量；12)根据冷却气体热交换后的温度和预设传热速率计算冷却气体目标流量；13)调节冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。本发明还提供了一种冷却气体流量控制装置，以及具有该装置的热交换晶体生长系统。上述方案能够解决目前通过冷却气体流量-时间关系曲线控制冷却气体流量来实现晶体生长所存在适应性和晶体一致性较差的问题。

Description

热交换晶体生长系统、冷却气体流量控制方法及装置

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，更为具体地说，涉及一种冷却气体流量控制方法及装置，本发明还涉及一种包括上述冷却气体流量控制装置的热交换晶体生长系统。

背景技术

自下而上方向生长晶体(例如蓝宝石)的方法有多种，例如热交换法、坩埚下降法、温梯法等。其中，热交换法以其自动化程度高、热场稳定、寿命长、对人工依赖较低等优势成为晶体生长的主要方法。

请参考附图1，图1是一种典型的采用热交换法进行晶体生长的热交换晶体生长系统示意图。图1所示的热交换晶体生长系统包括炉体1、上保温层2、发热体3、侧保温层4、下保温层5、热交换套管6、坩埚7、观察通孔8和观察窗9。其中，上保温层2、下保温层5和侧保温层4形成用于容纳坩埚7的加热腔。发热体3设置在加热腔中，且位于侧保温层4的内壁和坩埚7的侧壁之间，用于对坩埚7加热。上保温层2设置有观察通孔8，操作人员可以通过位于炉体1顶部的观察窗9和上保温层2上的观察通孔8观察坩埚7内的晶体生长情况。热交换套管6自所述炉体1的底部依次穿过炉体1和下保温层5直抵坩埚7的底部，热交换套管6由相互套设的两个管体组成以形成热交换通道。其中，热交换通道包括进气通道61、出气通道62以及连通两者的热交换腔(图1中与坩埚7接触的空间)。冷却气体(例如氦气)通过进气通道61进入到热交换腔后与坩埚7底部换热，然后从出气通道62排出。上述晶体生长系统通过冷却气体的冷却作用带走晶体生长所释放出来的潜热，从而促进晶体的不停生长，直至长晶完成。在热交换长晶的过程中，冷却气体流量随时间的变化对于晶体生长质量和生长效率至关重要。

目前，冷却气体流量控制通过试验确定出的冷却气体流量-时间关系曲线实现，即通过基本固定的冷却气体流量-时间关系曲线控制各个炉台及同一炉台不同炉次的晶体生长。但是，由于不同炉台或不同炉次之间设备、热场、原料、装炉方式、热交换系统存在差异，而且不同炉台或不同炉次内晶体生长的热历史也不尽相同，因此通过冷却气体流量-时间关系曲线控制冷却气体的流量进而实现对晶体生长的控制存在很强的经验性，无法适应不同炉台或不同炉次的差异化对晶体生长带来的影响，最终导致不同炉台或不同炉次所生长的晶体一致性较差。

发明内容

一方面，本发明提供了一种冷却气体流量控制方法，以解决目前通过冷却气体流量-时间关系曲线控制冷却气体的流量进而导致晶体生长存在的适应性和一致性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

冷却气体流量控制方法，用于热交换晶体生长系统的冷却气体流量控制，包括以下步骤：

11)获取冷却气体热交换后的温度以及冷却气体当前流量；

12)根据所述冷却气体热交换后的温度和预设传热速率计算冷却气体目标流量，所述冷却气体目标流量Fn＝22.4*q/{C*m*(Tn-T0)}，其中，q是预设传热速率，C是冷却气体的比热容，Tn是冷却气体热交换后的温度，T0是冷却气体热交换前的温度，m是冷却气体的摩尔质量；

13)调节所述冷却气体当前流量趋向于所述冷却气体目标流量。

优选的，上述冷却气体流量控制方法中，步骤12)和步骤13)之间还包括：

21)计算所述冷却气体当前流量与所述冷却气体目标流量的差值；

22)根据所述差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度，所述流量调节幅度与所述差值的绝对值成正比。

优选的，上述冷却气体流量控制方法中，步骤21)和步骤22)之间还包括：

33)判断所述差值是否大于设定值，若是，则进入步骤22)，否则，结束操作。

优选的，上述冷却气体流量控制方法中，，周期性地获取冷却气体热交换后的温度以及冷却气体当前流量。

另一方面，本发明还提供了一种冷却气体流量控制装置，用于热交换晶体生长系统的冷却气体流量控制，所提供的冷却气体流量控制装置包括：

设置在所述热交换晶体生长系统的热交换通道的出气通道内，用于获取冷却气体热交换后的温度的温度获取单元；

用于获取冷却气体当前流量的流量检测单元；

与所述温度获取单元相连的第一计算单元，所述第一计算单元用于根据所述冷却气体热交换后的温度和预设传热速率计算冷却气体目标流量，所述冷却气体目标流量Fn＝22.4*q/{C*m*(Tn-T0)}，其中，q是预设传热速率，C是冷却气体的比热容，Tn是冷却气体热交换后的温度，T0是冷却气体热交换前的温度，m是冷却气体的摩尔质量；

用于调节所述冷却气体当前流量趋向于所述冷却气体目标流量的控制单元。

优选的，上述冷却气体流量控制装置中，还包括：

第二计算单元，用于计算所述冷却气体当前流量与所述冷却气体目标流量的差值；

确定单元，用于根据所述差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度，所述流量调节幅度与所述差值的绝对值成正比。

优选的，上述冷却气体流量控制装置中，所述温度获取单元设置在所述出气通道靠近所述热交换通道的热交换腔的一端。

优选的，上述冷却气体流量控制装置中，所述温度获取单元包括均匀分布在所述出气通道横截面上的多个温度计以及与多个所述温度计相连的第三计算单元，所述第三计算单元用于取多个所述温度计的检测数据的均值作为所述冷却气体热交换后的温度。

热交换晶体生长系统，所述热交换晶体生长系统具有上任意一项所述的冷却气体流量控制装置。

优选的，上述热交换晶体生长系统中，所述热交换晶体生长系统的热交换通道由两根套装配合的管体构成，位于内侧的管体的管腔为所述热交换通道的进气通道，两根所述管体之间形成所述出气通道，两根所述管体的顶部与坩埚形成连通所述进气通道和所述出气通道的所述热交换通道的热交换腔。

本发明提供的冷却气体流量控制方法中，通过冷却气体热交换后的温度以及预设传热速率计算冷却气体目标流量，然后将冷却气体当前流量向着趋向于冷却气体目标流量的方向调节。整个调节过程中以预设传热速率为依据，由于传热速率与晶体生长过程中的热交换量相对应，因此以预设速率为依据就相当于以晶体生长过程中的热交换量作为调节冷却气体流量的依据。相比于背景技术中以预设流量为依据调节冷却气体流量的方式而言，本发明实提供的方法根据能够代表热交换量大小的预设传热速率对冷却气体流量直接控制，最能够反应热交换法生长晶体的进程，进而能够解决通过冷却气体流量-时间关系曲线调节冷却气体当前流量这一流量控制方式所存在的适应性较差的问题，最终能够提高不同炉体或不同炉次晶体生长的一致性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是一种典型的采用热交换法进行晶体生长的晶体生长系统示意图；

图2是本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的冷却气体流量控制方法流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的冷却气体流量控制方法流程示意图；

图5是本发明实施例四提供的冷却气体流量控制装置的结构示意图；

图6是本发明实施例四提供的热交换晶体生长系统的部分结构示意图；

图7是本发明实施例五提供的冷却气体流量控制装置的结构示意图。

上图1和图6中：

炉体1、上保温层2、发热体3、侧保温层4、下保温层5、热交换套管6、坩埚7、观察通孔8、观察窗9、温度获取单元10、进气通道61、出气通道62、热交换腔63。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种冷却气体流量控制方法及装置，解决了目前通过冷却气体流量-时间关系曲线控制冷却气体流量来实现晶体生长所存在适应性较差的问题。

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。

实施例一

请参考附图2，图2示出了本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法的流程。本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法用于热交换法生长晶体的晶体生长系统(可参考背景技术所述)，即热交换晶体生长系统。

图2所示的流程，包括：

S101、获取冷却气体热交换后的温度。

通常，本步骤在热交换晶体生长系统的热交换通道的出气通道内设置温度获取单元以获取冷却气体与坩埚热交换后的温度，即冷却气体热交换后的温度。在实际的获取过程中，热交换后的冷却气体存在温度场不均，这会导致获取的温度存在局限性，进而无法代表热交换后的冷却气体整体温度。为此，步骤S101中，优选在热交换通道的出气通道横截面上均布多个温度计，取多个温度计的均值作为冷却气体热交换后的温度。

S102、获取冷却气体当前流量。

步骤S102用于获取热交换晶体生长系统中通过热交换通道的冷却气体当前流量。通常在热交换通道内设置流量检测单元(例如流量计)，用于获取热交换通道的冷却气体当前流量。冷却气体在热交换的过程中从热交换通道的进气通道进入热交换腔，然后从热交换腔进入出气通道实现排出。此过程中，冷却气体的温度逐渐增大，进而会导致单位时间内进气通道和出气通道的冷却气体流量有细微的差别(冷却气体受热后体积增大)，而进气通道通过的冷却气体流量更能够反映冷却气体当前流量。因此，步骤S102优选获取热交换通道的进气通道内的冷却气体流量，以作为冷却气体当前流量。

需要说明的是，本发明实施例一中步骤S101和步骤S102的顺序可更换，即先进行步骤S102，再进行步骤S101。当然，步骤S101和步骤S102可以同时操作。本发明实施例一不限制步骤S101和步骤S102的先后顺序。

S103、计算冷却气体目标流量。

热交换法生长晶体的过程中晶体在不同生长阶段需要的冷却效率不同，冷却效率决定了热交换量不同，进而决定晶体生长速率不同。本发明实施例一中，单位时间内冷却气体与坩埚的热交换量定义为传热速率。

我们知道，冷却气体的进气温度为已知量，用T0表示。在tn时刻，冷却气体的流量为Fn(标况下，升/分)，冷却气体热交换后的温度为Tn(单位为开尔文)。在tn附近的△t时间段内(△t极小，单位为分)，冷却气体的流量可以认为不变，冷却气体热交换后的温度可以认为不变，那么在△t时间段内与坩埚进行热交换的冷却气体质量可按照公式(1)计算。

M＝(Fn*△t/22.4)*m(1)

公式(1)中，Fn是△t时间段内的热交换通道内的冷却气体流量；m是冷却气体的摩尔质量，M是△t时间段内经过热交换通道的冷却气体质量。

△t时间段内，冷却气体与坩埚的热交换量通过公式(2)计算。

Q＝C*M*△T(2)

△T＝Tn-T0(3)

公式(2)和(3)中，Tn是tn时刻的冷却气体热交换后的温度，T0是冷却气体的进气温度，Q是△t时间段内的热交换量，C是冷却气体的比热容。

△t时间段内，传热速率可以通过公式(4)计算。

q＝Q/△t(4)

公式(4)中，q是△t时间段内的传热速率。

联合公式(1)(2)(3)(4)得到公式(5)。

q＝C*(Tn-T0)*Fn*m/22.4(5)

公式(5)变形后得到公式(6)。

Fn＝22.4*q/{C*m*(Tn-T0)}(6)

在实际的晶体生长过程中，为了获得质量良好的晶体，在不同生长时刻所需要的热交换量是相对固定且在设定的范围内，也就是说不同时刻的传热速率相对固定且在设定的范围内。获得并提供这个相对固定的传热速率(即预设传热速率)是保证该种晶体生长质量的重要保证。在实践中，通常按照晶体生长工艺的进行，检测晶体每个生长阶段的传热速率，以此来指导后续晶体的生长控制。因此，公式(6)中，q是预设传热速率。当然在上述公式(5)的指导下，检测晶体每个生长阶段的冷却气体流量和冷却气体热交换后的温度，通过公式(5)计算晶体生长每个阶段的传热速率。本领域技术人员可以从多次晶体生长检测中选取晶体生长质量较好的数据中选取传热速率，并加以优化调整，作为预设传热速率。

可见，公式(6)中，q、C、m和T0均为已知参数，Tn作为冷却气体热交换后的温度可以通过步骤S101实时检测。通过公式(6)可以计算在预设传热速率下所需要的冷却气体流量，即冷却气体目标流量。

S104、调节冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。

根据步骤S102的检测结果及步骤S103的计算结果，调节冷却气体的风量，使得冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。

通常，热交换晶体生长系统中均通过冷却气体输送装置(例如压缩机)向热交换通道内输送冷却气体，那么步骤S104可以通过调节冷却气体输送装置的功率，频率(例如压缩机的频率)来调节冷却气体输送装置进而调节冷却气体当前流量，也可以通过调节冷却气体输送管道上的风门开度来调节冷却气体当前流量。

本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法中，通过冷却气体热交换后的温度以及预设传热速率计算冷却气体的目标流量，然后将冷却气体当前流量向着趋向于冷却气体目标流量的方向调节。整个调节过程中以预设传热速率为依据，由于传热速率与晶体生长过程中的热交换量相对应，因此以预设速率为依据就相当于以晶体生长过程中的热交换量作为调节冷却气体流量的依据。相比于背景技术中以预设流量为依据调节冷却气体流量的方式而言，本发明实施例一提供的方法根据能够代表热交换量大小的预设传热速率对冷却气体流量直接控制，最能够反应热交换法生长晶体的进程，进而能够解决通过冷却气体流量-时间关系曲线调节冷却气体当前流量这一流量控制方式所存在的适应性和一致性较差的问题，最终能够提高不同炉体或不同炉次晶体生长的一致性。

更为优选的方案中，步骤S101和步骤S102周期性地进行，进而使得整个冷却气体流量控制为一个循环控制的过程，能够进一步提高冷却气体流量控制的精度。

实施例二

在实际的流量调节过程中，冷却气体当前流量与冷却气体目标流量的差值的绝对值有可能比较大，也有可能比较小。举例而言，当差值的绝对值较大时，若以较小的流量调节幅度调节势必会影响调节效率，导致调节的滞后性较大，当调节完成后很可能导致冷却气体的当前流量已经不符合晶体生长的需要。由于晶体生长的阶段性特点较强，调节的滞后势必会影响冷却气体当前流量调节的有效性。当然，若差值的绝对值较小，而流量调节幅度较大时，会导致调节的效率降低。

为此，本发明实施例二在实施例一的基础之上进行改进，提供了一种更为优选的方式。请参考附图3，图3示出了本发明实施例二提供的冷却气体流量控制方法的流程。

图3所示的流程中，步骤S203和步骤S206之间还包括：

S204、计算冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值。

S205、根据差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度。

步骤S205中根据差值确定与差值对应的流量调节幅度，所述流量调节幅度与差值的绝对值成正比。

本发明实施例二提供的冷却气体流量控制方法除了具有本发明实施例一所具有的优点外，还具有能够根据冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值选择相适应的流量调节幅度，进而提高流量调节效率的优点。

本发明实施例二中，步骤S201、S202、S203和S206分别与本发明实施例一中的步骤S101-S104一一对应，且内容相同。相对应的部分相互参考即可，此不赘述。

实施例三

在实施例二的基础之上，本发明实施例三提供了一种冷却气体流量控制方法。请参考附图4，图4示出了本发明实施例三提供的冷却气体流量控制方法的流程。

图4所示的流程中，步骤S304与步骤S306之间还包括：

S305、判断差值是否大于设定值。

步骤S305中，判断结果为是时，进入步骤S306；否则，进入步骤S308，结束操作，即不对冷却气体当前流量实施调节。需要说明的是，步骤S305中设定值是本领域技术人员根据实际的晶体生长过程依据经验确定的一个值，与具体的晶体种类、装炉方式等参数相关，本发明实施例三不对设定值的具体大小作限制。

我们知道，在热交换法生长晶体的过程中，冷却气体流量存在不可避免的波动，这种波动范围表示冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值在可接受的范围之内，对晶体的生长几乎没有影响。为了节省控制资源，缩短晶体生长过程中冷却气体流量控制时间，步骤S305对冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值进行判断，当判断的结果小于或等于设定值时，则表示当前的差值对晶体生长的影响可以不予考虑或者表示当前的差值对晶体生长没有影响，进入步骤S308以结束操作。当判断的结果大于设定值时，则进入步骤S306以确定与差值相对应的流量调节幅度，根据流量调节幅度对冷却气体当前流量实施调节，使其趋向于冷却气体目标流量。

请再次参考附图4，本发明实施例三所提供的冷却气体流量控制方法中，步骤S301、S302、S303和S307与本发明实施例一中步骤S101-S104一一对应，且内容相同，相应部分请参考本发明实施例一中相应部分的描述即可，此不赘述。步骤S304和S306分别与本发明实施例二中的步骤S204和S205一一对应，且内容相同，相应部分请参考本发明实施例二中相应的描述即可，此不赘述。

实施例四

基于本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法，本发明实施例四提供了一种冷却气体流量控制装置，本发明实施例四提供的冷却气体流量控制装置用于热交换法生长晶体的晶体生长系统(可参考背景技术所述)，即热交换晶体生长系统。请参考附图5，图5示出了本发明实施例四提供的冷却气体流量控制装置的结构。

图5所示的结构，包括：

温度获取单元401，用于获取冷却气体热交换后的温度。请结合附图6，温度获取单元401设置在热交换晶体生长系统热交换通道的出气通道内，用于获取冷却气体与坩埚热交换后的温度，即冷却气体热交换后的温度。在实际的获取过程中，热交换后的冷却气体存在温度场不均，这会导致获取的温度存在局限性，进而无法代表热交换后的冷却气体整体温度。为此，优选的，所述温度获取单元包括多个温度计和第三计算单元，多个温度计在热交换通道的出气通道横截面上均布，第三计算单元取多个温度计的均值作为冷却气体热交换后的温度。

本发明实施例四提供的冷却气体流量控制装置所适用的热交换晶体生长系统中，温度获取单元401可以设置在出风通道靠近坩埚的一端。温度获取单元401设置在出风通道靠近坩埚的一端能够更准确地获取冷却气体热交换后的温度，以避免换热后的高温冷却气体在向出风通道出口流动的过程中热量的散失。

流量检测单元402，用于获取冷却气体当前流量。流量检测单元402用于获取热交换晶体生长系统中通过热交换通道的冷却气体当前流量。通常在热交换通道内设置流量检测单元(例如流量计)，用于获取热交换通道的冷却气体当前流量。冷却气体在热交换的过程中从热交换通道的进气通道进入热交换腔，然后从热交换腔进入出气通道实现排出。此过程中，冷却气体的温度逐渐增大，进而会导致单位时间内进气通道和出气通道的冷却气体流量有细微的差别(冷却气体受热后体积增大)，而进气通道通过的冷却气体流量更能够反映冷却气体当前流量。因此，上述流量检测单元优选设置在热交换通道的进气通道内，进而将获取的热交换通道进气通道内的冷却气体流量作为冷却气体当前流量。

第一计算单元403，用于计算冷却气体目标流量。热交换法生长晶体的过程中晶体在不同生长阶段需要的冷却效率不同，冷却效率决定了热交换量不同。本发明实施例四中，单位时间内冷却气体与坩埚的热交换量定义为传热速率。

我们知道，冷却气体的进气温度为已知量，用T0表示。在tn时刻，冷却气体的流量为Fn(标况下，升/分)，冷却气体热交换后的温度为Tn(单位为开尔文)。在tn附近的△t时间段内(△t极小，单位为分)，冷却气体的流量可以认为不变，冷却气体热交换后的温度可以认为不变，那么在△t时间段内与坩埚进行热交换的冷却气体质量可按照公式(1)计算。

M＝(Fn*△t/22.4)*m(1)

公式(1)中，Fn是△t时间段内的热交换通道内的冷却气体流量；m是冷却气体的摩尔质量，M是△t时间段内经过热交换通道的冷却气体质量。

△t时间段内，冷却气体与坩埚的热交换量通过公式(2)计算。

Q＝C*M*△T(2)

△T＝Tn-T0(3)

公式(2)和(3)中，Tn是tn时刻的冷却气体热交换后的温度，T0是冷却气体的进气温度，Q是△t时间段内的热交换量，C是冷却气体的比热容。

△t时间段内，传热速率可以通过公式(4)计算。

q＝Q/△t(4)

公式(4)中，q是△t时间段内的传热速率。

联合公式(1)(2)(3)(4)得到公式(5)。

q＝C*(Tn-T0)*Fn*m/22.4(5)

公式(5)变形后得到公式(6)。

Fn＝22.4*q/{C*m*(Tn-T0)}(6)

在实际的晶体生长过程中，为了获得质量良好的晶体，在不同生长时刻所需要的热交换量是相对固定且在设定的范围内，也就是说不同时刻的传热速率相对固定且在设定的范围内。获得并提供这个相对固定的传热速率(即预设传热速率)是保证该种晶体生长质量的重要保证。在实践中，通常按照晶体生长工艺的进行，检测晶体每个生长阶段的传热速率，以此来指导后续晶体的生长控制。因此，公式(6)中，q是预设传热速率。当然在上述公式(5)的指导下，检测晶体每个生长阶段的冷却气体流量和冷却气体热交换后的温度，通过公式(5)计算晶体生长每个阶段的传热速率。本领域技术人员可以从多次晶体生长检测中选取晶体生长质量较好的数据中选取传热速率，并加以优化调整，作为预设传热速率。

可见，公式(6)中，q、C、m和T0均为已知参数，Tn作为冷却气体热交换后的温度可以通过步骤S101实时检测。通过公式(6)可以计算在预设传热速率下所需要的冷却气体流量，即冷却气体目标流量。

控制单元404，用于调节冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。

控制单元404根据步骤流量检测单元402的检测结果及第一计算单元403的计算结果，调节冷却气体的风量，使得冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。

通常，热交换晶体生长系统中均通过冷却气体输送装置(例如压缩机)向热交换通道内输送冷却气体，那么控制单元404可以通过调节冷却气体输送装置的功率，频率(例如压缩机的频率)来调节冷却气体输送装置进而调节冷却气体当前流量，也可以通过调节冷却气体输送管道上的风门开度来调节冷却气体当前流量。

本发明实施例四提供的冷却气体流量控制装置中，温度获取单元所获取的冷却气体热交换后的温度以及预设传热速率通过第一计算单元403计算的冷却气体目标流量，然后控制单元404将冷却气体当前流量向着趋向于冷却气体目标流量的方向调节。整个调节过程中以预设传热速率为依据，由于传热速率与晶体生长过程中的热交换量相对应，因此以预设速率为依据就相当于以晶体生长过程中的热交换量作为调节冷却气体流量的依据。相比于背景技术中以预设流量为依据调节冷却气体流量的方式而言，本发明实施例提供的方法能够根据实际的换热量大小对冷却气体流量直接控制，进而能够解决通过冷却气体流量-时间关系曲线调节冷却气体当前流量这一流量控制方式所存在的适应性较差的问题，最终能够提高不同炉体或不同炉次晶体生长的一致性。

实施例五

在实际的流量调节过程中，冷却气体当前流量与冷却气体目标流量的差值的绝对值有可能比较大，也有可能比较小。举例而言，当差值的绝对值较大时，若以较小的流量调节幅度调节势必会影响调节效率，导致调节的滞后性较大，当调节完成后很可能导致冷却气体的当前流量已经不符合晶体生长的需要。由于晶体生长的阶段性特点较强，调节的滞后势必会影响冷却气体当前流量调节的有效性。当然，若差值的绝对值较小，而流量调节幅度较大时，会导致调节的效率降低。

为此，本发明实施例五在实施例四的基础之上进行改进，提供了一种更为优选的方式。请参考附图7，图7示出了本发明实施例五提供的冷却气体流量控制装置的流程。

图7所示的结构还包括：

第二计算单元504，用于计算冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值。

确定单元505，用于根据差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度。

确定单元505中根据差值确定与差值对应的流量调节幅度，所述流量调节幅度与差值的绝对值成正比。

本发明实施例五提供的冷却气体流量控制方法除了具有本发明实施例四所具有的优点外，还具有能够根据冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值选择相适应的流量调节幅度，进而提高流量调节效率的优点。

需要说明的是，图7中所示的温度获取单元501、流量检测单元502、第一计算单元503和控制单元506分别与图6所示的温度获取单元401、流量检测单元402、第一计算单元403和控制单元404的功能相同，相对应的单元功能描述可参考本发明实施例四相对应部分的描述即可，此不赘述。

基于本发明实施例四和实施例五所提供的冷却气体流量控制装置，本发明实施例还提供了一种热交换晶体生长系统，所述的晶体生长系统具有上述实施例四和实施五中任意一项所述的冷却气体流量控制装置。

具体的，请再次参考附图6，图6示出了热交换通道的一种方式。本发明实施例提供的热交换晶体生长系统中，热交换通道可以由两根套装配合的管体构成，位于内侧的管体的管腔为进气通道61，两根管体之间形成出气通道62，两根管体的顶部与坩埚形成连通进气通道61和出气通道62的热交换通道的热交换腔63，温度获取单元10(即实施例四中的温度获取单元401和实施例五中的温度获取单元501)。当然，热交换通道还可以由其它的方式形成，本发明实施例四不对热换热通道的具体形成方式作限制。

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 (10)

1.冷却气体流量控制方法，用于热交换晶体生长系统的冷却气体流量控制，其特征在于，包括以下步骤：

11)获取冷却气体热交换后的温度以及冷却气体当前流量；

12)根据所述冷却气体热交换后的温度和预设传热速率计算冷却气体目标流量，所述冷却气体目标流量Fn＝22.4*q/{C*m*(Tn-T0)}，其中，q是预设传热速率，C是冷却气体的比热容，Tn是冷却气体热交换后的温度，T0是冷却气体热交换前的温度，m是冷却气体的摩尔质量；

13)调节所述冷却气体当前流量趋向于所述冷却气体目标流量。

2.根据权利要求1所述的冷却气体流量控制方法，其特征在于，步骤12)和步骤13)之间还包括：

21)计算所述冷却气体当前流量与所述冷却气体目标流量的差值；

22)根据所述差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度，所述流量调节幅度与所述差值的绝对值成正比。

3.根据权利要求2所述的冷却气体流量控制方法，其特征在于，步骤21)和步骤22)之间还包括：

33)判断所述差值是否大于设定值，若是，则进入步骤22)，否则，结束操作。

4.根据权利要求1所述的冷却气体流量控制方法，其特征在于，周期性地获取冷却气体热交换后的温度以及冷却气体当前流量。

5.冷却气体流量控制装置，用于热交换晶体生长系统的冷却气体流量控制，其特征在于，包括：

设置在所述热交换晶体生长系统的热交换通道的出气通道内，用于获取冷却气体热交换后的温度的温度获取单元；

用于获取冷却气体当前流量的流量检测单元；

与所述温度获取单元相连的第一计算单元，所述第一计算单元用于根据所述冷却气体热交换后的温度和预设传热速率计算冷却气体目标流量，所述冷却气体目标流量Fn＝22.4*q/{C*m*(Tn-T0)}，其中，q是预设传热速率，C是冷却气体的比热容，Tn是冷却气体热交换后的温度，T0是冷却气体热交换前的温度，m是冷却气体的摩尔质量；

用于调节所述冷却气体当前流量趋向于所述冷却气体目标流量的控制单元。

6.根据权利要求5所述的冷却气体流量控制装置，其特征在于，还包括：

第二计算单元，用于计算所述冷却气体当前流量与所述冷却气体目标流量的差值；

确定单元，用于根据所述差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度，所述流量调节幅度与所述差值的绝对值成正比。

7.根据权利要求5所述的冷却气体流量控制装置，其特征在于，所述温度检测单元设置在所述出气通道靠近所述热交换通道的热交换腔的一端。

8.根据权利要求5所述的冷却气体流量控制装置，其特征在于，所述温度检测单元包括均匀分布在所述出气通道横截面上的多个温度计以及与多个所述温度计相连的第三计算单元，所述第三计算单元用于取多个所述温度计的检测数据的均值作为所述冷却气体热交换后的温度。

9.热交换晶体生长系统，其特征在于，所述热交换晶体生长系统具有上述权利要求5-8中任意一项所述的冷却气体流量控制装置。

10.根据权利要求9所述的热交换晶体生长系统，其特征在于，所述热交换晶体生长系统的热交换通道由两根套装配合的管体构成，位于内侧的管体的管腔为所述热交换通道的进气通道，两根所述管体之间形成所述出气通道，两根所述管体的顶部与坩埚形成连通所述进气通道和所述出气通道的所述热交换通道的热交换腔。