CN106906513A - 单晶炉的锅跟比调节方法及锅跟比调节装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单晶炉的锅跟比调节方法，包括：根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积；根据所述坩埚内的剩余料体积和所述坩埚的内部尺寸得到当前时刻的所述坩埚内的液面位置；根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度，使所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比接近所述理论锅跟比。本锅跟比调节方法通过坩埚内的剩余料重量来实时动态控制坩埚速度，避免锅跟比过小或者过大影响晶体生长。本申请还公开了一种基于该锅跟比调节方法的锅跟比调节装置。

Description

单晶炉的锅跟比调节方法及锅跟比调节装置

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，特别涉及一种单晶炉的锅跟比调节方法。还涉及一种基于该锅跟比调节方法的锅跟比调节装置。

背景技术

单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。

现有的单晶炉主要包括机架、主炉室、副室、晶体提拉机构、坩埚和坩埚驱动机构。副室连接于主炉室上，坩埚设置于主炉室内，坩埚的下部通过坩埚驱动机构驱动升降；晶体提拉机构穿过副室进入主炉室中，对仔晶进行提拉生成晶棒。由于在晶体生长的过程中，随着晶体提拉机构的不断提拉，坩埚中的熔融态原料在仔晶处形成固态晶棒，此时，坩埚内的溶液不断减小，液位下降，为了保证晶棒的持续生长，在单晶炉晶体生长过程中，需要根据工艺要求和坩埚里剩余料的情况调整锅跟比，锅跟比即坩埚的移动速度与晶体提拉机构的提拉速度之间的比值。

目前采用的锅跟比是通过公式计算，得出晶棒每段长度生长的锅跟比。在生长过程中按照表中锅跟比根据晶体提拉机构的提拉速度控制坩埚上升的速度，根据晶体生长的实际情况来人为手动干预修改锅跟比系数，修正晶体的生长过程。但在实际生产过程中，由于生长的晶体直径有变化，导致会出现实际的锅跟比过大或者过小，影响晶体的正常生长。

综上所述，如何解决锅跟比调节不精确的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单晶炉的锅跟比调节方法，以实时动态调节锅跟比，避免锅跟比过大或过小影响晶体生长。

本发明的另一个目的在于提供一种基于该锅跟比调节方法的锅跟比调节装置，以实时动态调节锅跟比，避免锅跟比过大或过小影响晶体生长。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种单晶炉的锅跟比调节方法，包括：

根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积；

根据所述坩埚内的剩余料体积和所述坩埚的内部尺寸得到当前时刻的所述坩埚内的液面位置；

根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；

根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度，使所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比接近所述理论锅跟比。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述当前时刻坩埚内的剩余料重量由装料总重量减去当前时刻的晶体重量得到。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述晶体重量通过称重装置实时称量得到，所述装料总重量通过预先称量得到。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积具体为：当前时刻所述坩埚内的剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到所述坩埚内的剩余料体积。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述坩埚的内部由上至下依次为柱体段、圆弧段和底部段，所述根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比具体为：

根据液面位置的高度判断所述液面位置位于所述坩埚的柱体段、圆弧段或底部段内；

根据所述液面位置所在的坩埚段所对应的计算公式计算得到当前时刻的理论锅跟比。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度具体为：

根据当前时刻所述理论锅跟比和所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比得到当前时刻的锅跟比偏差；

根据当前时刻所述锅跟比偏差调节所述坩埚的提升速度。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述根据当前时刻所述理论锅跟比和所述坩埚的当前时刻实际锅跟比得到当前时刻的锅跟比偏差具体为：

当前时刻所述实际锅跟比减去当前时刻理论锅跟比，得到当前时刻的所述锅跟比偏差。

优选地，在上述的单晶炉的锅跟比调节方法中，所述根据当前时刻所述锅跟比偏差调节所述坩埚的提升速度具体为：若所述锅跟比偏差为正值，则调节所述坩埚的提升速度减小；若所述锅跟比偏差为负值，则调节所述坩埚的提升速度增加。

本发明还提供了一种单晶炉的锅跟比调节装置，包括：

剩余料体积获取单元，用于根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积；

剩余料液位确定单元，用于根据所述坩埚内的剩余料体积和所述坩埚的内部尺寸得到当前时刻的所述坩埚内的液面位置；

锅跟比计算单元，用于根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；

坩埚速度调节单元，用于根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度，使所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比接近所述理论锅跟比。

优选地，在上述的锅跟比调节装置中，所述剩余料体积获取单元包括：

剩余料重量计算模块，用于根据装料总重量减去当前时刻的晶体重量得到当前时刻坩埚内的剩余料重量；

剩余料体积转化模块，用于当前时刻所述坩埚内的剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到所述坩埚内的剩余料体积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的单晶炉的锅跟比调节方法中，根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积；根据坩埚内的剩余料体积和坩埚的内部尺寸得到当前时刻的坩埚内的液面位置；根据坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；根据当前时刻理论锅跟比调整坩埚的提升速度，使坩埚的当前时刻的实际锅跟比接近理论锅跟比。通过坩埚内的剩余料重量来实时动态控制坩埚速度，避免锅跟比过小或者过大影响晶体生长。

本发明提供的单晶炉的锅跟比调节装置，基于该锅跟比调节方法，通过坩埚内的剩余料重量来实时动态控制坩埚速度，避免锅跟比过小或者过大影响晶体生长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种单晶炉的坩埚的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种单晶炉的锅跟比调节方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种单晶炉的锅跟比调节方法的原理图。

其中，1为坩埚、11为柱体段、12为圆弧段、13为底部段。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种单晶炉的锅跟比调节方法，能够实时动态调节锅跟比，避免锅跟比过大或过小影响晶体生长。

本发明还提供了一种基于该锅跟比调节方法的锅跟比调节装置，能够实时动态调节锅跟比，避免锅跟比过大或过小影响晶体生长。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，本发明实施例提供了一种单晶炉的锅跟比调节方法，包括以下步骤：

步骤S100、根据当前时刻坩埚1内的剩余料重量得到当前时刻坩埚1内的剩余料体积；

步骤S200、根据坩埚1内的剩余料体积和坩埚1的内部尺寸得到当前时刻的坩埚1内的液面位置；

步骤S300、根据坩埚1内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；

步骤400、根据当前时刻理论锅跟比调整坩埚1的提升速度，使坩埚1的当前时刻的实际锅跟比接近理论锅跟比。

本发明中的锅跟比调节方法通过坩埚1内的剩余料重量来实时动态控制坩埚提升速度，避免锅跟比过小或者过大影响晶体生长。由于坩埚1的内部结构的原因，熔料液面在坩埚1内的下降速度不同，因此，通过剩余料重量得到剩余料体积，进而计算得到液面在坩埚1内的位置，位置不同，锅跟比的计算方式不同，利用该调节方法能够实时动态调节实际锅跟比，避免锅跟比过小或过大。

在本实施例中，为了方便得到坩埚1内的剩余料重量，步骤S100中的当前时刻坩埚1内的剩余料重量由装料总重量减去当前时刻的晶体重量得到。其中，装料总重量为预先称量得到，晶体重量实时变化，晶体重量通过称重装置实时称量得到。

进一步地，在本实施例中，步骤S100中的根据当前时刻坩埚1内的剩余料重量得到当前时刻坩埚1内的剩余料体积具体为：当前时刻坩埚1内的剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到坩埚1内的剩余料体积。由于坩埚1内的剩余料硅在1450℃时为液态，因此，优选地将剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到剩余料在液态时的体积。

如图1和图3所示，坩埚1的内部由上至下依次为柱体段11、圆弧段12和底部段13，其中，坩埚1的内部直径为Dr，柱体段11的高度为La，圆弧段12的半径为Rs，圆弧段12的中心距离坩埚1的中心线的距离为C，圆弧段12的高度为X；底部段13的半径为Rb，底部段13的高度为Lb。根据该坩埚1内的尺寸数据可以计算得到剩余料在坩埚1内的液面位置。则步骤S300中的根据坩埚1内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比具体为：

步骤S201、根据液面位置的高度判断液面位置位于坩埚1的柱体段11、圆弧段12或底部段13内；以图1中的尺寸为例进行说明，如果液面位置的高度大于Lb和X之和，则判断液面位置在柱体段11；如果液面位置的高度大于Lb，小于Lb和X之和，则判断液面位置在圆弧段12；如果液面位置的高度小于Lb，则判断液面位置在底部段13。

步骤S202、根据液面位置所在的坩埚段所对应的锅跟比计算公式计算得到当前时刻的理论锅跟比。液面位置不同，则计算锅跟比的计算公式不同，液面位置在柱体段11，则按照柱体段锅跟比的计算公式计算柱体段11的理论锅跟比；液面位置在圆弧段12，则按照圆弧段锅跟比的计算公式计算圆弧段12的理论锅跟比；液面位置在底部段13，则按照底部段锅跟比的计算公式计算底部段13的理论锅跟比。

当然，坩埚1的内部结构还可以为其它结构，相应地，针对内部结构的不同区域，利用不同的锅跟比计算公式计算理论锅跟比。

在本实施例中，步骤S400中的根据当前时刻的理论锅跟比调整坩埚1的提升速度具体为：

步骤S401、根据当前时刻理论锅跟比和坩埚1的当前时刻的实际锅跟比得到当前时刻的锅跟比偏差；

步骤S402、根据当前时刻锅跟比偏差调节坩埚的提升速度。

作为优化，在本实施例中，步骤S401中的根据当前时刻理论锅跟比和坩埚的当前时刻实际锅跟比得到当前时刻的锅跟比偏差具体为：

当前时刻实际锅跟比减去当前时刻理论锅跟比，得到当前时刻的锅跟比偏差，实际锅跟比为坩埚提升变化量除以晶体提拉变化量，如果锅跟比偏差为正值，则说明坩埚1的提升速度过快，正值越大，则说明坩埚1的提升速度越快。如果锅跟比偏差为负值，则说明坩埚1的提升速度过慢，负值越小，则说明坩埚1的提升速度越慢。

在本实施例中，步骤S402中的根据当前时刻锅跟比偏差调节坩埚1的提升速度具体为：若锅跟比偏差为正值，则调节坩埚1的提升速度减小；若锅跟比偏差为负值，则调节坩埚1的提升速度增加。

当然，锅跟比偏差还可以为理论锅跟比减去实际锅跟比，相反地，如果锅跟比偏差为正值，则说明坩埚1提升速度过慢，正值越大，则说明坩埚1提升速度越慢，则需要调节坩埚1的提升速度增加；如果锅跟比偏差为负值，则说明坩埚1提升速度过快，负值越小，则说明坩埚1提升速度越快，则需要调节坩埚1的提升速度减小。

该锅跟比调节方法形成一个锅跟比闭环控制，使实际锅跟比接近理论要求，使得晶体控制更加稳定。

基于以上实施例所描述的单晶炉的锅跟比调节方法，本发明实施例还提供了一种单晶炉的锅跟比调节装置，其包括剩余料体积获取单元、剩余料液位确定单元、锅跟比计算单元和坩埚速度调节单元。

其中，剩余料体积获取单元用于根据当前时刻坩埚1内的剩余料重量得到当前时刻坩埚1内的剩余料体积；剩余料液位确定单元用于根据坩埚1内的剩余料体积和坩埚1的内部尺寸得到当前时刻的坩埚1内的液面位置；锅跟比计算单元用于根据坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；坩埚速度调节单元用于根据当前时刻理论锅跟比调整坩埚1的提升速度，使坩埚1的当前时刻的实际锅跟比接近理论锅跟比。

该锅跟比调节装置通过剩余料体积获取单元实时根据剩余料重量得到的剩余料体积来实时动态控制坩埚提升速度，避免锅跟比过小或者过大影响晶体生长。由于坩埚1的内部结构的原因，熔料液面在坩埚1内的下降速度不同，因此，通过剩余料重量得到剩余料体积，进而计算得到液面在坩埚1内的位置，位置不同，锅跟比的计算方式不同，利用该调节装置能够实时动态调节实际锅跟比，避免锅跟比过小或过大。

进一步地，在本实施例中，剩余料体积获取单元包括剩余料重量计算模块和剩余料体积转化模块。其中，剩余料重量计算模块用于根据装料总重量减去当前时刻的晶体重量得到当前时刻坩埚1内的剩余料重量；剩余料体积转化模块用于当前时刻坩埚1内的剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到坩埚1内的剩余料体积。

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

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，包括：

根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积；

根据所述坩埚内的剩余料体积和所述坩埚的内部尺寸得到当前时刻的所述坩埚内的液面位置；

根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；

根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度，使所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比接近所述理论锅跟比。

2.根据权利要求1所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述当前时刻坩埚内的剩余料重量由装料总重量减去当前时刻的晶体重量得到。

3.根据权利要求2所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述晶体重量通过称重装置实时称量得到，所述装料总重量通过预先称量得到。

4.根据权利要求1所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积具体为：当前时刻所述坩埚内的剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到所述坩埚内的剩余料体积。

5.根据权利要求1所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述坩埚的内部由上至下依次为柱体段、圆弧段和底部段，所述根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比具体为：

根据液面位置的高度判断所述液面位置位于所述坩埚的柱体段、圆弧段或底部段内；

根据所述液面位置所在的坩埚段所对应的计算公式计算得到当前时刻的理论锅跟比。

6.根据权利要求1所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度具体为：

根据当前时刻所述理论锅跟比和所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比得到当前时刻的锅跟比偏差；

根据当前时刻所述锅跟比偏差调节所述坩埚的提升速度。

7.根据权利要求6所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述根据当前时刻所述理论锅跟比和所述坩埚的当前时刻实际锅跟比得到当前时刻的锅跟比偏差具体为：

当前时刻所述实际锅跟比减去当前时刻理论锅跟比，得到当前时刻的所述锅跟比偏差。

8.根据权利要求7所述的单晶炉的锅跟比调节方法，其特征在于，所述根据当前时刻所述锅跟比偏差调节所述坩埚的提升速度具体为：若所述锅跟比偏差为正值，则调节所述坩埚的提升速度减小；若所述锅跟比偏差为负值，则调节所述坩埚的提升速度增加。

9.一种单晶炉的锅跟比调节装置，其特征在于，包括：

剩余料体积获取单元，用于根据当前时刻坩埚内的剩余料重量得到当前时刻坩埚内的剩余料体积；

剩余料液位确定单元，用于根据所述坩埚内的剩余料体积和所述坩埚的内部尺寸得到当前时刻的所述坩埚内的液面位置；

锅跟比计算单元，用于根据所述坩埚内的液面位置和对应该液面位置的计算公式得到当前时刻的理论锅跟比；

坩埚速度调节单元，用于根据当前时刻所述理论锅跟比调整所述坩埚的提升速度，使所述坩埚的当前时刻的实际锅跟比接近所述理论锅跟比。

10.根据权利要求9所述的锅跟比调节装置，其特征在于，所述剩余料体积获取单元包括：

剩余料重量计算模块，用于根据装料总重量减去当前时刻的晶体重量得到当前时刻坩埚内的剩余料重量；

剩余料体积转化模块，用于当前时刻所述坩埚内的剩余料重量除以硅在1450℃时的密度，得到所述坩埚内的剩余料体积。