CN108624952A - 一种晶体生长控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体生长控制装置及控制方法，包括提拉装置、坩埚、控制器、旋转电机和升降电机；坩埚用于盛放原料液体，提拉装置位于坩埚的上方；提拉装置用于夹取籽晶；旋转电机和升降电机分别与提拉装置连接，控制器分别与旋转电机和升降电机连接；控制器通过升降电机使提拉装置上升或下降，以使提拉装置伸入或脱离坩埚；控制器通过旋转电机使提拉装置旋转；控制器还可通过提拉装置对晶体进行称重。本发明的优点和有益效果在于：实现了精准控制晶体的生长过程的重量，保证了晶体在等径生长过程中，晶体的等径部分在其轴线方向上的各个横截面的直径均为一致，提高了晶体产品的品质；无需人工干预，提高了晶体生长控制工作的自动化水平。

Description

一种晶体生长控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及晶体制造领域，特别涉及一种晶体生长控制装置及控制方法。

背景技术

晶体在生长过程是密闭的，因此操作人员无法获知晶体的生长过程是否是按照设计标准进行的，因此无法精准控制晶体的生长过程的重量，进而无法精准的获得规定重量的晶体，使得生产出的晶体重量不一，由于晶体在生长过程中由于出现质量偏差，因此很难获得等径的晶体，降低了晶体产品的品质。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种晶体生长控制装置及控制方法。本技术方案通过设定晶体直径d、坩埚直径D、晶体密度ρ₁、熔液密度ρ₂、提拉装置的底部与晶体的顶部之间的直线距离h，以及提拉装置的移动速度v，并通过控制芯片对上述参数进行运算获得理论重量Δm；再通过称重器获得晶体7实际重量增加量Δm₁，通过比较晶体实际重量增加量Δm₁与晶体放肩理论重量增加量Δm，以及等径理论重量增加量Δm₂，来控制加热装置的输出功率，使晶体的实际重量增加量与晶体的理论重量一致，实现了精准控制晶体的生长过程的重量，进而精准的获得规定重量的晶体，提高了晶体产品的品质，结构及原理简单，提高了晶体的生产效率和生产质量；

本技术方案通过实时控制晶体的生长重量，以保证晶体在等径生长过程中，晶体的等径部分在其轴线方向上的各个横截面的直径均为一致，因此，实现了快速便捷的生产等径晶体的效果，提高了晶体产品的品质。

本技术方案无需人工干预，提高了晶体生长控制工作的自动化水平，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

本发明中的一种晶体生长控制装置，包括提拉装置、坩埚、控制器、旋转电机和升降电机；

所述坩埚用于盛放原料液体，所述提拉装置位于所述坩埚的上方；所述提拉装置用于夹取籽晶，所述提拉装置将籽晶伸入坩埚内并通过原料液体制造晶体；

所述旋转电机和升降电机分别与所述提拉装置连接，所述控制器分别与所述旋转电机和升降电机连接；所述控制器通过所述升降电机使所述提拉装置上升或下降，以使所述提拉装置伸入或脱离所述坩埚；所述控制器通过所述旋转电机使所述提拉装置旋转，以使籽晶在原料液体内制造晶体；所述控制器还可通过所述提拉装置对晶体进行称重。

上述方案中，所述控制器包括控制芯片、称重器、旋转开关模块和升降开关模块；

所述称重器与所述提拉装置连接，用于实时称量晶体的重量；所述称重器还与控制芯片连接，用于将晶体的重量信息实时输出至所述控制芯片；

所述控制芯片与所述旋转开关模块连接，所述旋转开关模块与所述旋转电机连接，用于控制所述旋转电机的开启或关闭；

所述控制芯片与所述升降开关模块连接，所述升降开关模块与所述升降电机连接，用于控制所述升降电机的开启或关闭。

上述方案中，还包括加热装置，所述加热装置分别与坩埚和所述控制器连接，所述加热装置用于对坩埚进行加热，所述控制器控制所述加热装置的功率大小。

一种晶体生长控制方法，包括以下步骤：

S1.准备阶段：坩埚内盛放有原料液体，将籽晶连接在提拉装置上，控制器控制提拉装置使籽晶伸入原料液体内；

S2.放肩阶段：控制器控制旋转电机使提拉装置转动籽晶使晶体旋转；控制器还控制升降电机使提拉装置拉动籽晶脱离原料液体，使晶体放肩；同时，控制器还控制加热装置对坩埚进行加热；

S3.等径生长阶段：控制器控制升降电机使提拉装置拉动籽晶脱离原料液体，使晶体等径生长；控制器还控制旋转电机使提拉装置转动籽晶，使晶体旋转；同时，控制器还控制加热装置对坩埚进行加热。

上述方案中，在所述准备阶段中，控制芯片控制升降开关模块正向启动，使升降电机控制提拉装置朝向坩埚移动，此时，提拉装置将带动籽晶插入所述原料液体内。

上述方案中，在所述放肩阶段中，原料液体内的原料将在籽晶周围结晶并形成晶体；

控制芯片控制旋转开关模块启动，使旋转电机控制提拉装置围绕籽晶的轴线旋转；控制芯片还控制升降开关模块反向启动，使升降电机控制提拉装置背向坩埚移动，此时，提拉装置将带动籽晶脱离所述原料液体。

上述方案中，在所述放肩阶段中，控制器控制提拉装置做减速运动，控制芯片还控制称重器实时称量晶体的重量，所述称重器将晶体的重量信息实时输出至所述控制芯片；控制芯片计算获得晶体的晶体放肩理论重量增加量Δm，并对比晶体实际重量增加量Δm₁和晶体放肩理论重量增加量Δm；

若晶体实际重量增加量Δm₁大于晶体放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体的温度过低，控制器提高加热装置的输出功率，进而提升坩埚和原料液体的温度；

若晶体实际重量增加量Δm₁小于晶体放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体的温度过高，控制器降低加热装置的输出功率，进而降低坩埚和原料液体的温度。

上述方案中，在所述等径生长阶段中，原料液体内的原料将继续在籽晶周围结晶并形成晶体；

控制芯片控制旋转开关模块启动，使旋转电机控制提拉装置围绕籽晶的轴线旋转；控制芯片还控制升降开关模块反向启动，使升降电机控制提拉装置背向坩埚移动，此时，提拉装置将带动籽晶脱离所述原料液体。

上述方案中，在所述等径生长阶段中，控制器控制提拉装置做匀速运动，控制芯片还控制称重器实时称量晶体的重量，所述称重器将晶体的重量信息实时输出至所述控制芯片；控制芯片计算获得晶体的晶体等径理论重量增加量Δm₂，并对比晶体实际重量增加量Δm₁和晶体等径理论重量增加量Δm₂；

若晶体实际重量增加量Δm₁大于晶体等径理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体的温度过低，控制器将控制坩埚提升原料液体的温度；

若晶体实际重量增加量Δm₁小于晶体等径理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体的温度过高，控制器将控制坩埚降低原料液体的温度。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种晶体生长控制装置及控制方法，通过比较晶体实际重量增加量与晶体放肩理论重量增加量，以及等径理论重量增加量，来控制加热装置的输出功率，使晶体的实际重量增加量与晶体的理论重量一致，实现了精准控制晶体的生长过程的重量，进而精准的获得规定重量的晶体，提高了晶体产品的品质，结构及原理简单，提高了晶体的生产效率和生产质量；保证了晶体在等径生长过程中，晶体的等径部分在其轴线方向上的各个横截面的直径均为一致，因此，实现了快速便捷的生产等径晶体的效果，提高了晶体产品的品质；无需人工干预，提高了晶体生长控制工作的自动化水平，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种晶体生长控制系统的结构示意图。

图中：1、提拉装置 2、坩埚 3、控制器 4、旋转电机

5、升降电机 6、加热装置 7、晶体 8、原料液体

31、控制芯片 32、称重器 33、旋转开关模块

34、升降开关模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明是一种晶体生长控制系统，包括提拉装置1、坩埚2、控制器3、旋转电机4和升降电机5；

坩埚2用于盛放原料液体8，提拉装置1位于坩埚2的上方；提拉装置1用于夹取籽晶，提拉装置1将籽晶伸入坩埚2内并通过原料液体8制造晶体7；

旋转电机4和升降电机5分别与提拉装置1连接，控制器3分别与旋转电机4和升降电机5连接；控制器3通过升降电机5使提拉装置1上升或下降，以使提拉装置1伸入或脱离坩埚2；控制器3通过旋转电机4使提拉装置1旋转，以使籽晶在原料液体8内制造晶体7；控制器3还可通过提拉装置1对晶体7进行称重。

具体的，控制器3包括控制芯片31、称重器32、旋转开关模块33和升降开关模块34；

称重器32与提拉装置1连接，用于实时称量晶体7的重量；称重器32还与控制芯片31连接，用于将晶体7的重量信息实时输出至控制芯片31；

控制芯片31与旋转开关模块33连接，旋转开关模块33与旋转电机4连接，用于控制旋转电机4的开启或关闭；

控制芯片31与升降开关模块34连接，升降开关模块34与升降电机5连接，用于控制升降电机5的开启或关闭。

进一步的，还包括加热装置6，加热装置6分别与坩埚2和控制器3连接，加热装置6用于对坩埚2进行加热，控制器3控制加热装置6的功率大小。

一种晶体生长控制方法，包括以下步骤：

S1.准备阶段：坩埚2内盛放有原料液体8，将籽晶连接在提拉装置1上，控制器3控制提拉装置1使籽晶伸入原料液体8内；

S2.放肩阶段：控制器3控制旋转电机4使提拉装置1转动籽晶使晶体7旋转；控制器3还控制升降电机5使提拉装置1拉动籽晶脱离原料液体8，使晶体7放肩；同时，控制器3还控制加热装置6对坩埚2进行加热；

S3.等径生长阶段：控制器3控制升降电机5使提拉装置1拉动籽晶脱离原料液体8，使晶体7等径生长；控制器3还控制旋转电机4使提拉装置1转动籽晶，使晶体7旋转；同时，控制器3还控制加热装置6对坩埚2进行加热。

具体的，在准备阶段中，控制芯片31控制升降开关模块34正向启动，使升降电机5控制提拉装置1朝向坩埚2移动，此时，提拉装置1将带动籽晶插入原料液体8内。

具体的，在放肩阶段中，原料液体8内的原料将在籽晶周围结晶并形成晶体7；

控制芯片31控制旋转开关模块33启动，使旋转电机4控制提拉装置1围绕籽晶的轴线旋转；

控制芯片31还控制升降开关模块34反向启动，使升降电机5控制提拉装置1背向坩埚2移动，此时，提拉装置1将带动籽晶脱离原料液体8。

进一步的，在放肩阶段中，控制器3控制提拉装置1做减速运动，控制芯片31还控制称重器32实时称量晶体7的重量，称重器32将晶体7的重量信息实时输出至控制芯片31；控制芯片31计算获得晶体7的晶体7放肩理论重量增加量Δm，并对比晶体7实际重量增加量Δm₁和晶体7放肩理论重量增加量Δm；

若晶体7实际重量增加量Δm₁大于晶体7放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体8的温度过低，控制器3提高加热装置6的输出功率，进而提升坩埚2和原料液体8的温度；

若晶体7实际重量增加量Δm₁小于晶体7放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体8的温度过高，控制器3降低加热装置6的输出功率，进而降低坩埚2和原料液体8的温度。

其中，在控制芯片31内设定，晶体7直径d、坩埚2直径D、晶体7密度ρ₁、熔液密度ρ₂、提拉装置1的底部与晶体7的顶部之间的直线距离h，以及提拉装置1的移动速度v，同时，控制芯片31还根据称重器32获得晶体7实际重量增加量Δm₁，控制器3测得晶体7的放肩角α；

控制芯片31通过提拉装置1的移动速度v，根据公式a＝vt获得单位时间提拉高度a，随着时间的推移，根据公式L₁＝Σa，获得提拉装置1的整体提拉高度L₁；

控制芯片31根据公式获得放肩液位下降高度b₁；此时，b＝b₁；

控制芯片31根据公式L₂＝Σ(a+b)，获得晶体7实际长度L₂，控制芯片31根据公式获得晶体7放肩理论重量增加量Δm；

控制芯片31对比晶体7实际重量增加量Δm₁和晶体7放肩理论重量增加量Δm；

若晶体7实际重量增加量Δm₁大于晶体7放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体8的温度过低，控制器3将控制坩埚2提升原料液体8的温度；

若晶体7实际重量增加量Δm₁小于晶体7放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体8的温度过高，控制器3将控制坩埚2降低原料液体8的温度。

具体的，在等径生长阶段中，原料液体8内的原料将继续在籽晶周围结晶并形成晶体7；

控制芯片31控制旋转开关模块33启动，使旋转电机4控制提拉装置1围绕籽晶的轴线旋转；控制芯片31还控制升降开关模块34反向启动，使升降电机5控制提拉装置1背向坩埚2移动，此时，提拉装置1将带动籽晶脱离原料液体8。

进一步的，在等径生长阶段中，控制器3控制提拉装置1做匀速运动，控制芯片31还控制称重器32实时称量晶体7的重量，称重器32将晶体7的重量信息实时输出至控制芯片31；控制芯片31计算获得晶体7的晶体7等径理论重量增加量Δm₂，并对比晶体7实际重量增加量Δm₁和晶体7等径理论重量增加量Δm₂；

若晶体7实际重量增加量Δm₁大于晶体7放肩理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体8的温度过低，控制器3将控制坩埚2提升原料液体8的温度；

若晶体7实际重量增加量Δm₁小于晶体7放肩理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体8的温度过高，控制器3将控制坩埚2降低原料液体8的温度。

在控制芯片31内设定，晶体7直径d、坩埚2直径D、晶体7密度ρ₁、熔液密度ρ₂、提拉装置1的底部与晶体7的顶部之间的直线距离h，以及提拉装置1的移动速度v，同时，控制芯片31还根据称重器32获得晶体7实际重量增加量Δm₁，控制器3测得晶体7的放肩角α；

控制芯片31通过提拉装置1的移动速度v，根据公式a＝vt获得单位时间提拉高度a，随着时间的推移，根据公式L₁＝Σa，获得提拉装置1的整体提拉高度L₁；

控制芯片31根据公式获得等径液位下降高度b₂；

此时，b＝b₂；

因此，控制芯片31根据公式L₂＝Σ(a+b)，获得晶体7实际长度L₂，

控制芯片31根据公式d＝2tg(a+b+h)，获得晶体7的等径部分的直径d；再根据公式：获得晶体7等径理论重量增加量Δm₂；

控制芯片31对比晶体7实际重量增加量Δm₁和晶体7等径理论重量增加量Δm₂；

若晶体7实际重量增加量Δm₁大于晶体7等径理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体8的温度过低，控制器3将控制坩埚2提升原料液体8的温度；

若晶体7实际重量增加量Δm₁小于晶体7等径理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体8的温度过高，控制器3将控制坩埚2降低原料液体8的温度。

优选的，控制芯片通过公式获得即时晶体直径d₁；并将d₁和d₂输出，操作人员可直观的观察到晶体的直径的生长过程是否偏离预计要求。

其中，Δm₁为单位时间内晶体实际重量的增加量，Δm为单位时间内，晶体放肩部分重量的理论增加量，Δm₂为单位时间内，晶体等径部分重量的理论增加量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶体生长控制装置，其特征在于，包括提拉装置、坩埚、控制器、旋转电机和升降电机；

所述坩埚用于盛放原料液体，所述提拉装置位于所述坩埚的上方；所述提拉装置用于夹取籽晶，所述提拉装置将籽晶伸入坩埚内并通过原料液体制造晶体；

所述旋转电机和升降电机分别与所述提拉装置连接，所述控制器分别与所述旋转电机和升降电机连接；所述控制器通过所述升降电机使所述提拉装置上升或下降，以使所述提拉装置伸入或脱离所述坩埚；所述控制器通过所述旋转电机使所述提拉装置旋转，以使籽晶在原料液体内制造晶体；所述控制器还可通过所述提拉装置对晶体进行称重。

2.根据权利要求1所述的一种晶体生长控制装置，其特征在于，所述控制器包括控制芯片、称重器、旋转开关模块和升降开关模块；

所述称重器与所述提拉装置连接，用于实时称量晶体的重量；所述称重器还与控制芯片连接，用于将晶体的重量信息实时输出至所述控制芯片；

所述控制芯片与所述旋转开关模块连接，所述旋转开关模块与所述旋转电机连接，用于控制所述旋转电机的开启或关闭；

所述控制芯片与所述升降开关模块连接，所述升降开关模块与所述升降电机连接，用于控制所述升降电机的开启或关闭。

3.根据权利要求1所述的一种晶体生长控制装置，其特征在于，还包括加热装置，所述加热装置分别与坩埚和所述控制器连接，所述加热装置用于对坩埚进行加热，所述控制器控制所述加热装置的功率大小。

4.一种晶体生长控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.准备阶段：坩埚内盛放有原料液体，将籽晶连接在提拉装置上，控制器控制提拉装置使籽晶伸入原料液体内；

S2.放肩阶段：控制器控制旋转电机使提拉装置转动籽晶使晶体旋转；控制器还控制升降电机使提拉装置拉动籽晶脱离原料液体，使晶体放肩；同时，控制器还控制加热装置对坩埚进行加热；

S3.等径生长阶段：控制器控制升降电机使提拉装置拉动籽晶脱离原料液体，使晶体等径生长；控制器还控制旋转电机使提拉装置转动籽晶，使晶体旋转；同时，控制器还控制加热装置对坩埚进行加热。

5.根据权利要求4所述的一种晶体生长控制方法，其特征在于，在所述准备阶段中，控制芯片控制升降开关模块正向启动，使升降电机控制提拉装置朝向坩埚移动，此时，提拉装置将带动籽晶插入所述原料液体内。

6.根据权利要求4所述的一种晶体生长控制方法，其特征在于，在所述放肩阶段中，原料液体内的原料将在籽晶周围结晶并形成晶体；

控制芯片控制旋转开关模块启动，使旋转电机控制提拉装置围绕籽晶的轴线旋转；控制芯片还控制升降开关模块反向启动，使升降电机控制提拉装置背向坩埚移动，此时，提拉装置将带动籽晶脱离所述原料液体。

7.根据权利要求6所述的一种晶体生长控制方法，其特征在于，在所述放肩阶段中，控制器控制提拉装置做减速运动，控制芯片还控制称重器实时称量晶体的重量，所述称重器将晶体的重量信息实时输出至所述控制芯片；控制芯片计算获得晶体的晶体放肩理论重量增加量Δm，并对比晶体实际重量增加量Δm₁和晶体放肩理论重量增加量Δm；

若晶体实际重量增加量Δm₁大于晶体放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体的温度过低，控制器提高加热装置的输出功率，进而提升坩埚和原料液体的温度；

若晶体实际重量增加量Δm₁小于晶体放肩理论重量增加量Δm，则说明原料液体的温度过高，控制器降低加热装置的输出功率，进而降低坩埚和原料液体的温度。

8.根据权利要求4所述的一种晶体生长控制方法，其特征在于，在所述等径生长阶段中，原料液体内的原料将继续在籽晶周围结晶并形成晶体；

控制芯片控制旋转开关模块启动，使旋转电机控制提拉装置围绕籽晶的轴线旋转；控制芯片还控制升降开关模块反向启动，使升降电机控制提拉装置背向坩埚移动，此时，提拉装置将带动籽晶脱离所述原料液体。

9.根据权利要求8所述的一种晶体生长控制方法，其特征在于，在所述等径生长阶段中，控制器控制提拉装置做匀速运动，控制芯片还控制称重器实时称量晶体的重量，所述称重器将晶体的重量信息实时输出至所述控制芯片；控制芯片计算获得晶体的晶体等径理论重量增加量Δm₂，并对比晶体实际重量增加量Δm₁和晶体等径理论重量增加量Δm₂；

若晶体实际重量增加量Δm₁大于晶体等径理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体的温度过低，控制器将控制坩埚提升原料液体的温度；

若晶体实际重量增加量Δm₁小于晶体等径理论重量增加量Δm₂，则说明原料液体的温度过高，控制器将控制坩埚降低原料液体的温度。