CN109023511A - 一种直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，包括以下步骤：步骤一：对硅溶液液面温度进行校准；步骤二：收集多炉单晶首次引晶功率数据；步骤三：设定过冷温度，通过闭环控制进行温度微调。本发明的有益效果是由于采用上述技术方案，对直拉单晶过程中的稳温工步温度进行调节，并进行程序化，实现全自动稳温，节约稳温工时，降低对拉晶操作技能的要求，实现一人轻松看多台单晶炉设备。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法。
背景技术
单晶生长过程包括，拆清、熔料、稳温、引晶、扩肩、转肩、等径、收尾、停炉工步。当前光伏行业技术和设备发展迅猛，主流热场尺寸26/28/30/32，这些大尺寸热场的特性是热惰性比较大，稳温时间比较长，造成工时浪费，产能受限，且手动稳温时对拉晶操作技能要求比较高。在目前行业发展快，熟练的拉晶操作比较匮乏。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，尤其适合直拉单晶过程中使用，根据过冷温度、液面温度和热场温度进行闭环控制，实现单晶生长稳温调整，节约稳温工时，降低劳动强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，包括以下步骤：
步骤一：对硅溶液液面温度进行校准；
步骤二：收集多炉单晶首次引晶功率数据；
步骤三：设定过冷温度，通过闭环控制进行温度微调。
进一步的，步骤三中闭环控制是根据硅溶液液面温度和热场温度进行反馈控制。
进一步的，过冷温度的设定为根据过冷功率和过冷时间进行设定。
进一步的，过冷功率小于引晶功率。
进一步的，过冷时间为10-70min。
进一步的，步骤二中收集多炉单晶首次引晶功率数据包括对至少三炉单晶首次引晶功率数据的收集。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.由于采用上述技术方案，对直拉单晶过程中的稳温工步温度进行调节，并进行程序化，实现全自动稳温，节约稳温工时，降低对拉晶操作技能的要求，实现一人轻松看多台单晶炉设备；
2.通过设定过冷温度，并通过闭环控制进行温度微调，能够节约稳温工时，自动稳温，降低劳动强度，节约工时，并且可以保证每炉单晶引晶前温度的一致性；
3.通过设定过冷温度和闭环控制，节约了稳温工时，提高了自动化，降低劳动强度，降低人工成本，提高温度的一致性，提高单晶产能，降低原生籽晶损失，降低功耗。
附图说明
图1是本发明的不同稳温方法温度变化对比。
其中，
1为通过调节加热器输出功率进行稳定温度；
2为通过调节热场SP值即热场红外测量值进行稳定稳定；
3为设备通过液面温度和热场SP相结合闭环控制进行自动稳温；
4为本发明的直拉单晶大尺寸热场快速稳温方法进行稳温。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
下面以本发明的一个实施例具体说明该直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，具体说明本实施例中该直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺步骤，通过设定过冷温度，进行直拉单晶过程中的稳温工步的快速降温，使得降温更快更直接，并通过闭环控制对温度进行微调，节约稳温工时，并提高了稳温工步温度调节的自动化，降低劳动强度，降低人工成本，提高各炉单晶引晶前的温度的一致性，提高单晶产能，降低原生籽晶损失，降低直拉单晶的功耗。
具体地，上述的直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，具体包括以下步骤：
步骤一：对稳温工步中坩埚内硅溶液的液面温度进行校准，确认稳温工步时硅溶液的液面温度，作为后续硅溶液温度的调节的基础，即，硅溶液的温度由该校准后的液面温度为基础，进行降温，保证降温后的硅溶液的液面温度达到引晶工步的引晶温度，能够直接进行引晶。
步骤二：收集多炉单晶首次引晶功率的数据，以此确定能够成功引晶的硅溶液的功率，这里收集多炉单晶首次引晶功率的数据为收集至少三炉的单晶首次引晶功率的数据，并进行数据处理，取多次引晶功率的数据的平均值，作为引晶成功时硅溶液的功率，为在稳温工步中直拉单晶系统进行自动降温做依据，直拉单晶系统能够自动进行稳温调节，使得坩埚内硅溶液的温度达到引晶温度，便于后续引晶。
步骤三：设定过冷温度，进行快速降温，通过设定直拉单晶系统在稳温工步中的过冷温度，进行自动降温，当温度即将降低到可以引晶温度后，通过闭环控制进行温度微调，通过闭环控制依据上一步骤的引晶功率进行温度的微调，使得稳温工步降温后的温度适宜引晶工步进行单晶引晶，且不会因温度的变化造成引晶的中断。
上述的过冷温度的设定具体步骤为：为使硅溶液的液面温度快速降低，在直拉单晶系统内设定一个过冷功率，该过冷功率比引晶功率低，为使温度快速降低，过冷功率比引晶功率小2-8kw，使得温度能够快速降低，不再是缓慢变化，过冷功率设定后，持续一段过冷时间，进行温度调节，该过冷时间段的长度为10-70min，过冷时间结束后，根据步骤二所收集的引晶功率，设定直拉单晶系统的引晶功率，或者，设定直拉单晶系统的能够满足引晶工步进行引晶的硅溶液的液面温度，持续一段引晶温度调节时间，进行温度调节，该引晶温度调节时间为10-50min，引晶温度调节时间后，根据籽晶熔接处光圈状态判断是否可以直接引晶，若籽晶光圈状态达到可以直接进行引晶，则进行引晶；若籽晶光圈状态没有达到可以直接进行引晶，则直拉单晶系统根据硅溶液的液面温度和热场的温度通过闭环控制，对温度进行自动微调，达到能够进行引晶的温度时，进行引晶。
闭环控制的工作原理为：是指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系，带有反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统后，通过系统运行将控制信息输向受控对象，并将受控对象的状态信息反馈到输入中，以修正操作过程，使系统的输出符合预期要求。
本实施例中闭环控制过程为：通过直拉单晶系统运行将控制信息输向受控对象，并将受控对象的状态信息反馈到输入中，以修正操作过程，使直拉单晶系统的输出符合预期要求。例如：系统检测到液面温度高于设定值后，系统会根据当前差值控制热场温度，并时刻修正控制的负担，最终使硅溶液的液面温度达到设定值。
如图1所示，该图中示出了不同稳温方法温度的变化对比，其中，第一种稳温的方法为通过调节加热器输出功率进行稳定温度，第二种稳温的方法为通过调节热场SP值即热场红外测量值进行稳定温度，第三种稳温的方法为设备通过液面温度和热场SP相结合闭环控制进行自动稳温，第四种为本实施例的通过设定过冷温度进行稳温，由图中曲线趋势可以看出，前三种进行稳温方法温度变化较大，稳温阶段温度不平稳，不能安全稳定的进行引晶，采用本实施例中的通过设定过冷温度和后期通过闭环控制进行温度的微调，则稳温阶段温度平稳，保持在利于引晶的温度，温度变化小，便于引晶，稳温工时缩短将近一半。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，对直拉单晶过程中的稳温工步温度进行调节，并进行程序化，实现全自动稳温，节约稳温工时，降低对拉晶操作技能的要求，实现一人轻松看多台单晶炉设备；通过设定过冷温度，并通过闭环控制进行温度微调，能够节约稳温工时，自动稳温，降低劳动强度，节约工时，并且可以保证每炉单晶引晶前温度的一致性；通过设定过冷温度和闭环控制，节约了稳温工时，提高了自动化，降低劳动强度，降低人工成本，提高温度的一致性，提高单晶产能，降低原生籽晶损失，降低功耗。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对硅溶液液面温度进行校准；
步骤二：收集多炉单晶首次引晶功率数据；
步骤三：设定过冷温度，通过闭环控制进行温度微调。
2.根据权利要求1所述的直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，其特征在于：所述步骤三中所述闭环控制是根据所述硅溶液液面温度和热场温度进行反馈控制。
3.根据权利要求1或2所述的直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，其特征在于：所述过冷温度的设定为根据过冷功率和过冷时间进行设定。
4.根据权利要求3所述的直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，其特征在于：所述过冷功率小于引晶功率。
5.根据权利要求4所述的直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，其特征在于：所述过冷时间为10-70min。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的直拉单晶大尺寸热场快速稳温的工艺方法，其特征在于：所述步骤二中收集多炉单晶首次引晶功率数据包括对至少三炉单晶首次引晶功率数据的收集。
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