CN109487331A - 一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法及系统，包括：S1、根据单晶规格计算需求多晶料剩余长度，当多晶料剩余长度达到设定值后，打开收尾程序，使单晶直径逐渐从205mm收细到160‑180mm；S2、当单晶直径收细到160‑180mm后，调节单晶下速和多晶上速、以及功率，使单晶熔体与多晶硅熔体液面逐渐脱离；S3、单晶熔体与多晶硅熔体液面脱离后，降低功率设定值，单晶下速与所述步骤S2中的调节后的单晶下速保持一致，对多晶上速进行调节；S4、进行降温处理，到达设定时间后开启炉门，拆取单晶。本发明所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法及系统完全实现了自动化，基本剔除了人工操作带来的不确定性，更加智能、科学，有效的提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于大直径硅单晶收尾领域，尤其是涉及一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法。
背景技术
区熔法(FZ)生产单晶硅是区别于直拉法(CZ)的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应线圈将高纯的多晶料加热融化，产生的熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力处于悬浮状态，然后利用籽晶熔接多晶棒料经过晶体生长及收尾的过程拉制成单晶。
区熔硅单晶的生长过程主要是清炉、装炉、抽空、预热、化料、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、降温、停炉。目前，区熔单晶炉具备自动放肩和自动保持的控制功能，专利CN102220629 A一种采用直径法控制区熔晶体自动生长方法及系统，已对单晶的放肩过程和等径过程的单晶自动生长控制进行了说明，但等径自动生长，跳出程序结束后，仍然必须由人工控制上速、下速、功率等相关参数进行单晶的收尾工艺操作。对于目前区熔硅单晶的规模化生产过程中来说，各种质量成本的损失、生产效率的降低、良率的降低、人工劳动强度的增加充分说明自动水平不够优化。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法，以解决目前采用区熔法的收尾方法及系统需要进行人工操作，不仅良品率低，而且生产效率低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法，包括：
S1、根据单晶规格计算需求多晶料剩余长度，当多晶料剩余长度达到设定值后，打开收尾程序，并对单晶下速和多晶上速、以及功率进行调节，使单晶直径逐渐从205mm收细到160-180mm；
S2、当单晶直径收细到160-180mm后，调节单晶下速和多晶上速、以及功率，使单晶熔体与多晶硅熔体液面逐渐脱离；
S3、单晶熔体与多晶硅熔体液面脱离后，降低功率设定值，单晶下速与所述步骤S2中的调节后的单晶下速保持一致，对多晶上速进行调节；
S4、进行降温处理，到达设定时间后开启炉门，拆取单晶。
进一步的，所述步骤S1中，对单晶下速和多晶上速、以及功率的调节值如下：
单晶下速为2.0-2.6mm/min，调节后进行匀速下降；
多晶上速为3-5mm/min，调节后进行匀速上升；
功率设定值每间隔20-40s降低0.3-0.6％。
进一步的，所述步骤S2中，对单晶下速和多晶上速、以及功率的调节值如下：
单晶下速降至1-2mm/min之间，调节后进行匀速下降；
多晶上速降为2-3mm/min，调节后进行匀速上升；
功率设定值自动累积降至初始功率设定值的70-80％范围内。
进一步的，所述步骤S3中，单晶下速和多晶上速与S2中调节后的速度一致，并保持匀速运动；
功率设定值将至初始功率值的50-70％。
进一步的，所述步骤S3的持续时间，也就是为60-90min。
一种大直径区熔硅单晶自动收尾系统，包括PLC控制器、以及PLC控制器分别连接的时间调节模块、功率调节模块、动力单元模块、数据采集模块；
所述时间记录调节模块用于记录、设定各步骤的时间数据；
所述功率调节模块用于调节加热功率；
所述动力单元模块用于驱动单晶向下运动，驱动多晶向上运动；
所述数据采集模块用于采集单晶直径。
进一步的，所述动力单元模块为伺服电机。
进一步的，所述数据采集模块为CCD摄像机。
进一步的，所述PLC控制器连接PC机，所述PC机与PLC控制器双向通信。
相对于现有技术，本发明所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法具有以下优势：
本发明所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法能够自动对大直径区熔单晶收尾的高效稳定操作，减少质量损失；完全实现了自动化，基本剔除了人工操作带来的不确定性，更加智能、科学，良品率高，且有效的提高了工作效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法流程图。
图2为本发明实施例所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法流程时间表。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图2所示，一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法，包括：
S1、根据单晶规格计算需求多晶料剩余长度，当多晶料剩余长度达到设定值后，打开收尾程序，并对单晶下速和多晶上速、以及功率进行调节，使单晶直径逐渐从205mm收细到160-180mm；
S2、当单晶直径收细到160-180mm后，调节单晶下速和多晶上速、以及功率，使单晶熔体与多晶硅熔体液面逐渐脱离；
S3、单晶熔体与多晶硅熔体液面脱离后，降低功率设定值，单晶下速与所述步骤S2中的调节后的单晶下速保持一致，对多晶上速进行调节；
S4、进行降温处理，到达设定时间后开启炉门，拆取单晶。
所述步骤S1中，对单晶下速和多晶上速、以及功率的调节值如下：
单晶下速为2.0-2.6mm/min，调节后进行匀速下降；
多晶上速为3-5mm/min，调节后进行匀速上升；
功率设定值每间隔20-40s降低0.3-0.6％。
所述步骤S2中，对单晶下速和多晶上速、以及功率的调节值如下：
单晶下速降至1-2mm/min之间，调节后进行匀速下降；
多晶上速降为2-3mm/min，调节后进行匀速上升；
功率设定值自动累积降至初始功率设定值的70-80％范围内。
所述步骤S3中，单晶下速和多晶上速与S2中调节后的速度一致，并保持匀速运动；
功率设定值将至初始功率值的50-70％。
所述步骤S3的持续时间，也就是为60-90min。
如图1所示，一种大直径区熔硅单晶自动收尾系统，包括PLC控制器、以及PLC控制器分别连接的时间调节模块、功率调节模块、动力单元模块、数据采集模块；
所述时间记录调节模块用于记录、设定各步骤的时间数据；
所述功率调节模块用于调节加热功率；
所述动力单元模块用于驱动单晶向下运动，驱动多晶向上运动；
所述数据采集模块用于采集单晶直径。
所述动力单元模块为伺服电机。所述数据采集模块为CCD摄像机。通过CCD摄像机检测单晶的直径。所述PLC控制器连接PC机，所述PC机与PLC控制器双向通信。PLC控制器通过通讯总线将数据信息传送至PC机，工作人员可以通过PC机向PLC控制器发送控制命令。
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)
1.一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法，其特征在于，包括：
S1、根据单晶规格计算需求多晶料剩余长度，当多晶料剩余长度达到设定值后，打开收尾程序，并对单晶下速和多晶上速、以及功率进行调节，使单晶直径逐渐从205mm收细到160-180mm；
S2、当单晶直径收细到160-180mm后，调节单晶下速和多晶上速、以及功率，使单晶熔体与多晶硅熔体液面逐渐脱离；
S3、单晶熔体与多晶硅熔体液面脱离后，降低功率设定值，单晶下速与所述步骤S2中的调节后的单晶下速保持一致，对多晶上速进行调节；
S4、进行降温处理，到达设定时间后开启炉门，拆取单晶。
2.根据权利要求1所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法，其特征在于，所述步骤S1中，对单晶下速和多晶上速、以及功率的调节值如下：
单晶下速为2.0-2.6mm/min，调节后进行匀速下降；
多晶上速为3-5mm/min，调节后进行匀速上升；
功率设定值每间隔20-40s降低0.3-0.6％。
3.根据权利要求1所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法，其特征在于，所述步骤S2中，对单晶下速和多晶上速、以及功率的调节值如下：
单晶下速降至1-2mm/min之间，调节后进行匀速下降；
多晶上速降为2-3mm/min，调节后进行匀速上升；
功率设定值自动累积降至初始功率设定值的70-80％范围内。
4.根据权利要求1所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法，其特征在于：所述步骤S3中，单晶下速和多晶上速与S2中调节后的速度一致，并保持匀速运动；
功率设定值将至初始功率值的50-70％。
5.根据权利要求5所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法，其特征在于：所述步骤S3的持续时间，也就是为60-90min。
6.一种应用权利要求1所述的大直径区熔硅单晶自动收尾方法的自动收尾系统，其特征在于：包括PLC控制器、以及PLC控制器分别连接的时间调节模块、功率调节模块、动力单元模块、数据采集模块；
所述时间记录调节模块用于记录、设定各步骤的时间数据；
所述功率调节模块用于调节加热功率；
所述动力单元模块用于驱动单晶向下运动，驱动多晶向上运动；
所述数据采集模块用于采集单晶直径。
7.根据权利要求6所述的大直径区熔硅单晶自动收尾系统，其特征在于：所述动力单元模块为伺服电机。
8.根据权利要求6所述的大直径区熔硅单晶自动收尾系统，其特征在于：所述数据采集模块为CCD摄像机。
9.根据权利要求6所述的大直径区熔硅单晶自动收尾系统，其特征在于：所述PLC控制器连接PC机，所述PC机与PLC控制器双向通信。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220506 Address after: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Park (outside the ring) Hai Tai Road 12 Patentee after: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: Zhonghuan leading semiconductor materials Co.,Ltd. Address before: 300384 Tianjin Binhai New Area high tech Zone Huayuan Industrial Area (outside the ring) Hai Tai Road 12 inside. Patentee before: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Park (outside the ring) Hai Tai Road 12 Patentee after: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: Zhonghuan Leading Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Park (outside the ring) Hai Tai Road 12 Patentee before: TIANJIN ZHONGHUAN ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: Zhonghuan leading semiconductor materials Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |