CN110184647B - 一种自动稳温工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动稳温工艺，包括以下步骤：S1：自动降籽晶，将籽晶定位至原生籽晶处；S2：自动记录引晶功率并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度；S3：进行自动过热熔接；S4：自动降温；S5：根据自动记录的引晶功率进行温度维持，完成稳温。本发明的有益效果是自动稳温工艺包括自动降籽晶、自动调温、自动记录引晶功率、自动过热熔接和自动降温，实现自动稳温，缩短稳温工时，提高产量，自动化程度高，提高企业的竞争力，降低劳动强度，提高工作效率，与人工操作相比较，更加的精准、科学、统一，避免由于人工经验不足导致工时浪费，安全性高，避免异常事故的发生。

Description

一种自动稳温工艺

技术领域

本发明属于直拉单晶技术领域，尤其是涉及一种自动稳温工艺。

背景技术

目前行业内竞争日益激烈，降本增效成为了一个企业屹立不倒的法宝，目前太阳能光伏材料制造业生产工艺中，除去等径工艺状态(已经实现自动)，操作难度最大、时间花费最长的工艺状态就是稳温了，目前行业中普遍使用的是手动稳温方式。手动稳温的方式对操作经验是非常依赖的，而且需要操作人员持续关注，占用了人工很大的精力和实践。

手动稳温时间目前行业平均水平在4.0小时左右，最快也在2.5小时以外，如果操作经验不足的人员，稳温7小时以上也是很常见的。稳温之所以难度这么大，主要是因为石英坩埚内的硅溶液温度要想达到可以引晶的稳定状态，需要加热器给定功率必须要准确，而且只要调整一次功率值，石英坩埚内的硅溶液因为与加热器之间的距离关系以及受热对流影响，反应时间比较长，大约需要50分钟左右(根据石英坩埚尺寸不用，时间也不同，反应的时间范围大约在30min～60min左右)。手动稳温工艺，操作难度大，持续时间长，生产率低，劳动强度大。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种自动稳温工艺，适用于直拉单晶过程中稳温工序过程，能够实现自动稳温，可以缩短稳温工时，降低劳动强度，提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动稳温工艺，包括以下步骤：

S1：自动降籽晶，将籽晶定位至原生籽晶处；

S2：自动记录引晶功率并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度；

S3：进行自动过热熔接；

S4：自动降温；

S5：根据自动记录的引晶功率进行温度维持，完成稳温。

进一步的，步骤S1包括以下步骤：

S11：籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；

S12：籽晶慢速降至硅溶液液面处，籽晶与硅溶液液面接触；

S13：测量装置测量籽晶的熔接直径，当熔接直径达到下限值时，停止下降。

进一步的，步骤S13具体为，

当籽晶与硅溶液液面接触时，测量装置开始测量籽晶的熔接直径，并根据测量的熔接直径，进行下降距离的选择，根据下降距离进行下降；

当籽晶的熔接直径达到第一直径时，进行第一下降距离的选择，根据第一下降距离，进行下降；以及

重复上述步骤，直至籽晶的熔接直径达到下限值时，停止下降

进一步的，步骤S2中的自动调温包括以下步骤：

S21：检测硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度；

S22：进行过热熔接。

进一步的，步骤S21包括以下步骤：

S211：检测硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S12；若不在，则进行超限报警；

S212：检测硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为自动记录的引晶功率；若不在，则进行步骤S13；

S213：设定调温功率，进行调温，将液面温度调至熔接温度范围内。

进一步的，步骤S2中自动记录引晶功率具体包括以下步骤：

S23：对记录引晶功率的条件进行判断：记录引晶功率的条件包括剩料量大于引晶功率补偿剩料值；

S24：若符合记录引晶功率的条件时，则自动记录引晶功率；否则，则进行下一步；

S25：若不符合记录引晶功率的条件，则不进行引晶功率记录。

进一步的，步骤S24包括以下步骤：

S241：当符合记录引晶功率的条件时，则自动记录引晶功率，并存储多次记录的引晶功率；

S242：将存储的多次记录的引晶功率中的最大值与最小值作对比，若最大值与最小值之差不大于清零差值时，则输出存储的多次记录的引晶功率的平均值；否则，进行下一步；

S243：若最大值与最小值之差大于清零差值时，则清零重新记录。

进一步的，步骤S3包括以下步骤：

S31：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最大值；

S32：根据硅溶液的液面温度进行自动调温，将硅溶液液面温度调节至熔接温度；

S33：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最小值；

S34：进行籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据过热直径缩小差值判断过热是否完成。

进一步的，步骤S34包括以下步骤：

S341：用步骤S31中的籽晶直径的最大值与步骤S33中的籽晶直径的最小值进行差值计算，差值为籽晶的过热直径缩小差值；

S342：若籽晶的过热直径缩小差值大于过热直径缩小范围，则判断过热完成，实现自动过热，进行自动降温；否则，进行下一步；

S343：若籽晶的过热直径缩小差值小于过热直径缩小范围，则根据最大过热熔接时间进行自动过热熔接。

进一步的，步骤S343中的根据最大过热熔接时间进行自动过热具体为：

在硅溶液的温度达到熔接温度时，开始计时，当计时时间大于最大过热熔接之间后，过热熔接完成，实现自动过热，进行自动降温。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，自动稳温工艺包括自动降籽晶、自动调温、自动记录引晶功率、自动过热熔接和自动降温，实现自动稳温，缩短稳温工时，提高产量，自动化程度高，提高企业的竞争力，降低劳动强度，提高工作效率，与人工操作相比较，更加的精准、科学、统一，避免由于人工经验不足导致工时浪费，安全性高，避免异常事故的发生。

附图说明

图1是本发明的一实施例的流程图；

图2是本发明的一实施例的自动降籽晶的流程图。

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。

图1示出了本发明一实施例的流程图，示出了本实施例的工艺步骤，本实施例涉及一种自动稳温工艺，实现直拉单晶过程中自动稳温，不需人工手工操作，降低劳动强度，缩短稳温工时，提高产能，避免由于人工经验不足导致工时浪费，安全性高，避免异常事故的发生。

在复投后取渣、扩断后取肩和断苞后取段进行自动稳温，采用测量装置、控制装置、温度测量装置、籽晶电压测量装置和籽晶夹具、旋转提升装置相配合，实现自动稳温过程中自动降籽晶、自动记录引晶功率、自动调温、自动过热和自动降温过程，实现自动稳温，使得自动稳温之后，硅溶液的液面温度相对稳定在1450±2℃，〈100〉晶向的籽晶4个点突出，且没有结晶面产生，维持不变，即属于稳温完成，满足引晶条件。

在直拉单晶工艺中，依次进行稳温、引晶、放肩、转肩、等径和收尾工艺，实现直拉单晶正常拉晶，稳温是直拉单晶过程中最重要的一个工艺环节，是保证后续引晶工艺正常进行的基础，保证拉晶的正常进行。稳温工艺简单地说，就是高温熔接、低温稳温引晶。在高温度下进行熔接过热，当熔接过热结束后，再低温度下进行稳温，稳温结束后稳定满足引晶条件即可。此处的高温，温度范围在1454℃～1460℃，温度高于1460℃后，籽晶会被熔断；此处的低温，温度范围在1450℃±2范围内，此温度范围是满足引晶条件的液面温度。如果液面温度过低，籽晶会沿液面凝固，熔接不充分，缩颈后将很难生长出合格的单晶；若温度过高，将会熔断籽晶，不能进行引晶；若温度设置正确，籽晶将与硅溶液充分熔接且长时间保持既不生长又不熔化的状态。所以，稳温是直拉单晶工艺中最重要的环节，是实现引晶成功的关键。

一种自动稳温工艺，包括以下步骤：

S1：自动降籽晶，将所述籽晶定位至原生籽晶处，使得籽晶与硅溶液液面接触，便于后续的过热熔接；

S2：自动记录引晶功率并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，自动记录稳温过程中引晶功率，并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至利于引晶的温度，便于顺利引晶；

S3：进行自动过热熔接，自动检测出籽晶过热时直径收缩现象，使得籽晶与硅溶液充分熔接且长时间保持既不生长又不熔化的状态，便于顺利引晶；

S4：自动降温，将硅溶液的液面温度降至满足引晶条件，便于顺利引晶；

S5：根据所述自动记录的引晶功率进行温度维持，完成稳温，使得硅溶液的液面温度相对稳定到引晶温度，便于顺利引晶。

具体地，如图2所示，步骤S1包括以下步骤：

S11：籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；在进行直拉单晶过程中，在稳温工序时，进行籽晶的下降，此时，籽晶距离石英坩埚中的硅溶液的液面比较大，可以进行快速下降，使得籽晶能够快速下降至硅溶液的液面上方，且籽晶不与硅溶液接触，避免籽晶由于下降速度过快，直接下降至硅溶液中，造成籽晶损坏，以及硅溶液热场变化，不利于后续引晶工序的进行。由于，籽晶开始下降时，籽晶距离硅溶液液面的距离比较大，可以进行快速下降，该快速下降的过程中，可以采用恒速进行籽晶的下降，也可以采用变速进行籽晶的下降，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。籽晶快速下降，直至硅溶液的上方的极限位置，该极限位置为快速下降和慢速下降的分界线，在极限位置之前，籽晶进行快速下降，在极限位置之后，籽晶距离硅溶液的液面的距离很小，进行慢速下降；这里，该极限位置为籽晶快速下降的最低距离，极限位置为200-260mm，根据实际需求进行选择。

在本实施例中，籽晶从下降的初始位置至极限位置的过程中，进行分段下降，对这段快速下降的距离进行分割，可以等间距分割，或者是不等间距分割，将这段快速下降的距离分成至少两段下降，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

同时，在不同的距离里，可以采用相同的速度下降，也可以采用不相同的速度进行下降，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

S12：籽晶慢速降至硅溶液液面处，籽晶与硅溶液液面接触。当籽晶快速下降至极限位置后，系统控制籽晶进行慢速下降，优选的，在极限位置至硅溶液液面处的这一段距离里，采用恒定的速度进行籽晶的下降，该恒定的速度为400-600mm/hr，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求，系统控制籽晶以恒定的速度降至硅溶液的液面处，使得籽晶与硅溶液液面接触。

S13：测量装置测量籽晶的熔接直径，当熔接直径达到下限值时，停止下降，具体的，

当籽晶与硅溶液液面接触时，系统控制测量装置动作，测量装置开始测量籽晶的熔接直径，并根据测量的熔接直径，进行下降距离的选择，系统根据该根据下降距离进行籽晶下降；

当籽晶的熔接直径达到第一直径时，进行第一下降距离的选择，根据第一下降距离，进行下降；以及

重复上述步骤，直至籽晶的熔接直径达到下限值时，停止下降。

这里，籽晶的熔接直径下限值为10-16mm，当籽晶的熔接直径达到熔接直径下限值时，籽晶达到原生籽晶直径值的下限，则籽晶下降至原生籽晶处，籽晶停止下降，完成籽晶自动下降过程，进行后续引晶工序。

上述的籽晶的熔接直径变化范围为5-15mm，籽晶的下降距离变化范围为70-0mm，且在此过程中，优选的，籽晶以恒定速度下降，该恒定的速度为500mm/hr。

系统中预设有编辑好的程序，并存储有不同的直径对应不同的下降距离，在籽晶的下降的过程中，系统会根据测量装置测量到的籽晶的熔接直径，进行籽晶下降的距离选择，当籽晶的熔接直径达到另一个熔接直径值时，系统根据该直径值进行下降的距离选择，系统控制籽晶根据该下降的距离进行下降，以此重复，直至籽晶的熔接直径达到籽晶的熔接直径的下限值时，停止下降，籽晶达到原生籽晶处。

在进行自动将籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的方法进行自动下降籽晶时，采用自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的系统，应用该系统进行籽晶的自动下降至原生籽晶处，并终止下降。

该自动降籽晶过程中自动定位至原生籽晶处终止下降的系统，包括控制装置、测量装置、籽晶夹具、籽晶电压测量装置和旋转提升装置，测量装置、旋转提升装置分别与控制装置店连接，测量装置将测量的信号传递给控制装置，控制装置根据测量装置传递的信号，控制旋转提升装置动作，进行籽晶的下降，旋转提升装置与籽晶夹具连接，籽晶固定安装在籽晶夹具上，旋转提升装置通过籽晶夹具控制籽晶的下降，测量装置设于单晶炉上，测量装置用于对籽晶的熔接直径进行监测测量；籽晶电压测量装置与控制装置电连接，籽晶电压测量装置用于对籽晶的电压进行测量，便于对籽晶是否与硅溶液液面接触进行判断。

控制装置内与设有编辑好的程序，并预设有籽晶快速下降的距离分段、籽晶慢速下降过程中不同的熔接直径及不同的熔接直接对应的下降距离，同时，控制装置内预设有籽晶快速下降的极限位置，控制装置控制旋转提升装置动作，籽晶快速降至极限位置处；控制装置控制旋转提升装置动作，旋转提升装置开始降速，使得籽晶慢速下降，当籽晶下降至硅溶液的液面处，籽晶与硅溶液接触，籽晶电压检测装置检测籽晶的电压变化，并将信号传递给控制装置，控制装置根据籽晶电压的变化，进行籽晶是否与硅溶液液面接触的判断，若接触，控制装置控制测量装置动作，测量装置对籽晶的熔接直径进行测量，且测量装置将测量的籽晶的熔接直径传递给控制装置，控制装置根据籽晶的熔接直径进行下降距离的选择，控制旋转提升装置动作，进行籽晶下降，直至籽晶下降至原生籽晶处，停止下降；若没有接触，测量装置不动作，旋转提升装置带动籽晶继续下降，直至籽晶与硅溶液液面接触。

上述的测量装置为CCD工业相机，为市售产品，根据实际需求进行选择。

上述的控制装置为PLC控制器或者CPU，为市售产品，根据实际需求进行选择。

上述的籽晶电压测量装置为电压传感器，为市售产品，根据实际需求进行选择。

上述的旋转提升装置包括电机和吊线，吊线的一端与电机固定连接，吊线的另一端与籽晶夹具固定连接，通过电机的正转和反转，带动籽晶的下降和提升，以便进行直拉单晶过程中对单晶的提升；该电机为伺服电机，为市售产品，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

下面以一个具体的实施例进行说明。

在稳温时进行籽晶自动下降，此时控制装置控制旋转提升装置动作，进行籽晶快速下降，且控制装置内预设有籽晶快速下降的极限位置，且在籽晶快速下降过程中，将该段距离进行分割，将此段距离分成几段，具体如下表：

由此可以知道，将籽晶快速下降距离分割成四段，分段进行下降，先在1min中下降至1200mm处，再在1min中下降至600mm处，再在2min中下降至450mm处，最后在3min中下降至230mm处，此时，籽晶降至快速下降的极限位置处，过了该位置，籽晶进行慢速下降。

自动下降籽晶至极限位置处后，控制装置控制旋转提升装置动作，使得籽晶进行慢速下降，旋转提升装置以500mm/hr慢速下降籽晶，直至籽晶接触液面，籽晶电压测量装置对籽晶电压进行测量，并将测量的信号时时传递给控制装置，当籽晶的电压有变化时，说明籽晶与硅溶液接触，控制装置控制测量装置动作。

控制装置控制测量装置动作，开启CCD相机，对接触液面的籽晶进行直径测量，并根据测量到的直径，进行下降的距离的选择，根据下降的距离继续下降相应距离，直至测量到籽晶的熔接直径下限值后，籽晶停止下降，定位原生籽晶处完成。籽晶的熔接直径与下降的距离之间的对应关系具体如下表：

当测量装置测量到的籽晶的熔接直径为5mm时，籽晶的下降距离为70mm；当籽晶的熔接直径为7mm时，籽晶的下降距离为40mm，以此类推，如上表，籽晶的熔接直径越大，籽晶的下降距离越小，说明越接近原生籽晶处。在本实施例中，13mm认为是籽晶的熔接直径值的下限，只要达到13mm就认为下降籽晶至原生籽晶处，当籽晶的熔接直径达到13mm时，籽晶到达原生籽晶处，籽晶停止下降，完成籽晶自动定位至原生籽晶处。

将籽晶准确定位至原生籽晶处后，进行步骤S2：自动记录引晶功率并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，自动记录稳温过程中引晶功率，并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至利于引晶的温度，便于顺利引晶。具体地，自动调温工艺包括以下步骤：

S21：检测坩埚内的硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度，以便于进行过热熔接，具体包括以下步骤：

S211：检测硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S212；若不在，则进行超限报警；这里，液面温度报警范围为液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，液面温度报警上限值为1465-1475℃，液面温度报警下限值为1435-1445℃，当检测到的硅溶液的液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间时，说明硅溶液的液面温度处于正常范围内，可以进行调温，将温度调至熔接温度，利于后续的过热熔接，继续进行步骤S212。若检测到的硅溶液的液面温度没有在液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，超出了液面温度报警范围内，属于异常情况，不会继续调温，则控制装置控制报警装置报警，现场操作人员进行原因确认，避免造成生产事故。这里，应用温度检测装置进行硅溶液的液面温度检测，温度检测装置将检测到的硅溶液的液面温度传送给控制装置，控制装置内预设有编辑好的程序，并预设有各个参数的预设值范围，对温度检测装置传送的测量值进行分析，判断下一步动作，该温度检测装置为温度传感器，控制装置为PLC或CPU，报警装置为三色灯或蜂鸣器，均为市售产品，根据实际需求进行选择。

S212：检测硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则系统设定主功率为引晶功率；若不在，则进行步骤S213；当硅溶液的液面温度在液面温度报警范围内，进行硅溶液的液面温度检测，判断硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，该熔接温度范围为熔接温度处于熔接温度上限值与熔接温度下限值之间，熔接温度上限值为1456-1460℃，熔接温度下限值为1452-1456℃，若硅溶液的液面温度在熔接温度范围内，则控制装置设定主功率为自动记录的引晶功率，进行过热熔接；若硅溶液的液面温度不在熔接温度范围内，则进行步骤S213。

S213：系统设定调温功率和调温功率最大维持时间，进行调温，将液面温度调至熔接温度范围内，当硅溶液的液面温度不在熔接温度范围内时，系统设定调温功率，进行调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度范围内，以便于进行过热熔接。

这里，调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率按照升温功率设定值进行设定，降温功率按照降温功率设定值进行设定，该升温功率设定值为70-100kw，该降温功率设定值40-60kw。

具体地，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，系统设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率设定值40-60kw，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。

当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，系统设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率设定值为70-100kw，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。

或者，调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，该升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，该降温平均引晶功率系数为0.6-0.85。

具体地，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，系统设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，降温平均引晶功率系数为0.6-0.85，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。

当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，系统设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，该升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。

调温功率最大维持时间包括升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间，该升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间均为30-60min，该升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间是出于安全保护而设置的，即自动调温的最长时间为设定的升温或降温功率最大维持时间，如果超出这个最大维持时间，仍然没有将炉内液面温度调至目标温度，系统会将升温或者降温给定的功率，自动恢复到引晶功率，避免炉内出现极端温度导致的异常。

系统设有升降温最大循环次数，该升降温最大循环次数为5-20次，当系统升降温调节功率次数达到设定的次数后，会出现报警提示，目的是为了避免出现因为操作人员关注不到位，导致系统一直在自动调节温度，出现的浪费工时现象。

S22：进行过热熔接：当硅溶液的液面温度达到熔接温度时，自动降籽晶，将籽晶降至硅溶液的液面处，并将籽晶定位至原生籽晶处，籽晶与硅溶液的液面接触，进行过热熔接。

下面以一个具体实施例进行说明，假设系统自动记录的引晶功率为60kw，熔接相关参数设为：

熔接温度报警上限值：1470℃

熔接温度报警下限值：1430℃

熔接温度上限值：1458℃

熔接温度下限值：1454℃

熔接后置引晶功率对应液面温度：1452℃

升温(降温)功率最大维持时间:30min

稳温前引晶功率维持时间：50min

升温功率设定值:85kw

降温功率设定值：45kw

升温功率(平均引晶功率系数):1.25

降温功率(平均引晶功率系数)：0.75

升降温最大循环次数：5次

第一种情况：

选择降籽晶熔接后，系统测量的液面温度是1425℃或者1475℃，系统会出现熔接温度超限的报警，并且不会自动调节功率进行调温，因为属于异常情况。

第二种情况：

S1：选择降籽晶熔接后，系统测量的液面温度是1450℃或者1461℃，此时，系统会将主功率设置为75kw、45kw(分别代表的是升温和降温)，进行调温。

S2：当温度分别从1450℃和1461℃，调节到1454℃和1458℃时，因为达到熔接温度范围，满足高温熔接所需的温度，系统会自动将刚才的75kw、45kw设定为60kw(引晶功率)。

S3：系统进行降籽晶工艺以及自动过热工艺。

S4：自动过热完成后，系统会给定降温功率45kw，进行快速降温，当液面温度降到1452℃的时候，系统会将45kw自动设为60kw。

S5：当主功率自动设为60kw时，系统会自动开启计时，当引晶功率维持时间达到50min后，系统会报熔接完成，也就是自动调温完成，自动稳温完成，满足引晶条件。

上述的自动记录的引晶功率包括以下步骤：

S23：对记录引晶功率的条件进行判断，判断该引晶功率是否满足记录引晶功率的条件，只有满足条件的引晶功率才被记录，不满足则不被记录，以保证记录的引晶功率能够满足稳温过程中自动调温中维持合适温度，满足引晶正常进行。

记录引晶功率的条件包括：

剩料量大于引晶功率补偿剩料值：具体地，被记录的引晶功率的剩料量大于引晶功率补偿剩料值，优选的，该引晶功率补偿剩料值为初始投料量减去消耗量，该消耗量为10-40kg，优选为20kg，因为坩埚内满料的时候，热屏机构、坩埚、加热器，这三者的相对距离是相对固定的，因为引晶功率的大小主要取决于液口距(导流筒下沿与硅溶液的液面距离)与热场的相对位置，液口距距离热场越远要想保持相对稳定的温度所需要的功率就越大，所以需要记录满埚料引晶时的引晶功率，当不是满埚料时，所记录的引晶功率所对应的剩料量要大于引晶功率补偿剩料值，也就是，剩料量大于初始投料量减去消耗量，满足此条件的引晶功率才被记录。

平均引晶拉速满足稳温的温度要求：具体地，被记录的引晶功率满足平均引晶拉速满足稳温的温度要求，该引晶拉速范围符合合适稳温温度，优选的，被记录的引晶功率满足平均引晶拉速为200mm/hr-350mm/hr，平均拉速在200-350mm/hr范围内。因为平均引晶拉速，是反映稳温温度的最直观体现，平均引晶拉速越小(小于200mm/hr)说明稳温的温度越高，平均引晶拉速越大(大于350mm/hr)说明稳温的温度越低，极端的稳温温度证明引晶功率也是极端值，不在范围内的不能记录。

手动调节功率的变化值满足引晶要求：具体的，在引晶过程中，手动调节功率的变化值满足引晶要求，不满足引晶要求不被记录，手动调节功率的变化值不大于记录的引晶功率的偏差值时，引晶功率被记录，手动调节功率的变化值大于记录的引晶功率的偏差值时，引晶功率不被记录。因为有时操作人员在稳温完成后，发现籽晶状态并没有完全满足引晶条件，为了抢抓工时，盲目进行引晶，为了保证引晶放肩成活，操作人员往往习惯在引晶过程中手动调节功率。这种进入引晶干预功率成活下来的单晶，该引晶功率值也是不准确的，所以不能记录。该记录的引晶功率的偏差值为1-5kw，优选为2kw。以一个实例进行说明：进行稳温时，此时功率68kw，若稳温温度正常，以此功率作为引晶功率进行稳温；若稳温温度偏高，则进行人工手动调节功率，将该功率降低，在操作过程中将该功率降低了3kw，将功率调节为65kw，且设定记录的引晶功率的偏差值2kw，但该手动调节功率的变化值3kw大于记录的引晶功率的偏差值2kw，所以该功率68kw不进行记录；若将该功率降低了1kw，将功率将调节为67kw，且设定记录的引晶功率的偏差值2kw，该手动调节功率的变化值1kw小于记录的引晶功率的偏差值2kw，所以该功率68kw被记录。

是否进入等径和/或进入等径一定长度范围内：被记录的引晶功率必须是进入等径过程中，也可以是进入等径一定长度范围内，该等径的长度范围为0-200mm，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。该条件的设置，提高了单晶的成活率，记录的引晶功率保证是可以成晶的。

记录的引晶功率必须满足上述的四个条件中的第一个条件：剩料量大于引晶功率补偿剩料值，即可以满足自动稳温的需求，保证了自动稳温稳定、准确的进行，保证引晶的稳定、准确的进行，可以说引晶功率记录不准确的话，自动稳温无法正常使用，也使得引晶不能正常进行。优选的，当记录的引晶功率满足第一个条件：剩料量大于引晶功率补偿剩料值，同时满足剩下的三个条件中的一个或多个时，使得自动稳温更加准确、稳定的进行。

S24：若符合记录引晶功率的条件时，则系统自动记录引晶功率；否则，则进行下一步；具体地，

S241：当符合记录引晶功率的条件时，则自动记录引晶功率，并存储多次记录引晶功率，可以存储一次记录的引晶功率，也可以存储两次记录的引晶功率，或者是存储记录三次的引晶功率，或者是存储更多次的记录功率，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

S242：将存储的多次记录的引晶功率中的最大值与最小值作对比，若最大值与最小值之差不大于清零差值时，输出存储的多次记录的引晶功率的平均值，该清零差值为1-6kw，优选为3kw，当最大值与最小值之差不大于清零差值时，说明引晶功率不受外部环境影响，系统输出到自动调温的引晶功率值为多次记录的引晶功率的平均值。

否则，进行下一步；

S243：若最大值与最小值之差大于清零差值时，也就是，最大值与最小值之差大于3kw时，则清零重新记录。由于外部环境的改变，也就是，由于热场改变或者炉台大清等导致炉台功率变化的各种情况，影响引晶功率，为了避免记录的引晶功率受这些外部环境影响，所以需要定期维护、检查记录的引晶功率。如果记录的多次炉引晶功率，之间最大值与最小值差值大于3KW时，需要清零引晶功率重新记录，以保证记录的引晶功率准确，保证稳温的正常进行，保证引晶正常进行。

S25：若不符合记录引晶功率的条件，则不进行引晶功率记录，以保证稳温的正常进行，进而保证引晶的正常进行。

下面举个例子进行说明，如下表所示，

在进行引晶功率记录时，首先进行条件判断，判断是否符合记录引晶功率的条件，在本实施例中，被记录的引晶功率均满足记录引晶功率的条件，并进行引晶功率的记录，第一次稳温时记录的引晶功率为60.1kw，第二次稳温时记录的引晶功率为60.4kw，第三次稳温时记录的引晶功率为59.8kw，进行了三次稳温时的记录的引晶功率，则系统输出到稳温过程中自动调温的引晶功率值是被记录的三次引晶功率的平均值，则输出的引晶功率为60.1kw，后续的自动调温时的引晶功率为60.1kw。

自动调温完成后，进行步骤S3，具体包括以下步骤：

S31：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最大值：具体地，在进行籽晶直径测量时，采用CCD工业相机进行籽晶直径的捕捉测量，进行籽晶直径的测量，且CCD时时将测量的结果传送给控制装置，控制装置对籽晶直径测量过程中进行计时，该籽晶直径测量的时间为30-90s，根据实际需求进行选择，在籽晶直径测量的时间内，控制装置记录测量的籽晶的直径最大值。这里，控制装置可以是PLC控制器，或者是CPU，或者是其他控制装置，根据实际需求进行选择。

该籽晶直径测量的时间为在降籽晶过程中，当籽晶接触到硅溶液时，系统开启CCD进行籽晶直径的捕捉测量，捕捉测量的时间是该参数的设定值，是一个固定值，为30-90s，根据实际需求进行选择。

S32：根据坩埚内硅溶液液面温度进行自动调温，将硅溶液液面温度调至熔接温度；

S33：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最小值；具体地，当硅溶液的液面温度达到熔接温度后，进行过热熔接，并开始计时，在过热熔接的检测时间内应用CCD进行籽晶直径的测量，控制装置在这一时间段内，检测记录籽晶直径的最小值，这里，熔接温度为1454-1460℃，过热熔接的检测时间为判断过热籽晶直径缩进时的检测时间，该过热熔接的检测时间为30-90s。

S34：进行籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据过热直径缩小差值判断过热是否完成。具体地，包括以下步骤，

S341：用步骤S1中的籽晶直径的最大值与步骤S3中的籽晶直径的最小值进行差值计算，也就是用步骤S1中的籽晶直径的最大值减去步骤S3中的籽晶直径的最小值，即，直径测量时检测到的原生籽晶直径的最大值减去过热籽晶缩进后的直径后得到的差值，该差值为籽晶的过热直径缩小差值；

S342：若籽晶的过热直径缩小差值大于过热直径缩小范围，则判断过热完成，实现自动过热，进行自动降温；否则，进行下一步；具体地，该过热直径缩小范围为0.1-1mm，该过热直径缩小范围为设定的缩小幅度，当过热直径缩小差值大于该设定的缩小幅度时，过热完成，实现自动过热，开始自动降温，继续进行自动稳温流程。

S343：若籽晶的过热直径缩小差值小于过热直径缩小范围，则根据最大过热熔接时间进行自动过热熔接，具体地，

在硅溶液的液面温度达到熔接温度时，开始计时，当计时时间大于最大过热熔接之间后，过热熔接完成，实现自动过热，进行自动降温，这里，最大过热熔接时间为30-60min。

进一步优化方案，在控制装置内设定过热熔接最大时间，若过热熔接超过过热熔接最大时间，则系统进行报警，停止自动过热。具体地，控制装置在籽晶定位完成后，进行籽晶直径测量时，控制装置开始计时，直至过热完成，计时结束，控制装置内预设有编辑好的程序，且在控制装置内预先设定有过热熔接最大时间，如果控制装置记录的过热熔接过程所用的时间大于预设的过热熔接最大时间，则系统进行报警，停止自动过热。该过热熔接最大时间为120-180min。

过热熔接后，设定自动降温功率，进行自动降温：过热熔接完成后，进行自动降温，系统设定自动降温功率，依照该自动降温功率进行降温，当单晶炉内温度降至熔接后引晶功率所对应的液面温度后，系统自动将自动降温功率设定为自动记录的引晶功率，系统按照引晶前引晶功率维持时间进行维持功率，将硅溶液的液面温度维持在引晶温度，便于引晶，完成自动稳温。这里，熔接后引晶功率所对应的液面温度为1451-1453℃，引晶前引晶功率维持时间为30-60min。

硅溶液液面温度维持在引晶温度时，设定引晶功率，进行温度维持，以便于达到引晶温度，进行引晶：液面温度达到熔接后引晶功率所对应的液面温度后，将自动降温功率设为引晶功率，并按照引晶前引晶功率维持时间进行维持功率，以便进行引晶。熔接后引晶功率所对应的液面温度是指设定的一个将自动降温功率恢复到引晶功率的设定值，目的是用于提前将用于快速降温的降温功率提前恢复到引晶功率，该值设定的范围一般在1451℃-1453℃，设定的依据是根据降温的系数来决定的，一般降温系数越小意味着系统给定的降温功率越低，降温的速度越快，由于热场的惰性，所以就需要熔接后引晶功率所对应的液面温度越早达到，即设定为1453或者1452，如果给定1451的话，有可能出现，降温过多，籽晶结片的情况。系统达到设定的引晶前引晶功率维持时间后，即完成了自动稳温工艺，开始引晶。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，自动稳温工艺包括自动降籽晶、自动调温、自动记录引晶功率、自动过热熔接和自动降温，实现自动稳温，缩短稳温工时，提高产量，自动化程度高，提高企业的竞争力，降低劳动强度，提高工作效率，与人工操作相比较，更加的精准、科学、统一，避免由于人工经验不足导致工时浪费，安全性高，避免异常事故的发生。

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 (8)

1.一种自动稳温工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1：自动降籽晶，将所述籽晶定位至原生籽晶处；

所述步骤S1包括以下步骤：

S11：所述籽晶快速降至硅溶液上方的极限位置；

S12：所述籽晶慢速降至所述硅溶液液面处，所述籽晶与所述硅溶液液面接触；

S13：测量装置测量所述籽晶的熔接直径，当所述熔接直径达到下限值时，停止下降；

S2：自动记录引晶功率并进行自动调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度；所述步骤S2中自动记录引晶功率具体包括以下步骤：

S23：对记录引晶功率的条件进行判断：所述记录引晶功率的条件包括：剩料量大于引晶功率补偿剩料值、平均引晶拉速为200mm/hr-350mm/hr、手动调节功率的变化值不大于记录的引晶功率的偏差值、是否进入等径和/或进入等径一定长度范围内；

S24：若符合所述记录引晶功率的条件时，则自动记录引晶功率；否则，则进行下一步；

S25：若不符合记录引晶功率的条件，则不进行引晶功率记录；

S3：进行自动过热熔接；

S4：自动降温；

S5：根据所述自动记录的引晶功率进行温度维持，完成稳温。

2.根据权利要求1所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S13具体为，

当所述籽晶与所述硅溶液液面接触时，所述测量装置开始测量所述籽晶的熔接直径，并根据测量的熔接直径，进行下降距离的选择，根据所述下降距离进行下降；

当所述籽晶的熔接直径达到第一直径时，进行第一下降距离的选择，根据所述第一下降距离，进行下降；以及

重复上述步骤，直至所述籽晶的熔接直径达到所述下限值时，停止下降。

3.根据权利要求1或2所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S2中的自动调温包括以下步骤：

S21：检测所述硅溶液的液面温度，根据所述液面温度进行主功率设定，进行调温，将所述液面温度调至熔接温度；

S22：进行过热熔接。

4.根据权利要求3所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S21包括以下步骤：

S211：检测所述硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S12；若不在，则进行超限报警；

S212：检测所述硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为所述自动记录的引晶功率；若不在，则进行步骤S13；

S213：设定调温功率，进行调温，将所述液面温度调至所述熔接温度范围内。

5.根据权利要求1所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S24包括以下步骤：

S241：当符合所述记录引晶功率的条件时，则自动记录引晶功率，并存储多次记录的引晶功率；

S242：将存储的多次记录的引晶功率中的最大值与最小值作对比，若最大值与最小值之差不大于清零差值时，则输出存储的多次记录的引晶功率的平均值；否则，进行下一步；

S243：若最大值与最小值之差大于清零差值时，则清零重新记录。

6.根据权利要求2或4或5所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：

S31：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录所述籽晶直径的最大值；

S32：根据所述硅溶液的液面温度进行自动调温，将所述硅溶液液面温度调节至熔接温度；

S33：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录所述籽晶直径的最小值；

S34：进行所述籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据所述过热直径缩小差值判断过热是否完成。

7.根据权利要求6所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S34包括以下步骤：

S341：用所述步骤S31中的籽晶直径的最大值与所述步骤S33中的籽晶直径的最小值进行差值计算，所述差值为所述籽晶的过热直径缩小差值；

S342：若所述籽晶的过热直径缩小差值大于过热直径缩小范围，则判断过热完成，实现自动过热，进行自动降温；否则，进行下一步；

S343：若所述籽晶的过热直径缩小差值小于过热直径缩小范围，则根据最大过热熔接时间进行自动过热熔接。

8.根据权利要求7所述的自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S343中的根据最大过热熔接时间进行自动过热具体为：

在所述硅溶液的温度达到所述熔接温度时，开始计时，当所述计时时间大于所述最大过热熔接时间后，过热熔接完成，实现自动过热，进行自动降温。

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