CN114411243B - 温度控制方法和设备、计算机存储介质以及单晶炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种温度控制方法和设备、计算机存储介质以及单晶炉，涉及单晶制造技术领域，用于在加料至调温环节实现智能化的调温，且减少人力资源的投入，降低拉晶成本。所述温度控制方法包括：响应于加料完成信号，根据预设参数，确定第一加热时长；在第一加热时长内，控制主加热器按照第一预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第二预设功率对坩埚进行加热；在第一加热时长后，控制主加热器按照第三预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第四预设功率对坩埚进行加热，并开启熔料监测装置；当熔料的图像信息表征所述熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率。
Description
技术领域
本发明涉及单晶制造技术领域，尤其涉及一种温度控制方法和设备、计算机存储介质以及单晶炉。
背景技术
随着单晶制造行业的快速发展，对制造工艺中自动化及智能化的要求也不断提高。目前，在直拉法制作单晶硅的过程中已实现部分智能化及自动化，但从加料环节至调温环节的阶段还需要人工操作。这一方面会使不同车间和单晶炉之间的实际温度差异较大，控温一致性较差，导致之后工序的成功率低，造成拉晶产能低，拉晶成本高；另一方面因此阶段处于关键阶段，需投入大量人力资源，造成人工成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温度控制方法和设备、计算机存储介质以及单晶炉，用于在加料至调温环节实现智能化的调温，且减少人力资源的投入，降低拉晶成本。
第一方面，本发明提供一种温度控制方法，应用于单晶炉中。单晶炉包括底加热器、主加热器、坩埚以及熔料监测装置。底加热器和主加热器用于对坩埚进行加热。熔料监测装置用于获取坩埚内熔料的图像信息。温度控制方法包括：响应于加料完成信号，根据预设参数，确定第一加热时长。在第一加热时长内，控制主加热器按照第一预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第二预设功率对坩埚进行加热。在第一加热时长后，控制主加热器按照第三预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第四预设功率对坩埚进行加热，并开启熔料监测装置。当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率。
采用上述技术方案的情况下，本发明可以在加料完成后根据预设参数来确定第一加热时长，便于在第一加热时长内控制主加热器和底加热器分别按照不同的预设功率对坩埚进行加热，从而对此阶段的加热实现自动控制。在第一加热时长结束后控制主加热器和底加热器的加热功率改变，同时开启熔料监测装置来获取坩埚内熔料的实际情况，形成图像信息，从而通过熔料监测装置来智能化判断坩埚内熔料实际的化料情况，便于后续控制主加热器和底加热器的加热功率；当熔料的图像信息表征出熔料为全熔状态时，在控制主加热器的加热功率不变的同时降低底加热器的加热功率。因此，本发明提供的温度控制方法可以在加料至调温环节实现对主加热器和底加热器加热功率的自动控制，从而实现对坩埚内熔料的智能化调温，相对于现有技术中加料环节至调温环节的阶段还需要人工操作，本发明基本不再使用人工操作，因此，减少了人力资源的投入，降低了拉晶成本，再者，与人工控制温度相比，本发明中的温度控制方法，由于可以智能调温，因此可以降低不同单晶炉及不同车间之间的温度差异，提高了控温一致性，进而提高了后续的引放成功率，使得引晶拉速在标准拉速范围内的占比有所提高，提高了生产效率。
在一种可能的实现方式中，根据预设参数，确定第一加热时长包括：根据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，确定第一加热时长。
采用上述技术方案的情况下，利用预先设定好的第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，可以确定出第一加热时长，进而可以在第一加热时长内控制主加热器按照第一预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第二预设功率对坩埚进行加热，实现了加料完成后初步化料时的自动控制，与人工判断此阶段的加热时长相比，由于第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量均与坩埚内熔料的加热温度相关，因此，根据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量确定出的第一加热时长更精确，且有利于后续的控温。
在一种可能的实现方式中，根据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，确定第一加热时长满足以下公式：
t1＝AM/{(P1+P2)*B}
其中：t1为第一加热时长，A为加热系数，M为坩埚内熔料的总质量，P1为第一预设功率，P2为第二预设功率，P为引晶功率，B为功率修正系数。
采用上述技术方案的情况下，根据上述公式可以计算出第一加热时长t1。其中，由于主加热器和底加热器对于热量的贡献不一样，有一部分能量会散失掉，为此需引入功率修正系数B，功率修正系数B主要与主加热器功率、底加热器功率、引晶功率有关，本发明提供推算出的功率修正系数B为60/P2*(P2/P1)，在加入功率修正系数B后，计算得出的第一加热时长t1更加准确；因此，采用上述公式计算第一加热时长更准确。
在一种可能的实现方式中，第一预设功率大于第三预设功率，第二预设功率大于第四预设功率。
采用上述技术方案的情况下，主加热器在第一加热时长内的加热功率大于在第一加热时长后的加热功率，底加热器在第一加热时长内的加热功率大于在第一时长后的加热功率。在第一加热时长内，坩埚内的熔料由加料环节进入化料环节，此时主加热器和底加热器的加热功率较高，可以使坩埚内的熔料快速度熔化。第一加热时长结束后，主加热器和底加热器的加热功率都有所降低，在稍低的加热功率下熔料，为后续熔料监测装置获取熔料表征为全熔状态的图像信息做准备，若此时的加热功率过高，会使熔料的状态变化较快，则熔料监测装置获取到的熔料图像信息会发生偏移，进而影响到后续工序。
在一种可能的实现方式中，在第一加热时长后，控制主加热器按照第三预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第四预设功率对坩埚进行加热，并开启熔料监测装置后，在当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率前，温度控制方法还包括：控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的图像信息；其中，熔料的图像信息包括熔料的固液比例；当熔料的固液比例满足全熔比例时，确定熔料为全熔状态。
采用上述技术方案的情况下，在开启熔料监测装置后，控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的固液比例，当熔料的固液比例满足全熔比例时，确定坩埚内的熔料处于全熔状态。具体地，熔料监测装置利用获取的熔料图像中固态熔料和液态熔料之间不同的灰度值来分别获取固态熔料和液态熔料之间的比例，形成熔料的固液比例；当熔料的固液比例下降到一个预设的固液比例范围时，判定此时坩埚内的熔料处在全熔状态，便于后续执行降低底加热器加热功率的命令。预设的固液比例范围即为全熔比例。因此，本发明可以通过熔料监测装置来实时监测坩埚内熔料的固液比例，以此为依据判断降低底加热器加热功率的时机，进一步实现了智能化控温。相较于现有技术中的人工判断，本发明在降低底加热器的加热功率的时机判断上更智能化，更具准确性。
在一种可能的实现方式中，全熔比例为熔料的固液比例范围为0.1～0.4。
采用上述技术方案的情况下，当熔料监测装置获取的熔料的固液比例处在0.1～0.4之间时，确定坩埚内的熔料为全熔状态。在实际中，该范围根据坩埚内熔料的实际固液状态确定，因此，在熔料的固液比例处在0.1～0.4时，可以更准确地掌握降低底加热器加热功率的时机。
在一种可能的实现方式中，单晶炉还包括位于坩埚上方的换热器，换热器用于对坩埚进行换热。在当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率之后，温度控制方法还包括：调整坩埚的转速，以及调整换热器的位置至引放位置。控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的图像信息。其中，熔料的图像信息包括熔料的图像亮度。根据熔料的图像亮度，调整主加热器的加热功率。
采用上述技术方案的情况下，在降低底加热器的加热功率之后，调整坩埚的转速，调整换热器的位置至引放位置。其中，引放位置为本领域技术人员所熟知的根据实际工艺需求放置的换热器的位置。检测到换热器处在引放位置后，控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的图像亮度，然后根据熔料的图像亮度，调整主加热器的加热功率。具体地，熔料监测装置可以通过获取到的熔料的图像来识别出熔料的图像亮度，实时获取的图像亮度可以反映出当前的加热功率，作为调整主加热器加热功率的参考值，故可以根据熔料的图像亮度调整主加热器的加热功率，提高了本发明的智能化程度。且与人工调整加热功率相比，本发明的智能化调整步骤更加准确，避免了人为操作的不稳定性。
在一种可能的实现方式中，根据熔料的图像亮度，调整主加热器的加热功率包括：根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第一预设关系，对主加热器的加热功率进行第一次调整。当熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第二预设关系，对主加热器的加热功率进行第二次调整。
采用上述技术方案的情况下，在接收到换热器处于引放位置的信号后，先根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第一预设关系，对主加热器的加热功率进行第一次调整，在第一次调整过程中，当熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第二预设关系，对主加热器的加热功率进行第二次调整。两次调整后，熔料的图像亮度达到目标亮度，坩埚内熔料的温度也维持稳定，便于进行后续的引晶步骤。与现有技术中相比，上述步骤大大提升了引放成功率，同时拉晶拉速维持在标准拉速范围内的占比进一步提高，提高了生产效率。
在一种可能的实现方式中，第一预设关系满足以下公式：
P′＝P3+(X+10-Y)*1.5
其中：P3为第三预设功率，P′为主加热器的加热功率，X为目标亮度，Y为熔料的图像亮度；
第二预设关系满足以下公式：
P′＝P+(Y-X)*1.5
其中：P为引晶功率，P′为主加热器的加热功率，X为目标亮度，Y为熔料的图像亮度。
采用上述技术方案的情况下，其中，当换热器处在引放位置后，主加热器的加热功率会在第一预设关系满足的公式下循环改变，熔料的图像亮度也不断改变，直至熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，对主加热器的加热功率执行按照第二预设关系满足的公式执行第二次调整，通过改变主加热器的加热功率，将熔料的图像亮度逐渐调整至目标亮度，至此完成调温。因此，与现有技术相比，本发明通过熔料监测装置及上述两个公式对主加热器的加热功率进行调整，进而对熔料的亮度进行调节，实现智能化调温的目的，提高了控温的一致性，有利于后续的引晶。
在一种可能的实现方式中，目标数值范围包括：10nit～12nit；和/或，所目标亮度的范围包括：40nit～60nit。
采用上述技术方案的情况下，当熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值处于10nit～12nit之间时，主加热器的加热功率的计算公式由第一预设关系满足的公式转为第二预设关系满足的公式。在主加热器的加热功率按照第二预设关系满足的公式调整的过程中，当熔料的图像亮度循环至达到40nit～60nit时，符合目标亮度的要求范围，调温结束。基于此，与现有技术相比，本发明更智能化，可以更准确地控制不同车间或不同单晶炉之间的温度，进一步保证了控温的一致性。
第二方面，本发明还提供一种温度控制设备，包括：处理器和通信接口，通信接口和处理器耦合，处理器用于运行计算机程序或指令，以实现第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的温度控制方法。
与现有技术相比，本发明提供的温度控制设备的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的有益效果相同，此处不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种计算机存储介质。计算机存储介质中存储有指令，当指令被运行时，实现第一方面和第一方面任一可能的实现方式描述的温度控制方法。
与现有技术相比，本发明提供的计算机存储介质的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的温度控制方法的有益效果相同，此处不做赘述。
第四方面，本发明还提供一种单晶炉，单晶炉包括：主加热器、底加热器、坩埚、熔料监测装置以及上述温度控制设备。温度控制设备与主加热器、底加热器以及熔料监测装置通信连接。底加热器和主加热器用于对坩埚进行加热。熔料监测装置用于获取坩埚内熔料的图像信息。
与现有技术相比，本发明提供的单晶炉的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的温度控制方法的有益效果相同，此处不做赘述。
在一种可能的实现方式中，单晶炉还包括：拉晶装置、温度监测装置和换热器。上述温度控制设备与拉晶装置、温度监测装置和换热器通信连接。换热器位于坩埚上方，用于对坩埚进行换热。温度监测装置靠近坩埚设置，用于监测坩埚内的温度。拉晶装置位于坩埚上方，用于利用坩埚内熔料拉制单晶硅棒。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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为本发明实施例提供的温度控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中提供的功率-时间的折线示意图；
图3为本发明实施例提供的一种温度控制设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。
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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1示例出了本发明实施例提供的温度控制方法的流程图。图2示例出了本发明实施例中提供的功率-时间的折线示意图。该温度控制方法可以应用于单晶炉中，单晶炉包括底加热器、主加热器、坩埚以及熔料监测装置。底加热器和主加热器用于对坩埚进行加热。熔料监测装置用于获取坩埚内熔料的图像信息。
如图1所示，本发明实施例提供的温度控制方法包括：
S101，响应于加料完成信号，根据预设参数，确定第一加热时长。
其中，根据预设参数，确定第一加热时长可以包括：根据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，确定第一加热时长。
基于此，利用预先设定好的第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，可以确定出第一加热时长，进而可以在第一加热时长内控制主加热器按照第一预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第二预设功率对坩埚进行加热，实现了加料完成后初步化料时的自动控制，与人工判断此阶段的加热时长相比，由于第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量均与坩埚内熔料的加热温度相关，因此，根据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量确定出的第一加热时长更精确，且有利于后续的控温。
示例性的，上述据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，确定第一加热时长满足以下公式：
t1＝AM/{(P1+P2)*B}
其中：t1为第一加热时长，A为加热系数，M为坩埚内熔料的总质量，P1为第一预设功率，P2为第二预设功率，P为引晶功率，B为功率修正系数。
在实际中，上述确定第一加热时长的公式的具体确定过程如下：基于坩埚内的熔料在第一加热时长t1满足能量守恒定律，主加热器和底加热器产生的热量等于熔料吸收的热量，即满足以下公式：Q放＝Q吸，其中：Q放为主加热器和底加热器产生的热量，Q吸为熔料吸收的热量。根据焦耳定律可知，Q放＝P总*t1，其中：Q放为主加热器和底加热器产生的热量，P总为第一加热时长内主加热器和底加热器的总功率，t1为第一加热时长。由于主加热器和底加热器对于热量的贡献不相同，再考虑到散失掉的部分能量，故需引入功率修正系数B，功率修正系数B主要与主加热器的功率、底加热器的功率以及引晶功率相关，在本发明实施例中，功率修正系数B为引晶功率以及主加热器的加热功率与底加热器的加热功率的比值，示例性的，在一个具体的实施例中，B可以为60/P2*(P2/P1)，其中：P1为第一预设功率，P2为第二预设功率，P为引晶功率；此时主加热器和底加热器产生的热量由以下公式表示：Q放＝(P1+P2)*60/[P2*(P2/P1)]*t1，其中：Q放为主加热器和底加热器产生的热量。根据由比热容计算的热量公式可知，Q吸＝cM△t，其中：Q吸为熔料吸收的热量，c为熔料的比热容，M为坩埚内熔料的总质量，△t为液面温度差，通过△t＝(化料开始的温度-化料结束的温度)/时间计算得出；在坩埚内的熔料熔完时，c*△t几乎为定值，即Q吸可以写作：Q吸＝AM，其中：A为加热系数，经大量现场数据测算得出A＝0.1512KJ/kg，M为坩埚内熔料的总质量。
因此，联立上述公式可得，根据第一预设功率、第二预设功率、引晶功率和坩埚内熔料的总质量，确定第一加热时长满足以下公式：
t1＝AM/{(P1+P2)*60/[P2*(P2/P1)]}。
基于此，根据上述公式可以计算出第一加热时长t1。其中，60/P2*(P2/P1)为推算出的功率修正系数，在加入功率修正系数后，计算得出的第一加热时长t1更加准确；因此，采用上述公式计算第一加热时长更准确。A为加热系数，在同一生产环境下为一常数，可以通过大量的现场数据测算得出，用于判断上述公式计算出的数值是否准确。具体地，可以经由上述确定t1的公式可以推出A的计算公式，将计算得出的A与测算出的常数A相对比，当计算得出的A与测算出的常数A相同时，则判定上述公式计算出的数值符合要求。加热系数A的实际取值与热场的位置、尺寸等相关，在本发明实施例提供中测算出的A的值为0.1512KJ/kg，仅作为举例说明，并不限定A的值。
在一些示例中，在确定出第一加热时长的同时，本发明实施例提供的温度控制方法还包括：同步控制坩埚降到预设位置，提示现场人员将换热器降到靶心位置。其中，靶心位置为本领域技术人员所熟知的根据实际工艺需求所放置的换热器的位置。
S102，在第一加热时长内，控制主加热器按照第一预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第二预设功率对坩埚进行加热。
在第一加热时长内，坩埚内的熔料由加料环节进入化料环节，此时主加热器和底加热器的加热功率较高，可以使坩埚内的熔料快速度熔化。
S103，在第一加热时长后，控制主加热器按照第三预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第四预设功率对坩埚进行加热，并开启熔料监测装置。
作为一种可能的实现方式，第一预设功率大于第三预设功率，第二预设功率大于第四预设功率。
由此可知，主加热器在第一加热时长内的加热功率大于在第一加热时长后的加热功率，底加热器在第一加热时长内的加热功率大于在第一时长后的加热功率。第一加热时长结束后，主加热器和底加热器的加热功率都有所降低，在稍低的加热功率下熔料，为后续熔料监测装置获取熔料表征为全熔状态的图像信息做准备，若此时的加热功率过高，会使熔料的状态变化较快，则熔料监测装置获取到的熔料图像信息会发生偏移，进而影响到后续工序。
S104，当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率。
在当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率中，底加热器降低后的加热功率会维持在一个较低的恒定数值(＜10kW)，此时判断底加热器为关闭状态。
本发明实施例中，对每个阶段的加热功率进行预设，可以在不影响工时的情况下控制熔料的加热功率，进而使得温度控制得更精确，提高了生产效率。
基于此，本发明实施例可以在加料完成后根据预设参数来确定第一加热时长，便于在第一加热时长内控制主加热器和底加热器分别按照不同的预设功率对坩埚进行加热，从而对此阶段的加热实现自动控制。在第一加热时长结束后控制主加热器和底加热器的加热功率改变，同时开启熔料监测装置，获取坩埚内熔料的图像信息，通过该图像信息可以智能化判断坩埚内熔料实际的化料情况，便于后续控制主加热器和底加热器的加热功率。当熔料的图像信息表征出熔料为全熔状态时，在控制主加热器的加热功率不变的同时降低底加热器的加热功率。因此，本发明实施例提供的温度控制方法可以在加料至调温环节实现对主加热器和底加热器加热功率的自动控制，从而实现对坩埚内熔料的智能化的控制及调温，相对于现有技术中加料环节至调温环节的阶段还需要人工操作，本发明实施例基本不再使用人工操作，因此，减少了人力资源的投入，降低了拉晶成本，再者，与人工控制温度相比，本发明实施例中的温度控制方法，由于可以智能调温，因此可以降低了不同单晶炉及不同车间之间的温度差异，提高了控温一致性，进而提高了后续的引放成功率，使得引晶拉速在标准拉速范围内的占比有所提高，提高了生产效率。
作为一种可能的实现方式，在第一加热时长后，控制主加热器按照第三预设功率对坩埚进行加热，控制底加热器按照第四预设功率对坩埚进行加热，并开启熔料监测装置后，在当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率前，温度控制方法还包括：控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的图像信息；其中，熔料的图像信息包括熔料的固液比例；当熔料的固液比例满足全熔比例时，确定熔料为全熔状态。
由此可见，在开启熔料监测装置后，控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的固液比例，当熔料的固液比例满足全熔比例时，确定坩埚内的熔料处于全熔状态。具体地，熔料监测装置利用获取的熔料图像中固态熔料和液态熔料之间具有不同的灰度值来分别获取固态熔料和液态熔料之间的比例，形成熔料的固液比例。当熔料的固液比例到达一个预设的固液比例范围时，判定此时坩埚内的熔料处在全熔状态，此时，降低底加热器加热功率，将底加热器的加热功率降低至关闭状态。
基于此，本发明实施例可以通过熔料监测装置来实时监测坩埚内熔料的固液比例，以此为依据判断关闭底加热器加热功率的时机，进一步实现了智能化控温。相较于现有技术中的人工判断，本发明实施例在降低底加热器的加热功率的时机判断上更智能化，更具准确性。
在一些示例中，熔料监测装置可以利用CCD图片成像技术来获取熔料的图像，进而获取固态熔料与液态熔料之间的比例。具体的，将熔料监测装置实时获取的熔料图像进行二值化后，二值化后的熔料图像的黑色区域为固体熔料，白色区域为液体熔料。
在本发明实施例中，上述预设的固液比例范围为全熔比例范围。
作为一种优选的实施方式，上述全熔比例为熔料的固液比例范围为0.1～0.4。
基于此，当熔料监测装置获取的熔料的固液比例处在0.1～0.4之间时，确定坩埚内的熔料为全熔状态。具体的，该范围根据坩埚内熔料的实际固液状态确定，因此，在熔料的固液比例处在0.1～0.4时，可以更准确地掌握降低底加热器加热功率的时机。
在现有技术中，关闭底加热器的时机为人工判断熔料熔至单晶炉的热屏口大小后关闭底加热器，此时主加热器的加热功率比引晶功率高15-20kW。由于在加料工序中提升了换热器的位置，导致单晶炉内视野较小，无法人为判断单晶炉内熔料实的际化料状态情况。而本发明实施例提供的温度控制方法可以利用现有视野，通过熔料监测装置判断料块是否快要熔完，同时配合给出预设加热功率来控制亮度不会飘高的工艺，智能化地给出更具准确性的关闭底加热器的时机。
作为一种可能的实现方式，单晶炉还包括位于坩埚上方的换热器，换热器用于对坩埚进行换热。在当熔料的图像信息表征熔料为全熔状态时，控制主加热器的加热功率不变，降低底加热器的加热功率之后，温度控制方法还包括：调整坩埚的转速，以及调整换热器的位置至引放位置。控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的图像信息。其中，熔料的图像信息包括熔料的图像亮度。根据熔料的图像亮度，调整主加热器的加热功率。
基于此，在降低底加热器的加热功率之后，调整坩埚转速，调整换热器的位置至引放位置。其中，引放位置为本领域技术人员所熟知的根据实际工艺需求放置的换热器的位置。检测到换热器处在引放位置后，控制熔料监测装置实时获取坩埚内熔料的图像亮度，然后根据熔料的图像亮度，调整主加热器的加热功率。具体地，熔料监测装置可以通过获取到的熔料的图像来得到出熔料的图像亮度。由于实时获取的图像亮度可以反映出当前的加热功率，故图像亮度可以作为调整主加热器加热功率的参考值，进一步的，可以根据熔料的图像亮度调整主加热器的加热功率，基于此，提高了本发明实施例的智能化程度。再者，与人工调整主加热器的加热功率相比，本发明实施例根据实时获取的图像亮度调整主加热器的加热功率，不仅避免了人为操作的不稳定性，而且还可以提高调温过程的智能化程度。
在一些示例中，上述调整坩埚的转速，以及调整换热器的位置至引放位置可以为：控制坩埚转速调整为5rpm～10rpm(例如可以为5rpm、7rpm或10rpm)，启动报警器报警，工作人员在接到报警后，控制换热器调整至引放位置。
作为一种可能的实现方式，根据熔料的图像亮度，调整主加热器的加热功率包括：根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第一预设关系，对主加热器的加热功率进行第一次调整。当熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第二预设关系，对主加热器的加热功率进行第二次调整。
由此可见，在接收到换热器处于引放位置的信号后，先根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第一预设关系，对主加热器的加热功率进行第一次调整，在第一次调整过程中，当熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，根据熔料的图像亮度与目标亮度之间的第二预设关系，对主加热器的加热功率进行第二次调整。两次调整后，熔料的图像亮度达到目标亮度，坩埚内熔料的温度也维持稳定，便于进行后续的引晶步骤。与现有技术中相比，上述步骤大大提升了引放成功率，同时拉晶拉速维持在标准拉速范围内的占比进一步提高，提高了生产效率。
在一些示例中，第一预设关系满足以下公式：
P′＝P3+(X+10-Y)*1.5
其中：P3为第三预设功率，P′为主加热器的加热功率，X为目标亮度，Y为熔料的图像亮度；
第二预设关系满足以下公式：
P′＝P+(Y-X)*1.5
其中：P为引晶功率，P′为主加热器的加热功率，X为目标亮度，Y为熔料的图像亮度。
其中，当换热器处在引放位置后，主加热器的加热功率会在第一预设关系满足的公式下循环改变，熔料的图像亮度也不断改变，直至熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，对主加热器的加热功率执行按照第二预设关系满足的公式执行第二次调整，通过改变主加热器的加热功率，将熔料的图像亮度逐渐调整至目标亮度，至此完成调温。因此，与现有技术相比，本发明实施例通过熔料监测装置及上述两个公式对主加热器的加热功率进行调整，进而实现对熔料的亮度进行调节，实现智能化调温的目的，提高了控温的一致性，有利于后续的引晶。
在一些示例中，目标数值范围包括：10nit～12nit；和/或，所目标亮度的范围包括：40nit～60nit。
基于此，当熔料的图像亮度与目标亮度之间的差值处于10nit～12nit之间时，主加热器的加热功率的计算公式由第一预设关系满足的公式转为第二预设关系满足的公式。在主加热器的加热功率按照第二预设关系满足的公式调整的过程中，当熔料的图像亮度循环至达到40nit～60nit时，符合目标亮度的要求范围，调温结束。基于此，与现有技术相比，本发明实施例更智能化，可以更准确地控制不同车间或不同单晶炉之间的温度，进一步保证了控温的一致性。
如图2所示，当目标亮度为50nit时，可以在当熔料的图像亮度大于目标亮度10nit时，将主加热器的加热功率的计算公式由第一预设关系满足的公式转为第二预设关系满足的公式，此时的熔料图像亮度为60nit。
为了证明本发明实施例提供的温度控制方法可以提高的引放成功率以及提高引晶拉速在标准拉速范围内的占比，对不同炉型的单晶炉分别多次进行实验，测得的各项数据见表1。
其中，引晶拉速的拉速范围被控制在180mm/h～200mm/h之间为证明本发明实施例提供的温度控制方法的控温效果好的判定方法之一，在本发明实施例中，当引晶拉速在此拉速范围内时，后续的引放成功率较高。其主要原因为，当引晶拉速小于该范围时，引晶时的温度过高，此时籽晶处的热应力较强，导致后续拉晶时籽晶容易断裂；当引晶拉速大于该范围时，引晶时的温度过低，此时在引晶的过程中，籽晶上的位错无法全部滑移消除，容易产生损伤，进而导致断裂。可以理解的是，本发明实施例中引晶拉速的范围仅作为举例说明，并不限定其范围。
表1实验前后不同炉型及炉号单晶炉的引晶拉速和引放成功率对比
由表1可知，两种炉型的单晶炉在实验前将拉速控制在180mm/h～200mm/h的比例分别为30％和50％；而采用本发明实施例提供的温度控制方法后，将拉速控制在180mm/h～200mm/h的比例分别为100％和75％。引晶拉速的控制不仅为提高引放成功率打下了坚实的基础，还对于后续在技术研发试验过程中如何控制引晶拉速提供了参考。同时，两种炉型的引放成功率分别为90％和100％，综合引放成功率为93％，相比于实验前72％的引放成功率，有21％的提升，有效提升了生产效率，降低了生产成本。
参照图3，上述温度控制设备执行的动作可以作为计算机指令存储在温度控制设备的存储器220中，存储器220中存储的计算机指令由处理器210来执行。
温度控制设备200包括：处理器210和通信接口230，通信接口230和处理器210耦合，处理器210用于运行计算机程序或指令。温度控制设备200可以通过通信接口230与切片设备、脱胶设备、插片分选设备以及分选设备的驱动组件进行通信。
如图3所示，上述处理器210可以是一个通用中央处理器(centralprocessingunit，CPU)，微处理器，专用集成电路(application-specific integratedcircuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。上述通信接口230可以为一个或多个。通信接口230可使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信。
如图3所示，上述温度控制设备200还可以包括通信线路240。通信线路240可包括一通路，在上述组件之间传送信息。
可选的，如图3所示，温度控制设备200还可以包括存储器220。存储器220用于存储执行本发明方案的计算机指令，并由处理器210来控制执行。处理器210用于执行存储器220中存储的计算机指令。
如图3示，存储器220可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compactdisc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。存储器220可以是独立存在，通过通信线路240与处理器210相连接。存储器220也可以和处理器210集成在一起。
可选的，本发明实施例中的计算机指令也可以称之为应用程序代码，本发明实施例对此不作具体限定。
在具体实现中，作为一种实施例，如图3所示，处理器210可以包括一个或多个CPU，如图3中的CPU0和CPU1。
在具体实现中，作为一种实施例，如图3所示，温度控制设备200可以包括多个处理器210，如图3中的处理器210和处理器250。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器，也可以是一个多核处理器。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当指令被运行时，实现上述实施例中由温度控制设备执行的功能。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行计算机程序或指令时，全部或部分地执行本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、终端、用户设备或者其它可编程装置。计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘(digital video disc，DVD)；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘(solid state drive，SSD)。
本发明实施例还提供一种单晶炉，单晶炉包括：主加热器、底加热器、坩埚、熔料监测装置以及上述温度控制设备。温度控制设备与主加热器、底加热器以及熔料监测装置通信连接。底加热器和主加热器用于对坩埚进行加热。熔料监测装置用于获取坩埚内熔料的图像信息。
与现有技术相比，本发明提供的单晶炉的有益效果与上述温度控制方法的有益效果相同，此处不做赘述。
作为一种可能的实现方式，单晶炉还包括：拉晶装置、温度监测装置和换热器。上述温度控制设备与拉晶装置、温度监测装置和换热器通信连接。换热器位于坩埚上方，用于对坩埚进行换热。温度监测装置靠近坩埚设置，用于监测坩埚内的温度。拉晶装置位于坩埚上方，用于利用坩埚内熔料拉制单晶硅棒。
在一些示例中，单晶炉还包括报警器，用于在调整坩埚埚转时报警。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种温度控制方法，其特征在于，应用于单晶炉中，所述单晶炉包括底加热器、主加热器、坩埚以及熔料监测装置，所述底加热器和所述主加热器用于对所述坩埚进行加热，所述熔料监测装置用于获取所述坩埚内熔料的图像信息；所述温度控制方法包括：
响应于加料完成信号，根据预设参数，确定第一加热时长；
在所述第一加热时长内，控制所述主加热器按照第一预设功率对所述坩埚进行加热，控制所述底加热器按照第二预设功率对所述坩埚进行加热；
在所述第一加热时长后，控制所述主加热器按照第三预设功率对所述坩埚进行加热，控制所述底加热器按照第四预设功率对所述坩埚进行加热，并开启所述熔料监测装置；
当所述熔料的图像信息表征所述熔料为全熔状态时，控制所述主加热器的加热功率不变，降低所述底加热器的加热功率；
所述根据预设参数，确定第一加热时长包括：
根据所述第一预设功率、所述第二预设功率、引晶功率和所述坩埚内熔料的总质量，确定所述第一加热时长；
所述第一预设功率大于所述第三预设功率，所述第二预设功率大于所述第四预设功率；
在第一加热时长后，控制所述主加热器按照第三预设功率对坩埚进行加热，控制所述底加热器按照第四预设功率对坩埚进行加热，并开启熔料监测装置后，在当所述熔料的图像信息表征所述熔料为全熔状态时，控制所述主加热器的加热功率不变，降低所述底加热器的加热功率前，所述温度控制方法还包括：
控制所述熔料监测装置实时获取所述坩埚内熔料的图像信息；其中，所述熔料的图像信息包括所述熔料的固液比例；
当所述熔料的固液比例满足全熔比例时，确定所述熔料为全熔状态；
所述根据所述第一预设功率、所述第二预设功率、引晶功率和所述坩埚内熔料的总质量，确定第一加热时长满足以下公式：
t1＝AM/{(P1+P2)*B}
其中：t1为所述第一加热时长，A为加热系数，M为所述坩埚内熔料的总质量，P1为所述第一预设功率，P2为所述第二预设功率，P为引晶功率，B为功率修正系数，B＝60/P2*(P2/P1)，P为引晶功率。
2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，所述全熔比例为所述熔料的固液比例范围为0.1～0.4。
3.根据权利要求1～2任一项所述的温度控制方法，其特征在于，所述单晶炉还包括位于所述坩埚上方的换热器，所述换热器用于对所述坩埚进行换热；
在当所述熔料的图像信息表征所述熔料为全熔状态时，控制所述主加热器的加热功率不变，降低所述底加热器的加热功率之后，所述温度控制方法还包括：
调整所述坩埚的转速，以及调整所述换热器的位置至引放位置；
控制所述熔料监测装置实时获取所述坩埚内熔料的图像信息；其中，所述熔料的图像信息包括所述熔料的图像亮度；
根据所述熔料的图像亮度，调整所述主加热器的加热功率。
4.根据权利要求3所述的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述熔料的图像亮度，调整所述主加热器的加热功率包括：
根据所述熔料的图像亮度与目标亮度之间的第一预设关系，对所述主加热器的加热功率进行第一次调整；
当所述熔料的图像亮度与所述目标亮度之间的差值满足目标数值范围时，根据所述熔料的图像亮度与所述目标亮度之间的第二预设关系，对所述主加热器的加热功率进行第二次调整。
5.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，所述第一预设关系满足以下公式：
P′＝P3+(X+10-Y)*1.5
其中：P3为第三预设功率，P′为主加热器的加热功率，X为目标亮度，Y为熔料的图像亮度；
和/或，所述第二预设关系满足以下公式：
P′＝P+(Y-X)*1.5
其中：P为引晶功率，P′为主加热器的加热功率，X为目标亮度，Y为熔料的图像亮度。
6.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，所述目标数值范围为10nit～12nit；
和/或，所述目标亮度的范围为40nit～60nit。
7.一种温度控制设备，其特征在于，包括：处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现权利要求1～6任一项所述的温度控制方法。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，实现权利要求1～6任一项所述的温度控制方法。
9.一种单晶炉，其特征在于，所述单晶炉包括：主加热器、底加热器、坩埚、熔料监测装置以及权利要求7所述的温度控制设备，所述温度控制设备与所述主加热器、所述底加热器以及所述熔料监测装置通信连接；所述底加热器和所述主加热器用于对所述坩埚进行加热，所述熔料监测装置用于获取所述坩埚内熔料的图像信息。
10.根据权利要求9所述的单晶炉，其特征在于，所述单晶炉还包括：拉晶装置、温度监测装置和换热器，所述温度控制设备与所述拉晶装置、所述温度监测装置和所述换热器通信连接；所述换热器位于所述坩埚上方，用于对所述坩埚进行换热；所述温度监测装置靠近所述坩埚设置，用于监测所述坩埚内的温度；所述拉晶装置位于所述坩埚上方，用于利用所述坩埚内熔料拉制单晶硅棒。
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