CN214060710U - 晶体生长装置的控制系统和晶体生长装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶体生长装置的控制系统和晶体生长装置，晶体生长装置包括炉体、坩埚和冷却套，冷却套沿坩埚的轴向可移动，控制系统包括量测装置、调节装置和控制装置，量测装置用于获取晶体等径生长阶段的直径，调节装置用于驱动冷却套沿坩埚的轴向移动，控制装置与量测装置和调节装置分别通信，且控制装置用于根据量测装置的反馈控制调节装置的状态。根据本实用新型的晶体生长装置的控制系统，便于调整固液界面处的温度梯度，使得晶体缺陷较少、直径满足预定直径。

Description

晶体生长装置的控制系统和晶体生长装置

技术领域

本实用新型涉及晶体加工设备技术领域，尤其是涉及一种晶体生长装置的控制系统和晶体生长装置。

背景技术

根据Voronkov提出的理论，若是要在晶体生长过程中消除单晶生长所产生的结晶缺陷，则晶体在固液界面处的轴向温度梯度沿着径向需要保持一定的均匀性，并且晶体生长速度与固液界面处的轴向温度梯度的比值V/G必须被控制在一定的范围内；其中，V 为长晶时的提拉速度，G为固液界面的温度梯度，V/G过大时晶体内缺陷偏向空孔型，反之，V/G过小时晶体内缺陷偏向插入型。

在晶体等径生长阶段，为使得晶体直径达到预定直径，需要对固液界面处的温度梯度做相应调整。然而，相关技术中固液界面处的温度梯度较难控制，且难以准确测量，一般都是通过数值模拟的方式获得或通过数值模拟的方式来设计热场，从而难以拉制出缺陷较少、直径满足预定直径的晶体。

还有一些技术中，通过调整导流筒与固液界面间的高度，来调整固液界面处的温度梯度，从而控制晶体直径的大小；然而，这种方式会引起固液界面发生振动，影响长晶的成晶率。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种晶体生长装置的控制系统，所述控制系统结构简单，便于调整固液界面处的温度梯度，使得晶体缺陷较少、直径满足预定直径。

本实用新型还提出一种具有上述控制系统的晶体生长装置。

根据本实用新型第一方面实施例的晶体生长装置的控制系统，所述晶体生长装置包括炉体、坩埚和冷却套，所述坩埚设于所述炉体内且限定出盛放空间，所述冷却套设于所述炉体内且适于对晶体进行冷却，所述冷却套位于所述坩埚的上方，且在垂直于所述坩埚中心轴线的平面上，所述冷却套的正投影位于所述坩埚的正投影的外轮廓内，其中，所述冷却套沿所述坩埚的轴向可移动，所述控制系统包括：量测装置，所述量测装置用于获取所述晶体等径生长阶段的直径；调节装置，所述调节装置用于驱动所述冷却套沿所述坩埚的轴向移动；控制装置，所述控制装置与所述量测装置和所述调节装置分别通信，且所述控制装置用于根据所述量测装置的反馈控制所述调节装置的状态，其中所述调节装置具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述调节装置用于驱动所述冷却套朝向远离所述坩埚的方向移动，在所述第二状态下，所述调节装置用于驱动所述冷却套朝向靠近所述坩埚的方向移动。

根据本实用新型实施例的晶体生长装置的控制系统，通过设置控制系统包括量测装置、调节装置和控制装置，并使得控制装置用于根据量测装置的反馈控制调节装置的状态，实现根据晶体等径生长阶段的直径驱动冷却套沿坩埚轴向移动，从而调整固液界面处的温度梯度，以便于控制晶体直径的大小，使得晶体直径满足要求；同时，方便了固液界面处温度梯度的控制，便于保证晶体生长速度V与固液界面处的轴向温度梯度的比值V/G位于合理的范围内，生产缺陷较少的晶体。

在一些实施例中，所述调节装置还具有第三状态，在所述第三状态下，所述调节装置不动作。

在一些实施例中，在所述第一状态下，所述调节装置用于驱动所述冷却套朝向远离所述坩埚的方向移动第一距离h1，在所述第二状态下，所述调节装置用于驱动所述冷却套朝向靠近所述坩埚的方向移动第二距离h2，其中，h1满足：4.5mm≤h1≤5.5mm，h2 满足：4.5mm≤h2≤5.5mm。

在一些实施例中，h1＝5mm，h2＝5mm。

在一些实施例中，所述量测装置包括CCD光电量测装置。

在一些实施例中，所述调节装置包括：滑轨，所述滑轨适于设在所述炉体和所述冷却套中的其中一个上；滑动件，所述滑动件适于设在所述炉体和所述冷却套中的另一个上，且与所述滑轨配合以相对所述滑轨沿所述坩埚的轴向移动；驱动器，所述驱动器与所述控制装置通信，所述驱动器用于驱动所述滑轨和所述滑动件中的其中一个相对另一个移动。

在一些实施例中，所述滑轨包括螺杆，所述滑动件形成为螺母，所述螺母与所述螺杆螺纹配合。

在一些实施例中，所述调节装置的长度可伸缩调节。

根据本实用新型第二方面实施例的晶体生长装置，包括：炉体；坩埚，所述坩埚设于所述炉体内且限定出盛放空间；冷却套，所述冷却套设于所述炉体内且适于对所述晶体进行冷却，所述冷却套位于所述坩埚的上方，且在垂直于所述坩埚中心轴线的平面上，所述冷却套的正投影位于所述坩埚的正投影的外轮廓内；控制系统，所述控制系统为根据本实用新型上述第一方面实施例的晶体生长装置的控制系统，所述调节装置与所述冷却套相连以驱动所述冷却套沿所述坩埚的轴向移动。

根据本实用新型实施例的晶体生长装置，通过采用上述的控制系统，便于保证晶体直径满足要求、且品质良好，具有良好的成晶率。

在一些实施例中，所述炉体内设有导流筒，所述导流筒包括上导流筒部和下导流筒部，所述上导流筒部环绕所述冷却套设置，所述下导流筒部设在所述上导流筒部的下端且沿所述坩埚的径向伸入所述冷却套的下端与所述坩埚的底壁之间，所述冷却套与所述下导流筒部在所述坩埚轴向上的间距为H，H满足：13mm≤H≤93mm。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的晶体生长装置的控制系统示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的晶体生长装置的示意图；

图3是图2中所示的晶体生长装置的局部示意图；

图4是图2中所示的晶体生长装置的另一个局部示意图；

图5是图2中所示的晶体生长装置的再一个局部示意图；

图6是根据本实用新型一个实施例的晶体的模拟结果示意图；

图7是根据本实用新型一个实施例的冷却套移动距离与固液界面温度梯度的模拟结果图。

附图标记：

晶体生长装置200、晶体201、

炉体101、坩埚102、中心轴线102a、冷却套103、

导流筒104、上导流筒部1041、下导流筒部1042、

第一线段L1、第二线段L2、第三线段L3、第四线段L4、

加热器105、侧加热器1051、底加热器1052、

磁场发生器106、

控制系统100、

量测装置1、CCD光电量测装置10、

调节装置2、

控制装置3。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的晶体生长装置200的控制系统100。

如图2所示，晶体生长装置200包括炉体101、坩埚102和冷却套103，坩埚102 设于炉体101内且坩埚102限定出盛放空间，盛放空间的顶侧敞开设置，且盛放空间可以用于盛放半导体或太阳能级材料(例如硅)的熔体，熔体可以通过加热固体原料形成；冷却套103设于炉体101内，且冷却套103适于对晶体201进行冷却，冷却套103位于坩埚102的上方，且在垂直于坩埚102中心轴线102a的平面上，冷却套103的正投影位于坩埚102的正投影的外轮廓内。

其中，冷却套103沿坩埚102的轴向可移动，由于冷却套103用于对晶体201进行冷却，可以加速冷却晶体201、增加产能，则冷却套103会影响炉体101内的热场分布，影响坩埚102内固液界面处的温度梯度。由此，通过设置冷却套103沿坩埚102的轴向可移动，从而调整坩埚102内固液界面处的温度梯度，以便保证晶体201的直径达到预定直径，使得晶体201直径大小满足设定需求，而且通过移动冷却套103，使得固液界面处的温度梯度可控，便于生产缺陷较少的晶体201，提升晶体201品质。

如图1和图2所示，控制系统100包括量测装置1、调节装置2和控制装置3，量测装置1用于获取晶体201等径生长阶段的直径，调节装置2用于驱动冷却套103沿坩埚102的轴向移动，则调节装置2可以驱动冷却套103沿坩埚102的轴向向上移动、也可以驱动冷却套103沿坩埚102的轴向向下移动，控制装置3与量测装置1和调节装置2 分别通信，则量测装置1对晶体201等径生长阶段直径的量测结果可以反馈至控制装置 3，控制装置3用于根据量测装置1的反馈控制调节装置2的状态。

其中，调节装置2具有第一状态和第二状态，在第一状态下，调节装置2用于驱动冷却套103朝向远离坩埚102的方向移动，在第二状态下，调节装置2用于驱动冷却套 103朝向靠近坩埚102的方向移动，则控制装置3用于根据量测装置1的反馈判断晶体 201当前直径的大小调整调节装置2切换至第一状态、或切换至第二状态；例如，当控制装置3判断晶体201当前直径较大时，可以调整调节装置2切换至第一状态，使得调节装置2驱动冷却套103朝向远离坩埚102的方向移动，当控制装置3判断晶体201当前直径较小时，可以调整调节装置2切换至第二状态，使得调节装置2驱动冷却套103 朝向靠近坩埚102的方向移动。

由此，在等径生长阶段，当晶体201当前直径较小时，使得冷却套103朝向靠近坩埚102的方向移动，固液界面处的熔汤的温度下降，增加了固液界面的温度梯度，使得晶体201的直径增大；当晶体201当前直径较大时，使得冷却套103朝向远离坩埚102 的方向移动，固液界面处的熔汤的温度升高，降低了固液界面的温度梯度，使得晶体201 的直径减小，从而便于保证生产的晶体201的直径基本为预定直径。

为了进一步验证冷却套103移动和固液界面的温度梯度的关系，本申请发明人使用 CGSIM仿真软体模拟冷却套103与固液界面的温度梯度的相对关系，模拟结果图为图7，该图中，+40mm表示冷却套103相对于初始位置上升40mm，+20mm表示冷却套103相对于初始位置上升20mm，-40mm表示冷却套103相对于初始位置下降40mm，-20mm表示冷却套103相对于初始位置下降20mm。从图中可知，随着冷却套103远离坩埚方向移动距离的增加，固液界面的温度梯度稍有下降，△G约为4K/cm。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对“控制装置3”的具体类型和结构进行设置，只要能够实现上述功能即可。

根据本实用新型实施例的晶体生长装置200的控制系统100，通过设置控制系统100 包括量测装置1、调节装置2和控制装置3，并使得控制装置3用于根据量测装置1的反馈控制调节装置2的状态，实现根据晶体201等径生长阶段的直径驱动冷却套103沿坩埚102轴向移动，从而调整固液界面处的温度梯度，以便于控制晶体201直径的大小，使得晶体201直径满足要求；同时，方便了固液界面处温度梯度的控制，便于保证晶体生长速度V与固液界面处的轴向温度梯度的比值V/G位于合理的预定范围内，例如，V/G 值控制在0.112mm²/(℃·min)～0.142mm²/(℃·min)范围内，以生产缺陷较少的晶体201。此外，本申请中，冷却套103的移动不会引起固液界面发生振动，保证了长晶的成晶率，且通过与坩埚102转动的配合，便于稳定维持固液界面形状，且便于有效控制固液界面处径向温度梯度及轴向温度梯度的均匀分布，以生长出COP-FREE或低COP 晶体。

在一些实施例中，调节装置2还具有第三状态，则控制装置3可以用于根据量测装置1的反馈判断晶体201当前直径的大小调整调节装置2切换至第一状态、或切换至第二状态、或切换至第三状态；在第三状态下，调节装置2不动作，也就是说，调节装置 2不驱动冷却套103沿坩埚102的轴向移动，冷却套103保持当前位置不移动。例如，当控制装置3判断晶体201当前直径合理时，可以调整调节装置2切换至第三状态，使得调节装置2不动作，冷却套103不移动。由此，可以允许晶体201的实际直径与预定直径之间存在一定误差，便于简化控制系统100的控制逻辑。

在一些实施例中，在第一状态下，调节装置2用于驱动冷却套103朝向远离坩埚102的方向移动第一距离h1，在第二状态下，调节装置2用于驱动冷却套103朝向靠近坩埚 102的方向移动第二距离h2，其中，h1满足4.5mm≤h1≤5.5mm，h2满足4.5mm≤h2≤ 5.5mm。由此，第一距离和第二距离设置合理，避免第一距离和第二距离过小对固液界面温度梯度的影响较小，也避免了第一距离和第二距离过大易导致固液界面温度梯度变化较大，进一步保证了固液界面温度梯度的可控性，保证固液界面温度梯度始终位于预定范围内。

可选地，h1＝5mm，h2＝5mm，有利于简化调节装置2的控制。当然，第一距离h1和第二距离h2还可以不相等。

在一些实施例中，如图1所示，量测装置1包括CCD光电量测装置10，CCD光电量测装置10可以实现非接触量测，量测速度较快、精度较高、结构简单，便于实现小型化设计，节省量测装置1的占用空间，且可以在光线暗、高温、高速等恶劣条件下量测，具有良好的适用性。

在一些实施例中，如图1和图5所示，调节装置2包括滑轨、滑动件和驱动器，滑轨适于设在炉体101和冷却套103中的其中一个上，滑动件适于设在炉体101和冷却套 103中的另一个上，且滑动件与滑轨配合以相对滑轨沿坩埚102的轴向移动，驱动器与控制装置3通信，则控制装置3可以根据量测装置1的反馈控制驱动器的状态，驱动器与滑轨和滑动件中的其中一个相连以用于驱动滑轨和滑动件中的上述其中一个相对另一个移动。

例如，滑轨可以固设在炉体101上，滑动件固设在冷却套103上，驱动器与滑轨相连以驱动滑轨相对滑动件沿坩埚102轴向移动；但不限于此。其中，滑轨与滑动件之间可以滑动配合、或螺纹配合，以便于实现滑轨和滑动件在坩埚102轴向上的相对移动，且调节装置2结构简单、便于实现；例如，滑轨包括螺杆，螺杆可以沿坩埚102轴向延伸，滑动件形成为螺母，螺母与螺杆螺纹配合，则螺母相对螺杆转动可以使得螺母沿螺杆的延伸方向相对螺杆移动，驱动器与螺杆和螺母中的其中一个相连以驱动螺杆和螺母中的上述其中一个转动，使得螺杆和螺母中的上述其中一个相对另一个沿坩埚102轴向移动，则驱动器可以与螺杆相连以驱动螺杆转动，或者驱动器也可以与螺母相连以驱动螺母转动，均可以实现螺杆和螺母在坩埚102轴向上的相对移动，从而实现冷却套103 沿坩埚102轴向的移动。

在一些实施例中，调节装置2的长度可伸缩调节，同样可以实现冷却套103沿坩埚102轴向的移动。例如，调节装置2可以为驱动缸；又例如，调节装置2可以包括第一配合件、第二配合件和驱动件，第一配合件和第二配合件中的其中一个适于设在炉体101 上、另一个适于设在冷却套103上，第一配合件和第二配合件滑动配合或螺纹配合，以调节调节装置的长度，驱动件与第一配合件和第二配合件中的其中一个相连以驱动上述其中一个相对另一个运动，以实现第一配合件和第二配合件沿坩埚102轴向的相对移动。

下面，参考附图描述根据本实用新型第二方面实施例的晶体生长装置200。

如图2所示，晶体生长装置200包括炉体101、坩埚102、冷却套103和控制系统 100，坩埚102设于炉体101内，且坩埚102内限定出盛放空间，冷却套103设于炉体 101内，且冷却套103适于对晶体201进行冷却，冷却套103位于坩埚102的上方，且在垂直于坩埚102中心轴线102a的平面上，冷却套103的正投影位于坩埚102的正投影的外轮廓内。其中，控制系统100为根据本实用新型上述第一方面实施例的晶体生长装置200的控制系统100，调节装置2与冷却套103相连以驱动冷却套103沿坩埚102 的轴向移动，从而调整冷却套103与坩埚102在坩埚102轴向上的距离。

根据本实用新型实施例的晶体生长装置200，通过采用上述的控制系统100，便于保证晶体201直径满足要求、且品质良好，具有良好的成晶率。

在一些实施例中，如图2-图4所示，炉体101内设有导流筒104，导流筒104包括上导流筒部1041和下导流筒部1042，上导流筒部1041环绕冷却套103设置，下导流筒部1042 设在上导流筒部1041的下端，且下导流筒部1042沿坩埚102的径向伸入冷却套103的下端与坩埚102的底壁之间，则下导流筒部1042可以遮挡冷却套103，保证冷区、热区更好地隔开。其中，冷却套103与下导流筒部1042在坩埚102轴向上的间距为H，H满足13mm≤H ≤93mm。由此，通过设置将冷却套103和下导流筒部1042之间的轴向间距，可以较好地控制固液界面的温度梯度在预定范围内变化，保证固液界面温度梯度的可控性，减少晶体201缺陷，且使得晶体201直径满足要求。

根据本实用新型实施例的晶体生长装置200的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

下面参考图1-图5以一个具体的实施例详细描述根据本实用新型实施例的晶体生长装置200。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对实用新型的具体限制。

如图1和图2所示，晶体生长装置200主要以生产直径为300mm以上的晶体201为主，晶体生长装置200包括炉体101、坩埚102、冷却套103、控制系统100、导流筒104 和加热器105，炉体101为不锈钢件，坩埚102、冷却套103、导流筒104和加热器105 均设于炉体101内，坩埚102用于盛放熔汤，冷却套103用于对晶体201进行冷却，导流筒104将热区和冷区分开，将加热器105的热量反射，同时疏导炉体101内气体的流动，加热器105用于对坩埚102加热。

冷却套103和导流筒104均位于坩埚102底壁的上方，且在垂直于坩埚102中心轴线102a的平面上，冷却套103的正投影和导流筒104的正投影均位于坩埚102的正投影的外轮廓内。冷却套103包括壳体，壳体内限定出水流通道，冷却液在水流通道内流动，水流通道的宽度位于5mm～15mm之间，例如水流通道可以为10mm等，以便保证冷却套103的冷却效果。加热器105包括侧加热器1051和底加热器1052，侧加热器1051 环绕坩埚102设置，底加热器1052设在坩埚102的下方。

导流筒104包括上导流筒部1041和下导流筒部1042，上导流筒部1041环绕冷却套103设置，下导流筒部1042设在上导流筒部1041的下端且下导流筒部1042沿坩埚102 的径向伸入冷却套103的下端与坩埚102的底壁之间，冷却套103与下导流筒部1042 在坩埚102轴向上的间距为H，H满足：13mm≤H≤93mm。其中，冷却套103可沿坩埚102 的轴向移动，以调节冷却套103与下导流筒部1042之间的间距H。

如图3和图4所示，下导流筒部1042形成为中空的圆台结构，圆台结构的横截面自上向下逐渐减小，下导流筒部1042的外表面形成为圆台面，则圆台面可以更好地引导气体流动，以带走杂质气体(例如CO，SiO)，以减少杂质气体的沉淀，有利于提升晶体201品质；同时便于导流筒104下端更好地填充于坩埚102和晶体201之间，实现对坩埚102、冷却套103的避让，保证冷区、热区隔开。在导流筒104的纵截面上，圆台面对应形成斜线段，该斜线段与坩埚102中心轴线之间的夹角位于40°～80°之间，使得圆台面更好地引导气流流动，以带走更多的杂质气体。

如图3所示，下导流筒部1042的轴向长度为h，下导流筒部1042的底壁与固液界面之间的轴向距离为d1，h＝(1～1.5)d1，即h是d1的1～1.5倍，以进一步保证固液界面的温度梯度稳定地分布在预定范围内；例如，d1可以为60mm，坩埚102内熔汤流动与固液界面处的温度相对较为稳定。下导流筒部1042底端的径向厚度为w，在固液界面处晶体201与坩埚102侧壁之间的径向距离为d2，w＝(1/4～1/3)d2，即w是d2的 1/4～1/3倍，以便导流筒104更好地隔离冷区和热区。

下导流筒部1042的纵截面包括依次连接的第一线段L1、第二线段L2、第三线段L3、第四线段L4，第一线段L1与圆台面对应，第二线段L2与下导流筒部1042的下端面对应，第三线段L3与下导流筒部1042的内壁对应，第四线段L4与下导流筒部1042的上端面对应，第二线段L2和第四线段L4均水平设置，第三线段L3竖直设置，使得下导流筒部1042的纵截面大致形成为一边为斜线的方形，则下导流筒部1042可以更好地隔开冷却套103和坩埚102。其中，下导流筒部1042的上端面与冷却套103在坩埚102 轴向上的间距为H。当然，下导流筒部1042还可以形成为半圆形、或三角形等。

如图3所示，上导流筒部1042的外周壁与坩埚102内侧壁之间的径向距离D1在 5mm～15mm之间，下导流筒部1042的内周壁与晶棒之间的径向距离D2在7mm～15mm之间。上导流筒部1041的外周壁与侧保温结构之间的径向距离D3在25mm～35mm之间，上导流筒部1041的内周壁与冷却套103外周壁之间的径向距离D4在3mm～10mm之间。通过这样的距离设置，使得导流筒104几乎填满坩埚102与晶体201之间，进而导流筒104将加热器105辐射的热量与晶体201隔开，以防止辐射热到达晶体201的外周面，这样能够更好地控制固液界面的温度梯度，从而进一步使得拉制出的晶体201的缺陷较少；且使得惰性气体流沿着导流筒104的形状，平稳地引导惰性气体在晶体201与导流筒104 之间向下流动，将一些杂质气体带出。其中，侧保温结构包括软毡与硬毡碳纤。

如图1所示，控制系统100包括量测装置1、调节装置2和控制装置3，量测装置1 用于获取晶体201等径生长阶段的直径，调节装置2用于驱动冷却套103沿坩埚102的轴向移动，控制装置3与量测装置1和调节装置2分别通信，且控制装置3用于根据量测装置1的反馈控制调节装置2的状态，其中调节装置2具有第一状态、第二状态和第三状态，在第一状态下，调节装置2用于驱动冷却套103朝向远离坩埚102的方向移动，在第二状态下，调节装置2用于驱动冷却套103朝向靠近坩埚102的方向移动，在第三状态下，调节装置2不动作。

例如，晶体201的预定直径为306mm，晶体生长装置200的控制方法可以包括：在晶体201等径生长阶段，量测装置1量测晶体201的直径并反馈至控制装置3，控制装置3根据晶体201当前直径的大小控制调节装置2切换至第一状态、或第二状态、或第三状态。例如，当量测装置1量测的晶体201直径与预定直径的差值(即晶体201直径减预定直径)大于第一设定阈值时，控制装置3控制调节装置2切换至第一状态，使得冷却套103朝向远离坩埚102的方向移动；当量测装置1量测的晶体201直径与预定直径的差值小于第二设定阈值时，控制装置3控制调节装置2切换至第二状态，使得冷却套103朝向靠静坩埚102的方向移动；当量测装置1量测的晶体201直径与预定直径的差值大于等于第二设定阈值且小于等于第一设定阈值时，控制装置3控制调节装置2切换至第三状态，冷却套103不移动，第一设定阈值大于第二设定阈值。由此，晶体201 在等径阶段的直径可以维持在305mm～307mm之间。

其中，晶体201生长过程中，可以由炉体101上的钨掉线连接钼夹头以夹设籽晶，实现引晶，氩气从炉体101上部进入，经过冷却套103、导流筒104、坩埚102和侧加热器1051后，从炉体101下部排出。

其中，冷却套103沿坩埚102轴向移动的总长度不超过400mm，可以使得控制的温度扰动范围不超过20°；冷却套103的位移公差不超过0.1mm；冷却套103移动的速率小于400mm/min，便于保证冷却套103的移动使得固液界面的温度变化不超过预定的温度值，减小对晶体201内应力与位错的生成的影响，从而使得晶体201缺陷较少；第一设定阈值为ΔD1，第二设定阈值为ΔD2，ΔD1、ΔD2满足：0.8mm≤ΔD1≤1.2mm、-1.2mm ≤ΔD2≤-0.8mm。可选地，第一设定阈值与第二设定阈值互为相反数，例如ΔD1＝1mm，ΔD2＝-1mm。

在晶体201的生产过程中，控制炉体101内的炉压在20torr～50torr之间；控制进入炉体101内的氩气流量大于120slpm；控制晶体的转速在10rpm～14rpm之间；控制坩埚102的转速在0.1rpm～0.3rpm之间，且晶体201的旋转方向与坩埚102的旋转方向相反。由此，便于进一步保证晶体201在等径阶段的实际直径在预定直径左右。

如图2所示，晶体生长装置200还包括磁场发生器106，磁场发生器106用于产生磁场，磁场的零高斯面位于坩埚102内固液界面的下方，且在上下方向上，磁场零高斯面与固液界面之间的距离位于15mm～25mm范围内，磁场发生器106产生的磁场的最大强度为600Gauss，且该磁场的最大强度位置坩埚102侧壁与熔汤接触的部分。其中，磁场的零高斯面为磁场强度在坩埚102轴向上的分量为零的平面或曲面。

磁场发生器106可以产生尖形磁场，熔汤受到磁场的抑制作用，减少熔汤内紊流的产生，可以减小熔汤流速，使得固液界面的形状比较平坦，径向温度梯度比较均匀，使得水平凝固速度一致。

根据Voronkov&Kulkarni缺陷理论计算本申请中的晶体生长装置200在H＝13mm时，拉速缓慢变化的晶体缺陷分布如图6所示，可得到一稳定且大区域的COP-FREE INGOT，则晶体生长装置200可以实现生产高品质无缺陷或低COP晶棒，具有良好的成晶率。图6中，Perfect、Near V及Near I区域为无缺陷或低COP区域。

晶体201中的缺陷不足以使得结果得到的晶圆等的某种电学或机械学特性产生大的变化，以致使用其制成的电子器件的性能劣化，

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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。

在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，所述晶体生长装置(200)包括炉体(101)、坩埚(102)和冷却套(103)，所述坩埚(102)设于所述炉体(101)内且限定出盛放空间，所述冷却套(103)设于所述炉体(101)内且适于对晶体(201)进行冷却，所述冷却套(103)位于所述坩埚(102)的上方，且在垂直于所述坩埚(102)中心轴线(102a)的平面上，所述冷却套(103)的正投影位于所述坩埚(102)的正投影的外轮廓内，其中，所述冷却套(103)沿所述坩埚(102)的轴向可移动，

所述控制系统(100)包括：

量测装置(1)，所述量测装置(1)用于获取所述晶体(201)等径生长阶段的直径；

调节装置(2)，所述调节装置(2)用于驱动所述冷却套(103)沿所述坩埚(102)的轴向移动；

控制装置(3)，所述控制装置(3)与所述量测装置(1)和所述调节装置(2)分别通信，且所述控制装置(3)用于根据所述量测装置(1)的反馈控制所述调节装置(2)的状态，其中所述调节装置(2)具有第一状态和第二状态，在所述第一状态下，所述调节装置(2)用于驱动所述冷却套(103)朝向远离所述坩埚(102)的方向移动，在所述第二状态下，所述调节装置(2)用于驱动所述冷却套(103)朝向靠近所述坩埚(102)的方向移动。

2.根据权利要求1所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，所述调节装置(2)还具有第三状态，在所述第三状态下，所述调节装置(2)不动作。

3.根据权利要求1所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，在所述第一状态下，所述调节装置(2)用于驱动所述冷却套(103)朝向远离所述坩埚(102)的方向移动第一距离h1，在所述第二状态下，所述调节装置(2)用于驱动所述冷却套(103)朝向靠近所述坩埚(102)的方向移动第二距离h2，其中，h1满足：4.5mm≤h1≤5.5mm，h2满足：4.5mm≤h2≤5.5mm。

4.根据权利要求3所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，h1＝5mm，h2＝5mm。

5.根据权利要求1所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，所述量测装置(1)包括CCD光电量测装置(10)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，所述调节装置(2)包括：

滑轨，所述滑轨适于设在所述炉体(101)和所述冷却套(103)中的其中一个上；

滑动件，所述滑动件适于设在所述炉体(101)和所述冷却套(103)中的另一个上，且与所述滑轨配合以相对所述滑轨沿所述坩埚(102)的轴向移动；

驱动器，所述驱动器与所述控制装置(3)通信，所述驱动器用于驱动所述滑轨和所述滑动件中的其中一个相对另一个移动。

7.根据权利要求6所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，所述滑轨包括螺杆，所述滑动件形成为螺母，所述螺母与所述螺杆螺纹配合。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，其特征在于，所述调节装置(2)的长度可伸缩调节。

9.一种晶体生长装置(200)，其特征在于，包括：

炉体(101)；

坩埚(102)，所述坩埚(102)设于所述炉体(101)内且限定出盛放空间；

冷却套(103)，所述冷却套(103)设于所述炉体(101)内且适于对晶体(201)进行冷却，所述冷却套(103)位于所述坩埚(102)的上方，且在垂直于所述坩埚(102)中心轴线(102a)的平面上，所述冷却套(103)的正投影位于所述坩埚(102)的正投影的外轮廓内；

控制系统(100)，所述控制系统(100)为根据权利要求1-8中任一项所述的晶体生长装置(200)的控制系统(100)，所述调节装置(2)与所述冷却套(103)相连以驱动所述冷却套(103)沿所述坩埚(102)的轴向移动。

10.根据权利要求9所述的晶体生长装置(200)，其特征在于，所述炉体(101)内设有导流筒(104)，所述导流筒(104)包括上导流筒部(1041)和下导流筒部(1042)，所述上导流筒部(1041)环绕所述冷却套(103)设置，所述下导流筒部(1042)设在所述上导流筒部(1041)的下端且沿所述坩埚(102)的径向伸入所述冷却套(103)的下端与所述坩埚(102)的底壁之间，所述冷却套(103)与所述下导流筒部(1042)在所述坩埚(102)轴向上的间距为H，H满足：13mm≤H≤93mm。

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