FI120546B - Yksinäiskiteen kasvatusmenetelmä - Google Patents

Description

Yksinäiskiteen kasvatusmenetelmä

Keksinnön kenttä

Esillä oleva keksintö koskee yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän parannusta yhtäpitävästi Czochralski-menetelmän kanssa (tämän jälkeen lyhen-5 nettynä CZ-menetelmäksi).

Tekniikan taso

Tavallisesti prosessina sellaisten kiteiden, kuten piiyksinäiskiteiden, valmistamiseksi käytetään menetelmää, joka tunnetaan CZ-menetelmänä yksinäiskiteen kasvattamiseksi. Tässä menetelmässä kiteinen raakamateriaali, jo-10 ka on sijoitettu upokkaaseen, sulatetaan ja sitä seuraa siemenkiteen kontakti su-lanesteen kanssa samalla kun siemenkide ja upokas pyörivät toisiinsa nähden vastakkaisiin suuntiin, jonka seurauksena siemenkide kasvaa.

Kun kide samanlaisessa olemassa olevassa yksinäiskiteen kasvatusmenetelmässä vedetään ylös, vähenee sulanesteen pinta ja sulan pinta ts. 15 yksinäiskiteen kasvupinnan tila muuttuu, siten hetken kuluttua yksinäiskide tulee pisteeseen, jossa sitä ei voi vetää ylös. Kun lisäksi sulanesteen taso siirtyy, muuttuu myös sulanesteestä liuenneen hapen määrä, siten havaittu yksinäiskiteen aksiaalinen happipitoisuus muuttuu myöskin. Viime aikoina IG (Intrinsic Gettering) prosessi, joka hyödyntää happisaostumia, on astunut voimaan edel-20 lyttäen tiukkaa happipitoisuuden kontrollia.

Tämän ongelman käsittelyssä tekniikan taso toteutti sulanestetason kontrollin käyttäen ainoastaan nopeuskontrolleria. Esillä oleva menetelmä pyrkii ylläpitämään sulanestetason paikan päinvastaisessa suunnassa kiteen ylösve-tonopeuteen nähden kiinnittämällä upokkaan nostaminen vakionopeuteen siten, 25 että syrjäytetyn nesteosuuden tilavuus korvataan kunnolla.

Mutta kun tekniikan tasossa vedetään yksinäiskiteitä automaattista kontrolleria käyttäen, on alkuvaiheissa, jonka aikana se mikä tunnetaan "reunan muodostumisena" ennen kuin kiteen pääosan halkaisija kiinnittyy, nopeuskont-rollerin välitys liian pieni ja nestetason tasaisuutta ei voida ylläpitää. Siten tulok-30 sena ei voitu saavuttaa tiettyä nestetasoa, joka vastaa kiteen vakio-osaa. Edelleen iämpödeformaatio, joka tapahtuu kiteen vetolämpötilassa, lisänä upokkaan sisäisen tilavuuden muutokseen, aiheuttavat molemmat sulatason vaihtelua. Johdonmukaisesti käyttämällä edellä mainittua nopeuskontrolleria ei sulatason tarkka kontrollointi ollut mahdollista tässä ensisijaisessa menetelmässä. Lisäksi 35 yksinäiskiteen happipitoisuus on riippuvainen sekä sulapinnan lämpötilasta että 2 kiteen jäähdytysnopeudesta. Molempien kontrollointi, nestepintaa peittävän ar-gonkaasun virtaus ja silisidihöyrystyksen määrä olivat oleellisia, kuten oli sulata-son paikan täsmällinen kontrollointi koko vetoajan, alusta loppuun.

Jos CZ-menete!mässä kuitenkin "siemenprosessin" aikana, jolloin 5 siemenkide upotetaan sulaan ja kide kapenee ylösvedettäessä, raakamateriaa-lin sulatusta seuraavan sulan lämpötila poikkeaa vähänkään, ei dislokaatiova-paan kiteen vetäminen ole mahdollista. Tämän tuloksena tässä CZ-menetel-mässä raakamateriaalin täydellisen sulatuksen ja 1 500 °C ylityksen jälkeen oli olennaista jäähdyttää sula ja stabiloida sulaneste upokkaan sisällä. Lisäksi oli 10 olennaista, että happipitoisuus kiinnitetään vakiotasolle sulapinnassa ylösveto-vaiheen alussa. Lämmitysuunin sisusta pidetään kuitenkin erittäin korkeassa lämpötilassa ja sitä ei voi varustaa lämpömittarilla, siten tekniikan tasossa sula-lämpötilan havannointi on riippuvainen käyttäjän havaintokyvystä. Todellisuudessa siemenkiteen upottaminen ja kaventava ylösveto toteutettiin tätä havain-15 tomeneteimää käyttäen. Mutta edellä mainitussa menetelmässä, jossa havannointi on käyttäjän havaintokyvystä riippuvainen, on erittäin vaikeaa mitata tarkkaan nesteen lämpötila. Samaten kuluu suunnaton määrä aikaa, mikä johtaa edellä mainittuun "siemenprosessiin" sen tosiasian lisäksi, että prosessin automatisointi on vaikeaa sen jälkeen, kun alkuvaiheen happipitoisuus on kiinnitetty 20 vakioarvoon.

Toisaalta käytetään myös menetelmää sulanesteen lämpötilan havaitsemiseksi epäsuorasti mittaamalla hiilikuumentimen lämpötila lämpöuunin ulompaan säiliöön rakennetun kirkkaan ikkunan kautta (Ensimmäinen paljastettu julkaisu (* laid open) numero 63-107 888). Kuitenkin tarvitaan aikaa, jotta nes-25 teen lämpötila saavuttaa kuumentimen lämpötilan (ts. aikaviiveiden olemassaolosta johtuen). Tässä prosessissa nesteen lämpötilaa kontrolloidaan itse asiassa kiinteän aika- ja lämpötilaprofiilin mukaisesti: kiinteän lämpötilan aikaansaaminen oli vaikeaa. Lisäksi on olemassa erillinen menetelmä, jossa käytetään yksittäistä spektrometriä mittaamaan suoraan sulamislämpötila lämpöuunin säiiiö-30 pintaan rakennetun kirkkaan ikkunan kautta. Tässä menetelmässä sulanesteen lämpötilan vaihtelut synnyttävät kuitenkin sulatuksen aikana ikkunaan himmen-nystä sulapinnasta tulevan raakamateriaalikaasun kaasusta johtuen. Siten spektrometrin teho oli herkkä vaihteluille ja menetelmä oli altis toistuville virheille.

Lisäksi on olemassa PID-kontrollimenetelmä sulan kiinteän lämpöti-35 iän kontrolloimiseksi (verrannollinen, integroiva, derivoiva säätö). Tässä PID-kontrollissa havannoimislämpötila, joka perustuu sopivasti aikaansaatuihin parametreihin, antaa takaisinkytkennän lämmittimen sähkötehoon. Parametriä voi- 3 daan sitten säätää edelleen käyttämällä edellisen parametrin kontrollitulosta. Mutta silloin kun PID-kontroliin tila alkuvaiheessa oli epästabiili, syntyi lukuisia haittoja: tarkka kontrolli ei ollut mahdollista ja tarvittiin suuri määrä aikaa optimi-parametrin saavuttamiseksi. Lisäksi kiinteäaikainen lämpötila erosi suuresti su-5 lan lämpötilasta ja prosessista tuli altis ylitykselle.

Tekniikan tason yksinäiskiteiden valmistuksessa lukuisten olosuhteiden joukosta ylösvetouunin käyttämiseksi tallennettiin sellaisia asioita kuin ylös-vedon nopeus (erityisesti kiteen kasvunopeus) ja lämmittimen lämpötila automaattisesti paperille, mutta muut olosuhteet tarkistettiin käyttäjän silmin käyttäen 10 normaaiiasetusarvoja.

Mutta piiyksinäiskiteiden, jotka on valmistettu edellä kuvatulia tavalla, keskuudessa kiteen kiinteyttäminen tuottaa monia haittoja, kuten virhekohtia tai yhteensopimattomuuksia happi- ja hiilipitoisuuksissa. Tiedetään, että nämä yhteensopimattomuudet ovat ylösvedon aikaisten vaihtelujen primaarisia syitä. 15 Näiden yhteensopimattomuuksien sallittava toiminta-alue ei kuitenkaan ole jotain, josta voidaan tehdä sääntö. Tämä johtuu siitä, että riippuen toiminnan ehdoista, joissa puolijohde valmistetaan, käytettävä yksinäiskide joutuu useiden erilaisten lämmityshistorioiden alaiseksi, prosessin loppuun asti hapen saostuminen kuuluu kentän rajoituksiin. Ehdot tulevat edellyttämään kiekon lujuuden 20 ylläpitämistä, jokainen asiakkaalle valmistettu laatu on erilainen kuten ehdot edellyttävät; ja prosessin loppuun asti hapen saostumisen on oltava sopivalla alueella, kiekon lujuutta on ylläpidettävä, ja ohjataan tarvittavia olosuhteita, jotka vaihtelevat asiakkaiden erityyppisillä tuotteilla.

Happitiheyden radiaalisesta jakaumasta tulee ongelma, happisaos-25 tumasta, joka on riippuvainen tiheyserosta sisäosien ja ympäröivien osien välillä, tulee epähomogeeninen, puolijohdelastujen saanto käy huonommaksi ja niiden käyristymistä esiintyy, eikä tuotanto- ja siirtolaitteistoa puolijohteille voi käyttää ja on ilmeistä, että jatketusta tuotannosta tulee mahdotonta.

Edelleen kun tuotetaan erityisiä IC-puolijohteita, sijaitsee yksinäiski-30 teen sisällä alueita, joissa on usein hapen aiheuttamia hapetuspinoutumisvirhei-tä, joita syntyy hapetusiämpökäsittelyssä (tämän jälkeen OSF-esiintymisalue). Jos käytetään kiekkoja, jotka on poimittu tällaiselta OSF-esiintymisaiueelta puolijohteen IC-tuotannon lämmönkäsittelyprosessissa, esiintyy OSFiää ja tuloksena on hylättyjä lastuja.

35 Siksi näiden erityisten puolijohteen tuotannon ehdot täyttävän kiekon tarjoamiseksi puolijohdetuotanto suoritetaan käyttämällä monenlaisia laatunäyt-teitä näiden ehtojen parantamiseksi; ylösvedon suorittaminen optimiolosuhteissa 4 tuotantosaantoa varten tehdään normaalisti korkean integraation puolijohdetuo-tannossa.

Edelleen erityisten puolijohdetuotannon olosuhteiden, joissa OSF tapahtuu usein, estämiseksi lämpökäsittely suoritetaan olettamalla riskialttiimmat 5 olosuhteet ja lämpökäsittelyn jälkeen päätetään OSF-tiheys. Siksi epänormaalit OSF-esiintymisalueet eliminoidaan jälkiprosessissa; yksinäiskiteessä tapahtuu jakautumista (slicing); näytteet otetaan näistä paloista hapetuslämpökäsittelyn jälkeen olosuhteissa, jotka päätetään asiakkaan toimesta; ne tarkastetaan paloitelluista kiekoista ja varmistetaan onko OSF-esiintymisalueita vai ei. Jos OSF-10 esiintymisalueita on olemassa, niin silloin alueita tätä ennen ja sen jälkeen pidetään huonona tuotteena. IG-efektin tutkimiseksi toteutetaan säännöllisesti simu-laatiolämpökäsittely, joka tuottaa uudelleen erityisten IC:den lämpöhistorian, ja tehdään päätös onko olosuhteissa tapahtunut muutoksia vai ei.

Edelleen tekniikan tason yksinäiskiteen ylösvetomenetelmissä ei tal-15 lennetä kaikkia vaihtelevia olosuhteita yksinäiskiteen ylösvedolie, ei silloinkaan kun määritetään kirjauksen tallennustyyli, tallennusvuotoja ja tallennuksen poisjääntejä ei voi välttää ja täten havaituille yksinäiskiteen kaikille osille on tavallisesti vaikeaa saada täsmällistä informaatiota siitä onko alue sopusoinnussa asiakkaan vaatimuksen kanssa vai ei.

20 Jopa silloin kun iaatutesti suoritetaan edellä mainitun näytteenoton mukaan, ei saada täysin tyydyttäviä tuloksia ja on tarvetta vaatia parannusta.

Keksinnön yhteenveto

Esillä oleva keksintö ottaa huomioon yllä mainitut olosuhteet ja esillä olevan keksinnön lisäkohde on antaa menetelmä, joka sallii sulapinnan täsmälli-25 sen kontrollin, yhtä hyvin kuin vaimentamalla happipitoisuuden jakaumaa aksiaalisessa suunnassa, jonka avulla on mahdollista tuottaa tasainen yksinäiskide.

Tästä syystä esillä olevassa keksinnössä signaalin annetaan langeta sulapinnalle, määritetään sulanesteen pinnan paikka havaitsemalla sulanesteen pinnasta heijastunut signaali ja upokasta nostetaan sen mukaan mikä poäk-30 keama asetusarvosta on.

Esillä oleva keksintö koskee siten yksittäiskiteen kasvatusmenetelmää, missä upokkaaseen asetettua piiraakamateriaalia kuumennetaan ja sulatetaan, ja yksittäispiikide vedetään tästä piisulanesteestä, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että 5 sulanestepinnan lämpötilaa mitataan ottamalla heijastunut energia-suhde sulanestepinnasta emittoituneen infrapunavalon kahdessa aallonpituudessa, poikkeavuus mitatun ja ennalta määrätyn lämpötilan välillä havaitaan, 5 sulanestepinnan lämpötilaa kontrolloidaan säätämällä lämmitystehoa sen mukaan mikä poikkeavuus on, ja yksittäiskide vedetään sen jälkeen, kun on havaittu, että sulanestepinnan lämpötila on saavuttanut sopivan lämpötilan yksittäiskiteen vetoon; jolloin sulanestepinnan lämpötilan kontrollointiin liittyvät kontrolliparametrit 10 määritetään ennalta käsin simuloimaila käyttäen prosessin siirtofunktiota, joka asetetaan (A e"LS)/(1 + TS) missä A on prosessivahvistus, L on prosessin viiveaika, T on prosessin aikavakio, S on prosessin käyttäjä, ja prosessimuuttuja PV lasketaan, kun 15 kontrollin sisääntulo C on syöttö ja ulostulo yksikköajan taajuudella.

Kun signaali säteilytetään sulapintaan, jossa on väreitä upokkaan pyörimisen ja SiO höyrystymisen vaikutuksesta johtuen, heijastuu alkusignaali sulanesteen pinnasta. Siten havaitsemalla heijastunut signaali mitataan sulanestepinnan paikka, upokasta nostetaan sen mukaan mikä poikkeama ase-20 tusarvosta on ja sulanestetason paikkaa voidaan kontrolloida. Vaikka sulanestepinnan muutos aiheutuu upokkaan lämmönvaihteluista, voidaan sulanestepinnan paikkaa kontrolloida tarkasti ja sulatetun pinnan tila, toisin sanoen yksinäis» kiteen kasvupinta, voidaan stabiloida. Siksi voidaan tuottaa yksinäiskide, jolla on vakioparametrit, kuten happipitoisuus aksiaalisessa suunnassa.

25 Lisäksi esillä olevassa keksinnössä nesteen pintalämpötila mitataan ottamalla säteilyenergian suhde sulanestepinnan emittoimalla kahdella eri aallonpituudella infrapuna-alueella. Lämmittimen virtaa säädellään sen mukaan mikä poikkeama asetusarvosta on ja nestepinnan lämpötilaa kontrolloidaan.

Edellä mainitun sulalämpötilan mittaamiseksi on suositeltavaa käyt-30 tää kahta lämpömittaria, jotka mittaavat sulanesteen lämpötilan ottamalla säteilyenergian suhde sulanestepinnan emittoimasta kahdesta aallonpituudesta infrapuna-alueella.

Koska sulapinnan lämpötilan mittaamiseksi ottamalla säteilyenergian suhde infrapuna-alueella kahdesta aallonpituudesta, jotka säteilevät sulapinnas-35 ta, kun se on sulaa, vaikutetaan esillä olevan keksinnön yksinäiskiteen ylösve-tomenetelmässä silloinkin, kun ikkunassa on tiivistymistä raakamateriaalikaa-susta, kun sitä syntyy sulanestepinnasta, ja säteilyn intensiteetti vaihtelee, mo- 6 lempiin aallonpituuksiin samalla tavalla ja säteilyenergian suhde ei muutu näillä kahdella aallonpituudella. Tästä syystä sulanestepinnan lämpötila voidaan mitata tarkasti riippumatta ulkoisista tekijöistä, kuten tiivistymisestä ikkunaan.

Esillä olevan keksinnön yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän mukaan 5 voidaan mitata raakamateriaaliliuoksen sulatetun nestepinnan lämpötila, johon ulkoiset tekijät, kuten saostuminen ikkunaan, eivät vaikuta.

Esillä olevan keksinnön yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän mukaan ylikuumentumista ylittämisellä ei voi tapahtua ja nestettä ei voi höyrystyä ylen-määräisesti. Koska on mahdollista kontrolloida tarkasti nestepinnan lämpötilaa 10 yllämainitusta syystä johtuen, voidaan tuottaa määrätyn muotoinen ja laatuinen yksinäiskide. Koska lisäksi raakamateriaaliliuoksen nestepinnan lämpötilaa voidaan kontrolloida tarkasti ajan suhteen, on automaattinen ajoituksen asetus siemenkiteen upottamiseksi sulatettuun nesteeseen mahdollinen, jonka seurauksena on, että valmistusprosessi voidaan automatisoida. Mittaamalla ja kontrol-15 loimalia nestepinnan lämpötilaa, jopa vedon aikana, voidaan vetonopeus stabiloida ja voidaan tuottaa erittäin korkealaatuinen piiyksinäiskide.

Esillä olevan keksinnön toinen kohde on saada varmasti ote yksinäiskiteen osa-alueesta, joka ei täytä asiakkaan ehtoja, ja antaa yksinäiskiteen kasvatusmenetelmä, joka mahdollistaa laadun luotettavuuden ja stabiilisuuden 20 parantamisen.

Siksi esillä olevan keksinnön yksinäiskiteen kasvatusmenetelmässä ylösvedon olosuhteisiin liittyvä data havaitaan ja tallennetaan vedon aikana; kunkin prosessin aloitusaika vetoprosessin aikana havaitaan ja tallennetaan; yllämainittua jäännösdataa verrataan niiden etukäteen tallennettuihin vastaaviin 25 toleransseihin; Kun tulostetaan data, joka ei täytä toleransseja, yhteensopimat-tomina vetoinformaation kanssa sen jälkeen kun veto on lopetettu, tulee mahdolliseksi havaita yksinäiskiteen sisällä alueita, jotka eivät täytä ylösvedon ehtoja; ja edelleen säilytetään kaikki ylösvedon data.

Esillä olevan keksinnön yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän mukaan 30 on mahdotonta, että käyttäjän anteet sallitaan tai kirjausta ei tapahdu, ja vertaamalla havaintodataa normaaliarvoihin tietokonekäsittelyn keinoin ylösvedon lopussa on mahdollista saada haltuun osia, jotka eivät täytä yksinäiskiteen ehtoja johtuen epänormaaleista toimintaolosuhteista, jotka jäävät havaitsematta tekniikan tason kirjauksissa. Sitten pilkkoutumisprosessissa, joka seuraa ylösveto-35 prosessia, voidaan epäyhtenäiset alueet sulkea heti pois ja jälkiprosessissa voidaan estää epäyhtenäisten alueiden tarjonta.

7

Sen mukaan alueet, jotka eivät täytä ehtoja, samoin kuin kideosuu-det, jotka eivät täytä asiakkaan tuotantoehtoja, voidaan saavuttaa tarkasti ja laadun luotettavuutta ja stabiilisuutta voidaan parantaa. Edelleen käyttämällä esillä olevan keksinnön menetelmää on mahdollista saavuttaa yksinäiskiteen 5 ylösvedon nykyinen tilanne keskuskontrollihuoneesta; huonot toiminnat ja virheet ylösvetoprosessissa voidaan korjata nopeasti ohjaajan toimesta kaukosäätimen kautta. Jos valmistusprosessissa esiintyy poikkeavuuksia, kuten terävästi vähenevää saantonopeutta, tai keskeytyksiä prosessin jatkuvuudessa, vaikka kuljetuksen piti vastata laatuvaatimuksia eikä se ole osoittanut poikkeavuuksia, 10 on mahdollista vaatia välittömästi tätä dataa kuvaruudulle, joka on taustalla järkevän ajan, mikä antaa mahdollisuuden tarkistaa uudelleen ylösvedon yksityiskohtainen historia, määrittää identtisissä olosuhteissa ylösvedetty kideosuus tarkalleen tai poissulkea ne alituisesti valmistusprosessissa. Jos edelleen identtisissä puolijohteen valmistusolosuhteissa ilmenee eroavuuksia kideosuudessa, 15 on mahdollista tuoda näkyviin uudelleen toiminnan, joka muodollisesti jätettiin huomioonottamatta, ja yksinäiskiteen laadun välinen yhteys vertaamalla ja tutkimalla tätä dataa, ja voidaan asettaa yksinäiskiteen vedon ehdot, jotka ovat sopivimmat suurelle määrälle puolijohteen valmistusolosuhteita. Nämä ovat esillä olevan keksinnön tärkeimmät merkitykset.

20 Piirrosten lyhyt kuvaus

Kuvio 1 esittää kaaviokuvaa laitteistosta, joka on eräs esimerkki yksinäiskiteen kasvatusmenetelmästä.

Kuviossa 2 on kulkukaavio, joka esittää edullisen suoritusmuodon prosessia.

25 Kuvio 3 on kulkukaavio, joka esittää nestepinnan kontrollimenetel män ensimmäistä prosessia.

Kuvio 4 on kulkukaavio, joka esittää nestepinnan kontrollimenetelmän toista prosessia.

Kuvio 5 on käyrä, joka esittää piiyksinäiskiteen aksiaalisen suunnan 30 happitiheyden dispersiota.

Kuvio 6 on toinen kuvio, joka esittää piiyksinäiskiteen aksiaalisen suunnan happitiheyden dispersiota.

Kuvio 7 on kaaviokuva, joka esittää esimerkkiä laitteistosta keksinnön mukaisen yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän toteuttamiseksi.

35 Kuvio 8 on kulkukaavio sulatusprosessin selittämiseksi.

Kuvio 9 on kulkukaavio asetusprosessien selittämiseksi.

Kuvio 10 on lohkokaavio simulaatiomenetelmän selittämiseksi toimin- taviiven avulla + ensimmäisen kertaluvun viiveprosessivaiheen vasteen (PROC) avulla.

8

Kuvio 11 on lohkokaavio simulaatiomenetelmän selittämiseksi toimin-5 taviiven avulla + ensimmäisen kertaluvun viiveprosessin takaisinkytkentäsimu-laation (FEED)avulla.

Kuvio 12 on lohkokaavio simulaatiomenetelmän selittämiseksi toimin-taviiveen kompensoinnin takaisinkytkentäsimulaation (COMP) avulla.

Kuvio 13 on käyrä, joka esittää simulaatiovaikutusta toimintaviiveen 10 avulla + ensimmäisen kertaluvun prosessivaiheen vasteen (PROC) avulla.

Kuvio 14 on käyrä, joka esittää simulaatiovaikutusta toimintaviiveen avulla + ensimmäisen kertaluvun viiveprosessin takaisinkytkentäsimulaation (FEED) avulla.

Kuvio 15 on käyrä, joka esittää simulaatiovaikutusta toimintaviiveen 15 kompensoinnin takaisinkytkentäsimulaation (COMP) avulla.

Kuvio 16 on käyrä, joka esittää simuloinnin vaikutusta saman toimintaviiveen kompensoinnin takaisinkytkentäsimulaation (COMP) avulla.

Kuvio 17 on rakennekaavio, joka esittää vetolaitteen pääosaa, joka käsittää laitteiston, joka toteuttaa keksinnön mukaisen yksinäiskiteen kasvatus-20 menetelmän ensimmäisen edullisen suoritusmuodon.

Kuvio 18 on poikkileikkaus, joka esittää vetolaitteen pääosaa, joka käsittää laitteiston, joka toteuttaa keksinnön mukaisen yksinäiskiteen kasva-tusemenetelmän ensimmäisen edullisen suoritusmuodon.

Kuvio 19 on kulkukaavio, joka esittää esillä olevan keksinnön yk-25 sinäiskiteen kasvatusmenetelmän ensimmäistä edullista suoritusmuotoa.

Kuvio 20 esittää kuvaruutua, jonne kaikki nopeusparametrien vaihte-lutoleranssi laitetaan.

Kuvio 21 on käyrä, jossa siemenkiteen nopeus ilmaistaan y-akselilla ja vedon pituus x-akselilla.

30 Kuvio 22 esittää toimintaolosuhteiden kuvaruutunäyttöä.

Kuvio 23 on kaaviokuva vetonopeuden ja OSF esiintymisalueiden muodostumisen välisen yhteyden selittämiseksi.

Kuvio 24 on kaaviokuva siemenen pyörimistaajuuden ja upokkaan pyörimistaajuuden suhteen ja ORG välisen yhteyden selittämiseksi.

35 Kuvio 25 on kuva tulostimen ulostulosta, joka näyttää osuudet, joissa siemenen kasvunopeudet eivät ole toleranssin rajoissa.

9

Keksinnön edulliset suoritusmuodot Tästä lähtien esillä olevan keksinnön yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän yksityiskohtainen selitys annetaan viittaamalla kuvioihin.

Kuvio 1 esittää esimerkin yksinäiskiteen ylösvetolaitteistosta, jota 5 käytetään yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän toteuttamiseksi.

Tässä kuviossa on uunin pääosa 1; ja tämän uunin pääosan 1 karkeasti ottaen keskusta on varustettu kvartsiupokkaalla 2. Tämän kvartsiupok-kaan 2 sisäosassa jaetaan yksinäiskiteen raakamateriaali ja siitä tulee sulanes-tettä 6, kun se sulatetaan. Tämä kvartsiupokas 2 pannaan edelleen grafiittisus-10 keptorin 3 kautta alemmalle akselille 4, joka voi liikkua ylös ja alas ja pyöriä. Sitten hiilikuumennin 7, joka kontrolloi kvartsiupokkaassa 2 säilytetyn sulanesteen 6 lämpötilaa, varustetaan edellä mainitun kvartsiupokkaan 2 lähialueelle. Lisäksi asennetaan eristysputki 8 kuumentimen 7 ja uunin pääosan 1 väliin. Tässä eris-tysputkessa 8 on putken muotoinen säteilylämmön suojakuori 11 varustettu lu-15 kuisilla kytkentäosilla. Tämä säteilylämmön suojakuori 11 on kavennettu alaspäin olevassa suunnassa. Tämä säteilylämmön suojakuori estää vedetyn kiteen lämmityshistorian muutoksia, toimii estäen epäpuhtauksien, kuten esim. kuu-mentimesta 7 syntyvän CO-kaasun, pääsyn yksinäiskiteeseen. Nestepinnan ja säteilylämmön suojakuoren 11 kärjen välinen etäisyys täytyy asettaa tarkkaan, 20 jotta normitetaan kaasun kulkureitti.

Edelleen yksinäiskiteen jäähdytysputki 10, joka on vesijäähdytteinen, on kiinnitetty uunin pääosan 1 kaulaosaan 14. Tämä yksinäiskiteen jäähdytys-putki 10 työntyy ulos uunin pääosasta 1 ja toimii piiyksinäiskiteen lämpöhistorian kontrolloimiseksi vedon aikana. Edellä mainitun yksinäiskiteen jäähdytysputken 25 10 ja uunin pääosan 1 kaulaosan 14 väliin muodostuu putken muotoinen kaa sun kulkureitti. Edelleen tämän yksinäiskiteen jäähdytysputken 10 ja uunin 1 kaulaosan 14 sisemmässä osassa on kiinnitettynä lanka 9, joka pitää siemenki-dettä 5 ja suorittaa vedon ylös, riippuvaan asentoon ja se voi liikkua vapaasti ylös ja alas ja pyöriä. Seuraavaksi syöttöputki 20 argonkaasun syöttämiseksi yk-30 sinäiskiteen jäähdytysputken 10 sisälle kytketty edellä mainitun kaulaosan 14 ylempään päähän. Edelleen uunin pääosan 1 reuna on varustettu ikkunalla 12.

Edelleen yllämainitun uunin 1 reunaosa on varustettu laservaioläh-teellä 13 sulanesteen 6 pinnan säteilyttämiseksi laservalolla, kokoavalla linssillä 15 sulanestepinnasta 6 heijastuneen laservalon keskittämiseksi ja optisella antu-35 rilla 16 keskitetyn heijastetun valon absorboimiseksi. Uunin pääosan 1 ulompi osa 1 on edelleen varustettu: asetusarvon ja sulanestepinnan paikan välisen eron esittämiseksi monitorilla 17, jonne sähköinen virtasignaalin ulostulo muun- 10 nettiin otiselia anturilla 16, takaisinkytkentälaitteella tämän eron syöttämiseksi takaisin, ja upokkaan kontrollilaitteella 19, joka kontrolloi upokkaan paikkaa.

Kun yksinäiskide tuotetaan käyttäen yksinäiskiteen vetolaitteistoa, joka on rakennettu, kuten edellä mainittiin, laitetaan argonkaasu uunin pääosaan 5 1 yllämainitun syöttöputken 20 kautta: uunin pääosan 1 sisäosan ympäristöön lisätään argonkaasua; yksinäiskiteen raakamateriaali, joka on sijoitettu etukäteen kvartsiupokkaan 2 sisälle, sulatetaan sulanesteeksi 6 kuumentimen 7 keinoin; ja suianesteen 6 lämpötilaa pidetään sitten sopivassa lämpötilassa yksinäiskiteen vetoa (sulatusprosessia) varten.

10 Seuraavaksi lankaa 9 alennetaan ja siemenkiteen 5 alempi pinta, jo ka on asetettu langan 9 aiempaan päähän, tuodaan suoraan kontaktiin suianesteen 6 kanssa. Sen jälkeen aiheutetaan kvartsiupokkaan 2 ja siemenkiteen 5 pyöriminen vastakkaisiin suuntiin toisiinsa nähden ja vetämällä lankaa 9 vakionopeudella aloitetaan yksinäiskiteen kasvu siemenkiteen 5 alemmasta pääs-15 tä. Sillä aikaa tietyn ajanjakson joka toisella väliajalla emittoidaan laservalo laservaloa emittoivasta laitteesta 13 ja aiheutetaan sen lankeaminen suianesteen 6 nestepinnalle. Nestepinnalta heijastunut laservalo keskitetään kokoavaan linssiin 15, tulostetaan sähköisenä virtasignaalina optisella anturilla 16 ja sitten tämä sähköinen virtasignaali muunnetaan samanaikaisesti nestepinnan paikan 20 arvoksi ja esitetään monitorilla 17. Jos nestepinnan paikka poikkeaa asetusar-vosta, se syötetään takaisin upokkaan kontrolIiIaitteeseen 19 takaisinkytkentä-kontroliiiaitteella 18, liikkuu kvartsiupokas 2, jolla on vakionopeus, ylöspäin upokkaan kontrollilaitteen 19 toimesta ja suianesteen 6 pintaa kontrolloidaan (siemenprosessi).

25 Lisäksi juuri hetkeä ennen kuin vedetyn yksinäiskiteen halkaisijasta tulee vakio ja yllämainitulla laservalolla mitatun nestepinnan paikka on sama kuin asetusarvo, nostetaan kvartsiupokasta 2 vakionopeudella upokkaan kont-rollilaitteella 19. Kun sulanestetason paikka on korkeampi kuin asetusarvo, nostetaan kvartsiupokas upokkaan nostonopeudella, jota pienennetään kiinteällä 30 suhteella, kun sitä verrataan yllämainittuun vakionopeuteen. Kun sulanestepin-nan paikka on alhaisempi kuin asetusarvo, nostetaan kvartsiupokasta 2 upokkaan nostonopeudella, jota suurennetaan kiinteällä suhteella kun sitä verrataan yllämainittuun vakionopeuteen. Siten kontrolloidaan nesteen 6 paikkaa (reuna-prosessia).

35 Tällainen menettely, jossa samalla kun kontrolloidaan suianesteen 6 nestepinnan paikkaa, vedetään piiyksinäiskide ylös, ja johtuen piiyksinäiskiteen yläosan reunaosan lähestymisestä säteilylämmön suojakuoren 11 kavennettua 11 aukkoa kohti ja kiteen jäähdytysputken 10 alempaa päätä kohti, kasvaa argon-kaasun, joka virtaa alaspäin yksinäiskiteen jäähdytysputkessa 10, kulkureitin vastustus, mutta koska argonkaasun virtaus putken haaran 21 kautta kasvaa ja kaasun, joka sisältää kuumennettua SiO:a ja sijaitsee sulatetun nesteen ja sätei-5 iylämmön suojakuoren 11 välillä, määrä kasvaa, niin muodoin voidaan äkillistä muutosta yksinäiskiteen kasvuplntaan syötetyn argonkaasun virtauksessa estää. Sen mukaisesti ei äkillisiä lämpötilan muutoksia kvartsiupokkaan 2 kiteen kasvupinnan ympäristössä ole ja sulanesteestä 6 tulevan SiO tuuletus voidaan panna tasaisesti täytäntöön, kidevirheitä ei esiinny ja on mahdollista vetää kide 10 piiyksinäiskide siten, että happitiheyden vaihtelu pysyy pienenä.

Jos yksinäiskide on vedetty haluttuun pituuteen edellä mainitun menettelyn mukaan, pysäytetään nestepinnan kontrolli, kuumentimen 7 teho kytketään pois ja yksinäiskiteen veto ylös lopetetaan (pohjaprosessi).

Seuraavaksi selitetään toimintakäytännöt kaikissa edellä mainituissa 15 prosesseissa vielä kerran yksityiskohtaisesti seuraten kuvion 2-4 kulkukaavioi-ta.

1. Sulatusprosessi

Ensiksi käynnistetään liuotusprosessi SW, pannaan päälle kuumentimen 7 teho (vaihe 30) ja sulattamalla yksinäiskideraakamateriaali, joka laite-20 taan kvartsiupokkaaseen 2, saadaan sulaneste 6. Seuraavaksi sen jälkeen kun on varmistettu, että upokkaan paikka on nollakohtapaikan yläpuolella (vaihe 32), kytketään laservaloa emittoivan laitteen 13 teholähde päälle (vaihe 34). Tässä vaiheessa uunin pääosan 1 sisälle varustettu tyhjömittari (ei esitetty kuviossa) kytketään pois päältä, kun siellä ei ole ilmakehää. Edelleen aloitetaan monitorin 25 17 näyttö nestetason paikkaa varten (vaihe 36).

2. Siemenprosessi

Seuraavaksi alennetaan lankaa 9 ja siemenkiteen 5 alempi pinta, joka on kiinnitetty langan 9 alempaan päähän, tuodaan kontaktiin sulanesteen kanssa. Tämän jälkeen kvartsiupokas 2 ja siemenkide 5 pannaan pyörimään 30 vastakkaisiin suuntiin (siemenen pyöritys päällä, upokkaan pyöritys päällä) ja vetämällä lankaa 9 vakionopeudella aloitetaan yksinäiskiteen kasvu siemenkiteen 5 alemmassa päässä (siemenen hidas nosto) (vaihe 38). Tässä vaiheessa joko edellä mainittu siemenen pyöritys tai siemenen hidas nosto pannaan pois päältä, kontrolli pysäytetään ja palautetaan sulatusprosessin 1 vaiheeseen 32.

12

Vaiheen 38 jälkeen toteutetaan ensimmäisen nestetason kontrolli (vaihe 40). Puhuttaessa tämän nestetason kontrollimenetelmästä annetaan yksityiskohtaiset selitykset seuraavan kuvion 3 kulkukaavion avulla.

Tämän nestetason kontrollin alkuvaiheessa on tarkastettava ovatko 5 seuraavat ehdot tyydytetty (nestetason kontrollin alkuehdot).

a) Asetetaan laserin nestetason kontrollimerkki.

b) Kuumentimen seitsemän teho on saatavilla.

c) Upokkaan pääosan 1 sisäosa alennetaan tietyn paineen avulla.

d) Upokkaan paikka asetetaan nollakohdan yläpuolelle.

10 e) Siemenen pyöritys, upokkaan pyöritys ja siemenen hidas nostami nen kytketään päälle.

Jos on varmaa, että näissä olosuhteissa a - e ehdot a, b, c, d on tyydytetty (kyllä vaiheessa 41), lankeaa laservaloa emittoivan laitteen 13 emittoima laservalo, jonka väli asetetaan 0,1 s näytteenottoaikaan, sulanesteen 6 pintaan; 15 nestepinnan heijastama laservalo keskitetään kokoavalla linssillä 15 ja absorboidusta arvosta otetaan näyte optisella anturilla 16. Edelleen nestepinnan paikan tasoittamiseksi kootaan 50 näytteenottodataa; otetaan näiden 50 datan keskiarvoja esitetään nestepinnan paikkana monitorilla 17 (vaihe42, vaihe 43).

Seuraavaksi, jos ehto e on tyydytetty, aloitetaan nestepinnan kontrolli 20 (vaiheen 44 kyllä tapaus).

Ensiksi vasteaika (aikaväli, joka syötetään takaisin upokkaan nostoon) asetetaan 10 sekuntiin. Kun tämä aika on kulunut (vaihe 45), määritetään onko nestetason paikka nestetason siirtymän toleranssiarvon 0,1 mm rajoissa vai ei (vaihe 46).

25 Siinä tapauksessa, että nestetason paikka on nestetason siirtymän toleranssiarvon rajojen ulkopuolella, lisätään upokkaan noston nopeutta 0,05 mm/min (vaihe 47) ja, jos nestetason paikka on nestetason siirron toleranssiarvon rajoissa (vaiheen 46 ei tapauksessa), pysäytetään upokkaan nosto (vaihe 48).

30 Kun vaihe 48 on lopetettu, seuraa seuraavaksi kuviossa 2 esitetty vaihe 50.

Toisaalta, jos vaiheessa 41 ei kaikkia ehdoista a - d ole tyydytetty, tapahtuu hyppäys takaisin kuvion 2 vaiheeseen 30. Jos edelleen vaiheen 44 ehtoa e ei tyydytetä, tapahtuu hyppäys takaisin kuvion 2 vaiheeseen 38.

13 3. Reunaprosessi

Edelleen havaitaan vedetyn yksinäiskiteen halkaisija (reunan halkaisija) ja määritetään tuliko siitä yhtä suuri kuin halkaisija, joka aloitti upokkaan noston (kuvion 2 vaihe 50). Jos se on sama kuin asetushalkaisija, alkaa upok-5 kaan nosto (vaihe 52) ja suoritetaan toisen tason nestekontrolli (vaihe 60).

Jos toisaalta reunan halkaisija ei täsmää asetetun halkaisijan kanssa (vaiheen 50 ei tapaus), toistetaan vaiheen 40 ensimmäisen nestetason kontrolli-prosessi.

Toisen pinnan nestekontrollimenetelmän yksityiskohtainen selitys 10 annetaan seuraamalla kuviossa 4 esitettyä kulkukaaviota.

Kun ensiksi aloitetaan toinen nestepinnan kontrolli, tarkistetaan onko tämän jälkeen esitetyt ehdot tyydytetty (nestepinnan kontrollin aloitusehto) (vaihe 61).

f) Ensimmäisen nestepinnan kontrollin suoritus.

15 g) Reunan halkaisijasta tulee yhtä suuri edeltä asetetun halkaisijan kanssa, upokas nostetaan ja toisen nestepinnan kontrollin alku voidaan valmistella.

Jos toisaalta yksi ehdoista f, g ei ole tyydytetty (vaiheen 61 ei tapaus), tapahtuu hyppäys takaisin kuvion 2 vaiheeseen 40 ja, jos ehdot f, g on tyy-20 dytetty (vaiheen 61 kyllä tapaus), määritetään 10 s vasteajan kuluttua (vaihe 62) sijaitseeko nestetason paikka nestetason siirtymän toleranssiarvon 0,1 mm rajoissa (vaihe 63),

Jos nestetason paikka sijaitsee nestetason siirtymän toleranssiarvon rajoissa (vaiheen 63 ei tapauksessa), seuraa vaihe 70, upokas nostetaan upok-25 kaan nostonopeudella (tämän jälkeen upokkaan normaali nostonopeus), joka lasketaan (siemenen nostonopeus) x (upokkaan nostosuhde). (Toisin sanoen upokkaan suhteen korjausarvo on 0).

Jos toisaalta nestetason paikka ei sijaitse nestetason siirtymän toleranssiarvon rajoissa (vaiheen 63 kyllä tapaus), suoritetaan nestetason kontrolli, 30 joka kuvataan tämän jälkeen.

Kun ensiksi nestetason paikka on alempi kuin nestetason asetusar-vo, korjataan upokkaan nostonopeutta kasvavalla nostonopeudella vain 5 % korjaussuhteella (vaihe 64). Vasteaika on 10 s (vaihe 65). Suorittamalla nestetason mittaus toistuvasti määritetään onko se siirtymän toleranssiarvon rajoissa 35 (vaihe 66); jos nestetason paikka sijaitsee toistuvasti alle nestetason asetusar-von (vaiheen 66 kyllä tapaus), lisätään korjaussuhde uudelleen ja tapahtuu kasvu kohti upokkaan normaalia nostonopeutta 2x5% korjausarvo-osan nostaes- 14 sa nopeutta. Tällä tavalla jatkaen lisätään korjaussuhde upokkaan nostonopeu-teen kunnes nestetason paikasta tulee nestetason asetusarvo. Toisin sanoen sillä aikaa kun tällainen korjaus tapahtuu n kertaa kasvaa upokkaan korjausarvo n x 5 % verrattuna korjaamattomaan arvoon (vaihe 68). Tämä korjaus jatkuu 5 kunnes n x 5 % tulee korjaussuhteen raja-arvo (vaiheen 69 ei tapaus). Jos nestetason paikka saavuttaa siirtymän toleranssiarvon alueen ennen kuin siitä tulee yhtä suuri kuin korjaussuhteen raja-arvo (vaiheen 66 ei tapaus), päätetään onko nestetason paikka alle 0 (vaihe 67) ja, jos nestetason paikka on alle 0 (vaiheen 67 kyllä tapaus), seuraa vaihe 70. Jos edelleen nestetason paikka on suurempi 10 kuin 0 (vaiheen 67 ei tapaus), tapahtuu hyppäys vaiheeseen 64 ja upokkaan nostonopeussuhteen korjaus suoritetaan toistuvasti.

Jos toisaalta sulanesteen 6 nestetason paikka on korkeampi kuin nestetason asetusarvo, pienennetään upokkaan nostonopeutta asteittain korja-ussuhteella (5 %) ja nostonopeus pienenee. Toisin sanoen, jos on n korjausta 15 kunnes saavutetaan nestetason asetusarvo, pienenee upokkaan nostonopeus korjaamalla sitä n x 5 % (vaihe 68). Jos nestetason paikka sitten saavuttaa siirtymän toleranssiarvon (vaiheen 66 ei tapaus) ja nestetason paikka on alle 0 (vaiheen 67 kyliä tapaus) tai n x 5 % ylittää korjaussuhteen raja-arvon, aktivoituu upokkaan standardinopeus uudelleen ennen korjausta ja upokas nostetaan 20 (vaihe 70). Vaiheen 70 jälkeen seuraa vaihe 80, joka on esitetty kuviossa 2.

4. Pohjaprosessi

Sen jälkeen kun on suoritettu yksinäiskiteen veto ylös, jota kuvataan tämän jälkeen, vahvistetaan onko ylösveto saavuttanut ennalta asetetun arvon (vaihe 80). Jos yksinäiskidettä ei ole vedetty ylös ennalta määritettyyn pituuteen 25 (vaiheen 80 ei tapaus), tapahtuu hyppäys takaisin vaiheen 60 toiseen neste-kontrolliprosessiin. Jos kide on vedetty ylös ennalta määrättyyn pituuteen (vaiheen 80 kyllä tapaus), kytketään viimeinen prosessi pois päältä (vaihe 82) ja sen jälkeen saavutetaan viimeinen loppu tai teho pois päältä (vaihe 84), laserteho kytketään pois päältä (vaihe 86), nestepinnan paikan monitori kytketään pois 30 päältä (vaihe 88) ja yksinäiskiteen veto ylös lopetetaan.

Tämä nestepinnan kontrollimenetelmä hyödyntää sitä, että laservalon annetaan langeta sulanesteen 6 nestepinnalle yksinäiskiteen ylösvedon kasvun hetkellä ja havaitsemalla pinnasta heijastunut valo mitataan siirtymä nestepinnan paikan asetusarvosta ja koska on menetelmä, joka nostaa upokasta tämän 35 siirtymän mukaan, on mahdollista kontrolloida tarkasti nestetason paikkaa jopa reunan muodostumisen prosessissa (siemenprosessi), mitä oli vaikeaa kontrol- 15 loida tähän asti nestetason paikan kontrolleilla. Vaikkakin sulanesteen 6 neste-tason paikassa tapahtuu muutoksia kvartsiupokkaan 2 lämpömuokkauksessa, voidaan nestetason paikkaa kontrolloida tarkemmin ja tulee mahdolliseksi stabiloida sulanesteen pintaa tai toisin sanoen yksinäiskiteen kasvupinnan tilaa.

5 Käyttämällä säteilylämmön suojakuoren levyä ja vetämällä ylös yksinäiskide voidaan tuottaa yksinäiskide siten, että happitiheyden vaihtelu tulee pienemmäksi aksiaalisessa suunnassa.

Piiyksinäiskide voidaan tuottaa käyttämällä edellä kuvattua laitetta.

Uunin pääosan 1 sisällä 10 torrin paineessa ja argonkaasun virtauk-10 sessa 30 Ni/min, sulatetaan 50 kg monikiteistä piitä kvartsiupokkaassa 2, jonka halkaisija on 0,406 m (16 tuumaa). Sen jälkeen kun sulanesteen 6 lämpötila kvartsiupokkaan sisällä on saavuttanut tason, jossa on mahdollista suorittaa veto ylös, alennetaan lankaa 9 ja siemenkide 5 tuodaan suoraan kontaktiin sulanesteen 6 kanssa. Siemenkiteen 5 kierrosnopeus asetetaan 22 kierrokseen 15 minuutissa, kvartsiupokkaan kierrosnopeus 2-5 kierrokseen minuutissa ja piiyksinäiskide vedetään ylös noin 1,5 mm/min nopeudella.

Siitä hetkestä kun raakamateriaalin sulatus on lopetettu, säteilytetään laser nestepinnalle laserlaitteiston laitteella 13, otetaan näyte sulanesteen 6 nestepaikasta 50 kertaa 0,1 s aikavälein ja sulanesteen paikka tasoittuu. Sitten 20 siirtymän toleranssialue asetetaan ± 0,1 mm:iin. Jos esiintyy poikkeamaa tämän marginaalin ulkopuolelle, saatetaan takaisinkytkennän kontrollilaitteisto 18 toimintaan. Upokkaan nostonopeuden kertakorjaus asetetaan ± 0,5 %:iin ja raja-arvo, jossa upokkaan nostonopeus voidaan korjata, asetetaan ± 20 %:iin. Aikaväli nestetason mittauksesta upokkaan nostonopeuden kontrolliin asetetaan 10 25 sekuntiin. Kontrolloimalla sulanesteen 6 nestetason paikkaa tällä tavalla oli mahdollista ottaa ero nestetason siirtymän ja asetusarvon välillä 0,1 mm rajoissa kontroliiprosessin ajanjakson aikana.

Happitiheyden hajaantuminen piiyksinäiskiteen aksiaalisessa suunnassa, havaittuna tästä esimerkistä, on esitetty kuviossa 5. Edelleen happitiheys 30 piiyksinäiskiteen aksiaalisessa suunnassa, joka on tuotettu edellisen suhdekont-rollin mukaan, on esitetty vertailuesimerkkinä.

Tämän tuloksena varmistettiin, että happitiheys aksiaalisessa suunnassa pysyi karkeasti vakiona, kun sulanestepinnan kontrolli suoritettiin laserilla.

Kuvio 7 esittää esimerkin yksinäiskiteen veto laitteesta yksinäiski-35 teen kasvatusmenetelmän toteuttamiseksi esillä olevan keksinnön mukaan.

Tässä kuviossa identtiset merkit kiinnitetään samanlaisiin rakenneosiin selitysten yksinkertaistamiseksi.

16 Tämän laitteen kohdat, jotka eroavat ensimmäisen edullisen suoritusmuodon laitteesta, ovat kohtia, jotka seuraavat tämän jälkeen, kun taas muut osat ovat samanlaisia ensimmäisen edullisen suoritusmuodon vastaavien kanssa.

5 Edellä mainitun uunin pääosan 1 sisempi osa on varustettu ADC- anturilla 24 ylösvedettävän piiyksinäiskiteen halkaisijan mittaamiseksi ikkunan 12 kautta ja juovakameralla (line camera) 25.

Edelleen uunin pääosan 1 sivuosa on varustettu ikkunalla 23. Tämän ikkunan 23 kautta ATC-anturi 27 mittaa kuumentimen 7 lämpötilaa. Uunin pää-10 osan 1 kaulaosan 14 ylempi osa on varustettu dikromaattisella lämpömittarilla 26 sulanesteen 6 lämpötilan mittaamiseksi. Tähän dikromaattiseen lämpömittariin on yhdistetty tietokonesysteemi 28, joka määrittää tehoa kuumenninta 7 varten PID-kontrollilla tulosten mukaan, jotka on saatu laskemalla poikkeavuus mitatun lämpötilan ja asetuslämpötilan välillä, ja SCR-kontrolleri, joka kontrolloi te-15 hoa kuumentimeen 7.

Jos käytetään yksinäiskiteen ylösvetofaitetta, joka on rakennettu, kuten yllä mainittu, ja tuotetaan yksinäiskide, aktivoidaan ensiksi venttiili 21 ja syötetään kiinteästä valmistetusta aukosta argonkaasua uunin pääosan 1 sisäosaan edellä mainitun syöttöputken 20 ja haaraputken 22 ja kautta, ja samalla 20 kun uunin pääosan 1 sisäosan ilmakehä korvataan argonkaasulla sulatetaan yksinäiskiteen raakamateriaali, joka pantiin etukäteen kvartsiupokkaaseen, kuumentimella 7 (sulatusprosessi). Kvartsiupokkaan 2 sisällä suoritetaan yksinäiskiteen raakamateriaalin sulatusajanjakson lämpötilan kontrollointi yllä kuvatulla tavalla.

25 Nestepinnan lämpötila mitataan käyttämällä dikromaattista lämpömit taria 26, joka on kiinnitetty uunin pääosan 1 ulompaan osaan, antaa heijas-tusenergiasuhteen kahdelle aallolle, jotka sulanesteen pinta heijastaa sulatus-hetkellä ja, joilla on eri aallonpituudet infrapuna-alueella. Kuumentimen teho, joka vastaa nestetason lämpötilan ja asetuslämpötilan välistä poikkeavuutta, tulee 30 SCR-kontrollerista varmistettuna PID-kontrollilla tietokonesysteemissä 28 ja sitä käytetään kuumentimeen 7. Siten säädellään nestepinnan lämpötilaa kohti ase-tuslämpötilaa.

Sen jälkeen kun sulatetun sulanesteen 6 lämpötilaa on ylläpidetty asetuslämpötilassa, joka on sopiva yksinäiskiteen vedolle, alennetaan lankaa 9 35 ja siemenkide, joka on kiinnitetty langan 9 alempaan päähän, upotetaan su-lanesteeseen 6. Sitten samalla kun kvartsiupokas 2 ja siemenkide pyörivät vas- 17 iäkkäisiin suuntiin aiheutetaan vetämällä siemenkidettä piikiteen 5 kasvaminen siemenkiteen alapäässä (siemenprosessi).

Koska reunaosa piiyksinäiskiteen 5 yläosassa lähestyy piiyksinäiski-teen jäähdytysputken 10 alapäätä ja säteilylämmön suojakuoren 11 aukko-osaa, 5 joka on halkaisijaltaan kutistettu sillä hetkellä, kun piiyksinäiskide 5 vedetään edellä mainitulla tavalla, kasvaa yksinäiskiteen jäähdytysputken 10 sisäosaan vihaavan argonkaasun virtausreitin vastustus. Koska molemmissa tapahtuu kasvua, pienentyy haaraputken 22 kautta vihaavan argonkaasuvuon ja kuumennettua SiO:ta sisältävän ja sulanesteen ja säteilylämmön suojakuoren 11 10 välissä sijaitsevan kaasumäärän tuloksena äkillinen muutos kiteen kasvupintaan syötetyn argonkaasun vihauksessa. Siksi äkillistä lämpötilan muutosta ei tapahdu yksinäiskiteen kasvupinnan läheisyydessä kvahsiupokkaan 2 sisällä, sulanesteen SiO tuuletus tasaantuu, kiteessä ei ole dislokaatioita ja on mahdollista edetä piiyksinäiskiteen 5 vetoa käyttäen siten, että happipitoisuudessa on vain 15 pieniä vaihteluja.

Joka tapauksessa on mahdollista kasvattaa laadun ylittävä piiyksinäiskide 5 edellä mainitulla menetelmällä, yksityiskohtainen selitys nestepinnan lämpötilan kontrolloimisesta asetuslämpötilaan nähden ennen siemenkiteen upottamista sulanesteeseen 6 on annettu kulkukaavioina kuviossa 8 ja kuviossa 20 9.

Ensiksi annetaan selitys sulatusprosessista yksinäiskiteen raakama-teriaalin sulattamiseksi seuraavan kuvan 8 kulkukaavion avulla.

Sulatusprosessin SW kytketään päälle (vaihe 130), kuumentimen teholähde kytketään päälle ja kuumentimen 7 jännite nostetaan kiinteään arvoon. 25 Sillä hetkellä kun kuumentimen teho kytketään päälle, asetetaan aika 0:ksi (vaihe 132).

Sitten aloitetaan dikromaattisen lämpömittarin 26 käyttö ja nesteta-son lämpötilan tasoitus (kuvion 8 vaihe 134). Jos päätös siitä onko upokkaan pyörimisen aloitusaika on kulunut on kyllä (vaihe 136), aloitetaan upokkaan pyö-30 rittäminen (vaihe 144). Jos tämä päätös on ei, ja päätös siitä onko nestepinnan lämpötila saavuttanut asetuslämpötilan, jossa upokasta voidaan pyörittää on kyllä, päätetään onko viiveaika siihen asti kunnes upokasta voidaan pyörittää kulunut vai ei (vaihe 140). Jos vastaus vaiheeseen 140 on kyllä, seuraa vaihe 144 seuraavaksi ja aloitetaan upokkaan pyöritys. Jos toisaalta vastaus vaiheeseen 35 138 no ei, tapahtuu hyppäys takaisin vaiheeseen 134 ja, jos vastaus vaiheeseen 140 on ei, seuraa vaihe 144 viiveajan kuluttua kunnes upokkaan pyöritys voidaan aloittaa (vaihe 142).

18

Vaiheessa 144 kvartsiupokkaan 2 kierrosten lukumäärä kasvatetaan pyörimisen asetusarvoon tämän jälkeen kuvatun menetelmän avulla.

Ensiksi sen jälkeen, kun on varmistettu, että upokkaan pyörityksen käynnistysaika on kulunut asetusajasta, tulostetaan pyörityksen käynnistyksen 5 kyselyn tiedonanto ja ilmaisemalla upokkaan pyörityskytkimen päälläolo, varmistetaan upokkaan pyörityksen käynnistäminen.

Toiseksi sen jälkeen, kun upokkaan pyörityskytkin on asetettu päälle, lasketaan kierrosten lukumäärää hitaasti kontroimaila upokkaan pyöritysmootto-ria kunnes asetuskierroslukumäärä on saavutettu.

10 Kun upokkaan kierroslukumäärä on saavuttanut asetuskierrosluku- määrän, päätetään onko viiveaika upokkaan nostolle kulunut (vaihe 146). Jos vastaus on kyllä, seuraa vaihe 156 ja upokkaan nostaminen aloitetaan. Jos vastaus on ei, päätetään onko viiveaika asetuslämpötilan, jossa upokas voidaan nostaa, varmistukselle kulunut (vaihe 148); jos vastaus on kyllä, päätetään onko 15 upokas saavuttanut lämpötilan, jossa se voidaan nostaa (vaihe 152). Siinä tapauksessa, että vastaus vaiheeseen 152 on kyllä, seuraa vaihe 156 ja upokkaan nostaminen aloitetaan. Toisaalta, jos vastaus vaiheeseen 148 on ei, seuraa vaihe 152 sen jälkeen, kun asetuslämpötilan, jossa upokas voidaan nostaa, vahvistamiseksi oleva viiveaika on kulunut (vaihe 150). Jos vastaus vaiheeseen 20 152 on ei, seuraa taukoa vaihe 156 kunnes asetuslämpötila, jossa upokas voi daan nostaa, on saavutettu (vaihe 154).

Vaiheessa 156 aloitetaan upokkaan nostaminen ja sitä nostetaan jatkuvasti ennalta asetetulle upokkaan nostoetäisyydelle. Seuraavaksi viedään kuumentimen 7 teho alas kiinteään arvoon (vaihe 158), havaitaan nestepinnan 25 lämpötila dikromaattisella lämpömittarilla 26 ja voidaan päättää ylitetäänkö sulatuksen ioppuiämpötila (vaihe 160).

Jos vastaus vaiheeseen 160 on kyllä, voidaan päättää kytketäänkö asetusprosessi päälle (vaihe 164); jos kyliä, ajetaan jälkimmäisenä selitetty ase-tusprosessi. Jos ei, tulostetaan lopetuksen ilmoitus (vaihe 166).

30 Jos vastaus vaiheeseen 160 on ei, seuraa vaihe 164 sen jälkeen kunnes on odotettu, että sulatuksen Ioppuiämpötila on saavutettu (vaihe 162).

Seuraavaksi annetaan yksityiskohtainen selitys asetusprosessista seuraavan kuvion 9 kulkukaavion avulla.

Ensiksi tarkastetaan vaiheessa 180 onko ATC-anturi 27 normaali. 35 Tämä tarkistus suoritetaan havaitsemalla kuumentimen 7 lämpötila ATC-anturiila 27 ja, jos havaittu lämpötila on alempi kuin ATC-anturin 27 alempi raja (vaiheen 180 ei tapaus), esitetään virheilmoitus (vaihe 182). Jos ATC-anturilla 19 27 havaittu lämpötila on suurempi kuin ATC-anturin 27 alempi raja (vaiheen 180 kyllä tapaus), seuraa vaihe 184 seuraavaksi ja tarkistetaan onko dikromaattinen lämpömittari 26 normaaliolosuhteissa. Tämä tarkistus suoritetaan havaitsemalla nestepinnan lämpötila dikromaattisella lämpömittarilla 26. Jos havaittu lämpötila 5 on erilainen kuin asetettu nestepinnan lämpötila (vaiheen 184 ei tapaus), tulostetaan virheilmoitus (vaihe 186). Jos havaittu lämpötila on yhtä suuri kuin asetettu nestepinnan lämpötila (vaiheen 184 kyllä tapaus), seuraa seuraavaksi vaihe 188 ja asetetaan kvartsiupokkaan 2 paikka.

Sen jälkeen kun vaihe 188 on lopetettu, asetetaan nestepinnan läm-10 pötila (vaihe 190). Tämä asettaminen suoritetaan kuten tämän jälkeen kuvataan.

Ensiksi havaitaan nestepinnan lämpötila dikromaattisella lämpömittarilla 26 ja syötetään takaisin kuumentimen 7 teholähteeseen erotus asetettuun nestepinnan lämpötilaan nähden kontrolloimalla SCR-kontrolleria. Nestepinnan 15 lämpötila syötetään kuitenkin kerran 0,5 sekunnissa ja PID-kontrolli suoritetaan tämän jälkeen selitetyllä laskulla.

Nestepinnan lämpötila n = ((Σ nestepinnan lämpötila/tasoitustaajuus) x (700/4 095) + 900) + viiveajan kom-pensointiarvo; 20 Kuumentimen teho = - (P-vakio x (erotus n + l-vakio x Σ ((erotus n -1 + erotus n)/2 x At + D-vakio x ((erotus n - erotus n -1)/1 x EXP(-t/aikavakio))) + jännite; jossa erotus n = 25 nestepinnan lämpötila n - asetettu nestepinnan lämpötila, P-vakio = (asetetun prosessiparametrin P vakio)/100, l-vakio = 10 000/(asetetun prosessiparametrin l-vakio), D-vakio = (asetetun prosessiparametrin D-vakio)/10, aikavakio = asetetun prosessiparametrin aikavakio)/100, 30 At = (asetetun prosessiparametrin näytteenottoaika)/100, t = 0 * At Tämän jälkeen esitetään viiveajan kompensointiarvon laskentamenetelmä.

F1,n = F1,n-1 + OVT) x (Cn-F1,n-1) 35 F2,n = F2,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F1,n-F2,n-1) F3,n = F3,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F2,n-F3,n-1)

Cn: kuumentimen teho n - jännite 20

Ts: (asetetun prosessiparametrin näytteenottoaika)/100, T: (asetetun prosessiparametrin prosessiaikavakio)/100 x 60 L: (asetetun prosessiparametrin prosessiviiveaika)/100 x 60 Viiveajan kompensointiarvo = A x (F1,n - F3,n) 5 A: asetetun prosessiparametrin prosessivahvistus/100

Sitten toiseksi tulostetaan uudelleenkiteyttämisen ilmaisua varten virheilmoitus, jos nestepinnan lämpötila on alle 1 400 °C.

Kolmanneksi varmistetaan tämä ja lopuksi saadaan aikaan se, että nestepinnan lämpötila on ± 1 °C rajoissa nestepinnan asetuslämpötilasta ja, että 10 saavutetaan lopetusmääritysaika.

Sen jälkeen kun vaihe 190 on lopetettu, päätetään onko siemenpro-sessin kytkin päällä (vaihe 192) ja, jos kyllä, laitetaan siemenprosessi toimintaan. Jos vastaus on ei, tulostetaan lopetusilmoitus (vaihe 194).

Nestepinnan lämpötilaa kontrolloidaan ennen siemenprosessia (pro-15 sessi, jossa siemenkide upotetaan sulanesteeseen 6) asetusiämpötilaan, kuten tämän jälkeen kuvataan.

Koska tässä yksinäiskiteen ylösvetoprosessissa käytetään dikromaat-tista lämpömittaria 26 nestepinnan lämpötilan mittaamiseksi ottamalla energia-suhde kahdelle aallolle, joilla on kaksi aallonpituutta infrapuna-alueella ja, jotka 20 heijastuvat sulanestepinnasta sulamishetkellä, voidaan sulavan raakamateriaa-lin sulanestepinnan lämpötila, johon ulkoiset tekijät, kuten saostuminen ikkunaan, eivät vaikuta, mitata tarkasti. Siksi kontrolloimalla kuumentimen tehoa mitatun lämpötilan ja asetuslämpötilan välisen erotuksen mukaan ei ylikuumentumista tapahdu ylityksellä ja sulanestettä ei voi höyrystyä ylimäärin.

25 Koska lisäksi edellä mainituista syistä tässä yksinäiskiteen vetopro- sessissa voidaan nestepinnan lämpötilaa kontrolloida tarkasti, ja voidaan valmistaa vakiomuotoinen ja -laatuinen yksinäiskide.

Jos edelleen tässä yksinäiskiteen valmistusprosessissa sulavan raa-kamateriaalin nestepinnan lämpötilaa ja lämpötilaa voidaan kontrolloida tarkasti, 30 voidaan siemenkiteen sulanesteeseen upottamisen ajastus asettaa automaattiseksi ja siemenprosessi voidaan automatisoida.

Tämän jälkeen annetaan lisää selityksiä menetelmästä edullisen suoritusmuodon 4 - 6 parametrien päättämiseksi simuloimalla nestepinnan kontrollia.

35 Kuvio 10 esittää simulaatiomeneteimän viäveaikaa plus lineaarista viiveprosessin vaihevastetta (PROC) varten.

21

Kun prosessin siirtofunktio asetetaan (A e'LS)/(1 + TS) kuten kuviossa 10 on esitetty (minkä avulla A: prosessivahvistus, L: prosessin viiveaika, T: prosessin aikavakio, S: prosessin käyttäjä), prosessiniuuttuja PV 5 lasketaan, kun kontrollin sisääntulo C on syöttö ja ulostulo yksikköajan taajuudella.

Laskenta toteutetaan tämän jälkeen esitetyillä eroavuuskaavoilla, jotka korvaavat Laplace-kuvauksen siirtymäfunktion.

Prosessi 10 F1,n = F1,n-1 + (Ts/T) x (Cn - F1,n-1) F2,n = F2,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F1,n - F2,n-1) F3,n = F3,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F2,n - F3,n~1) PV = AF3,n Tässä Ts on näytteenottoaika.

15 Kuviossa 13 on esitetty simulointitulos Ts = 30 s, L = 600 s, T = 1 500 s, A ~ 0,3 varten.

Tämän tuloksena havaitun ajan käyrä - prosessimuuttuja ei ylitä ja saavuttaa kohdearvon asetusajan noin 100 minuutissa.

Kuvio 11 esittää viiveaikaa + lineaarista viiveprosessin takaisinkyt-20 kennän simulaatiomenetelmä (FEED). Kuten kuviossa 11 on esitetty, prosessin siirtofunktio asetetaan (A e'LS)/(1 + TS) ja PID-kontroliin siirtofunktio K(1 +(1AT|S) + TdS) 25 (jonka avulla, K: vertailuvahvistus, Ti: integrointiaika, Td: differentiaalinen aika), ja kun prosessimuuttujaa (PV) kontrolloidaan takaisinkytkennällä siten, että se on yhtä suuri kuin kohdearvo (SP), kontrollin sisääntulo (C) ja prosessimuuttuja (PV) lasketaan ja tulostetaan toistuvasti kunkin aikayksikön jälkeen.

Laskenta suoritetaan lisäämällä Laplace-kuvauksen siirtofunktio eri-30 laiseen, tämän jälkeen esitettyyn muotoon.

PID-kontrolleri EN = PV - SP

Vn = (Ts/2) x (En + En-1) + Vn-1 C = K((En + (Vn/T|) + (Td/Ts) x (En - En-1)) 35 Prosessi F1,n = F1,n-1 + (Ts/T) x (Cn - F1,n-1) F2,n = F2,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F1,n - F2,n-1) 22 F3,n = F3,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F2,n - F3,n-1) PV = AF3,n

Jos K = -20, Ti = 714 s, TD = 360, saadaan kuviossa 14 esitetty simu-lointivaikutus.

5 Tämän tuloksena saadun ajan käyrä ja prosessimuuttuja varmistaa, että asetusaika kohdearvoon on noin 80 minuuttia ja silti se on verrattain pieni.

Kuvio 12 esittää viiveajan kompensoinnin takaisinkytkentäsimulaa-tiota (COMP).

Kun prosessin siirtofunktio, kuten kuviossa 12 on osoitettu, on 10 (Ae LS)/(1 + TS) PID-kontrollerin siirtofunktio on K(1 + (1 AT 1 S) + TpS) ja viiveajan kompensoinnin siirtofunktio on (A'(1 - e'LrS))/(1 + T'S) 15 (A':lle: maliiprosessän vahvistus, U: maliiprosessin viiveaika, Τ': malliprosessin aikavakio), ja kun prosessimuuttuja (PV), jota kontrolloidaan takaisinkytkennät siten, että se on yhtä suuri kuin kohdearvo (SP), kontrollin sisääntulo (C) ja prosessimuuttuja (PV) lasketaan ja tulostetaan toistuvasti jokaisena yksikköaikana.

20 Laskenta suoritetaan lisäämällä Laplace-kuvauksen siirtofunktiota eri laisilla muodoilla, jotka esitetään tämän jälkeen.

PID-kontrolleri EN = PV + D - SP Vn = (T*/2) x (En + En-1) + Vn-1 25 C = K((En + (Vn/T,) + (TD/TS) x (En - En-1))

Prosessi F1,n = F1,n-1 + (Ts/T) x (C - F1,n-1) F2,n = F2,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F1,n - F2,n-1) F3,n = F3,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F2,n - F3,n-1) 30 PV = AF3,n 23

Viiveajan kompensaatio F'1,n = F'1,n-1 + (Ts/T) x (C - F1,n-1) F'2,n = F'2,n-1 + 2 x (Ts/U) x (F'1,n-F'2,n-1) F’3,n - F’3,n-1 + 2 x (Ts/U) x (F2, n-F'3,n-1) 5 D = A'(F1,n-F3,n)

Kuvio 15 esittää simuiaatiotuioksia prosessimuuttujasta siinä tapauksessa, että L' = 300 s, V = 900 s, A' = 0,1, K = - 20, T, = 526 s, TD = 150 s. Kuvio 11 esittää edelleen prosessimuuttujien simuiaatiotuioksia siinä tapauksessa, että L' = 600 s, T = 1 500 s, A’ = 0,3, K = - 50, T, = 400 s, TD = 10 s.

10 Vaikka prosessimuuttujan muutos voitiin nähdä kuviossa 15 esitetyis tä tuloksista, ei kuviossa 16 esitetyissä tuloksissa ole ylilyöntiä ja kyllästymistu-los asetusarvossa voidaan saavuttaa noin 30 minuutissa.

Asetuslämpötilakoe suoritettiin käyttämällä yksinäiskiteen vetolaitet-ta, joka on selitetty kolmannessa edullisessa suoritusmuodossa, 40 kg:n täyt-15 tömäärää, upokkaan kierrosnopeutta 5 kierrosta minuutissa ja käyttämällä kuvion 16 simulaatiotuloksista saatuja parametrejä. Tämän tuloksena, kun kuumentimen tehoa rajoitettiin 0-100 kW rajoihin, oli asetusarvon saavuttamiseen kulunut aika 69 minuuttia ja täten pidempi kuin kuvion 15 simulointitulos. Kuitenkin oli mahdollista saavuttaa tulos, joka ei mene yli.

20 Kuviossa 17 ja 18 esitetään esimerkki laitteesta, joka toteuttaa pii- yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän esillä olevan keksinnön mukaan. Tämä kuvion 18 laite on yksinkertaistus aikaisemmin esitetystä ylösvetolaitteesta. Tässä laitteessa uunin pääosan 1 keskimäärin keskiosa on varustettu kvart-siupokkaalle 2. Tämä kvartsiupokas 2 asennetaan grafiittisuskeptorin 3 kautta 25 aiemmalle akselille 4, joka voi liikkua vapaasti ylös ja alas ja voi myös pyöriä vapaasti. Kvartsiupokkaan 2 ympäristössä oleva kuumennin 7 on järjestetty piisulanesteen 6 lämpötilan kontrolloimiseksi kvartsiupokkaan 2 sisällä. Lanka 9, joka pitää ja vetää ylös siemenkiteen 5, riippuu kvartsiupokkaan 2 yläpuolella, voi liikkua vapaasti ylös ja alas ja myös pyöriä vapaasti. Kun piisiemenkide 30 5 vedetään uunin pääosaan 1, korvataan ensiksi uunin pääosan 1 sisällä ole va ilma riittävästi argonkaasulla; raakamateriaali, joka laitettiin etukäteen kvart-siupokkaaseen 2, sulatetaan kuumentimen 7 keinoin, sitten alennetaan lankaa 9, jotta siemenkide kastuu piisulanesteessä 6, sitten aiheutetaan kvartsiupokkaan 2 ja siemenkiteen pyöriminen vastakkaisiin suuntiin samalla kun lankaa 9 35 nostetaan ylös ja aiheutetaan piiyksinäiskiteen 5 kasvu.

Tähän uunin pääosaan 1, kuten kuviossa 17 on esitetty, on kytketty vetolaitteen toimintatilan havaintosysteemin mikrotietokoneet 213 kukin erik- 24 seen. Tähän vetolaitteen mikrotietokoneisiin 213 on kytketty uunin pääosan 1 lankaa 9 ajavan mekanismin anturi, upokasta 2 ajavan mekanismin anturi, kuu-mennin 7, lämpömittari upokkaan sisällä - ei ole esitetty kuvassa -, upokkaan sisällä oleva ilmapuntari, argonvuon mittari ja kaikki muut anturit olosuhteiden ha-5 vaitsemiseksi yksinäiskiteen ylösvedon aikana. Edelleen mekanismi, joka havaitsee automaattisesti kaikkien uunin pääosassa 1 ajettavien vetokäsittelypro-sessien käynnistysaikoja, kytketään tähän vetolaitteen mikrotietokoneeseen 213, Tähän tietokoneeseen 213 lähetetty data tallennetaan väliaikaisesti tähän mikrotietokoneeseen 213. Mikrotietokone 213 kytketään minitietokoneeseen 10 215 yhteyspiirin 214 kautta. Mikrotietokoneeseen 213 tallennettu data lähete tään minitietokoneeseen 215 yhteyspiirin 214 kautta. Minitietokone 215 on kytketty edellä mainitun yhteyspiirin 214 kautta tulostimeen 216, joka tulostaa ylösvedon virheilmoituksia ja päätteeseen 217, joka näyttää saadun datan. Minitietokone 215 on yhdistetty optomagneettiseen levyyn 218, joka tallentaa vastaan-15 otetun datan.

Nyt selitetään ensimmäinen edullinen suoritusmuoto esillä olevan keksinnön piinkasvatusmenetelmälle, joka suoritetaan tällä laitteella, kuvion 19 kulkukaavion yhteydessä. Tämän jälkeen seuraavassa selityksessä Sn on kul-kukaavion ns. vaihe.

20 Tässä yksinäiskiteen ylösvetoprosessissa aloitetaan yksinäiskiteen veto, ylösvedon olosuhteiden mittausdata on esitetty ryhmässä A tämän jälkeen ja se mitattiin vakioaikaväiein uunin pääosaan 1 varustetuilla antureilla, ja kaikkien prosessien aloitusajan data vedon aikana, joka on esitetty ryhmässä B tämän jälkeen, lähetetään mikrotietokoneeseen 213. Edelleen tällainen data, ku-25 ten piin täyttömäärä upokkaan sisällä piisulatusprosessin alussa, upokkaan sisällä oleva kaasun vuotonopeus, upokkaan paikka reunaprosessin alussa (paikka ylösvedon suunnassa) lähetetään mikrotietokoneeseen 213 (S1).

25

Ryhmä A

siemenen nostonopeus upokkaan nostonopeus siemenen kierrosluku 5 upokkaan kierrosluku kuumentimen lämpötila uunin sisäinen paine argonkaasuvuo

Ryhmä B

10 tyhjiöprosessi sulatusprosessi siemenprosessi reunaprosessi sylinterimäinen prosessi 15 pohjaprosessi jäähdytysprosessi prosessi siemenen ja upokkaan noston ja laskemisen manuaalisten toimintojen toteuttamiseksi prosessi siemenen ja upokkaan pyörityksen manuaalisten toimintojen 20 toteuttamiseksi

Edellä mainittu data tallennetaan väliaikaisesti jokaiseen mikrotietokoneeseen 213 (S2). Toisaalta minitietokoneesta 215 lähetetään 10 minuutin aikavälein signaalia vaativa data jokaiseen mikrotietokoneeseen 213 (S3) ja sen mukaisesti lähetetään jokaisesta mikrotietokoneesta 213 edellä mainittu data 25 minitietokoneeseen 215 (S4). Tämä data tallennetaan optomagneettiselle levylle 218 (S5).

Kaikkien kuvaruudulla olevien parametrien toleranssisuhde, joka on esitetty kuvion 20 esimerkissä, syötetään minitietokoneeseen 215. Sillä hetkellä kun päätetään ovatko valmistettujen yksinäiskiteiden kaikki osat sopivia kulje-30 tuksen verrataan edellä mainittua dataa näihin toleranssirajoihin ja sitten päätetään ovatko ne toleranssirajojen puitteissa (S6). Jos ne eivät ole toleranssirajo-jen puitteissa, julistetaan nämä osat kuljetukseen sopimattomiksi; jos ne ovat toleranssirajojen puitteissa, julistetaan nämä osat kuljetukseen sopiviksi.

Toisaalta tulee mahdolliseksi esittää graafisesti data, joka on otettu 35 jokaiselle havaitulle yksinäiskiteelle, kuten kuviossa 21 on esitetty. Graafinen 26 esimerkki osoittaa yhteyden siemenen nostonopeuden ja yksinäiskiteen ylösve-tonopeuden pituuden välille, minkä avulla viivat 220 ja 221 viittaavat siemenen nostonopeuden toleranssirajan ylempään ja alempaan rajaan. Esitetään siemenen nostonopeus, jonka avulla data yksinäiskiteen suoraa sylinterimäistä osaa 5 varten prosessoitiin 10 mm jaksoin. Toisin sanoen jokaisen 10 mm ylösvedon osalle tunnetaan siemenen nostonopeuden maksimiarvo, minimiarvo, keskimääräinen arvo, keski- ja standardihajonta ylösvedossa ja ne voidaan esittää. Tässä käyrässä D, E, F esittävät niitä osia, joiden maksimiarvot ja minimiarvot eivät ole toleranssirajojen puitteissa. Tällaiset alueet, joissa siemenen nostonopeudet ei-10 vät ole toleranssirajojen puitteissa, voidaan myös varmistaa tulostimen 216 ulostulolla, kuten kuviossa 25 on esitetty.

Koska yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän mukaan toiminnan olosuhteet yksinäiskiteen valmistuksen aikana voidaan havaita automaattisesti, voidaan rekisteröintivuotoja ja rekisteröinnin poisjääntejä eliminoida käyttäjän 15 toimesta, ja tietokonekäsittelemäilä mitatun datan ja standardiasetusarvojen välistä vertailua on mahdollista saada haltuun samanaikaisesti ne yksinäiskiteen osat, jotka eivät täytä standardeja johtuen epänormaaleista prosessiolosuhteis-ta, jotka eivät pysyneet tähän astisiin tallennuksiin sen jälkeen, kun ylösvetopro-sessi lopetettiin.

20 Jos esitetty vetonopeus (siemenen nostonopeus) osoitti poikkeavuut ta, kuten on esimerkiksi kuviossa 23 (a) esitetty, voidaan OSF-esiintymis-alueiden 224 muodostuminen yksinäiskiteessä havaita, kuten kuviossa 23 (b) on osoitettu. Kun siemenen kierrosluvun (SR) ja upokkaan kierrosluvun (CR) suhde osoittaa poikkeavia arvoja, voidaan nähdä, että happitiheyden tasojakauman 25 suhde (keskiosan happitiheys - ympäristöosan happitiheyden/keskiosan happiti-heys; tämän jälkeen sitä kutsutaan ORG) tässä osassa, kuten kuviossa 24 on osoitettu, ei ole toleranssirajojen puitteissa.

Tällöin osat, jotka eivät täytä (slicing) viipaloitumisprosessin ehtoja, jota seuraa vetoprosessi, jätetään heti lukuun ottamatta ja seuraavissa proses-30 seissa voidaan epäsopivien osien toimittaminen estää. Tämän edullisen suoritusmuodon yksinäiskiteen kasvatusmenetelmän mukaan on mahdollista saada tarkasti haltuun kideosuus, joka ei täytä asiakkaan valmistuksen ehtoja, ja osuudet, jotka eivät oie sopivia, myös laadun luotettavuutta ja stabiilisuutta voidaan parantaa.

Claims (10)

27

1. Yksittäiskiteen kasvatusmenetelmä, missä upokkaaseen asetettua piiraakamateriaalia kuumennetaan ja sulatetaan, ja yksittäispiikide vedetään täs- 5 tä piisulanesteestä, tunnettu siitä, että sulanestepinnan lämpötilaa mitataan ottamalla heijastunut energia-suhde sulanestepinnasta emittoituneen infrapunavalon kahdessa aallonpituudessa, poikkeavuus mitatun ja ennalta määrätyn lämpötilan välillä havaitaan, 10 sulanestepinnan lämpötilaa kontrolloidaan säätämällä lämmitystehoa sen mukaan mikä poikkeavuus on, ja yksittäiskide vedetään sen jälkeen, kun on havaittu, että sulanestepinnan lämpötila on saavuttanut sopivan lämpötilan yksittäiskiteen vetoon; jolloin sulanestepinnan lämpötilan kontrollointiin liittyvät kontrolliparametrit 15 määritetään ennalta käsin simuloimalla käyttäen prosessin siirtofunktiota, joka asetetaan (A e LS)/(1 + TS) missä A on prosessivahvistus, L on prosessin viiveaika, T on prosessin aikavakio, S on prosessin käyttäjä, ja prosessimuuttuja PV lasketaan, kun 20 kontrollin sisääntulo C on syöttö ja ulostulo yksikköajan taajuudella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskenta toteutetaan erotuskaavoilla, jotka korvaavat Laplace-kuvauksen seuraavasti F1 ,n = F1 ,n-1 + (Ts/T) x (C - F1 ,n-1)

25 F2,n = F2,n-1 +2x (Ts/L) x (F1 ,n - F2,n-1) F3,n = F3,n-1 + 2 x (Ts/L) x (F2,n - F3,n-1) PV = AF3,n missä Ts on näytteenottoaika.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että Ts = 30 s, L = 600 s, T = 1500 s, ja A = 0,3. 35 28

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätö on PID-kontrolii, jonka siirtofunktio on K(1 +(1/T,S) + TDS) missä K on vertailu vahvistu s, Tj on integrointiaika, Td on differentiaali-5 nen aika, ja prosessimuuttujaa (PV) kontrolloidaan takaisinkytkennäliä siten, että se on yhtä suuri kuin kohdearvo (SP), kontrollin sisääntulo (C) ja prosessimuuttu-ja (PV) lasketaan ja tulostetaan toistuvasti kunkin aikayksikön jälkeen,

5 A’= 0,3, K = -50, Ti = 400 s, ja Tp = 10 s.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskenta suoritetaan korvaamalla Lapiace-kuvauksen siirtofunktio differens- 10 simuodolia seuraavasti: EN = PV-SP Vn = (Ts/2) x (En + En-1) + Vn-1 C = K((En + (Vn/Τι) + (TD/Ts) x (En - En-1)).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että se käsittää lisäksi viiveajan simuloinnin takaisinkytkennän simulaation, missä viiveajan kompensoinnin siirtofunktio on (A'(1 - e'Ls))/(1 + T’S) missä A! on malliprosessin vahvistus,!_' on malliprosessin viiveaika, Τ' on malliprosessin aikavakio, ja kun prosessimuuttuja (PV), jota kontrolloidaan ta-20 kaisinkytkennäliä siten, että se on yhtä suuri kuin kohdearvo (SP), kontrollin sisääntulo (C) ja prosessimuuttuja (PV) lasketaan ja tulostetaan toistuvasti jokaisena yksikköaikana.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viiveajan simulaation laskenta suoritetaan korvaamalla viiveajan kompen- 25 säätiön siirtofunktio differenssimuodolla F'1 ,n = F'1 ,n-1 + (T/T) x (C - F1,n-1) F'2,n = F'2,n-1 + 2 x (Ts/L') x (F'1 ,n-F'2,n-1) F'3,n = F'3,n-1 + 2 x (Ts/L’) x (F2, n-F'3,n-1) D = A'(F'1 ,n - F'3,n),

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että L' = 300 s, T = 900 s, A'= 0,1,

35 K = -20, Ti = 526 s, ja TD = 150 s. 29

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että L' = 600 s, Τ'= 1500 s,

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen yksittäiskiteen kasvatusmene-10 telmä, tunnettu siitä, että yksittäiskide vedetään siliä tavoin, että kasvamista esiintyy siemenkiteen alapäässä, joka kastetaan piisulanesteeseen, ja su-lanestepinnan lämpötilan kontrollointi suoritetaan ennen siemenkiteen kastamista sulanesteeseen. 30