HU187886B - Eljárás és berendezés alapanyag-utánadagolás irányítására egykristály növesztéseknél - Google Patents

Abstract

Az eljárás során az olvadékkal töltött tégely tömegét érzékelő mérőátalakító jeléből képezzük egyrészt az átmérőszabályozó kör ellenőrző jelét, másrészt ugyanezt a jelet hasonlítja össze egy komparátor áramkör alsó és felső értékével. Ameddig a mérőátalakító jele az alsó és felső komparálási szint közé esik, az utánadagoló kikapcsolt állapotban van, az átmérőszabályozó pedig az irányítási feladatnak legjobban megfelelő üzemmódban működik. Ha a mérőátalakító jele eléri az alsó komparálási szintet az utánadagolót a komparátor kimenőjele által vezérelt kapcsoló bekapcsolja, egy másik vezérelt kapcsoló pedig az átmérőszabályozót értéktartó üzemmódba váltja. így az átmérőszabályozó kimenetén az alsó komparálási szint elérésekor fennálló kimenőjelet biztosítja. Az utánadagoló bekapcsolt állapotban marad mindaddig, míg a mérőátalakító jele a felső komparálási szintet el nem éri. Ekkor a komparátor áramkör által vezérelt kapcsolók az utánadagolót kikapcsolják illetve az átmérőszabályozót eredeti működési módjába váltják.

Description

(57) KIVONAT

Az eljárás során az olvadékkal töltött tégely tömegét érzékelő mérőátalakító jeléből képezzük egyrészt az átmérőszabályozó kör ellenőrző jelét, másrészt ugyanezt a jelet hasonlítja össze egy komparátor áramkör alsó és felső értékével. Ameddig a mérőátalakító jele az alsó és felső komparálási szint közé esik, az utánadagoló kikapcsolt állapotban van, az átmérőszabályozó pedig az irányítási feladatnak legjobban megfelelő üzemmódban működik. Ha a mérőátalakító jele eléri az alsó komparálási szintet az utánadagolót a komparátor kimenőjele által vezérelt kapcsoló bekapcsolja, egy másik vezérelt kapcsoló pedig az átmérőszabályozót értéktartó üzemmódba váltja. így az átmérőszabályozó kimenetén az alsó komparálási szint elérésekor fennálló kimenőjelet biztosítja. Az utánadagoló bekapcsolt állapotban marad mindaddig, míg a mérőátalakító jele a felső komparálási szintet el nem éri. Ekkor a komparátor áramkör által vezérelt kapcsolók az utánadagolót kikapcsolják illetve az átmérőszabályozót eredeti működési módjába váltják.

187 886

A találmány tárgya eljárás és berendezés alapanyagutánadagolás irányítására egykristály növesztéseknél.

Mint ismeretes az ipari alkalmazásokhoz és a tudományos vizsgálatokhoz szükséges nagymennyiségű és sokféle egykristály mintegy 80%-át olvadékból növesztik. Az olvadékból történő kristálynövesztési módszerek közül — figyelembe véve az egykristályokkal szemben támasztott általános követelményeket — a Czochralski módszer a legjelentősebb.

A felhasználók nagyméretű, homogén, feszültségmentes, alacsony diszlokáció-sűrűségű és nagytisztaságú vagy ellenőrzötten szennyezett egykristályok iránti igényét gazdaságosan csak automatizált egykristálynövesztő berendezések segítségével lehet kielégíteni.

Az automatizált egykristálynövesztő berendezések a növekedő kristály átmérőjének szabályozásával biztosítják a kívánt minőséget. Az átmérőszabályozás módszerei főként a szabályozóhúrok által használt ellenőrző jel képzésének módjában különböznek.

Legelteijedtebb a súlymérés alapján képzett ellenőrző jelet használó szabályozó rendszer alkalmazása.

Ha az olvadék párolgása nem jelentős mértékű, akkor az olvadékot tartalmazó tégely súlyának mérése indokolt. A kristályhibák keletkezésének elkerülése érdekében a növesztési sebességet a lehető legalacsonyabb értéken kell tartani. Ezért a nagyméretű kristályok növesztésénél széles mérési tartományú, érzékeny elektronikus mérleget alkalmaznak mérőátalakítóként. A szabályozott húrok módosított jellemzője legtöbbször a fűtőteljesítmény.

A homogén összetételű és/vagy nagyméretű kristályok előállításakor a Czochralski-féle növesztés módosított ún. ntántáplálásos módszerét alkalmazzák. Ekkor az olvadékot tartalmazó speciálisan kialakított tégely — részben elkülönített - terébe olyan összetételű és tömegű anyagot juttatnak, hogy a tégelyben levő olvadék tömege és összetétele állandóan megegyezzék a kiinduló értékekkel. Ugyanígy szükség van a fogyó anyag pótlására, ha a növesztés során a termikus viszonyok állandóságát az olvadékszint konstans helyzetével is biztosítani kell. Az utánadagolás szabályozása elkerülhetetlen, mivel mellőzése egyrészt

- az olvadékszint ingadozásán keresztül a növekedési határréteg nemkívánatos ingadozásához vezet, másrészt mivel — az átmérőszabályozó kör a tégelybe adagolt ill. abból kihúzott anyag tömegegyensúlyát igyekszik megvalósítani: az utánadagolás egyenetlensége átmérőingadozást eredményez.

Ha az utánpótlást az alapanyagból készült polikristályos öntecs beolvasztása biztosítja, akkor a polikristályos rúd ereszkedés! sebességét kell szabályozni.

A kívánt növekvő kristályalak elérését csak igen jóminőségű süllyesztő mechanika és a políkrístáíy meghatározott átmérőhossz viszonya tudja biztosítani. Ebben az esetben drága a mechanikus szerkezet és a megfelelő alakú polikristály előállítási költsége is közelít az egykristály előállítási költségéhez. Egyszerű alakú, pl. hengeres polikristály' alkalmazása pedig szükségessé teszi a süllyesztő mechanika mozgásának bonyolultabb szabályozását, alrolís a szabályozó vezető jelét a növekedő kristály elméleti alakjával arányos mennyiség jelenti.

Ha az alapanyag porának beszórása eredményezi az állandó olvadékszintet, úgy' vagy — a poráram nagyságát kell mérni és szabályozni, vagy

- az olvadékszint helyzetét igen pontosan mérni és a porbeszórást vezérelni.

Ezeknél a megoldásoknál tehát az átmérőszabályozó körön kívül még egy - igen érzékeny mérőátalakítót igénylő — csatolt szabályozókörre van szükség.

A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamenynyi nehézség egyidejű kiküszöbölése, és olyan irányítási eljárás megvalósítása, amely — azonos minőség biztosítása mellett — szükségtelenné teszi az utánadagolt anyag tömegének mérésére alkalmas külön mérőátalakító használatát, és a növekedő kristály átmérőjét vezető jelként használó adagoló-szabályozást kétállásu vezérléssé egyszerűsíti.

A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan elrendezés létrehozása, amely a növekedő kristály átmérőszabályozása mellett az alapanyag megfelelő mértékű utánadagolásáról is gondoskodik.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha az olvadékot tartalmazó tégely súlyát érzékelő mérőátalakító jelét, vagy annak változását az utánadagoló vezérlő jeleként is értelmezzük.

A találmány szerinti eljárás tehát olyan ismert eljárás *ovábbfejlesztése, melynek során a kristály alapanyagát tégelyben előmelegítjük, majd a hőmérsékletet az olvadáspont közelében stabilizáljuk. Ezután a kristálymagot egy befogószerkezet segítségével bemártjuk az olvadékba és elkezdjük az egykristály növesztését. A növesztés során mérjük a tégely súlyát és az alaktényező figyelembevételével módosítjuk a hőteljesítményt.

A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van,hogy a súlymérés után, amennyiben a tégely súlya egy kritikus érték alatt van, elkezdjük a tégelybe adagolni az alapanyagot és ezalatt az idő alatt a hőteljesítményt az utolsó beállított értéken tartjuk mindaddig, amíg a tégely súlya egy kritikus érték fölé nem emelkedik. Ezután a súlymérés és az alaktényező adataiból újra meghatározzuk a szükséges hőteljesítményt, azt beállítjuk és újra súlyt mérünk.

A találmány szerinti berendezés tehát olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek láncbakapcsolt teljesítményszabályozója, első beavatkozó szerve, irányított berendezése (kristálynövesztője), méró'átalakítója (elektronikus mérleg), jelformáló és visszacsatoló szerve, továbbá különbségképző szerve, valamint adagoló berendezése és második beavatkozó szerve van. Az adagoló berendezés bemenete a második beavatkozó szerv kimenetére, kimenete pedig az irányított berendezés bemenetére van csatlakoztatva. A különbségképző szerv bemenetel a jelformáló és visszacsatoló szerv kimenetére, valamint a berendezés bemenetét képező alapjelvezetékre, kimenete pedig a teljesítményszabályozó bemenetére van kötve.

A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a berendezésnek vezérlőegysége van. A vezérlőegység bemenete analóg vezetéken keresztül a mérőátalakító kimenetére, kimenetéi pedig első vezérlővezetéken át a jelformáló, és visszacsatoló szerv másik bemenetére, valamint második vezérlővezetéken keresztül a második beavatkozó szerv bemenetére vannak kötve.

A találmány értelmében célszerű, ha a vezérlőegységnek alsó és felső referenciaforrása, alsó és felső kompará-21

187 886 tora és vezérlő szerve van. Az alsó komparátor referencia bemenete az alsó referencia forrás kimenetére, jelbemenete pedig analóg vezetéken keresztül a felső komparátor jelbemenetével van összekötve, kimenete pedig a vezérlő szerv egyik bemenetére van kötve. A felső komparátor referencia bemenete a felső referencia forrás kimenetére, kimenete pedig a vezérlő szerv másik bemenetére van csatlakoztatva. A vezérlő szerv kimenete az első és második vezérlővezetékre van kötve.

Célszerű, ha a vezérlő szerv sztatikus memóriaáramkör. Célszerű továbbá, ha az első és második vezérlővezeték galvanikusan össze van kötve.

Célszerű továbbá még az is, ha a jeiformáló és visszacsatoló szervnek láncbakapcsolt differenciáló szerve, vezérelt kapcsolója, tartószerve és jeiformáló szerve van. A differenciáló szerv bemenete az analóg vezetéken keresztül a mérőátalakító kimenetére van kötve. A vezérelt kapcsoló vezérlő bemenete első vezérlővezetéken át a vezérlő egység kimenetére van csatlakoztatva. A jelformáló szerv kimenete a különbségképző szerv bemenetére van kötve.

A találmány szerinti berendezés tehát olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, melynek láncbakapcsolt beavatkozó szerve, adagoló berendezése, irányított berendezése (kristálynövesztő), mérőátalakítója és folyamatillesztője, valamint forgatássebesség szabályozó köre, húzássebesség szabályozó köre, teljesítményszabályozó köre, számítógépe és hagyományos perifériái vannak. Az irányított berendezés bemenetei a forgatássebesség-, a húzássebesség-, és a teljesítményszabályozó körök kimenetére, kimenetei pedig folyamat vezetékkötegen keresztül a folyamat illesztő bemenetelre vannak csatlakoztatva. A folyamatperifériák kimenetei a forgatássebesség-, a húzássebesség-, és a teljesítményszabályozó körök ki/bemenetei pedig központi vezetékkötegen keresztül a számítógép és a hagyományos perifériák ki/bemeneteivel vannak összekötve.

A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a berendezés beavatkozó szervének a bemenete a folyamatillesztő kimenetére van kötve.

A találmány értelmében célszerű, ha a folyamatillesztőnek számlálója, óragenerátora van. A számláló egyik bemenete a folyamatillesztő egyik kimenetére, másik bemenete az óragenerátor kimenetére, kimenetei pedig a folyamatillesztő bemenetelre vannak kötve.

A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, amelyen az ismert eljárás és berendezés, valamint eljárás és berendezés néhány példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az

1. ábra az ismert eljárás folyamatábrája; a

2. ábra a találmány szerinti eljárás folyamatábrája; a

3. ábra a találmány szerinti eljárás alapján működő berendezés idődiagramja; a

4. ábra a 3. ábra szerinti idődiagram egy kinagyított részlete; az

5. ábra az ismert berendezés egy kiviteli alakja; a

6. ábra a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakj a; a

7. ábra a találmány szerinti vezérlő egység példakénti alakja; a

8. ábra az ismert berendezés egy további kiviteli alakja; a

9. ábra a találmány szerinti berendezés egy további példakénti kiviteli alakja; a ábra a találmány szerinti berendezés egy újabb példakénti kiviteli alakja.

Az 1. ábra folyamatábrája alapján az ismert eljárás a következő: A növesztendő kristály alapanyagát tégelyben megolvasztjuk, majd az olvadáspontot minimálisan meghaladó értéken a hőmérsékletet stabilizáljuk. A forgásba hozott, megfelelő orientációjú kristálymagot az olvadékfelszínnel érintkezésbe hozzuk. Ez a magbemártás A dinamikus egyensúly beállása után a kristálymagot húzni kezdjük.

Az olvadék hőmérsékletét a betáplált hőteljesítmény módosításával úgy változtatjuk, hogy a magra új kristály nőjön. Mivel a növekedő kristály tömeggyarapodása a tégelyben lévő anyag tömegének rovására történik, a tégelysúly mérése alapján a növekedő kristály átmérőjéről kapunk információt. Ennek alapján a szükséges hőteljesítinényt időről-időre úgy kell meghatározni, hogy a kristály átmérője a magkristály méretéről fokozatosan növekedjék a növesztést körülmények által megszabott maximális átmérőig, majd állandó átmérővel nőjön tovább a növesztés végéig. A kívánt kristálygeometriát az alaktényezővel adjuk meg. A húzás megindítása után az adagolást is megkezdjük. A tégelybe adagolt anyag menynyiségének mért értéke és az alaktényező alapján szabályozzuk az utánadagolás sebességét.

A találmány szerinti eljárást a 2. ábra folyamatábráján követhetjük. A kristálynövesztés első fázisai, azaz az alapanyag megolvasztása, az olvadék hőmérsékletének stabilizálása, a magforgatás indítása, a magbemártás és a húzás indítása a hagyományos módon történik. Mindaddig, amíg a tégely súlya a kritikus érték alá nem csökken, az átniérőszabályozás az alaktényező figyelembevétele mellet?, az aktuális hő teljesítmény meghatározása után, a hőieljesítmény változtatása útján teljesül.

Ha a tégely súlycsökkenése során eléri az alsó kritikus értéket, az adagolás, azaz a tégely töltése indul, a hőteljesítmény pedig az adagolás kezdete előtti utolsó értéken stabilizálódik. Az adagolás mindaddig folytatódik, míg a tégely súlya a felső kritikus értéket eléri. Ekkor a töltés abbamarad, az új hő teljesítmény meghatározása után a szükséges teljesítményváltoztatás lejátszódik.

Az átmérőszabályozási kör ellenőrző jeleként célszemen a differenciált súlyjelet, azaz a tégely időegységre eső súlyváltozását használjuk.

A 3. ábrán a találmány szerinti eljárás alapján működő berendezés lényeges jellemzőinek idődiagramja látható. A betáplált hő teljesítmény, a szabályozókor ml módosított jellemzőjének változása biztosítja a kivánt kristályalak elérését, miközben az alaktényezó'vel arányos, az átmérőszabályozó hurokban al alapjel a maghoz tartozó értékről a végleges átmérőhöz tartozó értékre módosul. A tégely G súlya a Ga alsó-, és Gf felső kritikus érték közötti tartományban mozog. Az utánadagolót vezérlő v jel a logikai nulla és logikai egy állapotot veszi fel aszerint, hogy utánadagolásra van-e szükség. A vezérlő v jelet követi a p anyagáram, amelynek a nullaállapot az adagolás szünetelését, a logikai egy állapotot pedig az adagolás jelenti.

A 4. ábra a 3. ábra egy T hosszúságú intervallumának kinagyítása. T intervallum a teljes növesztés időtartamánál· csak kicsiny — néhány tized ezreléknyi — része.

Γ intervallum két részre, TI és T2-re bontható.

TI időszakban a G súlyjel a Gf-ről ideális esetben lineárisan csökken Ga értékre (az ábrán szaggatott vonal3

187 886 lal jelölve). A folytonos vonallal ábrázolt tényleges súlyváltozás és az elméleti érték közötti eltérés nagyságát az irányítási feladatnak legjobban megfelelő (Pl, PID vagy egyéb) üzemmódban működő átmérőszabályozó az ml módosított jellemző — esetünkben a futóteljesítmény — változtatásával igyekszik csökkenteni. Az ideális m Pállandó esetet itt is szaggatott vonal jelzi.

T intervallum kezdetén (to) G tégelysúly Gf felső kritikus érték fölé került. Ennek hatására v vezérlőjel logikai nulla állapotot vesz fel, ami a p anyagáramot megszünteti.

TI időszakasz elteltével G tégelysúly Ga kritikus érték alá csökken, ml módosított jellemző a (to+Tl) időponthoz tartozó értéken állandósul, a v vezérlőjel logikai egy állapotot vesz fel, aminek hatására p anyagáram megindul.

T2 időszakasz alatt a G tégelysúly újra eléri a Gf felső kritikus értéket, a v vezé.lőjel visszabillen, az utánadagolás megszűnik, az átmérőszabályozó eredeti üzemmódjába kerül.

Az 5. ábra alapján követhetjük az ismert berendezés egy kiviteli alakját. A 11 irányított berendezés indukciós fűtés: kristálynövesztő, amelynek két analóg szabályozókörét ábrázoltuk. Sz 1 szabályozókor az átmérőszabályozás feladatát látja el. A G tégelysúlyt a 15 mérőátaiakító érzékeli, a 16 jelformáló és visszacsatoló szerv állítja elő az el ellenőrző jelet. A 14 különbségképzőszerv állítja elő az alaktényezővel arányos al alapjel és az el ellenőrző jel különbségéből a 13 teljesítményszabályozó bemenő jelét. A teljesítményszabályozó kimenő jele az első 12 beavatkozó szerv, ebben az esetben például egy középfrekvenciás generátor bemenetére van vezetve. A generátor állítja elő az ml módosított jellemzőt, a fűtő teljesítményt. Az Sz2 szabályozókor az alapanyag utánadagolást irányítja. A p anyagáram értékét a 25 mérőátalakító érzékeli, kimenőjeléből a 26 jelformáié és visszacsatoló szerv állítja elő az e2 ellenőrző jelet. A 24 különbségképző szerv az e2 ellenőrző jelből és az a2 alapjelből, amelyet 27 alapjelképző szerv állít elő az al alapjelből, képzi a 23 adagolószabályozó számára a rendelkező jelet. A szabályozó bevatkozó jelét érzékelő második 22 beavatkozó szerv állítja elő a 21 adagoló berendezés módosított jelét.

A 6. ábra a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakja, melynek láncbakapcsolt 13 teljesítményszabályozója, első 12 beavatkozó szerve, 11 irányított berendezése (kristálynövesztője), 15 mérőátalakítója (elektronikus mérlege), 16 jelformáló és visszacsatoló szerve, továbbá 14 különbségképző szerve, valamint 21 adagoló berendezése és második 22 beavatkozó szerve, rovábbá 28 vezéilöcgysége van. A 21 adagoló berendezés bemenete a második 22 beavatkozó szerv kimenetére, kimenete pedig a ll irányított berendezés bemenetére van csatlakoztatva. A 14 különbségképző szerv bemenetel a 16 jelformáló és visszacsatoló szerv kimenetére, valamint a berendezés bemenetét képező alapjel b vezetékre, kimenete pedig a 13 teljesítményszabályozó bemenetére van kötve. A 28 vezérlőegység bemenete analóg d vezetéken keresztül a 15 mérőátalakító egyik kimenetére, kimeneiei pedig első vezérlő h vezetéken át a 16 jelformáló és visszacsatoló szerv másik bemenetére, valamint második vezérlő k vezetéken keresztül a második 22 beavatkozó szerv bemenetére van kötve.

Ugyancsak a 6. ábra mutatja, hogy a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakjában a 16 jelformáié és visszacsatoló szervnek láncbakapcsolt 16a differenciáló szerve, 16b vezérelt kapcsolója, 16c tartószerve és lód jelformáló szerve van. A 16a differenciáló szerv bemenete analóg d vezetéken keresztül a 15 mérőátalakító kimenetére van kötve. A 16b vezérelt kapcsoló vezérlő bemenete első vezérlő h vezetéken át a 28 vezérlőegység kimenetére van csatlakoztatva. A lód jelformáló szerv, kimenete a 14 különbségképző szerv bemenetére van kötve. A tégely súlyát érzékelő 15 mérőátalakító kime10 nő jele analóg d vezetéken egyrészt 16a differenciáló szervbe, másrészt 28 vezérlőegységbe jut. Ameddig G tégelysúly Ga alsó- és Gf felső kritikus érték közé esik, a differenciált súlyjel 16b vezérelt kapcsolón, 16c tartószerven, 16d jelformálón keresztül mint el ellenőrző jel

14 különbségképző szerv egyik bemenetére jut. A külonbségképző másik bemenetén az alaktényzővel arányos al alapjel van. 13 teljesítményszabályozó a 14 különbségképző másik kimenő jele alapján az első 12 beavatkozó szerv révén előállítja az ml módosított jellemzőt, ami a 11 irányított berendezésbe táplált hőteljesítmény. A működés ezen szakaszában a 28 vezérlőegység a második 22 beavatkozó szerv bemenetére második vezérlő k vezetéken olyan jelet szolgáltat, amelynek eredményeként a kimenő v vezérlő jel 21 adagoló berendezést ki25 kapcsolt állapotban tartja, azaz a p anyagáram zérus. G<Ga (tégelysúly kisebb, mint az alsó kritikus érték) feltétel teljesülésekor 28 vezérlőegység 16b vezérelt kapcsolót megszakítja, 16c kimenetén állandósul G=Ga (tégelysúly egyenlő áz alsó kritikus értékkel) egyenlőséggel jellemzett időpillanathoz tartozó differenciál súiyjel, A 28 vezérlőegység ugyanekkor a második 22 beavatkozó szerv kimenetét megváltoztatja, 21 adagoló berendezés bekapcsol.

A találmány szerinti 28 vezérlőegység blokk-diagram35 ját a 7. ábra mutatja, melynek alsó 28a és felső 28b referenciaforrása, alsó 28d és felső 28c komparátora és 28e vezérlő szerve van. Az alsó 28d komparátor referencia bemenete az alsó 28a referenciaforrás kimenetére,jelbemenete pedig analóg d vezetéken keresztül a felső 28c komparátor jelbemenetére, kimenete pedig a 28e vezérlő szerv egyik bemenetére van kötve. A felső 28c komparátor referencia bemenete a felső 28b referenciaforrás kimenetére, kimenete pedig a 28e vezérlő szerv másik bemenetére van csatlakoztatva. A 28e vezérlő szerv kime45 neie az első és második vezérlő hj< vezetékre van kötve. Analóg d vezetéken bejövő jel felső 28c komparátor és az alsó 28d komparátor bemenetére kerül. A felső 28c komparátor számára felső 28b referenciaforrás állítja elő a másik bemenő jelet. Az alsó 28d komparátor az alsó

5θ 28a referenciaforrás szolgáltatta jellel hasonlítja össze az analóg d vezeték jelét, amely a tégelysúllyal arányos.

A 28e vezérlő szerv sztatikus memóriaáramkör, példái 1 S—R (setreset), beállítható és törölhető tároló; amelynek a beállító bemenetére az alsó 28d komparátor 55 kimenete kapcsolódik, a törlő bemenetére pedig a felső

28c komparátor kimenete van kötve.

’gy a 28e vezérlő szerv kimenete logikai egy állapotba kér il, ha a tégelysúly Ga alsó kritikus értékre csökken, és mindaddig ezt az értéket tartja, míg az utánadagoíás 50 hatására a tégelysúly Gf felső kritikus értéket eléri. Ekkor 28e vezérlő szerv kimenete logikai nulla állapotot vesz fel.

A 8. ábra az ismert eljárás számítógépes folyamatirányító rendszerének tömbvázlatát mutatja. A 33 szá65

187 886 mítógép 32 folyamatillesztő egységén keresztül 11 kristálynövesztö berendezés egyedi analóg szabályozóköreinek, a 29 forgatássebesség szabályozónak az a4, — a 30 húzássebesség szabályozó az a3 - a 31 teljesítményszabályozó az al alapjelét állítja be. A számítógép ilyen módon felügyelői irányítást lát el. A tégely súlyváltozását 15 mérőátalakító pl. egy elektronikus mérleg érzékeli, a mért értékek, valamint a kristálynövesztés során figyelt egyéb jellemzőkkel arányos jelek a folyamat F vezetékkötegen át a 32 folyamatillesztő közvetítésével jutnak a 33 számítógépbe. Az irányított folyamat szempontjából módosított jellemzők az ml fűtő teljesítmény, az m2 húzássebesség és az m3 forgatási sebesség. Az alapanyag utánadagolást p alapanyagáram szabályozásával egyedi analóg szabályozókor irányítja. A szabályozott szakasz ebben az esetben 21 adagoló berendezésből, 25 mérőátalakítóból, 26 jelformáló és visszacsatoló szervből, 23 adagoló szabályozóból és 35 beavatkozó szervből áll. Az m4 módosított jellemző például a polikristályos test beolvasztása útján történő utánadagolás esetén a test süllyesztési sebessége.

A szabályozókor e2 ellenőrző jelét 32 folyamatillesztőn keresztül 33 számítógép szolgáltatja. Az alaktényező és e2 ellenőrző jel alapján a 33 számítógép 32 folyamatillesztőn keresztül a2 alapjelet határoz meg az adagoló szabályozó számára. A technológus tájékoztatása, üzem- és eseménynapló vezetése 34 hagyományos perifériákon történik.

A 9. ábra a találmány szerinti berendezés további példakénti kiviteli alakja, melynek láncbakapcsolt 35 beavatkozó szerve, 21 adagoló berendezése, 11 irányított berendezése (kristálynövesztő), 18 mérőátalakítója és 32 folyamatillesztője, valamint 29 forgatássebesség szabályozó köre, 30 húzássebesség szabályozó köre, 31 teljesítményszabályozó köre, 33 számítógépe és 34 hagyományos perifériái vannak.

Az irányított berendezés bemenetei a forgatássebesség-, húzássebesség- és a teljesítményszabályozó körök kimenetére, kimenetei pedig a folyamat vezetékkötegen keresztül a folyamatillesztő bemenetelre vannak csatlakoztatva. A folyamatillesztő kimenetei a forgatássebesség-, a húzássebesség és a teljesítményszabályozó körök bemenetelre, ki/bemenetei pedig központi vezetékkötegen keresztül a számítógép és a hagyományos perifériák ki/bemenetei pedig központi vezetékkötegen keresztül a számítógép és a hagyományos perifériák ki/bemeneteivel vannak összekötve. A berendezés 35 beavatkozó szervének a bemenete a 32 folyamatillesztő kimenetére van kötve.

Á 11 irányított berendezés az egykristálynövesztő. Az egykristálynövesztés mint szabályozott folyamat számára a módosított jellemzőket, úgymint az ml fűtőteljesítményt, az m2 húzássebességet és az m3 forgatássebességet sorrendben a 31 teljesítmény-, a 30 húzássebességés a 29 forgatási sebesség szabályozó körei állítják elő. A 21 adagoló berendezés most egy rezgőadagoló, amely az alapanyagot porított formában juttatja a tégelybe. Ezt a poráramot jelöli p anyagáram. A 35 bevatkozó szerv egy vezérelt kapcsoló, amely a 33 számítógép által kiadott és 32 folyamatillesztőn keresztül eljuttatott v vezérlő jel logikai egy állapotában m4 módosított jellemző olyan értékét szolgáltatja, amely működésbe hozza a 21 adagolót. Á folyamatjellemzőket F (folyamat) vezetékkötegen', és a 15 mérőátalakító által érzékelt G tcgelysúllyai arányos jelet a 32 folyaniatillesztőn keresztül juttatjuk a 33 számítógépbe. Az átmérőszabályozás és az alapanyag utánadagolása - hivatkozva a 4. ábra idődiagramjára és jelöléseire — a következőképpen történik; A 33 számítógép 15 mérőátalakító mintavételezett értékein határérték vizsgálatot végez és mindaddig, amíg G tégelysúly nem csökken Ga alsó kritikus érték elé, a súlyadatokból meghatározza az időegységre eső kristálynövekedést. Ezen értéket összehasonlítja a tárolt — és éppen aktuális - alak tényezőből számítható értékkel. Az összehasonlítás alapján meghatározza a 31 teljesítményszabályozó számára az új al alapjelet. Ha a G tégelysúly a Ga alsó határértéket eléri, v vezérlőjelet logikai egybe állítja, azaz megindítja az utánadagolást. Az al alapjelet a megelőző értéken hagyja. A súlyjelek mintavételezése és határérték vizsgálata tovább folytatódik, amíg a G tégelysúly újra eléri Gf felső határértéket. Ekkor az adagolást megszünteti és megfelelő számú súlyadat beérkezése után újra kiszámolja és a 32 folyamatillesztőn keresztül kiadja az al alapjel aktuális szükséges értékét.

A súlykomparátor áramköri megvalósítására nincs szükség. Ha T1/T2 hányados technológiai okokból nem választható elegendően nagyra, és/vagy TI időszakasz a növesztő rendszer domináns időállandója által megszabott minimális érték alá csökken, úgy a komparálási tartomány (Gf—Ga) szűkítésével T1/T2 = 1 értéket állítunk be, miközben biztosítjuk a Tmin/Tl>10 feltételt (ahol Tmin a minimális idő). Ebben az esetben az utánadagolás-mentes TI időszakok hosszát választjuk az átmérőszabályozó kör ellenőrző jelének.

Erre mutat példát a 10. ábra, melyen a 32 folyamatillesztőnek 32a számlálója és 32b óragenerátora is van. A 12a számláló egyik bemenete a 32 folyamatillesztő egyik kimenetére, másik bemenete a 32b óragenerátor kimenetére, kimenetel pedig a 32 folyamatillesztő beme tétéire vannak kötve. A ll irányított berendezés az egy kristály növesztő. A módosított jellemzőket, azaz az ml fűtőteljesítményt, az m2 húzássebességet és az m3 forgatássebességet sorrendben a 31 teljesítmény-, a 30 húzássebesség- és a 29 forgássebesség szabályozó körei állítják elő. Az al teljesítmény alapjelet, az a3 húzássebesség alapjelet, az a4 forgássebesség alapjeleket a 33 számítógép határozza meg és 32 folyamatillesztőn keresztül szolgáltatja. A v vezérlő jelet, amely a 35 beavatkozó szeí v bemenő jele ugyancsak a számítógép állítja elő 32 folyamatillesztő segítségével. A 35 beavatkozó szerv célszerűen egy vezérelt kapcsoló, amely a v vezérlőjel logikai egy állapotában m4 módosított jellemző olyan értékét szolgáltatja, amely működésbe hozza a 21 adagolót. A 21 adagoló berendezés megvalósítását tekintve egy rezgő adagoló szerkezet, amely az alapanyagot porított formában juttatja a tégelybe. Ezt a poráramot jelöli p anyagáram. A folyamatjellemzőket folyamat F vezetékkötegen és a 15 mérőátalakító által érzékelt G tégelysúllyal arányos jelet 32 folyamatillesztő közvetíti a 33 számítógépnek. A folyamatperifériaként kialakított vezérelt 32a számláló 32b óragenerátor impulzusait képes fogadni. Az átmérőszabályozás és az alapanyag utánadagolása — a 4. ábra idődiagramjaira és jelöléseire hivatkozva — a következőképpen történik. A 33 számítógép 15 mérőátalakító mintavételezett értékein határérték vizsgálatot végez. Mindaddig, amíg G tégelysúly nem csökken Ga alsó kritikus érték alá, a vezérelt 32a számláló működését engedélyezi, az utánadagolást pedig tiltja. Ga alsó kritikus érték átlépésekor a 32a számláló működését tiltja, és engedélyezi az adagoló szerkezet működését mind5

187 886 addig, amíg G > Gf (tégelysúly nagyobb a felső kritikus értéknél) feltétel teljesül. A 32a számláló regiszteréből kiolvassa a beérkezett 32b óragenerátor által szolgáltatott impulzusok számáí. Az óragenerátor frekvenciájából és az impulzusok számából meghatározza a TI időszakasz hosszát. Gf—Ga ismeretében egyszerűen meghaGf—Ga tározható a ——— érték, azaz a kérdéses időtartamra vonatkozó növekedési sebesség. A nyert értéket összevetve az alaktényező által meghatározott elmélet növekedési sebességgel, al alapjel értékét 33 számítógép meghatározza, és 32 folyamatillesztőn keresztül a teljesítményszabályozó bemenetére juttatja. Az utánadagolás ideje alatt al alapjel értéke változatlan marad.

A találmány szerinti megoldás technológiai és gazdasági előnyöket is nyújt. Beállítható ugyanis, és a folyamat végéig biztosítható a tégelyben az az olvadékoszlop magasság, amelynél a növesztés szempontjából legkedvezőbb olvadékáramlás alakul ki. A növesztés végéig azonos termikus viszonyok a kristály minőségét előnyösen befolyásolják.

Mind az analóg, mind pedig a digitális irányítás esetén olcsóbbá teszi az utánadagolásos kristálynövesztő berendezés irányító rendszerét azáltal, hogy

a) nem támaszt szigorú követelményeket az adagoló szerkezettel szemben,

b) nincs szükség az utánadagolt alapanyag méréséhez külön mérőátalakítóra,

c) elhagyható az adagoló szabályozó köre, ugyanis elegendő az utánadagoló berendezés kétállású vezérlését biztosítani.

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims (8)

1. Eljárás alapanyag-utánadagolás irányítására egykristálynövesztéseknél, melynek során a kristály alapanyagát tégelyben előmelegítjük, majd a hőmérsékletet az olvadáspont közelében stabilizáljuk, ezután a kristálymagot egy befogó szerkezet segítségével bemártjuk az olvadékba és elkezdjük az egykristály növesztést, a növesztés során mérjük a tégely súlyát és az alaktényező figyelembevételével módosítjuk a hőteljesítményt, azzal jellemezve, hogy a súlymérés után amennyiben a tégely súlya egy kritikus érték alatt van elkezdjük a tégelybe adagolni az alapanyagot és ezalatt az idő alatt a hőteljesítményt az utolsó beállított értéken tartjuk mindaddig, amíg a tégely súlya egy kritikus érték fölé nem emelkedik, ezután a súlymérés és az alaktényező adataiból újra meghatározzuk a szükséges hőteljesítményt, azt beállítjuk és újra súlyt mérünk.

2. Berendezés alapanyag-utánadagolás irányítására egykristálynövesztéseknél, előnyösen az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítására, melynek láncbakapcsolt teljesítményszabályozója, első beavatkozó szerve, irányított berendezése (kristálynövesztője), mérőátalakítója (elektronikus mérleg), jelformáló és visszacsatoló szerve, továbbá különbségképző szerve, valamint adagoló berendezése és második beavatkozó szerve van, az adagoló berendezés bemenete a második beavatkozó szerv kiinene ere, kimenete pedig az irányított berendezés bemenetére van csatlakoztatva, a különbségképző szerv bemenetel a jelformáló és visszacsatoló szerv kimenetére, valamint a berendezés bemenetét képező alapjel vezetékre, kimenete pedig a teljesítményszabályozó bemenetére van kötve, azzal jellemezve, hogy a berendezésnek vezérlő egysége (28) van, a vezérlő egység (28) bemenete analóg vezeté-. ken (d) keresztül a mérőátalakító (15) kimenetére, valamint a jelformáló és visszacsatoló szerv (16) egyik bemenetére, kimenetei pedig első vezérlő vezetéken (h) át a jelformáló és visszacsatoló szerv (16) másik bemenetére, valamint második vezérlő vezetéken (k) keresztül a második beavatkozó szerv (22) bemenetére van kötve (6. ábra).

3. A 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vezérlő egységnek (28) alsó és felső referenciaforrása (28a, 28b), alsó és felső komparátora (28d, 28c) és vezérlő szerve (28e) van, az alsó komparátor (28d) referencia bemenete az alsó referenciaforrás (28a) kimenetére, jelbemenete pedig analóg vezetéken (d) keresztül a felső komparátor (28c)jelbemenetére, kimenete pedig a vezérlő szerv (28e) egyik bemenetére van kötve, a felső komparátor (29c) referencia bemenete a felső referencia forrása (28b) kimenetére, kimeneté pedig á vezérlő szerv (28c) másik bemenetére van csatlakoztatva, a vezérlő szerv (28e) kimenete az első és második vezérlő vezetékre (h, k) van kötve (7. ábra).

4. A 3. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vezérlő szerv (28e) sztatikus memória áramkör (7. ábra).

5. A 2—4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az első és második vezérlő vezeték (h, k) galvanikusan össze van kötve (6., 7. ábra).

6. A 2-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a jelformáló és visszacsatoló szervnek (16) láncbakapcsolt differenciáló szerve (16a), vezérelt kapcsolója (16b) tartószerve (16c) és jelformáló szerve (lód) van, a differenciáló szerv (16a) bemenete az analóg vezetéken (d) keresztül a mérőátalakító (15) kimenetére van kötve, a vezérelt kapcsoló (16b) vezérlő bemenete első vezérlő vezetéken (h) át a vezérlő egység (28) kimenetére van csatlakoztatva, jelformáló szerv (lód) kimenete a különbségképző szerv (14) bemenetére van kötve (6. ábra).

7. Berendezés alapanyag-utánadagolás irányítására egykristálynövesztéseknél, előnyösen az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítására, melynek láncbakapcsolt beavatkozó szerve, adagoló berendezése, irányított berendezése (kristálynövesztő), mérőátalakítója és folyamatillesztője, valamint forgatássebesség szabályozó köre, 1 úzássebesség szabályozó köre, teljesítményszabályozó köre, számítógépe és hagyományos perifériái vannak, az irányított berendezés bemenetel a forgássebesség-, a húzássebesség- és a teljesítményszabályozó körök bemenetelre, ki/bemenetei pedig központi vezetékkötegen keresztül a számítógépbe és a hagyományos perifériák ki/bemeneteivel vannak összekötve, azzal jellemezve, hogy a berendezés beavatkozó szervének (35) a bemenete a foiyaniatilíesztő (32) kimenetére van kötve (9. ábra).

8. A 7. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja,

187 886 azzal jellemezve, hogy a folyamatillesztőnek (32) számlálója (32a), óragenerátora (32b) van, a számláló (32a) egyik bemenete a folyamatillesztő (32) egyik kimenetére, másik bemenete az óragenerátor (32b) kimenetére, kimenetéi pedig a folyamatillesztő (32) bemenetelre vannak kötve (10. ábra).

10 db ábra

Kiadja az Országos Találmányi Hivatal A kiadásért felel: Himer Zol'án osztályvezető Megjelent a Műszaki Könyvkiadó gondozásában COPYLUX Nyomdaipari és Sokszorosító Kisszövetkezet