一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法與流程
2023-08-07 22:55:12
本發明屬於單晶生產工藝技術領域，尤其是涉及一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法。
背景技術：
單晶生產中，利用設備CCD攝像和直徑控制PID自控程序系統等，並結合人工通過使用測徑儀校正直徑進行控制；由於每爐單晶生長時液面位置不能固定，並且有時導流筒位置、CCD攝像機位置和信號也會變化，所以每爐單晶直徑控制都需要人工進行校正，即每爐單晶生長等徑(保持)部分需要轉肩後量取直徑，並進行反覆校正。此過程需要技術較高的操作工人進行操作，反覆操作導致操作人工勞動強度較大，而且浪費工時。在校正直徑時由於不同操作工人個人誤差較大，難以保證直徑控制的精度。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明旨在提出一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法，以實現單晶直徑每爐相同的產業化生產。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法，包括以下步驟：
1)、固定導流筒位置:
固定爐體內導流筒下沿位置；
2)、固定液面位置:
固定坩堝內矽溶液液面距導流筒下沿位置；
3)、固定CCD攝像機位置:
將CCD攝像機的攝像頭正對坩堝內矽液單晶生長光圈，通過CCD攝像機採集拉晶時的外徑尺寸，固定CCD攝像機位置並校正單晶等徑生產時時的信號位置、明暗度及對比度；
4)、首爐直徑校正：
通過測量出爐單晶實際直徑，校正CCD攝像機顯示直徑；
5)、拉晶生產:
通過堝升控制系統控制坩堝內矽溶液液面位置距導流筒下沿距離不變，進行拉晶生產。
進一步的，步驟1)中，通過爐體上方設置的距離測試設備確定導流筒位置，確定方法為：在爐體停爐狀態下，安裝熱場，不安裝坩堝，石墨軸上放置尺寸大於導流筒下口直徑的定位平板，然後在爐體上安裝導流筒至正常拉晶位置，石墨軸上升直至定位平板頂面和導流筒下沿接觸，通過距離測試設備測量該測試設備和定位平板間距離X，該數值X即為導流筒下沿和距離測試設備間距離，且該距離保持每爐不變。
進一步的，步驟2)中液面位置確定方法為：將定位平板取出，將坩堝放置在石墨軸上，在坩堝內投放原料，石墨軸下降至初始位置，啟動加熱器對坩堝內原料加熱直至融化，堝升系統控制坩堝上升，通過距離測試設備測量坩堝內矽溶液液面距該距離測試設備間的距離Y,換算出坩堝內液面與導流筒下沿間距離為Y-X,當該Y-X值和液面距導流筒底端的工藝要求設定距離相等時，石墨軸停止移動，該液面位置即為矽溶體拉晶位置。
進一步的，步驟4)中，通過測量出爐單晶實際直徑，校正CCD攝像機顯示直徑；其校正方式為：合爐後開始拉晶作業，單晶拉至轉肩後為等徑拉制，從轉肩開始到保持長度200mm，每10mm用測徑儀測量一次直徑，記錄每一個測試位置的CCD攝像機顯示直徑值和測徑儀測量值，單晶出爐後使用遊標卡尺對等徑部分的每10mm測量一次直徑，對CCD顯示直徑值、測徑儀所測直徑及遊標卡尺測量直徑三組數據的對比分析，在下次單晶保持穩定時校正CCD攝像機顯示直徑值。
相對於現有技術，本發明所述的一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法具有以下優勢：
本發明所述的一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法中，通過該方法實現產業化規模化生產一種直徑規格的單晶時，自動控制每爐單晶生長直徑，保證每爐單晶直徑值幾乎一致，不需要每爐反覆校正，可以保證每爐單晶直徑控制的一致性，實現自動直徑控制。另外，通過該工藝方式，節約工時，提高自動化水平；降低勞動強度，降低人工成本；降低因直徑異常導致的回收料比例。
附圖說明
構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1為本發明實施例所述的一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法中步驟1示意圖；
圖2為本發明實施例所述的一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法步驟2示意圖；
圖3為本發明實施例所述的一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法中步驟3示意圖。
附圖標記說明：
1-爐體； 2-定位平板； 3-導流筒； 4-石墨軸；
5-距離測試設備； 6-坩堝； 7-液面； 8-CCD攝像機；
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」等的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
如圖1-3所示，一種直拉單晶產業化直徑生長自控的工藝方法，包括以下步驟：
1)、固定導流筒位置:
圖1中，在爐體1停爐狀態下，安裝熱場，不安裝坩堝6，石墨軸4上放置尺寸大於導流筒3下口直徑的定位平板2，然後在爐體1的熱場上安裝導流筒3，石墨軸4上升直至定位平板2頂面和導流筒3下沿接觸，此時導流筒3下沿和定位平板2間距離為0，在熱爐正上方設置距離測試設備5，通過該距離測試設備5測量該測試設備5和定位平板2間距離X，該數值X即為導流筒3下沿和距離測試設備5間距離；
2)、固定液面位置:
圖2中，將爐體1的爐蓋抬起，將石墨軸4上的定位平板2取出，將坩堝6放置在石墨軸4上，在坩堝6內投放原料，石墨軸下降，將爐蓋蓋好，啟動加熱器對坩堝內原料加熱，當原料熔化後，堝升系統控制石墨軸4上升，進而帶動坩堝6上升，通過距離測試設備5測量坩堝6內矽溶液液面7距該距離測試設備間的距離Y,換算出坩堝內液面7與導流筒下沿間距離為Y-X,當該Y-X值和液面7距導流筒3底端的設定距離相等時，該設定距離即初始設計的拉晶液面距導流筒下沿的距離，石墨軸4停止移動，該液面7位置即為矽溶體拉晶位置；
3)、固定CCD攝像機8位置:
圖3中，調整設置在爐體1上的CCD攝像機8位置和角度，將CCD攝像頭的正對坩堝6內矽液單晶生長光圈，保證CCD攝像機8採集到的單晶直徑信號準確且固定；
4)、首爐直徑校正：
通過測量出爐單晶實際直徑，校正CCD攝像機顯示直徑；
為了保證等徑生產中，矽棒直徑符合要求，需要對等徑拉晶時的尺寸定期檢測，如每月或每季度，或每二十爐一次等，要求CCD攝像機的測量值和矽棒的尺寸相符，也就是要保證CCD攝像機的測量值穩定準確，因此，步驟4)中，生產前，對CCD攝像機進行校正，其校正方式為：合爐後開始拉晶作業，單晶拉至轉肩後為等徑拉制，從轉肩開始到保持長度200mm，該200mm保持長度即為矽棒的等徑長度，每10mm用測徑儀測量一次直徑，記錄每一個測試位置的CCD攝像機8顯示直徑值和測徑儀測量值，單晶出爐後使用遊標卡尺對等徑部分的每10mm測量一次直徑，該遊標卡尺起到校準作用，對CCD顯示直徑值、測徑儀所測直徑及遊標卡尺測量直徑三組數據的對比分析，在下次單晶保持即等徑穩定時校正CCD顯示直徑值。
5)、拉晶生產:
通過距離測試設備5測量矽溶體液面位置，並將該測量值反饋給堝升控制系統，由堝升控制系統控制石墨軸4的上升速度和上升距離，保證坩堝6內拉晶液面位置距導流筒3下沿距離Y-X值不變且與工藝設定要求一致，也就是保證該拉晶液面位置不變，每爐在該位置進行拉晶生產。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。