一种直拉硅单晶的自动调温方法技术

本发明专利技术公开的直拉硅单晶的自动调温方法，用于自动调节液面温度，包括以下步骤，设定目标液面温度值Ts，测量实际液面温度值T，以t为固定周期时间计算实际液面温度T与目标液面温度Ts的差值ΔT；判断ΔT是否在给定范围；如果是，则进入温度稳定过程，如果不是，则进行温度调节过程；温度调节过程中，对差值ΔT进行计算，得出功率调节量ΔPower及功率设定值Pr，输出功率设定值Pr，进而调节硅熔体液面温度。本发明专利技术取消了SP参与的控制，消除了不稳定因素，提高了系统控制温度的稳定性，提高调温的统一性，提高成品率，降低生产成本。

An automatic temperature control method of Czochralski silicon single crystal

The automatic temperature regulating method of Czochralski silicon single crystal disclosed in the invention is used for automatically adjusting the liquid surface temperature, which comprises the following steps: setting the target liquid surface temperature ts, measuring the actual liquid surface temperature T, calculating the difference value \u0394 t between the actual liquid surface temperature T and the target liquid surface temperature ts with t as the fixed cycle time; judging whether \u0394 t is in the given range; if so, entering the temperature stabilization process, if not In the process of temperature regulation, calculate the difference value \u0394 T, get the power regulation value \u0394 power, power setting value PR, output power setting value PR, and then adjust the liquid surface temperature of silicon melt. The invention cancels the control participated by SP, eliminates the unstable factors, improves the stability of system control temperature, improves the uniformity of temperature regulation, improves the yield and reduces the production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种直拉硅单晶的自动调温方法
本专利技术属于单晶生长工艺
，具体涉及一种直拉硅单晶的自动调温方法。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求不断增长，但煤、石油、天然气等化石燃料，正逐渐被耗竭。而作为绿色能源的太阳能正越来越多地被人类所接受和应用，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。而硅单晶是制造光伏组件的初始原料。直拉硅单晶制造过程是将多晶硅料放入石英坩埚中，加热熔化形成液态硅料，然后经过调温、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等六个步骤，最终生产出硅单晶棒。在引晶之前需要进行调温，以达到更好的引晶温度，保证引晶质量。目前直拉硅单晶工艺的调温过程主要依靠SP值，依靠操作人员经验，手动调节SP设定值，无判定标准；另外由于热电堆取光孔对中困难，每次的对中位置不一致，导致每炉温度存在差异。在实际引晶过程中，引晶温度目标值的获取较为困难。目前，一般通过籽晶试验的方法，将籽晶放入硅液中观察籽晶周围的光圈变化，并根据光圈的变化来判断调节温度。该过程需要人工参与，根据以往经验判断，具有不确定性。另外，在调温过程中，炉体内部液体处于高温、高真空环境，采用温度测量装置测量液体表面温度，测温装置与待测表面的距离较远，抗干扰能力差，导致测量精度较低。以上问题使得调温过程存在诸多不确定性，不同人员、不同炉台、不同技术水平等不确定因素导致调温的结果完全不一样，无法实现温度的准确调节，进而导致后期引晶、放肩、转肩、等径等过程温度不稳定，影响成本及产品品质。因此需要一种调温方法，提高温度的稳定性。专利
技术实现思路
本专利技术提供了一种直拉硅单晶的自动调温方法，能够提高控制系统的温度稳定性，提高直拉单晶炉调温过程的自动化程度。本专利技术所采用的技术方案是：一种直拉硅单晶的自动调温方法，用于引晶之前自动调节液面温度，包括温度调节过程和温度稳定过程，所述温度调节过程包括以下步骤：设定功率初始设定值Pi；设定目标温度值Ts：控制系统自动记录前N次相同工艺条件下的引晶温度，并做平均值处理，作为目标温度值Ts，其中N≥2；以t为固定周期，测量液体表面实际温度T；计算实际温度T与目标温度Ts的差值ΔT；设定ΔT波动的给定范围，判断ΔT是否在给定范围，若ΔT在给定范围内，控制调温过程进入温度稳定过程，若ΔT不在给定范围内，依据ΔT自动调节功率，进而调节液面温度。进一步地，设定所述温度稳定过程目标持续时间为t1，实际温度稳定过程持续时间为t2，当t2≥t1时，自动进入引晶阶段；当t2＜t1时，进行温度调节过程，直到进入引晶阶段。事例性地，所述t1范围为20-30min。进一步地，所述差值ΔT的计算公式为：ΔT＝T-Ts，所述差值ΔT的给定范围为±8℃。进一步地，所述依据ΔT自动调节功率包括依据ΔT计算固定周期t内的功率调节量ΔPower及功率设定值Pr，并输出功率设定值Pr。更进一步地，所述功率设定值Pr的计算公式为Pr＝Pi+ΔPower。事例性地，依据ΔT，采用PID算法计算所述功率调节量ΔPower。事例性地，依据ΔT，采用偏差算法计算所述功率调节量ΔPower，计算公式为，ΔPower＝ΔT*a其中a为偏差系数，取值范围为-100-0。事例性地，所述t范围为100-3000s。进一步地，测量所述液体表面实际温度T时，以硅熔体液面中心为圆心，以目标晶体直径为直径范围作为温度测量位置范围，确定所述温度测量位置范围内任意一点作为固定点，测量液面温度。更进一步地，测量所述液体表面实际温度T包括步骤：通过CCD摄像头捕捉所述固定点的液面图像，利用所述液面图像的灰度值与温度值的线性关系得出实际温度T。本专利技术的直拉硅单晶的自动调温方法的有益效果是：1、取消了SP参与的控制，消除了不稳定因素，提高了系统控制温度的稳定性，提高调温的统一性，提高成品率，降低生产成本；2、节省时间，由原来手动调温需要4-5小时缩短到2小时以内；3、提高了直拉单晶炉调温过程的自动化程度。附图说明图1是本专利技术直拉硅单晶的自动调温方法的流程示意图。具体实施方式本专利技术公开了一种直拉硅单晶的自动调温方法，用于直拉硅单晶引晶之前自动调节液面温度，包括温度调节过程和温度稳定过程。温度调节过程包括以下步骤：设定功率初始设定值Pi；设定目标温度值Ts：控制系统自动记录前N次相同工艺条件下的引晶温度，并做平均值处理，作为目标温度值Ts，其中N≥2即可，优选为N≥5；以t为固定周期，测量液体表面实际温度T；示例性地，t设置在100-3000s之间。测量液体表面实际温度T可以具体为：以硅熔体液面中心为圆心，以目标晶体直径为直径范围作为温度测量位置范围，确定该温度测量位置范围内任意一点作为固定点，然后通过CCD摄像头捕捉固定点的液面图像，利用液面图像的灰度值与温度值的线性关系得出实际温度T。计算实际温度T与目标温度Ts的差值ΔT；差值ΔT的计算公式为：ΔT＝T-Ts。设定ΔT的给定范围，并判断ΔT是否在给定范围，若ΔT在给定范围内，控制调温过程进入温度稳定过程，若ΔT不在给定范围内，依据ΔT自动调节功率，进而调节液面温度。事例性地，设定差值ΔT的给定范围为±8℃。上述依据ΔT自动调节功率，包括依据ΔT计算固定周期t的功率调节量ΔPower及功率设定值Pr，并输出功率设定值Pr，Pr的计算公式为Pr＝Pi+ΔPower。具体地，依据ΔT，可以采用PID算法计算功率调节量ΔPower；也可以采用偏差算法计算功率调节量ΔPower，计算公式为ΔPower＝ΔT*a，其中a为偏差系数，取值范围为-100-0。在温度稳定过程中，设定温度稳定过程目标持续时间为t1，t1的范围为20-30min，实际温度稳定过程持续时间为t2，当t2≥t1时，自动进入引晶阶段；当t2＜t1时，进行温度调节过程，直到进入引晶阶段。下面通过附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步描述。实施例结合图1，本实施例直拉硅单晶的自动调温方法包括温度调节过程和温度稳定过程，具体包括以下步骤：1、在控制系统中设定功率初始设定值Pi，本实施例Pi为55.0kw；设定目标温度值Ts：控制系统自动记录前N次，N≥5，相同工艺条件下的引晶温度，并做平均值处理，作为目标温度值Ts；相同工艺条件，指采用相同的加热器、保温部件及热交换部件等其他影响单晶炉内温度的相关部件。2、以t为固定周期时间，测量硅熔体液面的实际温度T；其中，t的范围可以为100-3000s。固定周期t的取值范围，依据炉体进行功率调整后，由于热场环境等条件的影响，考虑实际温度的反应时间进行取值。每个单晶炉，由于热场环境等不同，对应的固定周期t取值不同。本实施例选取t＝600s。测量液体表面实际温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直拉硅单晶的自动调温方法，用于引晶之前自动调节液面温度，其特征在于，包括温度调节过程和温度稳定过程，所述温度调节过程包括以下步骤：/n设定功率初始设定值Pi；/n设定目标温度值Ts：控制系统自动记录前N次相同工艺条件下的引晶温度，并做平均值处理，作为目标温度值Ts，其中N≥2；/n以t为固定周期，测量液体表面实际温度T；/n计算实际温度T与目标温度Ts的差值ΔT；/n设定ΔT波动的给定范围，判断ΔT是否在给定范围，若ΔT在给定范围内，控制调温过程进入温度稳定过程，若ΔT不在给定范围内，依据ΔT自动调节功率，进而调节液面温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种直拉硅单晶的自动调温方法，用于引晶之前自动调节液面温度，其特征在于，包括温度调节过程和温度稳定过程，所述温度调节过程包括以下步骤：
设定功率初始设定值Pi；
设定目标温度值Ts：控制系统自动记录前N次相同工艺条件下的引晶温度，并做平均值处理，作为目标温度值Ts，其中N≥2；
以t为固定周期，测量液体表面实际温度T；
计算实际温度T与目标温度Ts的差值ΔT；
设定ΔT波动的给定范围，判断ΔT是否在给定范围，若ΔT在给定范围内，控制调温过程进入温度稳定过程，若ΔT不在给定范围内，依据ΔT自动调节功率，进而调节液面温度。


2.根据权利要求1所述的直拉硅单晶的自动调温方法，其特征在于，设定所述温度稳定过程目标持续时间为t1，实际温度稳定过程持续时间为t2，
当t2≥t1时，自动进入引晶阶段；
当t2＜t1时，进行温度调节过程，直到进入引晶阶段。


3.根据权利要求2所述的直拉硅单晶的自动调温方法，其特征在于，所述t1范围为20-30min。


4.根据权利要求1所述的直拉硅单晶的自动调温方法，其特征在于，所述差值ΔT的计算公式为：ΔT＝T-Ts，所述差值ΔT的给定范围为±8℃。


5.根据权利要求1所述的直拉硅单晶的自动调温方法，其特征在于，所述依据ΔT自动调节功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正远，李侨，周锐，徐战军，
申请(专利权)人：隆基绿能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61