一种高精度自动化光电晶体提拉炉制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度自动化光电晶体提拉炉，包括炉体、设于炉体内且装有熔融晶体的坩埚及用于提拉晶体的提拉杆，还包括对坩埚进行加热的加热模块、实时测量坩埚温度的测温模块、根据坩埚测量的温度控制加热模块的温控模块、能调节晶体提拉生长速度的提拉模块、能调节晶体提拉时旋转速度的旋转模块、对坩埚内剩余晶体重量作监控的监控模块及通过总线和通信协议与各个模块相连接的控制系统。本发明专利技术操作方便，测量精度高。

High precision automatic photoelectric crystal pulling furnace

The invention discloses a high precision automatic photoelectric crystal pulling furnace, comprising a furnace body, a furnace body and a crucible for melting crystal and the lifting rod pulling crystal, also include the crucible heating module, real-time measurement of temperature of the crucible temperature measurement module, according to the measurement of the crucible temperature control of heating temperature control module module, can regulate the growth rate of the Czochralski crystal pulling module, can adjust the rotation when the rotation speed of the crystal pulling module, the crucible for residual crystal weight monitoring module and through the bus and the communication protocol of each module is connected with the control system. The invention has the advantages of convenient operation and high measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光电晶体提拉炉，尤其涉及一种高精度自动化光电晶体提 拉炉。
技术介绍
人工晶体在科学技术和工业生产领域中起到越来越重要的作用，而人工晶 体的制备设备和制备技术，成为了制约人工晶体产量和质量的主要瓶颈。最先 进的人工晶体制备技术掌握在美国、德国、法国等发达国家手中，他们的晶体 提拉设备自动化程度高，易于实现批量生产，生产的晶体质量也很高，但是其 价格昂贵。目前世界上比较先进的晶体提拉主要面向单晶硅生长，适用于光电 晶体生长的自动化提拉设备还比较少见。国内有少数企业也可以提供光电晶体 提拉设备，但技术水平低下，均没有实现真正的全程自动化控制，功能单一， 对操作人员的专业水平要求很高，其产品质量也普遍较低，大规模生产的能力 非常薄弱。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种高精度自动化光电晶体提 拉炉。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为 一种高精度自动化光电晶体提拉 炉，包括炉体、设于炉体内且装有熔融晶体的坩埚及用于提拉晶体的提拉杆， 还包括对坩埚进行加热的加热模块、实时测量坩埚温度的测温模块、根据钳埚 测量的温度控制加热模块的温控模块、调节提拉杆速度的提拉模块、调节提拉 杆旋转速度的旋转模块、对坩埚内剩余晶体重量作监控的监控模块及通过总线 和通信协议与各个模块相连接的控制系统。各个模块均设有一用于控制与维护本模块的控制子模块，且控制子模块与控制系统通过总线交互数据。该旋转模块还包括旋转电机及其驱动电路，旋转电机将其实际转速形成反 馈电压反馈至控制子模块，当控制子模块检测到实际转速与预设值不同时，则 将旋转电机转速调整至预设值内。该提拉模块还包括提拉电机及其驱动电路，提拉模块的控制子模块中设有 用于监控提拉电机位移的光栅尺，当控制子模块检测到实际提拉速度与预设值 不同时，则将提拉电机速度调整至预设值内。该温控模块为精确度小于或等于0. 1摄氏度的温控仪器。该测温模块采用 各种类型热电偶。该加热模块包括对坩埚进行非接触式加热的中频线圈及连接至中频线圈的 中频电源。该监控模块包括设于坩埚下方用于称量炉体内晶体重量的电子秤及与电子 秤连接的单片机驱动电路，该坩埚设于抵压在电子秤上的绝热支架上。该监控模块包括将中频线圈加热功率波动产生的电子秤读数误差进行过滤 的滤波单元。该控制系统还包括与各个模块相互传输参数的输入输出单元、对制备参数 进行记录的数据记录单元、将各参数进行显示的显示单元、用于判断晶体生长 过程的实际参数是否超过预设保护参数范围的参数判断单元及对各参数进行处 理的处理单元。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和有益效果本专利技术的控制系统通过统一的总线和通信协议统一管理各个模块，实现光 电晶体的全自动化生长；本专利技术通过高精度的温控模块监控坩埚的加热温度， 实现温度的稳定控制，避免由于加热功率的波动对电子秤造成影响，提高了电 子秤的测量精度。本专利技术还提供了显示单元作为用户界面，大大降低对操作人员的专业技术 要求；并将晶体提拉生长的经验数据进行记录，使得生长过程对人员经验的要 求大大降低。本专利技术安全、可靠、方便，允许一位操作人员同时管理多台设备，从而容 易实现大规模生产。 附图说明图1为本专利技术的结构示意图2为本专利技术的控制原理图。 具体实施例方式以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。如图1及图2所示，本专利技术公开了一种高精度自动化光电晶体提拉炉，包 括炉体、设于炉体内且装有熔融晶体的坩埚及用于提拉晶体的提拉杆，其中， 还包括对坩埚进行加热的加热模块、实时测量坩埚温度的测温模块、根据坩埚 测量的温度控制加热模块的温控模块、调节提拉杆速度的提拉模块、调节提拉 杆旋转速度的旋转模块、对坩埚内剩余晶体重量作监控的监控模块及通过总线 和通信协议与各个模块相连接的控制系统。本专利技术通过制定统一的通信协议， 通过总线为每一个模块提供电源和通信接口。其中，该控制系统为PC机，该晶 体为光电晶体。各个模块均设有一用于控制与维护本模块的控制子模块，且控制子模块与 控制系统通过总线交互数据。每个控制子模块均为单片机，负责本模块的控制 与维护。通过制定通信协议，保证单片机之间，控制子模块与控制系统之间的 通信互不千扰。每一模块的控制下模块作为该模块的主要控制器，维护该模块 的常规任务，并且随时等待控制系统的访问，与控制系统交互数据。该控制系统包括与各个模块相互传输参数的输入输出单元、对制备参数进 行记录的数据记录单元、将各参数进行显示的显示单元及对各参数进行处理的 处理单元。所述制备参数包括坩埚的温度参数、提拉模块的提拉速度参数、旋 转模块的旋转速度参数、晶体重量参数、加热功率参数及电子秤读数。该控制 系统统一管理所有模块，并且采用智能PID算法，根据晶体生长过程监控的结 果，来调节提拉速度、加热功率等参数，从而实现晶体的自动化等径生长和自 动化任意形状生长。不同的晶体有不同的用途，就要求晶体有不同的几何尺寸。本专利技术在该控 制系统上，提供了一个晶体尺寸设计界面，可以设定晶体的尺寸。设定完成之 后，提拉炉就可以针对这些几何参数，自动生长出晶体。晶体生长的工艺，对晶体的性能有重要影响，例如加热速率的快慢，降温 速率的快慢，温度和晶体提拉速度如何配合等等，都会影响晶体的几何形状和 物理特性。本专利技术提供了完备的数据记录机制，能够把生长过程中的重要物理 参数，如温度，功率，重量，提拉速度等保存入数据记录单元，并且以图形方 式形象化的显示出来。这一功能是以前任何同类设备所不具备的。在这一数据 的帮助之下，操作者可以查询以往任何一次制备晶体的记录，通过仔细分析晶 体生长过程中的物理参数，来研究晶体性质。这一功能的意义至少有两点对 于晶体新品种的研发工作，分析历史数据可以帮助研究人员尽快了解晶体性质 和生长过程的关系；对于批量生产而言，历史数据就是对工艺和经验 的数字化记录。这一功能可以迅速把经验变成数字显示出来，以实现大规 模批量生产。晶体生长是一个复杂的动力学过程，迄今为止材料科学理论尚且不能完全 解释晶体生长中的各种现象。这就要求操作者为晶体生长环境设计一些保护参数，以保证实验或生产可以安全进行。例如，设定温度的上限，以保护坩埚 不被融化，不至于发生危险；设定温度的下限，保证晶体生长过程不会出现过 冷而使得原料凝结，损坏坩埚，等等。 一旦这些保护参数被突破，本专利技术就认 为有错误发生，会在显示单元上出现提示，要求操作者解决。同时会把这些 错误记录起来，方便操作者积累工艺方面的经验。另外，由于晶体制备所需要 的时间较长， 一般为几十小时到几十天不等，随晶体种类和几何尺寸不同而改 变，这就要求不同硬件模块有很强的稳定性和可靠性。在这期间，如果硬件模 块出现问题，例如通信中断，或收到错误代码等，也认为发生了错误。系统 将把整个仪器设置进入安全的状态，并且提示操作者，请操作者来排除错误。 因此该控制系统还包括参数判断单元，用于判断晶体生长过程的实际参数是否 超过参数判断单元所设定的保护参数范围，是则通过显示单元显示，并交由处理单元处理，并发出命令控制相应模块。该旋转模块还包括旋转电机及其驱动电路，旋转电机可以在一定的驱动电 压下转动，转动速度因晶体负载多少而不同。同时，旋转电机提供了反馈电压， 反馈电压的高低直接反映本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度自动化光电晶体提拉炉，包括炉体、设于炉体内且装有熔融晶体的坩埚及用于提拉晶体的提拉杆，其特征在于：还包括对坩埚进行加热的加热模块、实时测量坩埚温度的测温模块、根据坩埚测量的温度控制加热模块的温控模块、调节提拉杆提拉速度的提拉模块、调节提拉杆旋转速度的旋转模块、对坩埚内剩余晶体重量作监控的监控模块及通过总线和通信协议与各个模块相连接的控制系统。

【技术特征摘要】
1、一种高精度自动化光电晶体提拉炉，包括炉体、设于炉体内且装有熔融晶体的坩埚及用于提拉晶体的提拉杆，其特征在于还包括对坩埚进行加热的加热模块、实时测量坩埚温度的测温模块、根据坩埚测量的温度控制加热模块的温控模块、调节提拉杆提拉速度的提拉模块、调节提拉杆旋转速度的旋转模块、对坩埚内剩余晶体重量作监控的监控模块及通过总线和通信协议与各个模块相连接的控制系统。2、 根据权利要求l所述的高精度自动化光电晶体提拉炉，其特征在于各 个模块均设有一用于控制与维护本模块的控制子模块，且控制子模块与控制系 统通过总线交互数据。3、 根据权利要求2所述的高精度自动化光电晶体提拉炉，其特征在于该 旋转模块还包括旋转电机及其驱动电路，旋转电机将其实际转速形成反馈电压 反馈至控制子模块，当控制子模块检测到实际转速与预设值不同时，则将旋转 电机转速调整至预设值内。4、 根据权利要求2所述的高精度自动化光电晶体提拉炉，其特征在于该 提拉模块还包括提拉电机及其驱动电路，提拉模块的控制子模块中设有用于监 控提拉电机位移的光栅尺，当控制子模块检测到实际提拉速度与预设值不同时， 则将提拉电机速度调整至预设值内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，周子凡，林少鹏，沈文彬，李一伦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]