本發(fā)明涉及晶體生長領(lǐng)域，特別是涉及一種反饋晶體生長狀態(tài)的方法、晶體生長控制方法及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

提拉法是從熔體中提拉生長高質(zhì)量單晶的方法。提拉法的基本原理是：將構(gòu)成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽晶提拉熔體，在受控條件下，使籽晶和熔體在交界面上不斷進(jìn)行原子或分子的規(guī)則排列，隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。提拉法的生長工藝是：首先將待生長的晶體的原料放在耐高溫的坩堝中加熱熔化，調(diào)整爐內(nèi)溫度場，使熔體上方區(qū)域處于過冷狀態(tài)；然后讓安裝于籽晶桿上的籽晶接觸熔體表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并轉(zhuǎn)動籽晶桿，使熔體提拉至過冷區(qū)域時處于過冷狀態(tài)而結(jié)晶于籽晶上，在不斷提拉和旋轉(zhuǎn)過程中，生長出晶體。

提拉法晶體生長的操作流程一般包括下晶、放肩、等徑、收尾、拉脫等。其中，下晶是籽晶進(jìn)入熔體的階段；放肩是將晶體直徑放大至目標(biāo)直徑的階段；等徑是使晶體保持目標(biāo)直徑生長的階段；收尾是將晶體直徑慢慢縮小的階段；拉脫是晶體與熔體分離的階段。

現(xiàn)有晶體產(chǎn)業(yè)中反饋生長狀態(tài)主要通過熱電偶(溫度反饋)、稱重傳感器(重量反饋)和光學(xué)(CCD圖像記錄)這三種手段。熱電偶是最常用的晶體溫度反饋設(shè)備，但僅能反饋整個溫場中一個點的溫度狀態(tài)，并且這一測溫點距離晶體生長核心位置較遠(yuǎn)，通過單點溫度反饋無法反應(yīng)整個晶體生長狀態(tài)。繼熱電偶之后，重量傳感器也已成為晶體生長設(shè)備的標(biāo)配，盡管它能直接反饋晶體重量變化，但受制于晶體生長的較大重量跨度，現(xiàn)有設(shè)備的最高探測精度可達(dá)10mg，該探測精度仍無法反應(yīng)晶體生長過程中諸如生長紋形成、生長界面擾動這一類較微弱卻能左右晶體品質(zhì)的問題。光學(xué)方法利用CCD圖像記錄，盡管可以整體呈現(xiàn)晶體生長輪廓，但其精度十分有限，而且不能反饋晶體生長界面(固液交界處)等無法直接“看”到的生長細(xì)節(jié)。在實際晶體生長設(shè)備中，這三種反饋方式往往相互輔助共同工作，但仍無法避免的產(chǎn)生檢測精度低、判斷滯后、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，傳統(tǒng)反饋方式的弊端為高品質(zhì)晶體生長工作帶來諸多額外困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種反饋提拉法晶體生長狀態(tài)的方法，可實現(xiàn)晶體生長界面總體狀態(tài)的精確反饋。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種反饋晶體生長狀態(tài)的方法，采集晶體生長過程中的晶體和熔體間的界面相電動勢，以獲得實時變化的電信號，由所述實時變化的電信號反饋晶體生長狀態(tài)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用界面相電動勢的變化情況來反饋晶體生長狀態(tài)，由于界面相電動勢由生長界面的電荷分布產(chǎn)生，該電荷來自晶體和熔體中的帶電離子。而晶體和熔體中的帶電離子在生長界面的分布情況則反映了晶體生長的實際情況，因此這一方式比其它反饋更準(zhǔn)確，更接近晶體生長本質(zhì)。

進(jìn)一步，從盛放晶體原料的坩堝和安放籽晶的籽晶桿分別引出電極，在提拉生長晶體的過程中，采集所述晶體和熔體間的界面相電動勢。

進(jìn)一步，在下晶階段，獲得所述電信號從斷開狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的過程，以反饋晶體生長界面的形成過程；

在放肩階段，獲得所述電信號增長，以反饋晶體直徑增長的過程；

在等徑階段，獲得所述電信號增長率的變化，以反饋晶體直徑的變化；

在收尾階段，獲得所述電信號增長率變緩，以反饋晶體生長速度減小；

在拉脫階段，獲得所述電信號變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，以反饋晶體生長完畢。

本發(fā)明還提供了一種晶體生長控制方法，采集晶體生長過程中的晶體和熔體間的界面相電動勢，獲得實時變化的電信號；根據(jù)所述實時變化的電信號調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用界面相電動勢的變化情況來反饋晶體生長狀態(tài)，由于電信號反饋非常敏感，可以實時的判斷晶體的生長狀態(tài)，克服判斷滯后的缺陷，從而實現(xiàn)實時的控制晶體生長工作。

進(jìn)一步，從盛放晶體原料的坩堝和安放籽晶的籽晶桿分別引出電極，在提拉生長晶體的過程中，采集所述晶體和熔體間的界面相電動勢。

進(jìn)一步，控制籽晶桿下晶動作時，檢測所述電信號從斷開狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，以判斷晶體生長界面的形成過程，確保下晶操作成功。

進(jìn)一步，當(dāng)下晶動作到達(dá)下晶時間閾值時，進(jìn)行放肩操作，當(dāng)檢測所述電信號穩(wěn)定增長時，判斷晶體直徑正在增長，保持放肩控制一定時間。

進(jìn)一步，當(dāng)放肩控制到達(dá)放肩時間閾值時，進(jìn)行等徑操作，檢測所述電信號增長率的變化，根據(jù)所述電信號增長率的變化調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長直徑保持穩(wěn)定。

進(jìn)一步，當(dāng)檢測晶體生長的長度到達(dá)長度閾值時，進(jìn)行收尾操作，當(dāng)檢測所述電信號增長率變緩，判斷晶體生長速度減小，保持收尾控制一定時間。

進(jìn)一步，當(dāng)檢測所述電信號變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，判斷晶體生長完畢，控制籽晶桿進(jìn)行拉脫動作。

進(jìn)一步，在獲得實時變化的電信號之后，對該電信號進(jìn)行處理，換算得出晶體生長狀態(tài)的反饋信號；將該反饋信號與設(shè)定值比較，獲得修正信號；根據(jù)所述修正信號調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長。

進(jìn)一步，所述晶體生長的條件參數(shù)包括：坩堝的加熱溫度、或提拉速度、或旋轉(zhuǎn)速度中的一種或幾種。

本發(fā)明還提供了一種晶體生長控制系統(tǒng)，包括晶體生長控制裝置、生長信號采集單元和信號處理單元；所述生長信號采集單元采集晶體生長過程中的晶體和熔體間的界面相電動勢，獲得實時變化的電信號并將該電信號傳輸至所述信號處理單元，所述信號處理單元對該電信號進(jìn)行處理獲得晶體生長狀態(tài)的反饋信號并將該反饋信號傳輸至所述晶體生長控制裝置；

所述晶體控制裝置包括坩堝、籽晶桿、溫控單元和籽晶桿控制單元，所述溫控單元控制坩堝的加熱溫度，所述籽晶桿控制單元控制籽晶桿的提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度；所述生長信號采集單元包括微伏表和電極，所述電極從坩堝和籽晶桿分別引出并與所述微伏表連接；所述信號處理單元包括信號接收及分析模塊，所述信號接收及分析模塊接收所述微伏表輸出的電信號并將該電信號轉(zhuǎn)換為所述反饋信號傳輸至所述溫控單元或籽晶桿控制單元。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的晶體生長控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施裝配簡單，避免了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)對設(shè)備造成的負(fù)擔(dān)，可有效減小晶體生長系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

進(jìn)一步，所述信號處理單元還包括一PID控制器，所述PID控制器接收所述信號接收及分析模塊輸出的反饋信號并將該反饋信號與設(shè)定值比較，獲得修正信號并將該修正信號傳輸至所述溫控單元或籽晶桿控制單元。

進(jìn)一步，所述籽晶桿控制單元控制籽晶桿下晶動作時，所述信號接收及分析模塊檢測所述電信號從斷開狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，輸出反饋信號至所述籽晶桿控制單元保持一定時間的下晶動作；

當(dāng)下晶動作到達(dá)下晶時間閾值時，所述溫控單元控制晶體生長進(jìn)入放肩階段，所述信號接收及分析模塊檢測所述電信號穩(wěn)定增長時，輸出反饋信號至所述溫控單元保持放肩控制一定時間；

當(dāng)放肩控制到達(dá)放肩時間閾值時，所述溫控單元控制晶體生長進(jìn)入等徑階段，所述信號接收及分析模塊檢測所述電信號增長率的變化，輸出反饋信號至所述溫控單元控制晶體生長直徑保持穩(wěn)定；

當(dāng)晶體生長的長度到達(dá)長度閾值時，所述溫控單元控制晶體生長進(jìn)入收尾階段，所述信號接收及分析模塊檢測所述電信號增長率變緩，輸出反饋信號至所述溫控單元保持收尾控制一定時間；

所述信號接收及分析模塊檢測所述電信號增長率變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，輸出反饋信號至所述籽晶桿控制籽晶桿進(jìn)行拉脫動作。

為了更好地理解和實施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的反饋晶體生長狀態(tài)的方法與晶體生長對應(yīng)的操作流程。

圖2為本發(fā)明的晶體生長過程中，電信號(EMF)、重量(Weight)和溫度(Temperature)的變化曲線。

圖3為本發(fā)明的晶體生長控制系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，在提拉法晶體生長過程中，晶體與熔體之間形成的界面相電動勢由結(jié)晶電動勢和熱電動勢組成，其中熱電動勢主要與晶體生長高度有關(guān)，而結(jié)晶電動勢與晶體結(jié)晶情況有關(guān)，兩者結(jié)合可反饋晶體生長狀態(tài)。利用界面相電動勢反饋提拉法晶體生長狀態(tài)，與現(xiàn)有溫度、重量、光學(xué)反饋機(jī)制均不同，是利用晶體生長過程中在生長界面產(chǎn)生的電信號來判斷晶體生長狀態(tài)，實現(xiàn)控制晶體生長工作。由于界面相電動勢由生長界面的電荷分布產(chǎn)生，電荷在生長界面的分布情況則反映了晶體生長的實際情況，因此這比其它反饋更準(zhǔn)確，更接近晶體生長本質(zhì)?；谏鲜鰧w界面相電動勢的研究，進(jìn)一步獲得了一種反饋提拉法晶體生長狀態(tài)的方法、一種控制提拉法晶體生長的方法和系統(tǒng)。以下分別通過三個實施例進(jìn)行詳細(xì)說明：

實施例1

本發(fā)明的反饋晶體生長狀態(tài)的方法，包括以下步驟：

A1：采集晶體生長過程中的晶體和熔體間的界面相電動勢，以獲得實時變化的電信號。

具體的，從盛放晶體原料的坩堝和安放籽晶的籽晶桿分別引出電極，在提拉生長晶體的過程中，采集所述晶體和熔體間的界面相電動勢。

由于晶體生長溫度較高，因此從所述坩堝引出的電極選用耐高溫的材料，優(yōu)選鉑金或銥金材料。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的，所述籽晶桿上安裝有電氣滑環(huán)。因為在晶體生長過程中，籽晶桿處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要增裝電氣滑環(huán)以方便引出旋轉(zhuǎn)的籽晶桿的電信號。

A2：由所述實時變化的電信號反饋晶體生長狀態(tài)。

請同時參閱圖1和圖2。其中，圖1為本發(fā)明的反饋提拉法晶體生長狀態(tài)的方法與晶體生長對應(yīng)的操作流程；圖2為本發(fā)明的晶體生長過程中，電信號(EMF)、重量(Weight)和溫度(Temperature)的變化曲線。

具體的，本發(fā)明的反饋提拉法晶體生長狀態(tài)的方法與晶體生長對應(yīng)的操作流程如下：

A21：在下晶階段，電信號從斷開狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，反饋晶體生長界面的形成過程。

在下晶前，將晶體原料放在坩堝中，升溫至晶體原料熔化形成熔體，待熔體溫度穩(wěn)定后進(jìn)行下晶動作，先將籽晶桿下降至接近熔體表面，使籽晶桿底部安放的籽晶預(yù)熱一段時間，然后下降籽晶至熔體表面以下。

具體的，在下晶過程中，當(dāng)電信號為斷開狀態(tài)時，說明此時籽晶還未與坩堝內(nèi)的熔體接觸；當(dāng)電信號變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)時，說明籽晶進(jìn)入熔體，且生長界面的電荷分布已經(jīng)穩(wěn)定，生長界面已形成。

請參閱圖2，比較下晶階段重量反饋和電信號反饋的變化趨勢，具體的，在下晶過程中，重量的跳變并不明顯(約0.2g)，而電信號的變化則十分突出，電信號由開路狀態(tài)跳變至4mV。下晶過后，重量變化曲線無法反映固液界面的變化趨勢，但電信號的“折線”則反映了晶體生長界面構(gòu)成所需的具體時間和籽晶在熔體內(nèi)部的變化過程，電信號恢復(fù)穩(wěn)定，意味著生長界面的電荷分布已經(jīng)穩(wěn)定，生長界面已形成。相比之下，重量反饋長期無變化，不能成為生長界面是否穩(wěn)定的判斷依據(jù)。

A22：在放肩階段，電信號增長，反饋晶體直徑增長的過程。

待電信號穩(wěn)定后，晶體生長進(jìn)入放肩階段，在該階段逐漸放大晶體的直徑，直到晶體的直徑達(dá)到目標(biāo)直徑要求。

具體的，在放肩過程中，由于電信號與晶體生長速率相關(guān)，當(dāng)電信號增長時，說明晶體直徑在增長；當(dāng)電信號的增長率變化時，說明晶體的生長速率發(fā)生變化。

請參閱圖2，比較放肩階段重量反饋和電信號反饋的變化趨勢，具體的，在放肩過程中，隨著晶體直徑不斷增長，重量變化十分緩慢，需要以半小時甚至更長時間間隔才能判斷出晶體重量的增長率，較長的時間間隔將導(dǎo)致晶體生長狀態(tài)判斷的嚴(yán)重滯后，不利于晶體生長。然而看似平穩(wěn)的重量變化中，實際包含了改變降溫速度或快速升溫以抑止晶體重量增長率的操作(溫度變化曲線的折線處)，但重量反饋均沒有展現(xiàn)出這些細(xì)節(jié)操作。相比之下，電信號的反饋十分靈敏，電信號不僅伴隨著晶體直徑快速增長的趨勢線性增加，而且在放肩過程的多處溫度變化操作中，電信號曲線的斜率均發(fā)生顯著變化，這一點尤為重要，可用于精確判斷晶體生長狀態(tài)。

A23：在等徑階段，電信號增長率變化，反饋晶體直徑的變化過程。

當(dāng)晶體直徑達(dá)到目標(biāo)直徑后，晶體生長進(jìn)入等徑階段，在該階段使晶體生長的直徑在目標(biāo)長度內(nèi)保持不變。

具體的，在等徑過程中，當(dāng)電信號線性增長時，說明晶體保持等徑生長；當(dāng)電信號線性增長的斜率變化時，說明晶體直徑發(fā)生變化。

請參閱圖2，比較等徑階段重量反饋和電信號反饋的變化趨勢，具體的，在等徑過程中，為維持晶體生長直徑，溫度會小范圍的升高或降低。盡管重量曲線變化看似十分平緩，但受制于有限的靈敏度，無法準(zhǔn)確反饋晶體直徑的微小改變。相比之下，電信號曲線則產(chǎn)生明顯的斜率變化，這與晶體直徑的實際變化趨勢吻合，具體為，當(dāng)電信號線性增長的斜率變大時，說明晶體生長速率過快導(dǎo)致直徑變大；當(dāng)電信號線性增長的斜率變小時，說明晶體生長速率過慢導(dǎo)致直徑變小。

A24：在收尾階段，電信號增長率變緩，反饋晶體生長速率減小。

當(dāng)晶體長度達(dá)到目標(biāo)長度后，晶體生長進(jìn)入收尾階段，在該階段使晶體直徑慢慢縮小。

具體的，在收尾過程中，當(dāng)電信號增長率變緩時，說明晶體生長速率減小從而晶體直徑減小。

A25：在拉脫階段，電信號變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，反饋晶體生長完畢。

當(dāng)晶體直徑縮小到一定程度后進(jìn)行拉脫動作，提拉晶體使之脫離熔體。

具體的，電信號變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，說明晶體與熔體分離，至此晶體生長完畢。在晶體生長完畢之后，需進(jìn)行降溫退火，以防止應(yīng)力引起的晶體位錯，降至室溫后取出晶體。

本實施例中使用電磁力傳感器獲得重量數(shù)據(jù)，其精度為10mg，已經(jīng)屬于當(dāng)前提拉法晶體生長設(shè)備所能做到的最高精度，通過上述晶體生長過程中重量反饋和電信號反饋的比較，可以證實本發(fā)明利用界面相電動勢反饋提拉法晶體生長狀態(tài)的方法不僅在實施機(jī)制上富有獨創(chuàng)性，而且其實際反饋效果也優(yōu)于重量反饋，可實現(xiàn)晶體生長界面總體狀態(tài)的精確反饋。受晶體直徑和熔體粘滯系數(shù)影響，重量變化會存在不同，但變化趨勢一致；受晶體生長速度、種類以及溫場影響，界面相電動勢的變化會存在偏差，但變化趨勢一致。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用界面相電動勢的變化情況來反饋晶體生長狀態(tài)，由于界面相電動勢由生長界面的電荷分布產(chǎn)生，電荷在生長界面的分布情況則反映了晶體生長的實際情況，因此這比其它反饋更準(zhǔn)確，更接近晶體生長本質(zhì)。界面相電動勢反饋方法可反饋晶體生長界面電荷分布的總體變化，從而全面把握晶體生長狀態(tài)，相比于熱電偶僅反饋坩堝內(nèi)某點溫度的方法具有天然優(yōu)勢；晶體生長設(shè)備普遍使用的梁氏傳感器精度僅為2000mg，電磁力稱重傳感器精度為10mg，但容易導(dǎo)致籽晶桿不穩(wěn)定，相比于重量反饋方法，界面相電動勢反饋方法不僅可實現(xiàn)更高的反饋精度，其反饋精度可達(dá)10μV，還避免了復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)對設(shè)備造成的負(fù)擔(dān)，有效減少晶體生長系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素；光學(xué)CCD只能觀察到晶體局部輪廓，且識別精度有限，在實際晶體生長過程中，觀察到晶體輪廓發(fā)生變化時，不可逆的失控情況往往已然發(fā)生，相比于光學(xué)方法，界面相電動勢反饋方法可實時、精確的反饋晶體生長的總體狀態(tài)。

實施例2

基于以上反饋晶體生長狀態(tài)的方法，本發(fā)明還提供了一種晶體生長控制方法，包括以下步驟：

B1：采集晶體生長過程中的晶體和熔體間的界面相電動勢，以獲得實時變化的電信號。

具體的，從盛放晶體原料的坩堝和安放籽晶的籽晶桿分別引出電極，在提拉生長晶體的過程中，采集所述晶體和熔體間的界面相電動勢。

由于晶體生長溫度較高，因此從所述坩堝引出的電極選用耐高溫的材料，優(yōu)選鉑金或銥金材料。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的，所述籽晶桿上安裝有電氣滑環(huán)。因為在晶體生長過程中，籽晶桿處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要增裝電氣滑環(huán)以方便引出旋轉(zhuǎn)的籽晶桿的電信號。

B2：根據(jù)所述實時變化的電信號調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的，在獲得實時變化的電信號之后，對該電信號進(jìn)行處理，換算得出晶體生長狀態(tài)的反饋信號；將該反饋信號與設(shè)定值比較，獲得修正信號；根據(jù)所述修正信號調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的，利用PID控制器將所述反饋信號與設(shè)定值比較，獲得修正信號以調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長。

所述晶體生長的條件參數(shù)包括：坩堝的加熱溫度、或提拉速度、或旋轉(zhuǎn)速度中的一種或幾種。具體的，在晶體生長過程中，坩堝中熔體的溫度控制是關(guān)鍵，為使熔體保持適當(dāng)?shù)臏囟?，需對坩堝不斷供?yīng)熱量；提拉速度決定晶體生長速度和質(zhì)量；而適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)速度可對熔體產(chǎn)生良好的攪拌，減少徑向溫度梯度。

具體的，本發(fā)明的控制提拉法晶體生長狀態(tài)的方法與晶體生長對應(yīng)的操作流程如下：

B21：控制籽晶桿下晶動作時，檢測電信號從斷開狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，以判斷晶體生長界面的形成過程，確保下晶操作成功。下晶控制時間由晶體的種類、目標(biāo)尺寸及生長環(huán)境等因素所決定，例如保持下晶時間為30min。

B22：當(dāng)下晶階段結(jié)束后，進(jìn)行放肩操作，當(dāng)檢測電信號穩(wěn)定增長時，判斷晶體直徑正在增長，保持放肩控制一定時間直到晶體直徑增長至目標(biāo)直徑。放肩控制時間由晶體的目標(biāo)直徑、提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度等因素所決定，例如設(shè)定目標(biāo)直徑為50mm，提拉速度為5mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為10r/min，在放肩、等徑和收尾階段，提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度一般保持不變。

B23：當(dāng)晶體直徑達(dá)到目標(biāo)直徑時，進(jìn)行等徑操作，檢測電信號增長率的變化，根據(jù)所述電信號增長率的變化調(diào)整晶體生長的條件參數(shù)，從而控制晶體生長直徑保持在目標(biāo)直徑直到晶體長度增長至目標(biāo)長度。等徑階段的晶體通常是所需要的產(chǎn)品，該階段晶體生長的長度即所需要的目標(biāo)長度，例如設(shè)定目標(biāo)長度為100mm。

具體的，當(dāng)所述電信號的增長率變大，判斷出晶體生長速率過快導(dǎo)致直徑變大，則控制晶體生長溫度升高；當(dāng)所述電信號的增長率變小，判斷出晶體生長速率過慢導(dǎo)致直徑變小，則控制晶體生長溫度降低。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的，在獲得實時變化的電信號之后，對該電信號進(jìn)行處理，將其換算為晶體直徑信號；將該晶體直徑信號與目標(biāo)直徑的設(shè)定值比較，獲得信號差值；再對該信號差值進(jìn)行PID控制獲得新的晶體生長溫度，從而通過不斷調(diào)整溫度以控制晶體生長。

B24：當(dāng)晶體生長的長度到達(dá)目標(biāo)長度時，進(jìn)行收尾操作，當(dāng)檢測所述電信號增長率變緩，判斷晶體生長速度減小，保持收尾控制一定時間。

B25：當(dāng)檢測所述電信號變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，判斷晶體生長完畢，控制籽晶桿進(jìn)行拉脫動作，晶體與熔體分離，至此，晶體生長過程結(jié)束。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用界面相電動勢的變化情況來反饋晶體生長狀態(tài)，由于電信號反饋非常敏感，可以實時的判斷晶體的生長狀態(tài)，克服判斷滯后的缺陷，從而實現(xiàn)實時的控制晶體生長工作。

實施例3

基于以上提拉法晶體生長控制方法，本發(fā)明還提供了一種晶體生長控制系統(tǒng)，請參閱圖3，其為本發(fā)明的晶體生長控制系統(tǒng)示意圖。該控制系統(tǒng)包括晶體生長控制裝置10、生長信號采集單元20和信號處理單元30。所述生長信號采集單元20采集晶體生長過程中的晶體和熔體間的界面相電動勢，獲得實時變化的電信號并將該電信號傳輸至所述信號處理單元30，所述信號處理單元30對該電信號進(jìn)行處理獲得晶體生長狀態(tài)的反饋信號并將該反饋信號傳輸至所述晶體生長控制裝置10。

所述晶體控制裝置10包括坩堝11、籽晶桿12、溫控單元13和籽晶桿控制單元14。所述溫控單元13與控制坩堝11電連接，控制坩堝11的加熱溫度；所述籽晶桿控制單元14與籽晶桿12電連接，控制籽晶桿12的提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度。

所述生長信號采集單元20包括電極21和微伏表22，所述電極21從坩堝11和籽晶桿12分別引出，并與所述微伏表22連接。

所述坩堝11中盛放有晶體原料經(jīng)升溫熔化后得到的熔體，由于晶體生長溫度較高，因此從所述坩堝11引出的電極選用耐高溫的材料，優(yōu)選鉑金或銥金材料。

所述籽晶桿12的底部安放有籽晶，由于在晶體生長過程中，籽晶桿12處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述籽晶桿12上增裝電氣滑環(huán)以方便引出旋轉(zhuǎn)的籽晶桿12的電信號。

所述信號處理單元30包括信號接收及分析模塊31，所述信號接收及分析模塊31接收所述微伏表22輸出的電信號并將該電信號轉(zhuǎn)換為所述反饋信號傳輸至所述溫控單元13或籽晶桿控制單元14。

具體的，所述籽晶桿控制單元14控制籽晶桿12下晶動作時，所述信號接收及分析模塊31檢測到微伏表22輸出的電信號從斷開狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，輸出反饋信號至所述籽晶桿控制單元14保持一定時間的下晶動作。

當(dāng)下晶動作到達(dá)下晶時間閾值時，所述溫控單元13控制晶體生長進(jìn)入放肩階段，所述信號接收及分析模塊31檢測微伏表22輸出的電信號穩(wěn)定增長時，輸出反饋信號至所述溫控單元13保持放肩控制一定時間。

當(dāng)放肩控制到達(dá)放肩時間閾值時，所述溫控單元13控制晶體生長進(jìn)入等徑階段，所述信號接收及分析模塊31檢測微伏表22輸出的電信號增長率的變化，輸出反饋信號至所述溫控單元13控制晶體生長直徑保持穩(wěn)定。

當(dāng)晶體生長的長度到達(dá)長度閾值時，所述溫控單元13控制晶體生長進(jìn)入收尾階段，所述信號接收及分析模塊31檢測微伏表22輸出的電信號增長率變緩，輸出反饋信號至所述溫控單元13保持收尾控制一定時間。

所述信號接收及分析模塊31檢測微伏表22輸出的電信號變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，輸出反饋信號至所述籽晶桿控制單元14進(jìn)行拉脫動作。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的，所述信號處理單元30還包括一PID控制器32，所述PID控制器32接收所述信號接收及分析模塊31輸出的反饋信號并將該反饋信號與設(shè)定值比較，獲得修正信號并將該修正信號傳輸至所述溫控單元13或籽晶桿控制單元14。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的晶體生長控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施裝配簡單，避免了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)對設(shè)備造成的負(fù)擔(dān)，可有效減小晶體生長系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。