硅液面位置控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术实施例公开了一种硅液面位置控制装置，该控制装置安装在单晶炉上的观测窗口上，包括：激光发射器、激光接收器和控制回路，激光发射器可调节的设置在单晶炉上的第一观测窗口；激光接收器用于接收激光发射器的光束显示硅液面的变化，并可调节的设置在单晶炉上的第二观测窗口上；控制回路接收激光接收器的信号，并根据该信号控制单晶炉上的马达控制坩埚的至目标位置。本实用新型专利技术实施例中的装置通过激光接收器接收到的激光发射器发射出的光束角度的变化进而得知硅液面距离热屏位置的变化，然后控制回路根据检测到的信号，控制马达的工作状态进而实现实时调控坩埚的跟随比，使得坩埚始终保持在最佳的生长状态，进而提高了晶体的质量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及单晶硅制备领域，更具体地说，涉及硅液面位置控制装置。
技术介绍
直拉法，也叫切克劳斯基(J. Czochralski)方法。此法早在1917年由切克劳斯基 建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制， 生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。直拉法过程具体为首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加 热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一 根固定在籽晶轴上的硅单晶体(称作籽晶)插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上 拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为IOOmm左右、直径为3 5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就 是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75 300mm，这个过程称为放肩；接 着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度 和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成 结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺；这样一个单晶拉制过程就 基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。直拉法生长单晶硅的过程中，随着单晶向上提拉，坩埚的硅溶液质量减少，硅溶液 液面高度会随之下降，因此，在晶体生长过程中会使坩埚按照设定的速率上升，以使硅溶液 液面维持在一个固定的高度。坩埚上升速度过快，液面上升过快会使晶体直径增大，坩埚上 升速度不足，液面高度逐渐降低会使晶体直径减少。由于液面高度决定了晶体生长界面处 的温度梯度，只有在固定合适的温度梯度下生长的单晶硅才能保证晶体的质量。但是实际 操作时都是手动驱动电机进行控制坩埚的跟随比，其精度不能得到有效地控制。因此急需一种液面控制装置控制坩埚的跟随比，以提高单晶硅的质量。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供一种硅液面位置控制装置，以实现提高单晶硅的质量。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案一种硅液面位置控制装置，该控制装置安装在单晶炉上的观测窗口上，包括激光 发射器、激光接收器和控制回路，所述激光发射器可调节的设置在所述单晶炉上的第一观测窗口 ；所述激光接收器用于接收所述激光发射器的光束显示硅液面的变化，并可调节的 设置在所述单晶炉上的第二观测窗口上；所述控制回路接收所述激光接收器的信号，并根据该信号控制所述单晶炉上的马 达控制坩埚的至目标位置。优选的，在上述硅液面位置控制装置中，所述激光接收器为光电板，所述光电板上3设置有正值、零值和负值，当所述光电板为正值时，所述控制回路控制驱动马达使所述坩埚 上升；当所述光电板为负值时，所述控制回路控制驱动马达使所述坩埚下降；当所述光电 板为零值时，所述控制回路控制所述马达停止运动。优选的，在上述硅液面位置控制装置中，所述马达包括低速马达和高速马达。优选的，在上述硅液面位置控制装置中，还包括报警装置，当所述硅液面到达报警 位置时，所述报警装置进行报警，且所述控制回路控制所述马达切换至低速马达驱动。优选的，在上述硅液面位置控制装置中，还包括温度检测仪，所述温度检测仪设置 在所述报警位置。从上述技术方案可以看出，本技术实施例中的装置通过激光接收器接收到的 激光发射器发射出的光束角度的变化进而得知硅液面距离热屏位置的变化，然后控制回路 根据检测到的信号，控制马达的工作状态进而实现实时调控坩埚的跟随比，使得坩埚始终 保持在最佳的生长状态，进而提高了晶体的质量。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例中提供的硅液面位置控制装置的结构示意图；图2为本技术实施例中提供的硅液面为目标位置时的原理图；图3为本技术实施例中提供的硅液面为报警位置时的原理图；图4为图3中A部分的放大图；图5为本技术实施例中提供的硅液面为通常情况下的原理图。具体实施方式直拉法，也叫切克劳斯基(J. Czochralski)方法。此法早在1917年由切克劳斯基 建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制， 生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。包 括以下几个阶段装多晶料、抽空、多晶硅熔化、颈及肩的生长、等直径生长、尾部晶体的生 长、晶体冷却等几个阶段，其中在等直径生长过程中坩埚的跟随比与单晶硅的质量密切相 关。本技术实施例中就是通过控制坩埚的跟随比进而控制单晶硅的质量的。下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术实施例公开了一种硅液面位置控制装置，以实现提高单晶硅的质量。 请参照图1，其中，1为单晶炉；11和12为观测窗口 ；2为热屏；3为坩埚；4为主轴；5为马 达；6为硅溶液；71为激光发射器；72为激光接收器；8为控制回路；9为温度检测仪。该硅液面位置控制装置安装在单晶炉上的观测窗口上，包括激光发射器71、激光接收器72和控制回路8，其中，激光发射器71可调节的设置在单晶炉1上的观测窗口 12 ；通过使用时通过手动 调节激光发射器的安装角度使激光发射器发射的光束尽量落在坩埚3的中轴上。激光接收器72用于接收激光发射器71的光束显示硅液面的变化，并可调节的设 置在单晶炉1上的观测窗口 11上；通过调节激光接收器的安装角度合理的将接收到光束进 行设定，并将处于目标位置时激光接收器接收到的光束情况为参考值，将这一参考值发射 至控制回路8。控制回8接收所述激光接收器72的信号，并根据该信号控制单晶炉上的马达5控 制坩埚3的至目标位置。具体地，在上述硅液面位置控制装置中，激光接收器72为光电板，光电板上设置 有正值、零值和负值，当光电板为正值时，控制回路8控制驱动马达使坩埚3上升；当光电板 为负值时，控制回路8驱动马达5使坩埚3下降；当光电板为零值时，控制回路8控制马达 5停止运动。当为光电板时，首先，确定硅液面与热屏2最合适的距离为M0，此时为目标位置 00，此距离本领域技术人员通过经验获得，此时，通过调整激光接收器72的安装角度，使得 接收到的光束落在零值上，请参照图2并结合图1，并将此时的状态存储在控制回路8中。为了更准确的调控马达5的速度，该马达5包括低速马达和高速马达，在运行时通 过切换高低速马达来改变坩埚的跟随比。另外，为了准确调节坩埚3的上升速度，上述装置还包括报警装置，当所述硅液面 到达报警位置01时，报警装置进行报警，且控制回路8控制马达切换至低速马达驱动。在 上述硅液面位置控制装置中，还包括温度检测仪9，所述温度检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种硅液面位置控制装置，该控制装置安装在单晶炉上的观测窗口上，其特征在于，包括：激光发射器、激光接收器和控制回路，所述激光发射器可调节的设置在所述单晶炉上的第一观测窗口；所述激光接收器用于接收所述激光发射器的光束显示硅液面的变化，并可调节的设置在所述单晶炉上的第二观测窗口上；所述控制回路接收所述激光接收器的信号，并根据该信号控制所述单晶炉上的马达控制坩埚的至目标位置。

【技术特征摘要】
1.一种硅液面位置控制装置，该控制装置安装在单晶炉上的观测窗口上，其特征在于， 包括激光发射器、激光接收器和控制回路，所述激光发射器可调节的设置在所述单晶炉上的第一观测窗口；所述激光接收器用于接收所述激光发射器的光束显示硅液面的变化，并可调节的设置 在所述单晶炉上的第二观测窗口上；所述控制回路接收所述激光接收器的信号，并根据该信号控制所述单晶炉上的马达控 制坩埚的至目标位置。2.根据权利要求1所述的硅液面位置控制装置，其特征在于，所述激光接收器为光电 板，所述光电板上设置有正值、零值和负值，当所述光电板为正值时，所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤旋，
申请(专利权)人：浙江昱辉阳光能源有限公司，
类型：实用新型
国别省市：33