本發(fā)明涉及一種用于實現(xiàn)直拉單晶收尾自動化的裝置，屬于直拉單晶技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

切克勞斯基法(Czochralski method)是利用旋轉(zhuǎn)著的籽晶從坩堝中熔體中提拉制備出單晶的方法，又稱直拉法。其原理為：多晶體硅料經(jīng)加熱熔化，待溫度合適后，經(jīng)過將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾等步驟，完成一根單晶錠的拉制。

收尾的作用是防止位錯反延。在拉晶過程中，當(dāng)無位錯生長狀態(tài)中斷或拉晶完成而使晶體突然脫離液面時，已經(jīng)生長的無位錯晶體受到熱沖擊，其熱應(yīng)力往往超過硅的臨界應(yīng)力。這時會產(chǎn)生位錯，并將反延至溫度尚處于范性變形最低溫度的晶體中去。一般來說，位錯反延的距離大約等于生長面的直徑。因此，在拉晶結(jié)束時，應(yīng)逐步縮小晶體直徑直至最后縮小成為一點，這一過程稱為收尾。

目前，國內(nèi)幾乎所有的硅單晶收尾過程均為半自動化配合人工操作的方式完成，即通過PLC(可編程邏輯控制器)控制溫度變化，而由操作人員根據(jù)當(dāng)前收尾狀態(tài)手動設(shè)定晶體拉速的方式來完成收尾過程。這種方法具有兩個方面的缺點：一方面，收尾過程無法進(jìn)行可視化。收尾前期和中期只能通過操作人員的經(jīng)驗來判斷收尾過程的快慢，進(jìn)而給定合適的拉速；這樣，收尾過程對操作人員的個人技能具很強的依賴性，并且容易產(chǎn)生收尾卡、收尾斷等不完整尾現(xiàn)象；另一方面，隨著硅單晶不斷向著大直徑方向發(fā)展，收尾時間大幅延長。人工干預(yù)的收尾方式所耗費的人力成本持續(xù)增加，非完整尾的發(fā)生概率也進(jìn)一步提高，進(jìn)而降低了直拉硅單晶生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。因此，隨著直拉硅單晶的直徑不斷增加，實現(xiàn)收尾過程可視化和自動化，對于直拉硅單晶生長過程具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于實現(xiàn)直拉單晶收尾自動化的裝置，以實現(xiàn)硅單晶收尾過程可視化和自動化控制，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種用于實現(xiàn)直拉單晶收尾自動化的裝置，包括收尾信號窗口、及高像素CCD(charge coupled device，電荷耦合器件)相機，該收尾信號窗口設(shè)置在單晶爐下爐 室側(cè)面，該CCD相機可移動的設(shè)置在與收尾信號窗口相對應(yīng)的位置上，該CCD相機的信號輸出端連接工控機和PLC。

其中，所述收尾信號窗口的視角對準(zhǔn)固液界面處。所述CCD相機通過可調(diào)節(jié)支架設(shè)置在與收尾信號窗口相對應(yīng)的位置上，其掃描區(qū)域覆蓋單晶收尾過程中光圈的所在區(qū)域。

在拉晶過程中，固態(tài)晶體與液態(tài)融液交界處的彎月面會對坩堝壁亮光的反射形成亮度很高的光圈。當(dāng)晶體變粗時，光圈直徑變大，反之則變小。通過對光圈直徑變化的檢測，可以反映出單晶直徑的變化情況。

CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。本發(fā)明將CCD相機用于單晶收尾過程中直徑信號的采集，其原理為：采用CCD相機拍攝下光圈的黑白圖像，然后對每一幀圖像進(jìn)行掃描，根據(jù)圖像中黑白灰度像素的分布，選擇合適的一行像素作為掃描對象，也就是掃描線的位置，分析掃描線上的黑白灰度像素排列，線上會有兩個白色像素集中區(qū)域，即光圈所在位置。以這兩個白色像素集中區(qū)間中心之間的像素數(shù)量可以推算出光圈的直徑。

采用本發(fā)明的裝置，當(dāng)單晶爐開始進(jìn)入收尾過程時，由PLC自動將工作相機切換至CCD相機，通過收尾信號窗口捕捉收尾過程中單晶的直徑信號，實現(xiàn)收尾過程可視化。PLC根據(jù)當(dāng)前直徑信號和設(shè)定直徑的差別自動計算晶升輸出速度，從而實現(xiàn)整個收尾過程自動化。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

采用本發(fā)明的裝置，可實現(xiàn)硅單晶收尾全過程可視化及自動化；大幅提高單晶收尾過程的穩(wěn)定性和成功率，減少因為收尾過程人工操作不當(dāng)造成的經(jīng)濟(jì)損失；大大提高CZ硅單晶的生產(chǎn)效率，節(jié)省人力成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于實現(xiàn)直拉單晶收尾自動化的裝置的原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

如圖1所示，本發(fā)明的用于實現(xiàn)直拉單晶收尾自動化的裝置，包括收尾信號窗口1、及高像素CCD相機2，該收尾信號窗口1沿單晶爐下爐室側(cè)面垂直方向設(shè)置，其視角對準(zhǔn)固液界面處3。該CCD相機2通過可調(diào)節(jié)支架設(shè)置在與收尾信號窗口1相對應(yīng)的位置上，其掃描區(qū)域覆蓋單晶收尾過程中光圈的所在區(qū)域；該CCD相機的信號輸出端連接工控機4和PLC5。

當(dāng)晶體生長進(jìn)入收尾過程時，PLC模塊自動將當(dāng)前工作相機切換至收尾CCD相機，并由此CCD相機進(jìn)行收尾過程的畫面顯示和直徑采集。收尾CCD相機通過信號窗口可以輕易掃描到固液界面處晶體生長的光圈，并將采集的畫面?zhèn)魉徒o工控機；工控機根據(jù)光圈大小的變化換算成直徑信號的變化，然后將直徑信號值輸入給PLC，由PLC根據(jù)程序設(shè)定進(jìn)行運算和響應(yīng)，從而最終實現(xiàn)收尾過程的自動化控制。