自动控制晶体直径的采样调节系统研究

在直拉法晶体生长中,通过对直径控制数学模型及热交换平衡机理的研究,本文提出了一种新型的自动控径生长晶体系统——采样串接自动调节系统.该系统利用电子称重技术,测取晶体质量生长速率作为主控信号,以炉膛温度作为付控信号,采取断续调节方式,逐步校正直径偏差.该系统能有效地克服晶体直径对加热功率的响应存在较大纯滞后和较长的热时间常数,在封闭了观察孔的电阻加热法单晶炉中,成功地实现了LN晶体从引晶开始直到生长结束的自动控径生长.     

中频感应加热法电子秤称重自动控径生长Nd:YAP激光晶体

本文在石墨电阻加热法电子秤称重自动控径生长YAP晶体基础上,进一步研究了中频感应加热条件下的自动控径技术。实现了自动升温、放肩、等径、收尾和程序降温。长出了直径20±1毫米,长150毫米,径差≤±1％的透明单晶。其光学质量和激光性能不劣于用温控或人工精心控制生长的晶体,而比电阻加热生长的晶体质量要好得多。文中还介绍了中频感应法生长YAP晶体的简便温场设计。     

JGD提拉单晶炉晶体模型的数字化

中国电科芯片研究院生产的JGD提拉单晶炉是一种上称重自动直径控制激光单晶炉,它实现了提拉法晶体全自动智能生长控制。利用JGD提拉单晶炉控制软件建立提拉法晶体数学模型,晶体生长全程以数学模型为标准,以晶体质量为控制量进行实时闭环反馈控制。该软件建立的晶体数学模型有四段式晶体数学模型和任意多段晶体数学模型两种形式。在设计放肩段时,四段式晶体数学模型充分体现了晶体籽晶段与放肩段、等径段三位一体平滑过渡的理念;而任意多段晶体数学模型在曲线设计上更加灵活多样,晶体数学模型设计更便捷。JGD提拉单晶炉控制软件晶体数学模型被广泛用于多种晶体生长过程,如InSb、YAG 等晶体。晶体外形控制良好、品质优良。     

国外简讯

日本国立无机材料研究所(National Institute for Researches in Inorganic Materials)的Y.Miyazawa等人最近报导用提拉法按理想的配比生长了DyAG单晶。实验所用的设备是由国际电气公司(Kohusai Electric Co.)制造的氧化物品体单晶炉,该设备加装了自动直径控制设备,这是一种通用的晶体称重系统,可以任选模拟或数字控     

大型单晶炉炉内压力的控制研究

随着晶体生长理论和生长技术的发展，各种高纯度的晶体已经生产出来，这给晶体管的研制创造了便利条件，同时，也对生长设备的要求提出更加严格的要求。论述单晶炉炉内压力的控制；通过调节比例阀的开度起到改变抽气的速率；从而达到调节炉内压力的目的；实现了理想的压力控制。     

电子秤称重法自动控径生长Nd:YAP激光晶体

一、引言为实现品体生长的自动化,避免人工控制因人而异的工艺因素,提高晶体质量和劳动生产率,自动控径技术受到了晶休生长工作者的普遍重视。南京大学首先用电子秤自动控径生长了YAG和LiNbO_3单晶,取得了全径差≤±1％的良好成果。我们在浮秤称重技术试验的基础上,开展了电子秤称重控径生长Nd:YAP的研究,实现了石墨电阻加热法晶体生长的直径自动控制,达到全重差≤±2％的控制效果(全径差为≤±1％)。     

Li_2B_4O_7晶体生长

使用自动等径控制提拉法已成功地生长出直径达23mm:长度为80mm的高质量Li_2B_4O_7单晶。其拉速为1mm/h,籽晶旋转速率为6r/min。这种晶体是非常透明和无色的,并且不存在大区域光的不均匀性;讨论了在某些生长条体下晶体中出现例如芯这样的宏观缺陷,生长晶体时产生芯基本上与晶体生长速率、晶体生长过程中的急剧温度变化以及原材料的纯度有关。     

全自动提拉单晶炉系统控制技术

详细阐述了一种全新单晶炉自动控制系统,该系统采用工业控制计算机为数据控制核心,上称重控制传感器进行晶体数据采集,利用感应加热或电阻加热方式控制单晶炉温场。通过对单晶炉控制系统特性研究和热场模型的正确推导,有效解决了系统温场及晶体结晶过程中引发的大滞后及系统非线性控制问题。试验结果表明,该系统控制稳定可靠,各项性能指标均达到国际先进水平。     

在大浮秤上提高电器控制灵敏度的研究

本文简要地介绍了采用下称重浮秤法控制晶体自动生长的大型单晶炉在电器控制方面怎样调整P、I、D参数;选择桥臂比;确定半导体应变片的工作点;以确保生长出功率条纹不明显的大单晶。     

单晶炉保温与热屏优化的数值模拟与改造

改进CG6000型单晶炉的热场,增加下保温碳毡和上保温罩,改一段式导流筒为三段式导流筒。通过CGsim模拟软件的晶体生长模拟,对比了改进前与改进后的热场,模拟分析指出改进后热场加热功率降低,熔体温场改善,晶体﹑熔体轴向的温度梯度均升高,拉晶速率提升。通过单晶生长实验,验证了热场功率的降低和等径拉速的提高,改善在等径生长的后期更为明显。     

基于80C196KC的单晶炉等径控制系统设计

等径生长控制系统是单晶炉上的重要组成部分,其性能对于单晶的生长至关重要。以80C196KC单片机作为控制系统的核心部件,采用PID算法以及其他的软硬件设计,实现了一整套单晶炉生长控制的设计方案。     

引上法单晶棒生长的直径自动控制

本文提出了硅单晶棒生长直径自动控制的一种新方法。关于等径控制已经有了几种光学方法,例如对晶体和金属材料的固液界面使用了高温辐射计或工业电视的方法。本文提出的方法,在不用任何光学设备的条件下,分别测定生长中的晶体棒的重量W,长度L,同时控制△W/△L恒定不变。因为这个比值与单晶棒的截面积成正比,所以也就能达到单晶棒的等径生长。本方法中还应用了一种新的控温系统。由一个热转换器感受加热器的功率,并使其自动恒定。如果电源功率波动,则热转换器     

电子秤称重法YAG晶体等径生长的自动控制

本文叙述了利用电子称重技术生长激光晶体等径自动控制系统,生长出掺钕的钇铝石榴石单晶,晶体的直径为20～25毫米,等径长度为70～90毫米,局部径差小于±0.1毫米,全径差小于±0.3毫米。     

垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件优化

分析了利用垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件,如坩埚的材质和形状、炉体温场、固液界面形状、生长速率以及采用籽晶等生长条件对晶体单晶率和质量的影响,并提出了优化垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体的条件。     

VGF法中降温速率对InP单晶生长的影响

垂直梯度凝固(VGF)法生长磷化铟(InP)单晶时产生的缺陷主要有孪晶、位错、多晶等，这些缺陷严重影响了InP单晶的产量与品质。首先简述了VGF法生长InP单晶过程中容易产生的主要缺陷，然后通过实验对各生长阶段的降温速率进行调整，成功改善了孪晶、位错重复出现的情况。实验结果表明，增大放肩过程的降温速率有利于抑制放肩过程产生的内切孪晶，但容易增加晶体肩部的位错密度，至等径部位发生位错增殖。为解决此问题，实验在增加放肩降温速率的同时，适当减小了等径降温速率，从而有效抑制了等径部位的位错增殖。最终，实验中生长出了平均位错密度低于50 cm^-2的高质量掺S InP单晶。     

无观察孔晶体生长技术研究

在直拉法晶体生长中,通过对晶体控制数学模型及热平衡机理的研究,根据晶体生长的客观规律及采用晶体生长新工艺——采样调节直径自动控制系统和无观察孔晶体生长技术,实现了晶体生长的放肩、等径过程的全自动控制。能高重复,稳定地生长出外表面光滑、等径、光学均匀性好的LN晶体。     

水冷系统对直拉法生长大直径硅单晶拉速的影响

在直拉法生长大直径硅单晶过程中,单晶炉内的温度梯度直接影响单晶生长的质量.分析了炉体内添加水冷板后循环水流速对系统固相温度梯度的影响.研究发现在不影响单晶炉内固液界面处熔体表面温度的前提下,增大固液界面处固相温度梯度可有效提高晶体生长速率.但若冷却水流速过大,熔体可能生成新的不规则结晶核,凝固在晶体界面导致晶变.当单晶炉体内放置水冷板时,改变水冷板水流速大小可调整系统的温度梯度.通过仿真得出当循环水温度为296.15 K时,生长14英寸(1英寸=2.54 cm)硅单晶最适水流速约为55 L/min.经过对比实验得出,在晶体生长的过程中,炉体内加水冷板后的晶体生长速率逐渐高于未加水冷板的,最大生长增速约为9％.     

控制单晶直径和熔料液面的电光系统

一、引言目前用引上法生长半导体晶体,其直径控制往往是靠熟练的操作,他们连续进行小规模地调节以达到半导体熔化温度。这种调节影响了处在固-液界面的半导体熔料结晶速率,因此需对拉单晶直径实行严格的控制。然而,人工控制开环系统不能提供自动化闭环控制系统所能提供的那样晶体直径。以前使用了包括高温计在内的闭环电光系统,即从待拉半导体晶体的弯曲液面部份所发射的(包括反射)光用来产生电控制信     

基于PVT法自发形核生长AlN晶体的研究

根据物理气相传输法(PVT) AlN晶体生长特点及工艺要求,自主设计了AlN晶体生长炉及其配套热场.FEMAG软件热场模拟结果表明,自主设计的晶体生长炉及其配套热场可以达到AlN晶体生长所需坩埚内部温度梯度要求.基于设计的PVT生长炉,开展了在2 250℃生长温度、40 h长晶时间条件下的自发形核生长实验.实验研究结果表明,在该工艺条件下,通过自发形核可生长得到典型长度为3～Smm、直径为2 mm的高质量AlN单晶;AlN晶体的c-plane(0001)生长速率最快,易形成尖锥形晶体结构,不利于晶体的扩径;Raman表征图谱中AlN晶体的E2 (high)半峰宽仅为5.65 cm-1,表明AlN晶体质量非常高;SEM、EDS分析得出晶体内部质量较为均匀,c-plane和m-plane腐蚀形貌特征明显.     

大直径锗单晶炉的研制

为适应国内外对大直径径(≥12英寸)红外光学锗单晶发展需求而研发的新一代锗单晶炉.其研发的大直径锗单晶炉其创新点包括:实现10微米级提拉速度的软轴提升机构;实现一种新型掺杂剂掺杂装置,建立一套对石墨熔体温度测量反馈信号的控制方法,实现锗单晶等直径精确控制,实现副炉室自动旋转以及实现氩气流量及炉室压力的精确控制.