晶体生长的计算机仿真研究

近年来,关于晶体生长的数值模拟与仿真研究已有了很大进展,但由于晶体生长技术和方法的多样性以及生长过程的复杂性,各界对其的研究,大多体现在微观结晶数值求解的算法上,而关于晶体生长宏观的可视化研究涉及的却很少.该课题从宏观上描绘晶体生长出发,对提拉法生长晶体的工艺流程进行详细的分析,建立描绘晶体生长的物理模型,并对晶体的生长过程进行仿真建模.最后,采用OpenGL编写计算机仿真软件,实现提拉法生长晶体的数据可视化.通过该文实验数据与提拉法生长晶体的实际数据的分析比较,验证了仿真软件的正确性.     

预测控制的鲁棒性改进及其在晶体炉中的应用

将引入失配滤波器的基于内模控制结构的广义预测控制纳入一般内模控制框架,设计满足稳定鲁棒性和品质鲁棒性的滤波器,改进了预测控制的鲁棒性.将该方法应用于多温区晶体生长晶体炉的温度控制仿真实验,研究了它的控制精度和鲁棒性.结果表明,该方法具有较好的控制精度和较强的鲁棒性,为将该方法应用于晶体生长炉的温度控制做了必要准备.     

基于传感检测技术的智能农田监控系统

本系统使用的是51单片机作为主控制芯片,采集端使用多种传感器,经过ATK-ESP8266 WiFi模块将数据传输到云平台实时远程监控水稻生长的状况.本系统可用于对农田水稻在生长过程中各种参数的变动进行监控,可完成对稻田中的温度、湿度、光照度和土壤酸碱度的实时监控.通过对数据进行分析,当稻田中各参数值超出正常数值时,系统...     

基于嵌入式系统的能谱型核测井仪器

介绍了能谱型核测井仪的设计方案,其目标是研制适用于铀矿勘查的便携式测井仪,满足测井生产的需要。该仪器采用碲锌镉CdZnTe半导体核辐射探测器,高端的32位嵌入式ARM处理器S3C2410A为仪器系统控制核心,并在此硬件平台上移植了嵌入式Linux操作系统,编写了基于MiniGUI的测井仪监控终端软件。仪器具有实时性、体积小、功耗低、灵敏度高、成本低、便于携带等特点。     

视像管研制动态

自从1950年出现第一支硫化锑光导摄像管以来,对于光导摄像管的研制工作,广泛地开展起来了。1964年出现氧化铅视像管,1967年出现了硅靶视像管,1971年出现硒化镉视像管,1973年出现硒砷碲视像管,1974年出现碲化锌镉视像管。上述管种目前已商品化,而且继续在发展新靶面。视像管种类繁多,这里仅就工作于可见光频谱的管种发展动态作一概述。我们不准备把重点放在每一种管子的工作原理和改进措施的描述上,而是放在视像管研制工作所遵循的原则和今后发展的方向上,为独立自主、自力更生地研制视像管提供一些看法,不妥之处望批评指正。     

RS-485总线控制下的蓝宝石晶体智能生长系统

针对传统蓝宝石晶体生长方式存在自动化程度和成品率低的问题,设计了一种计算机管理和单片机控制相结合的智能化晶体生长系统。中心计算机通过多条RS-485总线实现加工参数的读取、分析和流程优化,并对智能控制器的参数进行传递控制;智能控制器以STC89C52单片机为核心,完成对提拉和旋转电机以及炉体温度的精确调控。试验表明,系统功能完整,运行稳定可靠,能实时监测晶体的生长状态,实现流程控制和优化,具有较强的实用价值及应用前景。     

人工神经网络方法与聚乙烯晶体生长速度模型的研究

用结晶温度,聚乙烯分子量,聚乙烯质量分数等参数,再用人工神经网络ANN(artificial neural network)方法以建立聚乙烯晶体生长速度(lnG)的预报模型。其拟合值、预测值与实验值的相关系数分别为0．9920和0．9844,平均相对误差分别为0．3448和0．3304,结果表明,所建立的模型可以用于聚乙烯晶体生长速度的计算机预报,克服了现有物理模型和数学方程无法应用于多个变量的缺点。因此ANN可为聚合物结晶过程的定量预报提供依据,也为ANN在聚合物其他性质的预报方面提供参考。     

基于DDS的飞机机电系统组态监控技术研究

为了解决基于DDS的分布式协同仿真平台多节点、多模型条件下飞机机电系统复杂关联参数的实时监控问题,结合组态监控技术提出一种基于DDS的飞机机电系统协同仿真组态监控方法,设计了组态监控平台与分布式仿真平台的数据交互接口,实现飞机机电系统模型的实时过程监控以及监控界面的图形化显示;集成测试结果表明,该组态监控方法实现了对飞机机电系统复杂关联参数的读写、存储以及监控界面的图形化显示,提高了飞机机电系统的协同仿真验证效率,降低了分布式协同仿真监控系统的开发难度.     

钻井泵在线监控系统研究

介绍了一种钻井泵在线实时监测系统,该系统可准确测量钻井泵工作中的各种参数.系统采用感应供电模块和ZigBee无线通信,解决了钻井泵在线数据实时监控系统供电及数据传输问题,实现了钻井泵工作参数的实时监控及部分故障的初期诊断.系统操作简单、性能稳定,满足国内外钻井泵监控和安全生产的需要.     

基于ARM的水质监控系统的设计与实现

为了研究微生物在不同流态下的生长情况,从而实现其在污水等环境问题处理中的应用,研制开发一种控制方便、搅拌效果好、能耗小,并且能够实时监测水质参数的监控系统具有重要意义.设计了一种基于ARM的水质监控系统,该系统通过两个步进电机分别控制内、外缸的转速和方向,实现混合溶液的智能搅拌,系统控制精确灵活、能耗小、且操作简便.另外,系统还具备pH值、溶解氧和温度等水质参数的监测功能.实验表明,该系统可操作性强、稳定性好,可实现转速的精确控制和水质参数的实时准确监测,为进一步探究微生物生长因素提供了便捷的设备基础.     

晶体生长控制中的高分辨力称重系统

论述了晶体生长控制中高分辨力称重系统的实现技术。重点介绍了传感器的选型方法和信号调理电路的设计技术。系统达到了二十万分之一的有效分辨力。     

基于物联网Android平台的蓝宝石长晶监测系统

为实时了解和掌握蓝宝石自动长晶设备的运行状态,本文设计了一种基于物联网Android开发平台的监测系统.该系统以Android移动设备作为客户端,接收PC服务器端传送过来的数据,实现数据可视化,实时监测显示加热功率,加热电压电流,冷却水温、旋转速度、晶体重量和生长速度等参数数据.本文首先介绍了蓝宝石长晶设备的监测需求,随后阐述了系统的组成及各模块功能的设计,运用SQLite数据储存、Socket通信等,设计并实现了基于物联网Android的蓝宝石自动长晶设备监测系统的客户端.     

Crystallization of amorphous‐Si using nanosecond laser interference method

Laser crystallization of a 50‐nm thick amorphous‐Si (a‐Si) thin film on glass substrate was examined by a Nd:YAG (λ = 1064 nm) nanosecond laser and a two‐beam laser interference method. In spite of the low absorption rate of the laser wavelength in the a‐Si, crystallized Si ripple patterns were observed following a single laser pulse irradiation. The atomic force microscope (AFM) measurement revealed that surface ripple arrays are protruded as high as 120 nm at the positions corresponding to the maximum laser intensity and the ripples are composed of narrow double peaks with a separation of 1 μm. Raman image mapping was used to plot the spatial distribution of the crystallized Si phase. It was found that a 1064‐nm‐wavelength nanosecond laser could crystallize an a‐Si thin film into polycrystalline‐Si (poly‐Si) by nonlinear absorption under high laser energy irradiation.     

图像处理技术在单晶硅生产监测中的应用研究

以半导体材料单晶生长为背景,利用图像处理与分析技术对单晶生产过程进行监测研究.晶体生长是具有相变与移动边界的复杂分布参数系统,但是单晶炉所采用的监测控制手段仍然是相当基本的,以至阻碍了高纯度、高均匀性、高完整性和大直径半导体单晶材料的生产.在对现场摄取的单晶生长图像序列进行边缘检测和二值化等预处理的基础上,优化设计了自动阈值分割算法,有效地提取了几何特征量,直观给出了单晶生长固体--液体界面的图像信息.对计算机视觉检测和分析应用于单晶生产作了有益的探索.     

不同交通网络速度的Voronoi图的结晶生成

针对以欧氏距离为度量的Voronoi图所分割必须是均质空间的局限性,为了体现实际分析中的交通网络所导致的空间不均质性,在现有Voronoi图理论成果的基础上,提出了以交通时间距离为度量的基于交通网络的Voronoi图的概念,运用结晶生成法通过C#软件编程实现了不同交通网络速度的基于交通网络的Voronoi图的生成程序。该方法进一步完善和丰富了Voronoi图理论,拓展了Voronoi图的应用范围,体现了实践应用价值。     

面向化学气相沉积生长单晶金刚石的高导热嵌入型 基片托盘设计及其高质量生长工艺研究

针对高功率密度微波等离子体化学气相沉积法生长单晶金刚石过程中,金刚石籽晶表面温度容易发生漂移的问题,提出了一种新的基片托盘结构设计方法.基片托盘中间采用通孔结构,以避免籽晶底部与钼托盘的直接接触,在基片托盘与水冷台之间、籽晶和水冷台之间添加高导热材料氮化铝片,以保证外延沉积金刚石所需的均匀温度场环境.实验结果显示,利用新型基片托盘可以连续工作48 h,并获得生长厚度达1.66 mm的单晶金刚石,经过多次反复生长可实现厚度3 mm的高质量单晶金刚石制备.新型基片托盘能有效地抑制生长过程中石墨等大颗粒煤烟沉积引起的温度漂移现象,满足不同条件下金刚石单晶的同质外延生长,抑制籽晶边沿处多晶金刚石的生成,从而保证金刚石单晶在高功率密度下长时间稳定生长,获得高质量、大尺寸的化学气相沉积单晶金刚石.     

Finite-element methods for analysis of the dynamics and control of Czochralski crystal growth

Numerical methods are presented for solution of the complex moving-boundary problem described by a thermal-capillary model for Czochralski crystal growth, which accounts for conduction through melt, crystal, and crucible and radiation between diffuse-gray body surfaces. Transients are included that are caused by energy transport, by changes in the shapes of the melt-crystal, melt-ambient phase boundaries and the moving crystal, and by the batchwise decrease of the melt volume in the crucible. Finite-element discretizations are used to approximate the moving boundaries and the energy equation in each phase. A two-level, implicit integration algorithm is presented for transient calculations. The temperature fields and moving boundaries are advanced in time by a trapezoid rule approximation with modified Newton's iterations to solve algebraic systems for effective ambient temperatures computed with diffuse-gray radiation. The implicit coupling between radiative exchange, interface shapes, and the temperature field is necessary for preserving the second-order accuracy of the integration method and is achieved by successive iterations between the radiation calculation and solution of the thermal capillary model. Analysis of a quasi-steady-state model (QSSM) demonstrates the inherent stability of the CZ process. Including either diffuse-gray radiation among crystal, melt, and crucible or a simple controller for maintaining constant radius can lead to oscillations in the crystal radius. The effects of these oscillations on batchwise crystal growth are addressed.     

Embedding PbS quantum dots in MAPbCl0.5Br2.5 perovskite single crystal for near-infrared detection

Organometal lead-halide perovskites demonstrate excellent photovoltaic performance in the visible (Vis) region. However, their lack of response in the near-infrared (NIR) region limits their applications in broadband photodetectors. Here, PbS quantum dots (QDs) were successfully embedded in MAPbCl_0.5Br_2.5 single crystal by solution-processed epitaxial growth. Perovskites can effectively act as efficient charge transporters. The mobility of MAPbCl_0.5Br_2.5 with 1 wt% PbS quantum dots crystal is about 85 cm²/(V·S), which is similar to that of pure MAPbCl_0.5Br_2.5 single crystal. Meanwhile, the composite crystal exhibited a broadband response wavelength from the Vis (625 nm) to the NIR (850 nm) with fast response times (τ_on/τ_off = 6/9 ms and τ_on/τ_off = 19/43 ms in the Vis and NIR regions, respectively). The photodetector demonstrates a responsivity of 0.02 mA/W with a specific detectivity of 1.2 × 10⁸ Jones under 5.1 mW/cm² 850-nm illumination at 10-V bias. These results suggest that we have obtained high-quality composite crystals with improved photo response in the Vis to NIR region.