碳/碳材料作为单晶炉发热体的研究

发热体作为单晶炉的唯一热源,是影响拉晶质量的重要部件。通过与传统石墨发热体材料进行对比实验,分别针对电阻率、电阻温度稳定系数、导热系数、力学性能、抗腐蚀性5个重要因素,结合自身的工艺进行比较,探究碳/碳材料作为单晶炉发热体的优劣势。

大直径直拉硅单晶炉热场的改造及数值模拟

为了降低大直径硅单晶生长过程中氧的引入 ,对常规的 4 0 6mm(16英寸 )热场进行了改造。设计了以矮加热器为核心的复合式加热器系统 ,使晶体生长过程中熔体热对流减小。通过对热场的数值模拟计算 ,分析了热场的温度分布 ,发现熔体的纵向温度梯度下降 ,熔体热对流减小 ,硅单晶中氧含量降低。

单晶炉勾形磁场的优化设计与分析

本文采用有限元法对勾形磁场的分布进行了模拟分析,结果表明磁场强度径向分量Bx随径向距离r增大可视为线性增大,并且在线圈中心面上下20mm靠近坩埚内壁的窄小区域内最强。通过对磁场强度的影响因素的分析表明,磁场Bx随电流增大呈线性增加,并随匝数增加呈非线性增大。最后依据模拟结果及其分析,取得了磁场的设计参数。

基于自适应噪声抵消的CZ单晶炉炉膛温度信号处理

为滤除CZ单晶炉炉膛温度信号在单晶生长过程中存在的低频干扰,提出一种基于噪声抵消技术的滤波方法.首先利用傅立叶级数构造出低频干扰的逼近信号,然后根据炉温信号的缓变特征建立能够获取低频干扰逼近信号的抵消器误差函数,最后利用一种改进的粒子群优化算法优化误差函数获得低频干扰的逼近信号,并用该逼近信号抵消低频干扰.实验结果表明,所提出的自适应噪声抵消滤波算法能够有效滤除CZ单晶炉炉膛温度信号中的低频干扰,并优于常用的滤波方法.

单晶炉勾形磁场装置结构参数的分析与优化

采用有限元法对203.2mm单晶炉(406.4mm坩埚)勾形磁场线圈匝数和线圈纵横向层数(纵横向层数比值)以及上下两线圈间距、磁屏蔽体的厚度以及几何结构和尺寸等结构参数对磁场强度Br的影响进行了模拟分析和优化选取。为203.2mm单晶炉勾形磁场装置结构设计提供了一种可靠的模拟新方法和具有指导意义的经验数据。

模糊自整定PID在单晶炉温度控制中的仿真

针对焦炉温度大惯性、纯滞后、非线性和时变性等特点,结合PID和模糊控制两者的优点,提出了一种模糊自整定PID控制方法。对模糊自整定PID算法进行了理论分析,对焦炉生产的简化模型做了仿真研究。结果表明,采用模糊自整定PID控制,系统的调节时间缩短,响应速度加快,抗干扰能力和适应参数变化的能力都优于常规PID控制,具有更好的动态特性和稳定性,有效减少了炉温的波动。

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。

基于双摆模型的单晶炉提拉系统摆动现象动力学分析

针对单晶炉旋转提拉系统在运行中出现的摆动现象进行了建模和数值仿真。将该旋转提拉系统简化为在支座简谐激励下的双摆力学模型,模型中考虑了提拉软轴及提拉头的质量,以及系统的阻尼。应用拉格朗日方程导出了该系统的非线性振动方程并加以线性化,通过模态分析将耦合的双自由度振动方程化为两个单自由度方程。应用Matlab平台进行数值仿真,模拟出了提拉系统振动幅值随旋转频率的变化关系。理论分析结果与实际中观察到的现象一致。研究结果为改善提拉系统的动态性能,减小提拉系统的摆动幅值提供了理论方法和依据。

高精度数字化单晶炉加热电源设计

对传统的单晶炉加热电源进行了改进和升级,将数字控制器80C196KB融入到单晶炉加热电源的控制当中,利用模拟技术、微机控制技术实现了对控温精度要求很高的直拉单晶炉温度控制系统的设计。结果表明系统的控制精度提高,能够实现对电源输出功率的实时自动调节。

单晶炉低功耗勾形磁场设计与优化

本文提出了一种低功耗的新勾形磁场结构,来解决现有勾形磁场功耗过大的问题。并以8英寸单晶炉勾形磁场为研究对象,利用有限元法对线圈匝数、电流大小、线圈间距等参数对磁场强度及其分布的影响进行了模拟分析和优化设计。结果表明:在坩埚壁处产生横向磁场强度均为492 GS时,线圈内径820 mm、线圈间距200 mm等结构相同,而线圈匝数分别为2400匝的新结构与96匝的现有结构磁场相比,总功率从现有结构的38.9 kW降低到9.8 kW(降低了74.7%)。该研究为勾形磁场得以广泛应用提供了一种新的设计思路及设计方法。

大尺寸单晶炉勾形磁场的优化设计

本文在分析cusp磁场抑制对流原理的基础上,采用有限元法对大尺寸单晶炉cusp磁场进行了建模。利用模型分析了磁场结构尺寸对磁场强度的影响,优化了磁场结构;分析了线圈规格对磁场功率的影响,优化了磁场功率;并通过实验验证了建模方法的有效性。实验结果表明:该模拟方法可用于大尺寸单晶炉cusp磁场的实际设计。

直拉法硅晶体生长中单晶炉坩埚内熔体的数值模拟

硅晶体生长过程的模拟主要采用专用仿真软件或通用编程软件。目前针对专用仿真软件授权费用高、通用编程软件编程难度大且需要较高的编程技巧和理论水平这一缺陷,本文研究使用通用流体仿真软件Fluent模拟了单晶炉坩埚内熔体的流场和热场,并用Wheeler标准问题检验仿真结果。仿真结果表明,Fluent所得结果通过了Wheeler标准问题的验证,说明采用Fluent作为单晶炉模拟软件,对大尺寸硅单晶炉晶体生长过程中坩埚内硅熔体的多场问题进行数值仿真,为实际硅单晶生长热场设计及优化提供了依据。

基于混合式自调整模糊控制的单晶炉提拉速度控制系统

采用自调整因子混合式模糊PID控制方法,对单晶炉的提拉速度进行控制。工程实际运行表明,该方法不仅能够提高系统的鲁棒性,还可以提高系统的动静态性能,获得了满意的控制效果。

论直拉单晶炉技术平台的逻辑演进

要求不断增大晶棒直径、不断提高晶体质量的晶圆市场 ,推动我国直拉单晶炉产品系列出现过三代更替 ,与此对应 ,产品赖以存在的技术平台也经历了三个阶段的演进。第四代产品研发需要在以往技术积累基础上 ,在炉室材料、炉体结构、焊接工艺、机械传动和电气控制、计算机智能控制、磁场发生装置和热场材料等方面进行新一轮技术创新。

提拉单晶炉自动引晶技术的研究

该文从人工引晶工艺流程入手,结合提拉法单晶炉已有技术和温度测控技术,使用计算机编程技术和传感器测量技术完成人工引晶的各项步骤,实现了提拉法单晶炉引晶技术的全自动化,从而实现真正意义上的全自动单晶炉。

单晶炉横向磁场的优化设计与实现

本文利用有限元法对152.4 mm(6 inch)单晶炉355.6 mm(14 inch)坩埚横向磁场的磁场强度、磁场分布和均匀度,以及线圈匝数、铁芯半径、导线截面积、磁极宽度和高度等影响因素进行了模拟分析和优化。在此基础上得到了磁场的优化参数,并对优化设计参数进行了实验验证。结果表明:模拟方法合理,结果正确、符合实际,可运用于实际设计。为磁场设计提供了一种可靠的模拟新方法和经验数据。

泡生法蓝宝石单晶炉热屏对热场的影响分析

对泡生法生长蓝宝石单晶进行了数值模拟,计算分析了晶体温度场分布规律。通过改变顶部保温屏的层数、侧壁保温屏的层数、反射屏的开口半径大小,分析热场的影响,得到了各参数与温度分布及温度梯度的变化关系。模拟发现,适当减少顶部保温屏层数,增大反射屏开口,可以增加晶体径向温度梯度;适当增加顶部保温屏层数,增大反射屏开口,可减小晶体轴向温度梯度。而侧壁屏层数几乎无影响。最后将分析结果与实验相结合,进行实验验证,成功获得了质量较好的蓝宝石单晶。

CZ单晶炉单晶等径生长计算机控制系统

介绍了ＣＺ单晶炉单晶等径生长计算机控制系统的硬件结构和软件设计原理。

基于遗传算法的单晶炉热场温度控制系统

介绍了以AT89C51单片机为核心的单晶炉热场温度控制系统的设计与实现方法,提出了一种基于遗传算法的PID参数寻优方法。仿真研究结果表明,系统具有良好的控制性能。

单晶炉勾形磁场设计参数实验验证

通过模拟方法得到8英寸单晶炉(16英寸坩埚)勾形磁场的设计参数,并对磁场参数的模拟结果进行了实验验证。结果表明:磁场参数及其分布均满足晶体生长要求,磁场参数的模拟结果与实验结果吻合较好。该模拟方法可用于勾形磁场的实际设计。