本發(fā)明涉及晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單晶爐。

背景技術(shù)：

單晶爐是一種在惰性氣體環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生長無錯(cuò)位單晶的設(shè)備。

現(xiàn)有的單晶爐主要包括機(jī)架、主爐室、副室、晶體提拉機(jī)構(gòu)、坩堝和坩堝提升機(jī)構(gòu)。副室連接于主爐室上，坩堝設(shè)置于主爐室內(nèi)，坩堝的下部通過坩堝提升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)升降；晶體提拉機(jī)構(gòu)設(shè)置于副室上方，晶體提拉機(jī)構(gòu)的提拉繩穿過副室進(jìn)入主爐室中，對仔晶進(jìn)行提拉生成晶棒。由于在晶體生長的過程中，隨著晶體提拉機(jī)構(gòu)的不斷提拉，坩堝中的熔融態(tài)原料在仔晶處形成固態(tài)晶棒，此時(shí)，坩堝內(nèi)的溶液不斷減小，液位下降，為了保證晶棒的持續(xù)生長，在單晶爐晶體生長過程中，需要根據(jù)工藝要求和坩堝里剩余料的情況調(diào)整鍋跟比，鍋跟比即坩堝的移動(dòng)速度與晶體提拉機(jī)構(gòu)的提拉速度之間的比值。

目前采用的鍋跟比是通過公式計(jì)算，得出晶棒每段長度生長的鍋跟比。在生長過程中按照表中鍋跟比根據(jù)晶體提拉機(jī)構(gòu)的提拉速度控制坩堝上升的速度，根據(jù)晶體生長的實(shí)際情況來人為手動(dòng)干預(yù)修改鍋跟比系數(shù)，修正晶體的生長過程。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于生長的晶體直徑有變化，導(dǎo)致會(huì)出現(xiàn)實(shí)際的鍋跟比過大或者過小，影響晶體的正常生長。

綜上所述，如何解決鍋跟比調(diào)節(jié)不精確的問題，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種單晶爐，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)鍋跟比，避免鍋跟比過大或過小影響晶體生長。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種單晶爐，包括主爐室、副室、坩堝、坩堝提升機(jī)構(gòu)和晶體提拉機(jī)構(gòu)，還包括：

稱重機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述晶體提拉機(jī)構(gòu)上，所述晶體提拉機(jī)構(gòu)的提拉繩承載于所述稱重機(jī)構(gòu)上，用于稱量晶體重量；

鍋跟比調(diào)節(jié)裝置，與所述稱重機(jī)構(gòu)和所述坩堝提升機(jī)構(gòu)均控制連接，用于根據(jù)所述稱重機(jī)構(gòu)所稱量的當(dāng)前時(shí)刻的晶體重量、所述坩堝的裝料總重量和所述坩堝的內(nèi)部尺寸得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比，并根據(jù)所述理論鍋跟比調(diào)整所述坩堝提升機(jī)構(gòu)的提升速度，使所述坩堝的實(shí)際鍋跟比接近所述理論鍋跟比。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述稱重機(jī)構(gòu)包括：

支架，安裝在所述晶體提拉機(jī)構(gòu)內(nèi)；

稱重器件，安裝在所述支架上，用于稱量晶體重量，所述稱重器件與所述鍋跟比調(diào)節(jié)裝置控制連接；

承載件，支撐于所述稱重器件上，用于承載所述提拉繩。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述承載件為滑輪，所述滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)支撐于所述稱重器件上，所述提拉繩繞過所述滑輪。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述稱重器件的數(shù)量為至少兩個(gè)，分別支撐于所述承載件的兩端。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述稱重器件為電子秤或重量傳感器。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述提拉繩為鎢繩。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述晶體提拉機(jī)構(gòu)包括提拉箱體、提拉驅(qū)動(dòng)裝置和提拉繩，所述提拉驅(qū)動(dòng)裝置安裝于所述提拉箱體內(nèi)，所述提拉繩與所述提拉驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述稱重機(jī)構(gòu)安裝于所述提拉箱體內(nèi)。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述鍋跟比調(diào)節(jié)裝置包括：

晶體重量獲取單元，用于獲取當(dāng)前時(shí)刻的所述晶體重量；

剩余料重量計(jì)算單元，用于根據(jù)所述裝料總重量減去當(dāng)前時(shí)刻的所述晶體重量得到當(dāng)前時(shí)刻坩堝內(nèi)的剩余料重量；

剩余料體積轉(zhuǎn)化單元，用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻所述坩堝內(nèi)的剩余料重量除以硅在1450℃時(shí)的密度，得到所述坩堝內(nèi)的剩余料體積；

剩余料液位確定單元，用于根據(jù)所述坩堝內(nèi)的剩余料體積和所述坩堝的內(nèi)部尺寸得到當(dāng)前時(shí)刻的所述坩堝內(nèi)的液面位置；

鍋跟比計(jì)算單元，用于根據(jù)所述坩堝內(nèi)的液面位置和對應(yīng)該液面位置的計(jì)算公式得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比；

坩堝速度調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻所述理論鍋跟比調(diào)整所述坩堝提升機(jī)構(gòu)的提升速度，使所述坩堝的當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)際鍋跟比接近所述理論鍋跟比。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述坩堝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上至下依次包括柱體段、圓弧段和底部段；

所述剩余料液位確定單元用于根據(jù)液面位置的高度判斷所述液面位置位于所述坩堝的柱體段、圓弧段或底部段內(nèi)；

所述鍋跟比計(jì)算單元用于根據(jù)所述液面位置所在的坩堝段所對應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比。

優(yōu)選地，在上述的單晶爐中，所述坩堝速度調(diào)節(jié)單元包括：

鍋跟比偏差計(jì)算模塊，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻所述實(shí)際鍋跟比減去當(dāng)前時(shí)刻理論鍋跟比，得到當(dāng)前時(shí)刻的所述鍋跟比偏差；

坩堝速度調(diào)節(jié)模塊，若所述鍋跟比偏差為正值，則調(diào)節(jié)所述坩堝的提升速度減??；若所述鍋跟比偏差為負(fù)值，則調(diào)節(jié)所述坩堝的提升速度增加。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的單晶爐中，包括主爐室、副室、坩堝、坩堝提升機(jī)構(gòu)、晶體提拉機(jī)構(gòu)、稱重機(jī)構(gòu)和鍋跟比調(diào)節(jié)裝置，稱重機(jī)構(gòu)設(shè)置在晶體提拉機(jī)構(gòu)上，晶體提拉機(jī)構(gòu)的提拉繩承載于稱重機(jī)構(gòu)上，用于稱量晶體重量；鍋跟比調(diào)節(jié)裝置與稱重機(jī)構(gòu)和坩堝提升機(jī)構(gòu)均控制連接，用于根據(jù)稱重機(jī)構(gòu)所稱量的當(dāng)前時(shí)刻的晶體重量、坩堝的裝料總重量和坩堝的內(nèi)部尺寸得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比，并根據(jù)理論鍋跟比調(diào)整坩堝提升機(jī)構(gòu)的提升速度，使坩堝的實(shí)際鍋跟比接近理論鍋跟比。本申請中的單晶爐通過增加稱重機(jī)構(gòu)和鍋跟比調(diào)節(jié)裝置，利用坩堝內(nèi)的裝料總重量和實(shí)時(shí)稱量的晶體重量，得到坩堝內(nèi)的剩余料重量，來實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制坩堝提升機(jī)構(gòu)的提升速度，避免鍋跟比過小或者過大影響晶體3生長。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單晶爐的稱重機(jī)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單晶爐的工作原理示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單晶爐的坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為晶體提拉機(jī)構(gòu)、11為提拉繩、12為提拉箱體、13為提拉驅(qū)動(dòng)裝置、2為副室、3為晶體、4為主爐室、5為坩堝、51為柱體段、52為圓弧段、53為底部段、6為坩堝提升機(jī)構(gòu)、7為稱重機(jī)構(gòu)、71為承載件、72為稱重器件、73為支架。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心是提供了一種單晶爐，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)鍋跟比，避免鍋跟比過大或過小影響晶體生長。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖1-圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種單晶爐，包括主爐室4、副室2、坩堝5、坩堝提升機(jī)構(gòu)6、晶體提拉機(jī)構(gòu)1、稱重機(jī)構(gòu)7和鍋跟比調(diào)節(jié)裝置。其中，副室2連接于主爐室4上，坩堝5設(shè)置于主爐室4內(nèi)，坩堝5的下部通過坩堝提升機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)升降；晶體提拉機(jī)構(gòu)1設(shè)置于副室2上方，晶體提拉機(jī)構(gòu)1的提拉繩11穿過副室2進(jìn)入主爐室4中，對仔晶進(jìn)行提拉生成晶棒；坩堝5內(nèi)裝有熔融的硅料。

稱重機(jī)構(gòu)7設(shè)置在晶體提拉機(jī)構(gòu)1上，晶體提拉機(jī)構(gòu)1的提拉繩11承載于所述稱重機(jī)構(gòu)7上，用于稱量晶體重量。

鍋跟比調(diào)節(jié)裝置與稱重機(jī)構(gòu)7和坩堝提升機(jī)構(gòu)6均控制連接，用于根據(jù)稱重機(jī)構(gòu)7所稱量的當(dāng)前時(shí)刻的晶體重量、坩堝5的裝料總重量和坩堝5的內(nèi)部尺寸得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比，并根據(jù)理論鍋跟比調(diào)整坩堝提升機(jī)構(gòu)6的提升速度，使坩堝5的實(shí)際鍋跟比接近理論鍋跟比。

本申請中的單晶爐增加了稱重機(jī)構(gòu)7和鍋跟比調(diào)節(jié)裝置，通過稱重機(jī)構(gòu)7實(shí)時(shí)稱量生長的晶體重量，利用坩堝5內(nèi)的裝料總重量和實(shí)時(shí)稱量的晶體重量，得到坩堝5內(nèi)的剩余料重量，由于坩堝5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，剩余料重量的不同，導(dǎo)致熔料液面在坩堝5內(nèi)的下降速度不同，因此，通過剩余料重量得到液面在坩堝內(nèi)的位置，位置不同，鍋跟比的計(jì)算方式不同，該單晶爐能夠根據(jù)剩余料重量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制坩堝提升機(jī)構(gòu)6的提升速度，形成一個(gè)鍋跟比閉環(huán)控制，使實(shí)際鍋跟比接近理論要求，使得晶體3控制更加穩(wěn)定，避免了鍋跟比過小或者過大影響晶體3生長。

如圖2所示，本實(shí)施例提供了一種具體的稱重機(jī)構(gòu)7，其包括支架73、稱重器件72和承載件71。其中，支架73安裝在晶體提拉機(jī)構(gòu)1內(nèi)；稱重器件72安裝在支架73上，稱重器件72與鍋跟比調(diào)節(jié)裝置控制連接，用于稱量晶體重量并向鍋跟比調(diào)節(jié)裝置發(fā)送晶體重量數(shù)據(jù)；承載件71支撐于稱重器件72上，用于承載提拉繩11，提拉繩11的末端提拉晶體3，提拉繩11的上端可搭在承載件71上，并與晶體提拉機(jī)構(gòu)1的提拉驅(qū)動(dòng)裝置13連接。

工作時(shí)，晶體提拉機(jī)構(gòu)1在通過提拉繩11提拉晶體3時(shí)，由于提拉繩11承載于承載件71上，因此，整個(gè)晶體3的重量壓在承載件71上，而承載件71安裝在稱重器件72上，因此，稱重器件72能夠稱量晶體重量。稱重器件72將實(shí)時(shí)稱量的晶體重量發(fā)送給鍋跟比調(diào)節(jié)裝置，鍋跟比調(diào)節(jié)裝置根據(jù)晶體重量、坩堝5的裝料總重量和坩堝5的內(nèi)部尺寸計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比，根據(jù)理論鍋跟比調(diào)整坩堝提升機(jī)構(gòu)6的提升速度，從而調(diào)整坩堝5的提升速度，使坩堝5的實(shí)際鍋跟比接近理論鍋跟比，從而避免了鍋跟比過大或過小影響晶體3生長。

作為優(yōu)化，在本實(shí)施例中，承載件71為滑輪，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)支撐于稱重器件72上，提拉繩11繞過滑輪?；喛梢詼p小提拉繩11的阻力。當(dāng)然，承載件71還可以為光桿，光桿轉(zhuǎn)動(dòng)或固定支撐于稱重器件72上。

在本實(shí)施例中，稱重器件72的數(shù)量為至少兩個(gè)，優(yōu)選為兩個(gè)，分別支撐于承載件71的兩端，使承載力更加均勻。當(dāng)然，稱重器件72還可以為一個(gè)、三個(gè)等更多個(gè)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)稱重即可。

在本實(shí)施例中，稱重器件72為電子秤或重量傳感器，只要能夠稱量晶體重量并發(fā)送晶體重量信息給鍋跟比調(diào)節(jié)裝置即可。

進(jìn)一步地，提拉繩11為鎢繩，鎢繩的耐高溫性強(qiáng)，且不參與反應(yīng)。當(dāng)然，還可以采用其它材質(zhì)的提拉繩11，并不局限于本實(shí)施例所列舉的情況。

如圖2所示，在本實(shí)施例中，晶體提拉機(jī)構(gòu)1包括提拉箱體12、提拉驅(qū)動(dòng)裝置13和提拉繩11，提拉驅(qū)動(dòng)裝置13安裝于提拉箱體12內(nèi)，提拉繩11與提拉驅(qū)動(dòng)裝置13連接，稱重機(jī)構(gòu)7安裝于提拉箱體12內(nèi)。將稱重機(jī)構(gòu)7安裝于提拉箱體12內(nèi)，從而保護(hù)稱重機(jī)構(gòu)7不受外部環(huán)境損壞，且滿足晶體真空生長的需求。

在本實(shí)施例中，鍋跟比調(diào)節(jié)裝置包括晶體重量獲取單元、剩余料重量計(jì)算單元、剩余料體積轉(zhuǎn)化單元、剩余料液位確定單元、鍋跟比計(jì)算單元和坩堝速度調(diào)節(jié)單元。

其中，晶體重量獲取單元用于獲取當(dāng)前時(shí)刻的晶體重量；

剩余料重量計(jì)算單元用于根據(jù)裝料總重量減去當(dāng)前時(shí)刻的晶體重量得到當(dāng)前時(shí)刻坩堝5內(nèi)的剩余料重量；裝料總重量為預(yù)先稱重得到。

剩余料體積轉(zhuǎn)化單元用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻坩堝5內(nèi)的剩余料重量除以硅在1450℃時(shí)的密度，得到坩堝5內(nèi)的剩余料體積。由于坩堝5內(nèi)的剩余料硅在1450℃時(shí)為液態(tài)因此，優(yōu)選地將剩余料重量除以硅在1450℃時(shí)的密度，得到剩余料在液態(tài)時(shí)的體積。

剩余料液位確定單元用于根據(jù)坩堝5內(nèi)的剩余料體積和坩堝5的內(nèi)部尺寸得到當(dāng)前時(shí)刻的坩堝5內(nèi)的液面位置。

鍋跟比計(jì)算單元用于根據(jù)坩堝5內(nèi)的液面位置和對應(yīng)該液面位置的計(jì)算公式得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比。

坩堝速度調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻理論鍋跟比調(diào)整坩堝的提升速度，使坩堝5的當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)際鍋跟比接近理論鍋跟比。

通過該鍋跟比調(diào)節(jié)裝置根據(jù)實(shí)時(shí)稱量的晶體重量、坩堝5的裝料總重量和坩堝5的內(nèi)部尺寸得到實(shí)時(shí)的理論鍋跟比，并根據(jù)理論鍋跟比調(diào)節(jié)坩堝提升機(jī)構(gòu)6的提升速度，進(jìn)而調(diào)整坩堝5提升速度，避免了鍋跟比過大或過小影響晶體3生長。

如圖4所示，坩堝5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由上至下依次包括柱體段51、圓弧段52和底部段53。其中，坩堝5的內(nèi)部直徑為Dr，柱體段51的高度為La，圓弧段52的半徑為Rs，圓弧段52的中心距離坩堝5的中心線的距離為C，圓弧段52的高度為X；底部段53的半徑為Rb，底部段53的高度為Lb。根據(jù)該坩堝5內(nèi)的尺寸數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到剩余料在坩堝5內(nèi)的液面位置。

則剩余料液位確定單元用于根據(jù)液面位置的高度判斷液面位置位于坩堝5的柱體段51、圓弧段52或底部段53內(nèi)。以圖4中的尺寸為例進(jìn)行說明，如果液面位置的高度大于Lb和X之和，則判斷液面位置在柱體段51；如果液面位置的高度大于Lb，小于Lb和X之和，則判斷液面位置在圓弧段52；如果液面位置的高度小于Lb，則判斷液面位置在底部段53。

鍋跟比計(jì)算單元用于根據(jù)液面位置所在的坩堝段所對應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻的理論鍋跟比。液面位置不同，則計(jì)算鍋跟比的計(jì)算公式不同，液面位置在柱體段51，則按照柱體段鍋跟比的計(jì)算公式計(jì)算柱體段51的理論鍋跟比；液面位置在圓弧段52，則按照圓弧段鍋跟比的計(jì)算公式計(jì)算圓弧段52的理論鍋跟比；液面位置在底部段53，則按照底部段鍋跟比的計(jì)算公式計(jì)算底部段53的理論鍋跟比。

當(dāng)然，坩堝5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還可以為其它結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，針對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域，利用不同的鍋跟比計(jì)算公式計(jì)算理論鍋跟比。

在本實(shí)施例中，坩堝速度調(diào)節(jié)單元包括鍋跟比偏差計(jì)算模塊和坩堝速度調(diào)節(jié)模塊，其中，鍋跟比偏差計(jì)算模塊根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻實(shí)際鍋跟比減去當(dāng)前時(shí)刻理論鍋跟比，得到當(dāng)前時(shí)刻的鍋跟比偏差；坩堝速度調(diào)節(jié)模塊用于，若鍋跟比偏差為正值，則說明坩堝5的提升速度過快，正值越大，則說明坩堝5的提升速度越快，此時(shí)，調(diào)節(jié)坩堝5的提升速度減?。蝗翦伕绕顬樨?fù)值，則說明坩堝5的提升速度過慢，負(fù)值越小，則說明坩堝5的提升速度越慢，此時(shí)調(diào)節(jié)坩堝5的提升速度增加。

當(dāng)然，鍋跟比偏差還可以為理論鍋跟比減去實(shí)際鍋跟比，相反地，如果鍋跟比偏差為正值，則說明坩堝5提升速度過慢，正值越大，則說明坩堝5提升速度越慢，則需要調(diào)節(jié)坩堝5的提升速度增加；如果鍋跟比偏差為負(fù)值，則說明坩堝5提升速度過快，負(fù)值越小，則說明坩堝5提升速度越快，則需要調(diào)節(jié)坩堝5的提升速度減小。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。