用于人工長晶的熔湯表面流速測定方法及長晶設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于人工長晶的熔湯表面流速測定方法，尤其涉及一種根據(jù)熔湯網(wǎng)格的形心位移的熔湯表面流速測定方法，及應用該方法的長晶設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]凱氏長晶法(Kyropoulos method)被廣泛的應用于藍寶石晶體的生長中。其原理是在坩鍋中將原料加熱至熔點以上，使其成為液態(tài)的熔湯，再下降一單晶的晶種使其與熔湯的表面接觸，在晶種與熔湯的固液界面上逐漸生長出與晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶。同時，在生長初期以極緩慢的速度向上拉升晶種，在熔湯的液面上形成一圓錐狀的晶頸，待晶頸成長至一定程度后，即停止向上拉升晶種，通過冷卻速率的調(diào)控，使單晶逐漸由晶頸形成處向下生長，最后形成一個完整的單晶晶碇。
[0003]柴氏拉晶法(Czochralski method)為另一種被廣泛應用的晶體生長法,其方法與凱氏長晶法相似，主要差異在于柴氏拉晶法在長晶的過程中，晶種不斷地向上拉升，并于拉升的同時，旋轉(zhuǎn)晶種。
[0004]現(xiàn)今的晶體生產(chǎn)制程中，攸關(guān)長晶成敗與質(zhì)量的諸多因素(例如:熔湯溫度、下晶種的時間，拉晶速度，停止拉晶的時點以及溫度的調(diào)控等因素)，大量仰賴長晶工程師的技術(shù)經(jīng)驗，晶體生產(chǎn)的良率約有60%?70%取決于長晶工程師的技術(shù)經(jīng)驗。然而，長晶工程師的學習曲線長、技術(shù)層次高，需要長時間的學習以及錯誤嘗試以獲得經(jīng)驗的累積。仰賴長晶工程師的技術(shù)經(jīng)驗的晶體生產(chǎn)制程，約需十天以上，期間需要由長晶工程師耗費數(shù)小時的時間，來操作下晶種的程序，該下降晶種的程序需于控制熔湯在適當?shù)臏囟确秶粼撊蹨珳囟冗^高則該晶種將在下降的過程中融化，反之若該熔湯溫度過低則該熔湯表面將產(chǎn)生結(jié)塊，上述二者皆不利于后續(xù)晶體生產(chǎn)制程的進行。倘若操作不當導致制程失敗，將浪費時間及金錢。因此，傳統(tǒng)的晶體生產(chǎn)制程，具有穩(wěn)定性較差、重現(xiàn)性較低等缺點。
[0005]部分使用于上述晶體生產(chǎn)制程的長晶機中，會安裝例如:影像色溫傳感器、紅外線測溫槍、熱影像攝影機或熱電偶的溫度傳感器，來輔助溫度判斷。然而，這些溫度傳感器具有下列缺點:1.影像色溫傳感器判斷溫度的分辨率不高，難以判斷下晶種的正確時點；
2.紅外線測溫槍會因為觀測鏡口的積碳情形，造成溫度的誤判，且其溫度分辨率也不高；
3.熱電耦傳感器的位置至于單一處，無法準確得知坩堝中熔湯的實際溫度。
[0006]傳統(tǒng)上，除了使用上述的溫度傳感器之外，長晶工程師會以肉眼觀察熔湯表面流速，憑借經(jīng)驗判斷下晶種的正確時點。該熔湯因熱對流會使熔湯表面出現(xiàn)多個網(wǎng)格，長晶工程師借由觀察該多個網(wǎng)格的移動判定熔湯表面流速，該熔湯表面流速與熔湯溫度相關(guān)，當熔湯溫度高時流速較快，反之當熔湯溫度低時流速較慢。長晶工程師借由熔湯表面流速推測熔湯溫度，進而決定下晶種的時間。然而，上述方法仰賴長晶工程師肉眼以及經(jīng)驗，耗時長且穩(wěn)定性不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于人工長晶的熔湯表面流速測定方法及應用該方法的長晶設(shè)備，以解決傳統(tǒng)上在下晶種程序中耗時長且穩(wěn)定性不佳的問題。
[0008]為達上述目的及其他目的，本發(fā)明提供一種用于人工長晶的熔湯表面流速測定方法，包含:(A)先后攝得熔湯表面的第一影像與第二影像，這兩個影像攝得的時間間隔為At5(B)將該第一影像中的區(qū)塊定義為多個第一網(wǎng)格區(qū)域，并計算這些網(wǎng)格區(qū)域分別對應的第一形心坐標；(C)將該第二影像中的區(qū)塊定義為多個第二網(wǎng)格區(qū)域，并計算這些網(wǎng)格區(qū)域分別對應的第二形心坐標；(D)取得位于這些第一網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的第二形心坐標，計算這些第一網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)對應的第二形心坐標與第一形心坐標間的形心位移，以取得多個形心位移；(E)根據(jù)該多個形心位移以及At，計算熔湯表面流速。
[0009]較佳地，上述方法，其中進一步包含:重復多次步驟(A)?(D)，將前次的第二影像，當作下次的第一影像，取得多個形心在兩個以上的影像中的連續(xù)形心位移；以及于步驟(E)中，根據(jù)該多個形心的連續(xù)形心位移以及At，計算兩個以上連續(xù)影像中的熔湯表面流速。
[0010]較佳地，上述方法，其中進一步包含:于步驟(D)中，根據(jù)該多個形心位移以及A t，計算這些形心的移動速率，當一個形心的移動速率大于15cm/秒時，定義該形心為不信任形心，于后續(xù)的計算中移除該不信任形心的形心位移。
[0011]較佳地，上述方法，其中進一步包含:于步驟(B)中，當一個網(wǎng)格區(qū)域的面積小于25cm2時，定義該網(wǎng)格區(qū)域為不信任區(qū)域，于后續(xù)的計算中移除該不信任區(qū)域。
[0012]較佳地，上述方法，其中進一步包含:當一個形心的連續(xù)形心位移中的各個形心位移變化過大時，定義該形心為不信任形心，于后續(xù)的計算中移除該不信任形心的形心位移。
[0013]較佳地，上述方法，其中進一步包含:于步驟⑶中，假設(shè)這些形心位移為常態(tài)分布，計算這些形心位移的標準偏差及平均值，當一個形心的形心位移與平均值相差兩個標準偏差以上時，定義該形心為不信任形心，于后續(xù)的計算中移除該不信任形心的形心位移。
[0014]較佳地，上述方法，其中根據(jù)該多個形心的連續(xù)形心位移以及這兩個影像拍攝的時間間隔，計算該多個形心的平均移動速率，根據(jù)該多個形心的平均移動速率的平均值定義熔湯表面流速。
[0015]較佳地，上述方法，其中根據(jù)該多個形心的連續(xù)形心位移以及這兩個影像拍攝的時間間隔，計算該多個形心的平均移動速度，根據(jù)該多個形心的平均移動速度的平均值定義熔湯表面流速。
[0016]較佳地，上述方法，其中當一個形心的平均移動速度與其他形心的平均移動速度差異過大時，定義該形心為不信任形心，于后續(xù)的計算中移除該不信任形心的形心位移。
[0017]較佳地，上述方法，其中于步驟(A)中，進一步針對該第一影像及與第二影像進行二值化的圖像處理。
[0018]較佳地，上述方法，其中這兩個影像拍攝的時間間隔At為1/30秒。
[0019]為達上述目的及其他目的，本發(fā)明亦提供一種人工長晶設(shè)備，其根據(jù)上述方法中所述的熔湯表面流速測定方法測定熔湯表面流速。
[0020]較佳地，上述人工長晶設(shè)備，其中該人工長晶設(shè)備根據(jù)所測得的熔湯表面流速控制一加熱線圈的加熱功率。
[0021]較佳地，上述人工長晶設(shè)備，其中該人工長晶設(shè)備根據(jù)所測得的熔湯表面流速控制一晶種升降裝置。
[0022]本發(fā)明的一種用于人工長晶的熔湯表面流速測定方法可有效的測定熔湯表面流速。再者，應用該方法的人工長晶設(shè)備可有效的減少下晶種程序中晶種融化或熔湯表面結(jié)塊的機率，并有效減少該程序所需耗費的時間。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1的第一影像與第二影像。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例1中，經(jīng)圖像處理的第一影像與第二影像。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例1中，多個第一形心坐標與第二形心坐標的計算結(jié)果。
[0026]圖4為本發(fā)明實施例1中，形心位移計算方式的示意圖。
[0027]主要部件附圖標記:
[0028]A11第一網(wǎng)格區(qū)域A1I
[0029]A23第一網(wǎng)格區(qū)域A23
[0030]M11第一形心坐標M11
[0031]M23第二形心坐標M23
【具體實施方式】
[0032]為充分了解本發(fā)明的目的、特征及技術(shù)效果，茲由下述具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明做詳細說明，說明如下:
[0033]實施例1:應用兩個影像的熔湯表面流速測定
[0034]使用藍寶石長晶機進行人工長晶制程，將高純度氧化鋁(A1203)原料置于長晶機的坩鍋中，使用線圈加熱坩鍋