温度获取单元10、进气通道61、出气通道62、热交换腔63。
【具体实施方式】
[0040]本发明实施例提供了一种冷却气体流量控制方法及装置，解决了目前通过冷却气体流量-时间关系曲线控制冷却气体流量来实现晶体生长所存在适应性较差的问题。
[0041]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。
[0042]实施例一
[0043]请参考附图2，图2示出了本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法的流程。本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法用于热交换法生长晶体的晶体生长系统(可参考【背景技术】所述)，即热交换晶体生长系统。
[0044]图2所示的流程，包括:
[0045]S101、获取冷却气体热交换后的温度。
[0046]通常，本步骤在热交换晶体生长系统的热交换通道的出气通道内设置温度获取单元以获取冷却气体与坩埚热交换后的温度，即冷却气体热交换后的温度。在实际的获取过程中，热交换后的冷却气体存在温度场不均，这会导致获取的温度存在局限性，进而无法代表热交换后的冷却气体整体温度。为此，步骤S101中，优选在热交换通道的出气通道横截面上均布多个温度计，取多个温度计的均值作为冷却气体热交换后的温度。
[0047]S102、获取冷却气体当前流量。
[0048]步骤S102用于获取热交换晶体生长系统中通过热交换通道的冷却气体当前流量。通常在热交换通道内设置流量检测单元(例如流量计)，用于获取热交换通道的冷却气体当前流量。冷却气体在热交换的过程中从热交换通道的进气通道进入热交换腔，然后从热交换腔进入出气通道实现排出。此过程中，冷却气体的温度逐渐增大，进而会导致单位时间内进气通道和出气通道的冷却气体流量有细微的差别(冷却气体受热后体积增大)，而进气通道通过的冷却气体流量更能够反映冷却气体当前流量。因此，步骤S102优选获取热交换通道的进气通道内的冷却气体流量，以作为冷却气体当前流量。
[0049]需要说明的是，本发明实施例一中步骤S101和步骤S102的顺序可更换，即先进行步骤S102，再进行步骤S101。当然，步骤S101和步骤S102可以同时操作。本发明实施例一不限制步骤S101和步骤S102的先后顺序。
[0050]S103、计算冷却气体目标流量。
[0051]热交换法生长晶体的过程中晶体在不同生长阶段需要的冷却效率不同，冷却效率决定了热交换量不同，进而决定晶体生长速率不同。本发明实施例一中，单位时间内冷却气体与坩埚的热交换量定义为传热速率。
[0052]我们知道，冷却气体的进气温度为已知量，用T0表示。在tn时刻，冷却气体的流量为Fn(标况下，升/分)，冷却气体热交换后的温度为Τη (单位为开尔文)。在tn附近的Δ t时间段内(Λ t极小，单位为分)，冷却气体的流量可以认为不变，冷却气体热交换后的温度可以认为不变，那么在Λ t时间段内与坩埚进行热交换的冷却气体质量可按照公式
(1)计算。
[0053]M = (Fn* Δ t/22.4) *m (1)
[0054]公式(1)中，Fn是Δ t时间段内的热交换通道内的冷却气体流量；m是冷却气体的摩尔质量，Μ是Δ t时间段内经过热交换通道的冷却气体质量。
[0055]Δ t时间段内，冷却气体与坩埚的热交换量通过公式(2)计算。
[0056]Q = C*M* Δ T (2)
[0057]Δ T = Tn-TO (3)
[0058]公式⑵和(3)中，Τη是tn时刻的冷却气体热交换后的温度，TO是冷却气体的进气温度，Q是Δ t时间段内的热交换量，C是冷却气体的比热容。
[0059]Δ t时间段内，传热速率可以通过公式⑷计算。
[0060]q = Q/ Δ t (4)
[0061]公式⑷中，q是Δ t时间段内的传热速率。
[0062]联合公式⑴⑵(3) (4)得到公式(5)。
[0063]q = C* (Tn-TO) *Fn*m/22.4 (5)
[0064]公式(5)变形后得到公式(6)。
[0065]Fn = 22.4*q/ {C*m* (Tn-TO)} (6)
[0066]在实际的晶体生长过程中，为了获得质量良好的晶体，在不同生长时刻所需要的热交换量是相对固定且在设定的范围内，也就是说不同时刻的传热速率相对固定且在设定的范围内。获得并提供这个相对固定的传热速率(即预设传热速率)是保证该种晶体生长质量的重要保证。在实践中，通常按照晶体生长工艺的进行，检测晶体每个生长阶段的传热速率，以此来指导后续晶体的生长控制。因此，公式(6)中，q是预设传热速率。当然在上述公式(5)的指导下，检测晶体每个生长阶段的冷却气体流量和冷却气体热交换后的温度，通过公式(5)计算晶体生长每个阶段的传热速率。本领域技术人员可以从多次晶体生长检测中选取晶体生长质量较好的数据中选取传热速率，并加以优化调整，作为预设传热速率。
[0067]可见，公式(6)中，q、C、m和TO均为已知参数，Τη作为冷却气体热交换后的温度可以通过步骤S101实时检测。通过公式(6)可以计算在预设传热速率下所需要的冷却气体流量，即冷却气体目标流量。
[0068]S104、调节冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。
[0069]根据步骤S102的检测结果及步骤S103的计算结果，调节冷却气体的风量，使得冷却气体当前流量趋向于冷却气体目标流量。
[0070]通常，热交换晶体生长系统中均通过冷却气体输送装置(例如压缩机)向热交换通道内输送冷却气体，那么步骤S104可以通过调节冷却气体输送装置的功率，频率(例如压缩机的频率)来调节冷却气体输送装置进而调节冷却气体当前流量，也可以通过调节冷却气体输送管道上的风门开度来调节冷却气体当前流量。
[0071]本发明实施例一提供的冷却气体流量控制方法中，通过冷却气体热交换后的温度以及预设传热速率计算冷却气体的目标流量，然后将冷却气体当前流量向着趋向于冷却气体目标流量的方向调节。整个调节过程中以预设传热速率为依据，由于传热速率与晶体生长过程中的热交换量相对应，因此以预设速率为依据就相当于以晶体生长过程中的热交换量作为调节冷却气体流量的依据。相比于【背景技术】中以预设流量为依据调节冷却气体流量的方式而言，本发明实施例一提供的方法根据能够代表热交换量大小的预设传热速率对冷却气体流量直接控制，最能够反应热交换法生长晶体的进程，进而能够解决通过冷却气体流量-时间关系曲线调节冷却气体当前流量这一流量控制方式所存在的适应性和一致性较差的问题，最终能够提高不同炉体或不同炉次晶体生长的一致性。
[0072]更为优选的方案中，步骤S101和步骤S102周期性地进行，进而使得整个冷却气体流量控制为一个循环控制的过程，能够进一步提高冷却气体流量控制的精度。
[0073]实施例二
[0074]在实际的流量调节过程中，冷却气体当前流量与冷却气体目标流量的差值的绝对值有可能比较大，也有可能比较小。举例而言，当差值的绝对值较大时，若以较小的流量调节幅度调节势必会影响调节效率，导致调节的滞后性较大，当调节完成后很可能导致冷却气体的当前流量已经不符合晶体生长的需要。由于晶体生长的阶段性特点较强，调节的滞后势必会影响冷却气体当前流量调节的有效性。当然，若差值的绝对值较小，而流量调节幅度较大时，会导致调节的效率降低。
[0075]为此，本发明实施例二在实施例一的基础之上进行改进，提供了一种更为优选的方式。请参考附图3，图3示出了本发明实施例二提供的冷却气体流量控制方法的流程。
[0076]图3所示的流程中，步骤S203和步骤S206之间还包括:
[0077]S204、计算冷却气体当前流量与冷却气体目标流量之间的差值。
[0078]S205、根据差值确定与所述差值相对应的流量调节幅度。
[0079]步骤S205中