晶体生长方法、系统及固液转换时点确定方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶体生长技术领域，更为具体地说，涉及一种晶体生长固液转换时点确定方法及装置，本发明还涉及一种包括该装置的晶体生长系统，及采用上述确定方法的晶体生长方法。
【背景技术】
[0002]自下而上方向生长晶体(例如蓝宝石)的方法有多种，例如热交换法、坩埚下降法、温梯法等。其中，热交换法以其自动化程度高、热场稳定、寿命长、对人工依赖较低等优势成为晶体生长的主要方法。
[0003]请参考附图1，图1是一种典型采用热交换法进行晶体生长的晶体生长系统示意图。图1所示的晶体生长系统包括炉体1、上保温层2、发热体3、侧保温层4、下保温层5、热交换套管6、坩埚7、观察通孔8和观察窗9。其中，上保温层2、下保温层5和侧保温层4形成用于容纳坩埚7的加热腔。发热体3设置在加热腔中，且位于侧保温层4的内壁和坩埚7的侧壁之间，用于对坩埚7加热。热交换套管6自所述炉体1的底部依次穿过炉体1和下保温层5直抵坩埚7的底部，热交换套管6由相互套设的两个管道组成以形成热交换通道。其中，热交换通道包括进气通道61、出气通道62以及连通两者的热交换腔(图1中与坩埚7接触的空间)。冷却气体(例如氦气)通过进气通道61进入到热交换腔后与坩埚7底部换热，然后从出气通道62排出。上述晶体生长系统通过冷却气体的冷却作用带走晶体生长所释放出来的潜热，从而促进晶体的不停生长，直至长晶完成。在晶体生长的过程中，操作人员可以通过位于炉体1顶部的观察窗9和上保温层2上的观察通孔8观察坩埚7内的晶体生长情况。
[0004]在高温晶体生长的过程中，由于温度高，常规热电偶精确测温很困难，通常采用红外高温计测试炉内温度。但是由于不同炉台和不同炉次之间红外高温计的聚焦点不同，透红外窗口的厚度和表面清洁度不同，以及红外的个体差异等多方面的原因，导致不同炉台和不同炉次之间红外高温计测温的绝对准确性和重复性较差，有时温度偏离会达到十数度乃至数十度，这对晶体生长有非常大的影响.以此时点对应的红外高温计所对应的温度作为作为温度基准点。坩埚内原料开始熔化时对应的温度基本等于熔点温度，以此固液转换点对应的红外温度作为温度基准点，然后在温度基准点上再追加相对固定的籽晶熔化补偿温度，以提高熔体温度，进而能够精确地控制籽晶熔化到合适的大小，最终保证合适的晶体生长温度和晶体生长的稳定性。准确地判断坩埚内液体表面何时开始结晶对于提高晶体生长质量和确定晶体生长周期非常重要。在晶体还没生长完成时就进入退火阶段会导致晶体缺陷或破裂，严重影响晶体的利用率。在晶体完成之后很久再进入退火阶段也会由于冷却气体仍然在冷却而导致冷却气体的浪费。可见，准确地检测熔化时点(即开始熔化的时间点)和凝固时点(即开始结晶的时间点)对晶体生长的后续工艺具有指导意义。
[0005]目前，工作人员通过观察窗9观察坩埚7内物料的情况来确定固液转换时点(即熔化时点和凝固时点)，即需要专业人员由炉顶的观察窗9观察坩埚7内的物料变化情况来人为确定。上述方式存在以下缺陷:第一，对坩埚7内的物料变化情况的判断受限于经验，最终导致固液转换时点判断精度不同，导致晶体的一致性和稳定性较差；第二，需要专业人员频繁地爬到炉体1的顶部观察，频繁爬到炉体上进行观察容易导致熔体晃动，进而扰动晶体生长界面，最终影响晶体生长质量，而且效率低下。同时上述方式很容易错过固液转换时点，最终导致观察失败。第三，由于需要人工观察确认，导致整个生长过程无法实现完全的自动化生长。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种晶体生长固液转换时点确定方法，以解决【背景技术】中通过人为观察来确定固液转换时点所存在的确定精度受限于经验、导致熔体晃动以及易观察失败的问题，并可以实现晶体生长的全自动化。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:
[0008]晶体生长固液转换时点确定方法,包括以下步骤:
[0009]11)实时获取坩埚内物料图像；
[0010]12)确定相邻的两张所述物料图像相对应的边界形状特征；
[0011]13)计算相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积，分别为第一特征面积和第二特征面积；
[0012]14)判断所述第一特征面积和所述第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；
[0013]15)在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻的两张所述物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。
[0014]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤12)包括:
[0015]21)检测所述物料图像每个像素的灰度值；
[0016]22)选择所述灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成所述边界形状特征。
[0017]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤12)包括:
[0018]31)检测所述物料图像每个像素的灰度值；
[0019]32)计算所有相邻两个像素的灰度值之差；
[0020]33)取所述灰度值之差的绝对值大于预设灰度值差中灰度值较大的像素点，作为边界像素点；
[0021]34)以所有所述边界像素点构成的区域作为所述边界形状特征。
[0022]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤11)和步骤12)之间还包括:
[0023]对所述物料图像实施降噪处理和/或平滑处理。
[0024]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤15)之后还包括:
[0025]检测所述固液转换时点对应的炉内温度。
[0026]晶体生长方法,米用上述任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定方法确定固液转换时点。
[0027]晶体生长固液转换时点确定装置，用于晶体生长系统，包括:
[0028]图像获取单元，用于实时获取所述晶体生长系统的坩埚内物料图像；
[0029]确定单元，用于确定相邻的两张所述物料图像相对应的边界形状特征；
[0030]第一计算单元，用于计算相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积，相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积分别为第一特征面积和第二特征面积；
[0031]判断单元，用于判断所述第一特征面积和所述第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；
[0032]取值单元，用于在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻两张所述物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。
[0033]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定装置中，所述确定单元包括:
[0034]检测单元，用于检测所述物料图像每个像素的灰度值；
[0035]构建单元，选择所述灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成所述边界形状特征。
[0036]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定装置中，所述确定单元包括:
[0037]检测单元，用于检测所述物料图像每个像素的灰度值；
[0038]第二计算单元，用于计算所有相邻两个像素的灰度值之差；
[0039]选择单元，选择所述灰度值之差的绝对值大于预设灰度值差中灰度值较大的像素点，作为边界像素点；
[0040]构建单元，以所有所述边界像素点构成的区域作为所述边界形状特征。
[0041]优选的，上述晶体生长固液转换时点确定装置中，所述晶体生长固液转换时点确定装置还包括:
[0042]相对于所述图像获取单元的镜头固定，且用于调节进入到所述镜头中光线能量的滤光片。
[0043]本发明还提供一种晶体生长系统，所述晶体生长系统具有上述任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定装置。
[0044]本发明提供的晶体生长固液转换时点确定方法中，通过实时获取坩埚内物料图像，然后确定相邻两张物料图像相对应的边界形状特征，在第一特征面积和第二特征面积差值的的绝对值大于设定值时取较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。本发明实提供的固液转换时点确定方法采用实时获取物料图像，然后对物料图像进行分析来确定固液转换时点。相比于【背景技术】而言，本发明提供的方案能够避免人为的参与，进而能够避免坩埚内物料变化的判断受限于人为经验，能够保证判断精度一致，也能够避免人工爬到炉台上进行观察容易导致熔体晃动，进而扰动晶体生长界面的情况发生，最终能够提高晶体生长的质量以及获取固液转换时点的效率。而且，上述方案实时获取图像，能够解决工作人员间隔观察所存在的观察易失败的问题。【背景技术】中需要人工确认的固液转换时点，本方案可以自动确认，进而能够实现晶体的全自动化生长。
【附图说明】
[0045]为了