晶体生长速度检测方法、控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开的晶体生长速度检测方法包括以下步骤：分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值；根据公式计算晶体界面生长速度；或者根据公式计算晶体重量生长速度。上述方案相比于【背景技术】所述的通过探测棒直接伸入到晶体界面，通过检测晶体界面的推进计算晶体生长速度而言，能够避免探测棒与晶体界面处的接触，进而避免对晶体界面处熔体的影响，最终能够提高晶体质量及晶体生长的稳定性。本发明还公开了一种晶体生长速度检测系统。基于上述晶体生长速度检测方法及系统，本发明还公开了一种晶体生长速度控制方法及系统。
【专利说明】晶体生长速度检测方法、控制方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶体生长【技术领域】，更为具体地说，涉及一种晶体生长速度检测方法 及系统，本发明还涉及一种晶体生长速度控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在晶体的生长过程中，严格控制晶体生长速度（晶体界面生长速度或晶体重量生 长速度）对于保证晶体质量和晶体生长的稳定性具有决定性的作用。
[0003] 在HEM法(热交换法)、坩埚下降法和多晶硅铸锭法等自下而上生长晶体的方法中， 晶体位于熔体之下，所以无法通过称重的方法直接测量已生长晶体的重量，进而也无法推 算出晶体生长速度。这最终导致晶体生长速度不可控，严重影响晶体质量和晶体生长的稳 定性。
[0004] 为了解决上述问题，需要检测晶体生长速度以实现对晶体生长速度的控制。目前 在采用自下而上的晶体生产方法中，技术人员通过定时下降探测棒以物理接触晶体界面 (固液界面）的位置，以通过晶体界面的位置变化计算晶体界面生长速度或晶体重量生长速 度。该方法中，探测棒伸入熔体液面之下与晶体界面直接接触，严重影响接触点处的界面温 度和杂质分布，还会使晶体生长界面处熔体发生扰动，最终影响晶体生长质量和晶体生长 的稳定性。同时，由于高温熔体的腐蚀能力较强，探测棒容易被腐蚀进而产生污染，这进一 步影响晶体质量及晶体生长的稳定性。更有甚者，探测棒会发生断裂，进而导致整炉晶体因 污染而报废。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种晶体生长速度检测方法，以解决【背景技术】中采用探测棒 检测晶体生长速度导致影响晶体质量和晶体生长稳定性的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0007] 晶体生长速度检测方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长 速度，包括以下步骤：
[0008] 分别检测第一时刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化 值；
[0009] 根据公：
【权利要求】
1. 晶体生长速度检测方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速 度，其特征在于，包括以下步骤：
分别检测第一时刻和第二时刻t2坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化 值； 根据公式I 计算晶体界面生长速度；或者 根据公式
计算晶体重量生长速度，其中：vg为晶体界面 生长速度，Vm为晶体重量生长速度；P m为熔体密度；P s为晶体密度；Sg为晶体界面面积；S 为坩埚的横截面积屯为坩埚横截面积修正系数；k2为晶体界面面积修正系数；为第二 时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度Aft 1为所述第二时刻和第一时刻 之间的时间间隔。
2. 根据权利要求1所述的晶体生长速度检测方法，其特征在于，所述分别检测第一时 刻和第二时刻坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化值，包括： 在所述第一时刻h，操作位于坩埚上方用于接触熔体液面的探杆接触熔体液面； 在所述第二时刻t2，操作所述探杆接触熔体液面； 计算两次探杆伸入的变化值，以所述伸入变化值作为所述熔体液面的高度变化值。
3. 根据权利要求1所述的晶体生长速度检测方法，其特征在于，采用超声波测距法、红 外测距法或激光测距法测量第一时刻^和第二时刻t 2坩埚内熔体液面的高度。
4. 晶体生长速度检测系统，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速 度，其特征在于，包括： 熔体液面高度检测单元，用于分别检测第一时刻^和第二时刻t2坩埚内熔体液面的高 度；
第一计算单元，用于计算第一时刻^和第二时刻t2所检测的坩埚内熔体液面的高度变 化值； 第二计算单元，用于根据公式 汁算晶体界面生长速 度；或者根据公式
计算晶体重量生长速度，其中：Vg为晶体 界面生长速度，Vm为晶体重量生长速度；P m为熔体密度；P s为晶体密度；Sg为晶体界面面 积；S为坩埚的横截面积屯为坩埚横截面积修正系数；k2为晶体界面面积修正系数；〃,_为 第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度Aft 1为所述第二时刻t2和第 一时刻h之间的时间间隔。
5. 晶体生长速度控制方法，所述晶体生长速度为晶体界面生长速度或晶体重量生长速 度，其特征在于，包括以下步骤： 分别检测第一时刻^和第二时刻t2坩埚内熔体液面的高度，得到熔体液面的高度变化 值；
根据公式i 计算晶体界面生长速度；或者根据公式
:计算晶体重量生长速度，其中：Vg为晶体界面生长速度，V m为 晶体重量生长速度；P m为熔体密度；P s为晶体密度；sg为晶体界面面积；S为坩埚的横截 面积^为坩埚横截面积修正系数；k2为晶体界面面积修正系数；Hi2为第二时刻熔体液面 的高度为第一时刻熔体液面的高度为所述第二时刻t 2和第一时刻之间的时 间间隔； 控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预 设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度。
6. 根据权利要求5所述的晶体生长速度控制方法，其特征在于，控制向坩埚内的热能 输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所 述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速度，包括： 计算所述晶体界面生长速度与预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度与预 设晶体重量生长速度的差值； 将所述差值分隔成多个控制幅度逐渐减小的控制区间； 依据所述控制区间逐步控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶 体界面生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量 生长速度。
7. 根据权利要求5或者6所述的控制方法，其特征在于，通过控制坩埚加热元件的功率 或/和热交换器的热交换介质流量或/和，可移动部件的移动距离或/和移动速度控制向 坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量。
8. 晶体生长速度控制系统，其特征在于，包括： 熔体液面高度检测单元，用于分别检测第一时刻h和第二时刻t2坩埚内熔体液面的高 度；
第一计算单元，用于计算第一时刻和第二时刻所检测的坩埚内熔体液面的高度变化 值； 第二计算单元，用于根据公式 计算晶体界面生长速 度；或者根据公?
计算晶体重量生长速度，其中：Vg为晶体 界面生长速度，Vm为晶体重量生长速度；P m为熔体密度；P s为晶体密度；Sg为晶体界面面 积；S为坩埚的横截面积屯为坩埚横截面积修正系数；k2为晶体界面面积修正系数；〃,_为 第二时刻熔体液面的高度；为第一时刻熔体液面的高度Aft 1为所述第二时刻和第一 时刻之间的时间间隔； 控制单元，用于控制向坩埚内的热能输入量或坩埚的热能散出量，以使所述晶体界面 生长速度趋于预设晶体界面生长速度或所述晶体重量生长速度趋于预设晶体重量生长速 度。
【文档编号】C30B11/00GK104514030SQ201310455698
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】徐永亮, 廖永建, 吴智洪, 于海群 申请人:上海昀丰新能源科技有限公司