Способ измерения диаметра кристалла в ростовой установке

 

Изобретение относится к области выращивания кристаллов в ростовых установках. Сущность изобретения: посредством измерителя, установленного под углом к расплаву, определяют положение границы между кристаллом и расплавом. При этом одновременно определяют положение границы между кристаллом и расплавом посредством другого идентичного измерителя, установленного в плоскости, проходящей через ось вращения кристалла и ось измерителя, и на основе полученных данных рассчитывают диаметр кристалла и уровень расплава. Изобретение позволяет повысить надежность и точность измерения диаметра кристалла, а также одновременно определять и уровень расплава. 1 ил.

Изобретение относится к области выращивания кристаллов и может быть использовано в ростовых установках для измерения диаметра кристалла и уровня расплава.

Измерение и отслеживание величины диаметра выращиваемого кристалла, а также определение уровня расплава имеют решающее значение для обеспечения работы автоматизированной системы управления ростовой установкой. Отказы в работе устройства для измерения диаметра кристалла и недостаточная точность его работы, а также ненадежная работа датчика уровня расплава приводят к нарушению технологического процесса выращивания и появлению некачественных (бракованных) кристаллов.

Известны различные способы измерения диаметра кристалла, среди которых аналогами данного изобретения являются способы, описания которых опубликованы в заявках на патенты и патентах, рассмотренных ниже.

Способ регулирования диаметра монокристалла (заявка на патент, Япония, N 57-143323, МКИ C 30 B 15/28, 1991 г., "Изобретения стран мира", МКИ C 30, N 6, 1993), в соответствии с которым в процессе выращивания кристалла измерение и регулировку его диаметра осуществляют путем измерения массы вытягиваемого монокристалла.

Способ и устройство для измерения диаметра кристалла, используемые в автоматически регулируемом процессе выращивания кристаллов (заявка на патент, ЕПВ, N 0450502, МКИ C 30 B 15/26, 1991 г., "Изобретения стран мира", МКИ C 30, N 2, 1993). Для измерения диаметра кристалла с помощью видеокамеры получают изображение растущего участка кристалла и определяют наружный диаметр светлого кольца на изображении и используют полученное значение для регулирования диаметра кристалла.

Наиболее близким прототипом к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для измерения диаметра кристалла (патент США N 4794263, МКИ C 30 B 15/26, 1988 г., "Изобретения стран мира" МКИ C 30, N 9, 1989). Это устройство содержит оптический датчик, фиксирующий линию, которая пересекает в одной точке световое кольцо, образовавшееся на границе между кристаллом и расплавом. При этом устройство снабжено дискриминатором, выделяющим положение элементарной площадки с максимальной яркостью путем анализа изображения, переданного оптическим датчиком, и содержит датчик определения уровня расплава. На основе положения границы между кристаллом и расплавом, выделенной дискриминатором, и показаний датчика уровня рассчитывается диаметр кристалла.

Сущность известного способа измерения диаметра заключается в том, что с помощью измерителя, установленного под некоторым углом к поверхности расплава, определяют положение границы между кристаллом и расплавом и одновременно посредством датчика уровня определяют уровень расплава и в соответствии с полученными значениями рассчитывают диаметр кристалла.

Недостатком известного способа измерения диаметра кристалла является то, что в результате расчета диаметра возникают существенные погрешности или сбои. Это объясняется тем, что датчик уровня в независимости от принципа его действия работает ненадежно и не обеспечивает стабильных результатов, так как определение уровня расплава осуществляется в зоне, удаленной от границы между кристаллом и расплавом, и где при вращении тигля поверхность расплава принимает форму параболоида и на ней возникают волны.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и точности измерения диаметра кристалла, а также возможность одновременно определять уровень расплава.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью измерителя, установленного под некоторым углом к расплаву, определяют положение границы между кристаллом и расплавом и одновременно определяют положение этой границы посредством другого идентичного измерителя, установленного в плоскости, проходящей через ось вращения кристалла и ось измерителя, и в соответствии с полученными данными рассчитывают диаметр кристалла и уровень расплава.

На чертеже изображена схема предлагаемого способа измерения диаметра кристалла в ростовой установке.

В соответствии с предлагаемым способом посредством двух измерителей 1 и 2, выполненных, например, в виде оптических приборов с фотоприемными линейками и расположенных в вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения кристалла 3, под разными углами к поверхности расплава 4, определяют положение границы E между кристаллом и расплавом в виде углов A и B (рад) и с учетом расстояний a и b (м) соответственно от измерителей 1 и 2 до оси вращения кристалла и расстояния c (м) между измерителями, измеренного в вертикальном направлении, определяют диаметр кристалла d (м) по формуле Преимущество предложенного способа измерения диаметра кристалла в ростовой установке по сравнению с известным заключается в том, что измерение осуществляют только в зоне стабильного состояния расплава и поэтому повышаются как надежность, так и точность измерения диаметра кристалла.

Кроме того, предложенный способ измерения диаметра кристалла позволяет одновременно измерять и уровень расплава h (м), который может быть определен по формуле Благодаря указанным достоинствам предлагаемый способ может быть применен в любой действующей ростовой установке для измерения диаметра кристалла и определения уровня расплава.

В подтверждение корректности заявленных формул рассмотрим пример конкретного расчета по ним диаметра кристалла и уровня расплава.

Исходные данные для расчета: 1. Расстояния, характеризующие места расположения измерителей, a - 0,2 м, b - 0,3 м, c - 0,05 м.

2. Углы A и B, величины которых определены посредством измерителей, A - 1,325818 рад, B - 1,144169 рад.

Определяем диаметр кристалла d и уровень расплава h по формулам После подстановки значений a, b, c, A и B получаем
о

Формула изобретения

Способ измерения диаметра кристалла в ростовой установке, в котором с помощью измерителя, установленного под некоторым углом к расплаву, определяют положение границы между кристаллом и расплавом, отличающийся тем, что одновременно определяют положение границы между кристаллом и расплавом посредством другого измерителя, установленного в плоскости, проходящей через ось вращения кристалла и ось измерителя, и в соответствии с полученными данными рассчитывают диаметр кристалла d и уровень расплава h по формулам


где a, b, с - постоянные величины, характеризующие места расположения измерителей, м;
А и В - значения углов, снятых с измерителей и определяющих положение границы между кристаллом и расплавом, рад.

РИСУНКИ

Рисунок 1