[發(fā)明專利]單晶硅棒缺陷超聲檢測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410190832.4
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN104007181A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱宗明;烏偉;朱凌建;李林;黃秋紅
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，用于對單晶硅缺陷的無損檢測，涉及一種單晶硅棒缺陷超聲檢測系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種單晶硅棒缺陷超聲檢測方法。

背景技術(shù)

單晶硅缺陷，是對于晶體的周期性對稱的破壞，使得實際的晶體偏離了理想晶體的晶體結(jié)構(gòu)。種類有點、直徑、線、面和體缺陷，表現(xiàn)為包裹體、氣泡、空洞等，這是由于制備過程中，溫度、振動等一些偶然因素的影響造成的。缺陷對切片工序產(chǎn)生著重要的影響，常見為破壞生產(chǎn)設(shè)備，降低生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。其檢測方法任然停留在傳統(tǒng)檢測工藝上。

近幾年來，超聲波在混凝土、陶瓷等一些非金屬材料無損檢測方面有了較大的發(fā)展。雖然對非金屬的研究歷史已有幾十年，但是針對單晶硅材料進(jìn)行無損檢測的研究，國內(nèi)外尚無相關(guān)報道。因此根據(jù)超聲檢測技術(shù)的優(yōu)點及適應(yīng)范圍，立足國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備狀況及材料檢測規(guī)范要求，進(jìn)一步完善單晶硅缺陷檢測的方法與評價手段，提高檢測結(jié)果的可靠性，提高單晶硅切片工序的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)超聲儀的應(yīng)用市場，解決工程應(yīng)用是非常有必要性的。

超聲波無損檢測常用方法有反射法和透射法兩種。反射法發(fā)射接收探頭一體，脈沖能量在接收時變化量較大，但波形變化較小，能檢測到小的缺陷。但當(dāng)缺陷距離表面位置在聲波近廠內(nèi)，檢測出現(xiàn)盲區(qū)。透射法檢測時缺陷會遮擋部分聲能，缺陷波幅度低，不存在盲區(qū)，但透射法兩側(cè)探頭的水平直線度問題會產(chǎn)生不必要的誤差，影響檢測結(jié)果。由于缺陷的檢測室通過觀察接受波形的衰減幅度來評定的，故無法確定缺陷在晶體中的位置(缺陷的埋藏深度)。

另一方面，由于單晶硅棒的形狀是圓柱形，能夠緊密接觸的部位面積很少，導(dǎo)致耦合進(jìn)硅棒中的超聲波少。而超聲波束的外圍部分會因為單晶硅棒的邊界圓弧向外反射，而且可能在探頭和單晶硅棒的外圍空隙部分反復(fù)反射，對波形的識別造成困難，增加缺陷檢測難度。。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種單晶硅棒缺陷超聲檢測系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有單晶硅缺陷檢測方法無法高精度檢測出缺陷的問題。

本發(fā)明提供了一種單晶硅棒缺陷超聲檢測方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種單晶硅棒缺陷超聲檢測系統(tǒng)，包括平臺轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，在平臺轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)上方安裝有圓形工作臺，圓形工作臺的底板沿圓周設(shè)置有角度刻度線，圓形工作臺的上部為桶體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔安置待檢測的圓柱形單晶硅棒，在單晶硅棒直徑對稱的圓壁之外分別設(shè)置有收發(fā)同體超聲探頭和超聲接收探頭。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種單晶硅棒缺陷超聲檢測方法，依賴于上述的單晶硅棒缺陷超聲檢測系統(tǒng)，按照以下步驟實施：

步驟1，將收發(fā)同體超聲探頭、超聲接收探頭和單晶硅棒均浸泡在圓形工作臺的桶體內(nèi)的水中，收發(fā)同體超聲探頭和超聲接收探頭在同一水平面上，且處于沿單晶硅棒直徑對稱位置；

步驟2，通過MCU控制平臺轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)帶動圓形工作臺按照一定角度步進(jìn)轉(zhuǎn)動，收發(fā)同體超聲探頭發(fā)出超聲波，在單晶硅棒界面上發(fā)生的反射波被一端的收發(fā)同體超聲探頭接收，透射波被另一端超聲接收探頭接收；

步驟3，對超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)存儲、結(jié)果顯示

對采集的超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號處理，同時構(gòu)建極坐標(biāo)體系，直觀顯示缺陷的位置、形狀和面積，即成。

本發(fā)明的有益效果是：設(shè)置了一種圓周遍歷平臺，利用超聲波透射法和反射法相結(jié)合的方法，在圓周遍歷檢測平臺上完成超聲透、反回波數(shù)據(jù)的采集、處理，利用MATLAB軟件平臺設(shè)計完成了超聲回波數(shù)據(jù)處理程序包括對超聲信號的小波多尺度分解，閾值去噪，信號重構(gòu)程序以及超聲回波B型成像、極坐標(biāo)成像的程序編寫，采用Marching?Cubes算法完成超聲圖像三維重構(gòu)，檢測出單晶硅棒內(nèi)部缺陷的位置和形狀，相對誤差3.79％，獲得了滿意的效果。極大提高單晶硅棒內(nèi)部缺陷的精準(zhǔn)位置和形狀，并可對其完成三維重構(gòu)，得以制定出高精度的單晶硅缺陷檢測標(biāo)準(zhǔn)，從而提高切片工序的高效率和高質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法依賴的圓周遍歷平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明方法的控制原理框圖；

圖3是本發(fā)明實施例單晶硅棒中的缺陷檢驗結(jié)果示意圖。

圖中，1.平臺轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，2.圓形工作臺，3.收發(fā)同體超聲探頭，4.超聲接收探頭，5.固定支架，6.單晶硅棒，7.缺陷。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照圖1，本發(fā)明裝置包括兩部分，包括用于安裝待檢測的圓柱形單晶硅棒6的圓周遍歷平臺部分，以及數(shù)據(jù)采集處理顯示部分。