[發(fā)明專(zhuān)利]用于人工長(zhǎng)晶的熔湯表面流速測(cè)定方法及長(zhǎng)晶設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410313569.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105220230A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王博仲;郭重顯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 王博仲
• 主分類(lèi)號(hào): C30B29/20
• 分類(lèi)號(hào): C30B29/20;C30B17/00;C30B15/26
• 代理公司: 北京市浩天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11276
• 代理人: 宋菲;劉云貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于人工長(zhǎng)晶的熔湯表面流速測(cè)定方法，尤其涉及一種根據(jù)熔湯網(wǎng)格的形心位移的熔湯表面流速測(cè)定方法，及應(yīng)用該方法的長(zhǎng)晶設(shè)備。

背景技術(shù)

凱氏長(zhǎng)晶法(Kyropoulosmethod)被廣泛的應(yīng)用于藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)中。其原理是在坩鍋中將原料加熱至熔點(diǎn)以上，使其成為液態(tài)的熔湯，再下降一單晶的晶種使其與熔湯的表面接觸，在晶種與熔湯的固液界面上逐漸生長(zhǎng)出與晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶。同時(shí)，在生長(zhǎng)初期以極緩慢的速度向上拉升晶種，在熔湯的液面上形成一圓錐狀的晶頸，待晶頸成長(zhǎng)至一定程度后，即停止向上拉升晶種，通過(guò)冷卻速率的調(diào)控，使單晶逐漸由晶頸形成處向下生長(zhǎng)，最后形成一個(gè)完整的單晶晶碇。

柴氏拉晶法(Czochralskimethod)為另一種被廣泛應(yīng)用的晶體生長(zhǎng)法，其方法與凱氏長(zhǎng)晶法相似，主要差異在于柴氏拉晶法在長(zhǎng)晶的過(guò)程中，晶種不斷地向上拉升，并于拉升的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)晶種。

現(xiàn)今的晶體生產(chǎn)制程中，攸關(guān)長(zhǎng)晶成敗與質(zhì)量的諸多因素(例如：熔湯溫度、下晶種的時(shí)間，拉晶速度，停止拉晶的時(shí)點(diǎn)以及溫度的調(diào)控等因素)，大量仰賴(lài)長(zhǎng)晶工程師的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，晶體生產(chǎn)的良率約有60％～70％取決于長(zhǎng)晶工程師的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。然而，長(zhǎng)晶工程師的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)長(zhǎng)、技術(shù)層次高，需要長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)以及錯(cuò)誤嘗試以獲得經(jīng)驗(yàn)的累積。仰賴(lài)長(zhǎng)晶工程師的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的晶體生產(chǎn)制程，約需十天以上，期間需要由長(zhǎng)晶工程師耗費(fèi)數(shù)小時(shí)的時(shí)間，來(lái)操作下晶種的程序，該下降晶種的程序需于控制熔湯在適當(dāng)?shù)臏囟确秶?，若該熔湯溫度過(guò)高則該晶種將在下降的過(guò)程中融化，反之若該熔湯溫度過(guò)低則該熔湯表面將產(chǎn)生結(jié)塊，上述二者皆不利于后續(xù)晶體生產(chǎn)制程的進(jìn)行。倘若操作不當(dāng)導(dǎo)致制程失敗，將浪費(fèi)時(shí)間及金錢(qián)。因此，傳統(tǒng)的晶體生產(chǎn)制程，具有穩(wěn)定性較差、重現(xiàn)性較低等缺點(diǎn)。

部分使用于上述晶體生產(chǎn)制程的長(zhǎng)晶機(jī)中，會(huì)安裝例如：影像色溫傳感器、紅外線(xiàn)測(cè)溫槍、熱影像攝影機(jī)或熱電偶的溫度傳感器，來(lái)輔助溫度判斷。然而，這些溫度傳感器具有下列缺點(diǎn)：1.影像色溫傳感器判斷溫度的分辨率不高，難以判斷下晶種的正確時(shí)點(diǎn)；2.紅外線(xiàn)測(cè)溫槍會(huì)因?yàn)橛^測(cè)鏡口的積碳情形，造成溫度的誤判，且其溫度分辨率也不高；3.熱電耦傳感器的位置至于單一處，無(wú)法準(zhǔn)確得知坩堝中熔湯的實(shí)際溫度。

傳統(tǒng)上，除了使用上述的溫度傳感器之外，長(zhǎng)晶工程師會(huì)以肉眼觀察熔湯表面流速，憑借經(jīng)驗(yàn)判斷下晶種的正確時(shí)點(diǎn)。該熔湯因熱對(duì)流會(huì)使熔湯表面出現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)格，長(zhǎng)晶工程師借由觀察該多個(gè)網(wǎng)格的移動(dòng)判定熔湯表面流速，該熔湯表面流速與熔湯溫度相關(guān)，當(dāng)熔湯溫度高時(shí)流速較快，反之當(dāng)熔湯溫度低時(shí)流速較慢。長(zhǎng)晶工程師借由熔湯表面流速推測(cè)熔湯溫度，進(jìn)而決定下晶種的時(shí)間。然而，上述方法仰賴(lài)長(zhǎng)晶工程師肉眼以及經(jīng)驗(yàn)，耗時(shí)長(zhǎng)且穩(wěn)定性不佳。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于人工長(zhǎng)晶的熔湯表面流速測(cè)定方法及應(yīng)用該方法的長(zhǎng)晶設(shè)備，以解決傳統(tǒng)上在下晶種程序中耗時(shí)長(zhǎng)且穩(wěn)定性不佳的問(wèn)題。

為達(dá)上述目的及其他目的，本發(fā)明提供一種用于人工長(zhǎng)晶的熔湯表面流速測(cè)定方法，包含：(A)先后攝得熔湯表面的第一影像與第二影像，這兩個(gè)影像攝得的時(shí)間間隔為Δt；(B)將該第一影像中的區(qū)塊定義為多個(gè)第一網(wǎng)格區(qū)域，并計(jì)算這些網(wǎng)格區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的第一形心坐標(biāo)；(C)將該第二影像中的區(qū)塊定義為多個(gè)第二網(wǎng)格區(qū)域，并計(jì)算這些網(wǎng)格區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的第二形心坐標(biāo)；(D)取得位于這些第一網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的第二形心坐標(biāo)，計(jì)算這些第一網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的第二形心坐標(biāo)與第一形心坐標(biāo)間的形心位移，以取得多個(gè)形心位移；(E)根據(jù)該多個(gè)形心位移以及Δt，計(jì)算熔湯表面流速。

較佳地，上述方法，其中進(jìn)一步包含：重復(fù)多次步驟(A)～(D)，將前次的第二影像，當(dāng)作下次的第一影像，取得多個(gè)形心在兩個(gè)以上的影像中的連續(xù)形心位移；以及于步驟(E)中，根據(jù)該多個(gè)形心的連續(xù)形心位移以及Δt，計(jì)算兩個(gè)以上連續(xù)影像中的熔湯表面流速。

較佳地，上述方法，其中進(jìn)一步包含：于步驟(D)中，根據(jù)該多個(gè)形心位移以及Δt，計(jì)算這些形心的移動(dòng)速率，當(dāng)一個(gè)形心的移動(dòng)速率大于15cm/秒時(shí)，定義該形心為不信任形心，于后續(xù)的計(jì)算中移除該不信任形心的形心位移。

較佳地，上述方法，其中進(jìn)一步包含：于步驟(B)中，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)格區(qū)域的面積小于25cm²時(shí)，定義該網(wǎng)格區(qū)域?yàn)椴恍湃螀^(qū)域，于后續(xù)的計(jì)算中移除該不信任區(qū)域。

較佳地，上述方法，其中進(jìn)一步包含：當(dāng)一個(gè)形心的連續(xù)形心位移中的各個(gè)形心位移變化過(guò)大時(shí)，定義該形心為不信任形心，于后續(xù)的計(jì)算中移除該不信任形心的形心位移。