[發(fā)明專利]一種直拉硅單晶的溫度控制方法

有效

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• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN110528067B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王正遠(yuǎn);李僑;周銳;徐戰(zhàn)軍
• 申請（專利權(quán)）人: 隆基綠能科技股份有限公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 鐘歡

本發(fā)明公開一種直拉硅單晶的溫度控制方法，用于硅單晶等徑生長過程自動調(diào)節(jié)溫度，包括步驟：確定平均晶體生長速度V并輸出；設(shè)定目標(biāo)晶體生長速度V_S，并計算平均晶體生長速度V和目標(biāo)晶體生長速度V_S的偏差ΔV；依據(jù)ΔV，確定功率設(shè)定值Pr并輸出，進(jìn)而調(diào)節(jié)溫度。本發(fā)明的直拉硅單晶的溫度控制方法相比于現(xiàn)有的SP閉環(huán)控制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、取消SP參與控制，消除了不穩(wěn)定因素，提高溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而更好地控制晶體直徑，提高成品率，降低生產(chǎn)成本；2、取消熱電偶，降低了設(shè)備成本；3、提高了直拉單晶爐的自動化程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于單晶生長工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直拉硅單晶的溫度控制方法。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對能源的需求不斷增長，但煤、石油、天然氣等化石燃料，正逐漸被耗竭。而作為綠色能源的太陽能正越來越多的被人類所接受和應(yīng)用，日益受到世界各國的重視并得到大力發(fā)展。而硅單晶是制造光伏組件的初始原料。

直拉硅單晶是一種硅單晶的制造工藝，其制造過程是將多晶硅料放入石英坩堝中，加熱融化形成液態(tài)硅料，然后經(jīng)過調(diào)溫、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾六個步驟，最終生產(chǎn)出硅單晶棒。溫度控制在直拉硅單晶生長過程中有著舉足輕重的作用，長期以來技術(shù)研發(fā)人員一直致力于溫度控制的研究。

在等徑生長過程中，目前普遍采用的是SP(Set Point，設(shè)定目標(biāo)值)閉環(huán)控制，控制原理基本是利用平均晶體生長速度和目標(biāo)晶體生長速度差值作為控制輸入，通過PID計算，輸出設(shè)定SP值，再由設(shè)定SP值和實(shí)際測量的SP值比較，通過PID計算設(shè)定功率，達(dá)到溫度閉環(huán)控制的目的。在實(shí)際溫度控制過程中，需要人工通過熱電偶測量，計算出SP值，由于裝置測量準(zhǔn)確性及熱場環(huán)境的影響導(dǎo)致實(shí)際測量的SP值不準(zhǔn)確，無法準(zhǔn)確反應(yīng)爐內(nèi)溫度、進(jìn)而準(zhǔn)確控制功率。另外，由于溫度有嚴(yán)重的滯后性，及目前控制方式的滯后性，導(dǎo)致整個溫度控制系統(tǒng)嚴(yán)重滯后，溫度波動，繼而導(dǎo)致直徑控制不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品良率。本發(fā)明提供一種等徑過程中的溫度控制方法，取消SP值的參與，提高溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而更好的控制晶體直徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種直拉硅單晶的溫度控制方法，取消了SP值的參與，能夠提高溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而更好地控制硅單晶的晶體直徑。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種直拉硅單晶的溫度控制方法，用于硅單晶等徑生長過程自動調(diào)節(jié)溫度，包括步驟：確定平均晶體生長速度V并輸出；設(shè)定目標(biāo)晶體生長速度V_S，并計算平均晶體生長速度V和目標(biāo)晶體生長速度V_S的偏差ΔV；依據(jù)ΔV，確定功率設(shè)定值Pr并輸出，進(jìn)而調(diào)節(jié)溫度。

進(jìn)一步地，所述確定平均晶體生長速度V，包括步驟：設(shè)定目標(biāo)晶體生長直徑D_S，測量實(shí)際晶體生長直徑D，計算實(shí)際晶體生長直徑D與目標(biāo)晶體生長直徑D_S的偏差ΔD。

進(jìn)一步地，所述確定平均晶體生長速度V，還包括步驟：依據(jù)ΔD，采用PID算法，以等徑過程晶體拉速的調(diào)節(jié)周期t3為固定周期，計算晶體生長速度設(shè)定值V_d。

示例性地，所述t3不大于10s。

進(jìn)一步地，所述確定平均晶體生長速度V，還包括步驟：設(shè)定晶體生長速度初始值V_i，以平均晶體生長速度計算周期t1為固定周期，計算平均晶體生長速度V并輸出，所述平均晶體生長速度V計算公式為：

示例性地，所述t1的范圍為100-3000s。

進(jìn)一步地，所述確定功率設(shè)定值Pr，包括步驟：設(shè)定功率初始值P_i，計算所述功率設(shè)定值Pr，計算公式為：

Pr＝P_i+ΔPower，

其中，ΔPower為功率調(diào)節(jié)量。