[發明專利]一種基于隨機分布的泡生法藍寶石融晶接種態控制方法

在審

• 申請號: 201811395513.1
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109487334A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 丁潔;任超;程蘭;閆飛;閻高偉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C30B17/00
• 分類號: C30B17/00;C30B29/20
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于藍寶石制備領域，提出了一種基于隨機分布的泡生法藍寶石融晶接種態控制方法，該方法利用隨機分布控制對藍寶石融晶接種態進行判斷和控制，通過獲取并處理藍寶石融晶表面圖像，建立以融晶表面圖像波紋信息分布所對應基函數逼近權值和電源柜輸入電壓變化率、電壓微調量、冷卻水水壓、冷卻水水溫為輸入的模型，由模型預測誤差不斷修正輸入信息，跟蹤給定期望接種時融晶表面圖像波紋信息分布，實現對藍寶石融晶接種態的控制。本發明在晶體爐加熱后，利用融晶圖像分布信息判斷并保持融晶處于適合的接種狀態，不需要通過人工觀測依靠經驗來判斷接種時機，減少了人力資源，提高接種成功率，尤其適用于藍寶石晶體的大規模生產。

技術領域

本發明屬于藍寶石(氧化鋁單晶)制備領域，特別涉及一種基于隨機分布的泡生法藍寶石融晶接種態控制方法。

背景技術

藍寶石晶體是一種具有優異綜合性能的氧化鋁單晶。藍寶石晶體材料強度極高，具有很強的耐磨特性，同時也具有優異的光學特性。從20世紀后，藍寶石晶體在工程應用領域扮演著越來越重要的角色。在藍寶石具體應用方面，根據前瞻產業研究院統計顯示，2015年LED消耗了全球77.23％的藍寶石產能，其次是手機玻璃、相機鏡頭、手表等。根據《2018-2024年中國藍寶石市場專項調研及投資前景分析報告》，藍寶石占據著LED襯底材料主流地位，2018年占比94％。隨著智能電子設備的不斷產出和發展，藍寶石作為重要材料有著巨大的市場潛力。如何低成本、高質量地生長大尺寸藍寶石單晶，對我國大尺寸藍寶石材料擺脫進口依賴，實現我國新材料技術突破具有重要意義。

目前，藍寶石的生長方法主要有泡生法、熱交換法、提拉法、溫度梯度法、坩堝移動法等。從產業發展角度來看，泡生法是公認適合用于藍寶石大規模工業化生產的一種方法。同時，泡生法的生長過程中晶體內部保持較低的溫度梯度，泡生法選擇用軟水作為冷卻器內工作流體，相對成本較低，是目前藍寶石生長的主流方法。

采用泡生法生長藍寶石晶體時，接種時機的選擇對晶體生長有著重要影響。在準備接種過程中，加熱體加熱熔化晶體原材料，保持生長爐內溫度要高于藍寶石晶體的熔點溫度2050℃，數小時后，技術人員從觀察孔等待原料完全熔化后，適當降低加熱功率，將固定在籽晶夾末端的籽晶緩慢下降，使其與熔體表面接觸進行接種。技術人員需要根據觀察到的原料熔化情況判斷正確的接種時機。由于需要技術人員的觀察感覺和經驗來判斷接種時機，對技術人員的經驗要求很高。同時，觀察窗口只能間斷打開，技術人員長時間從事觀察工作可能會產生視力疲勞，這些都可能會導致無法做到對接種時機的準確判斷和把控，造成后續接種困難，影響晶體質量，甚至會導致生產失敗，造成能源嚴重浪費。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于隨機分布的泡生法藍寶石融晶接種態控制方法，利用融晶表面圖像分布信息代替依靠人工觀察信息來判斷接種，排除人為因素的干擾。同時實現對融晶接種態的控制，保持融晶處于適合的接種狀態，提高接種成功率。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于隨機分布的泡生法藍寶石融晶接種態控制方法，包括以下步驟：

S1：實時獲取并處理晶體熔化的融晶表面圖像信息；

S2：通過融晶表面圖像信息來估計圖像波紋信息分布的概率密度函數γ(h,u(k))；

S3：確定期望接種融晶表面圖像波紋信息分布γ_g(h,u(k))；

S4：根據晶體熔化過程融晶圖像信息選擇并訓練非線性模型；

S5：根據實際融晶表面圖像波紋信息分布輸出判斷接種時機；

S6：當滿足接種條件時，通過訓練得到的非線性模型預測出下一時刻融晶表面圖像波紋分布，并根據預測結果選取性能指標函數進行優化求解，得到輸入電壓變化率、電壓微調量、冷卻水水壓、冷卻水水溫的值后，對融晶接種態進行控制，使融晶表面保持適合接種的狀態。