一种长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法

技术领域

本发明涉及长晶温度监控技术领域，具体为一种长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法。

背景技术

硅是最常见应用最广的半导体材料，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成晶核，其晶核长成晶面取向相同的晶粒，形成单晶硅，类单晶相较于单晶硅的制造成本低、且相较于多晶硅的转换效率高，在太阳能产业成为颇受瞩目的新材料；目前类单晶的转换效率与单晶硅的转换效率相比仍有一段落差，所以还无法取代单晶硅普遍使用。

当熔融后的溶液从下至上凝结出现固液界面时，由于固液界面非一个平面，导致其表面的具有温差、且难以对固液界面的温度进行监控，而由于温度值的偏差，导致固液界面的温度过高、过低或界面的温度具有差值时难以及时发现，影响晶体的成型质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法，解决了监控准确性较低、影响晶体的成型质量的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种长晶过程中监控固液界面温度系统，包括机体，所述机体的侧面转动安装有旋转门，所述机体的内侧下方固定安装有限位底座，所述限位底座的内部固定安装有坩埚，所述坩埚的顶面设置有温度检测组件，所述限位底座的内部固定安装有加热组件，所述温度检测组件包含有探测轴杆，所述探测轴杆的外侧滑动套接有限位轴套，所述限位轴套的侧面固定安装有定位杆、且通过两个定位杆固定安装有定位板，两个所述定位板的两侧均设置有定位栓、且通过定位栓固定安装在机体的内侧，所述机体的内侧顶面固定安装有气缸，所述气缸的一端设置有调节组件、且通过调节组件与探测轴杆的一端转动连接，所述探测轴杆的另一端对称开设有两个限位滑槽，两个所述限位滑槽的内部均滑动安装有探测板，两个所述探测板的端部与对应的限位滑槽的内壁之间均固定安装有弹簧体，两个所述探测板的另一端均固定安装有下压板。

优选的，所述温度检测组件还包含有温度采集模块，所述坩埚的内壁四周均对称开设有若干个限位槽，所述温度采集模块有若干个、且分别滑动安装在其内部，若干个所述温度采集模块的安装位置分别与探测板端部固定安装的下压板相互对应。

优选的，所述坩埚的顶面固定安装有衔接环，所述衔接环的内侧与若干个温度采集模块顶面之间均固定安装有复位弹簧，若干个所述复位弹簧分别位于对应的限位槽内部。

优选的，所述调节组件包含有调节轴套，所述调节轴套的端部固定套接在气缸的端部，所述调节轴套的另一端开设有环形槽、且通过环形槽转动安装有内轴套，所述内轴套的另一端与探测轴杆的端部固定连接。

优选的，所述调节组件还包含有驱动电机，所述驱动电机固定安装在机体的外侧，所述驱动电机的端部固定套接有传动轴套，所述传动轴套与内轴套之间转动连接有调节履带、且通过调节履带相互传动。

优选的，所述内轴套的端部固定安装有限位内环，所述内轴套通过限位内环与环形槽的配合与调节轴套转动连接。

优选的，所述探测轴杆滑动安装在外侧的限位轴套内部、且通过端部调节组件设置与限位轴套转动连接。

优选的，两个所述下压板与对应的探测板之间始终保持垂直，两个所述下压板之间相互对称。

优选的，所述加热组件包含有加热模块，所述加热模块有若干个，若干个所述加热模块分别对称安装在限位底座的内部。

一种长晶过程中监控固液界面温度系统的微控方法，具体包括以下步骤：

S1、原料混合：将原料统一放入坩埚的内部，同时加入对应的熔融所需混合物，通过处理器模块、调节控制器以及温度信息接收模块控制若干个加热模块运行对坩埚进行加热，直至原料熔融形成液态；

S2、晶体凝结：当原料形成液态后，通过机体内部的冷却组件运行，使得坩埚底部开始冷却，液体从坩埚的底部向上凝结形成固态晶体，凝固的过程中固液界面生成；

S3、温度监测：通过气缸的运行，使其带动端部的调节轴套以及探测轴杆向下移动，移动的同时将外侧的调节履带拉伸，当探测轴杆带动两侧的探测板下移时，会使得底部两侧的下压板首先与坩埚内部滑动安装的两个温度采集模块接触，使得两侧的温度采集模块向下移动直至到达固液界面，两侧的探测板能够通过固体的阻力向上推动端部的弹簧体的同时在限位滑槽的内部滑动，这时通过两侧的温度采集模块对固液界面温度进行测量，并将测量的温度通过温度信息接收模块以及信息传输模块输送至温度监控模块进行显示，而后通过气缸带动两侧的探测板复位，两侧的温度采集模块通过端部的复位弹簧复位，得到一次测量值，然后调节组件运行，通过驱动电机的运行，使其通过端部的传动轴套以及传动轴套外侧的调节履带的配合，带动内轴套转动，使得内轴套通过限位内环转动的同时带动端部固定套接的探测轴杆转动，使其带动端部的两个探测板以及下压板进行转动，调节完成后通过气缸运行进行第二次测量，步骤与第一次相同，由对应的温度采集模块测得的第二次数据、并通过温度信息接收模块以及信息传输模块输送至温度监控模块进行显示；

S4、温度调控：当若干次测量的温度数据低于设定值时，通过处理器模块控制温度调节模块运行，使其通过调节控制器以及温度信息接收模块控制若干个加热模块运行，直至固液界面温度达到设定值，当若干次测量的温度数据高于设定值时，通过处理器模块控制温度调节模块运行，使其通过调节控制器以及温度信息接收模块控制若干个加热模块降低功率，直至温度达到设定值。

有益效果

本发明提供了一种长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

（1）、该长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法，通过温度检测组件的设置，当晶体凝结固液界面生成时，通过探测板以及探测板端部两侧下压板的配合，将对应的温度采集模块推动至固液界面，并将检测值通过温度信息接收模块以及信息传输模块输送至温度监控模块进行显示，且通过调节组件的设置，能够在固液界面生成的过程中对顶面多处位置进行温度、高度的测量监控，并将取得的平均温度值进行对比，提升了固液界面温度的检测精准度，提升了晶体凝结的效果。

（2）、该长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法，通过调节组件的设置，能够通过驱动电机的运行，使其通过端部的传动轴套以及传动轴套外侧的调节履带的配合，带动内轴套转动，使得内轴套通过限位内环转动的同时带动端部固定套接的探测轴杆转动，使其带动端部的两个探测板以及下压板进行转动，将两侧的下压板通过控制与若干个温度采集模块进行位置的调节，便于对固液界面的多处位置进行温度的检测。

（3）、该长晶过程中监控固液界面温度系统及微控方法，通过加热组件的设置，通过若干个加热模块均匀的分布在坩埚的外侧表面，能够通过温度调节模块的运行及时对固液界面进行加温作业，保证了固液界面的受热均匀性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明图1剖视结构示意图；

图3为本发明探测轴杆剖视结构示意图；

图4为本发明调节轴套剖视结构示意图；

图5为本发明A点放大结构示意图；

图6为本发明限位轴套剖视结构示意图；

图7为本发明B点放大结构示意图；

图8为本发明控制流程示意图；

图9为本发明温度监控模块示意图；

图10为本发明温度调节模块示意图。

图中：1、机体；2、旋转门；3、限位底座；301、加热模块；4、坩埚；401、衔接环；402、限位槽；403、温度采集模块；404、复位弹簧；5、气缸；6、探测轴杆；601、限位滑槽；7、限位轴套；701、定位杆；702、定位板；703、定位栓；8、探测板；801、下压板；802、弹簧体；9、调节轴套；10、内轴套；1001、限位内环；1002、调节履带；1003、传动轴套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种长晶过程中监控固液界面温度系统，包括机体1，机体1的侧面转动安装有旋转门2，机体1的内侧下方固定安装有限位底座3，限位底座3的内部固定安装有坩埚4，坩埚4的顶面设置有温度检测组件，限位底座3的内部固定安装有加热组件，温度检测组件包含有探测轴杆6，探测轴杆6的外侧滑动套接有限位轴套7，限位轴套7的侧面固定安装有定位杆701、且通过两个定位杆701固定安装有定位板702，两个定位板702的两侧均设置有定位栓703、且通过定位栓703固定安装在机体1的内侧，机体1的内侧顶面固定安装有气缸5，气缸5的一端设置有调节组件、且通过调节组件与探测轴杆6的一端转动连接，探测轴杆6的另一端对称开设有两个限位滑槽601，两个限位滑槽601的内部均滑动安装有探测板8，两个探测板8的端部与对应的限位滑槽601的内壁之间均固定安装有弹簧体802，两个探测板8的另一端均固定安装有下压板801，温度检测组件还包含有温度采集模块403，坩埚4的内壁四周均对称开设有若干个限位槽402，温度采集模块403有若干个、且分别滑动安装在其内部，若干个温度采集模块403的安装位置分别与探测板8端部固定安装的下压板801相互对应，坩埚4的顶面固定安装有衔接环401，衔接环401的内侧与若干个温度采集模块403顶面之间均固定安装有复位弹簧404，若干个复位弹簧404分别位于对应的限位槽402内部，调节组件包含有调节轴套9，调节轴套9的端部固定套接在气缸5的端部，调节轴套9的另一端开设有环形槽、且通过环形槽转动安装有内轴套10，内轴套10的另一端与探测轴杆6的端部固定连接，调节组件还包含有驱动电机，驱动电机固定安装在机体1的外侧，驱动电机的端部固定套接有传动轴套1003，传动轴套1003与内轴套10之间转动连接有调节履带1002、且通过调节履带1002相互传动，内轴套10的端部固定安装有限位内环1001，内轴套10通过限位内环1001与环形槽的配合与调节轴套9转动连接，探测轴杆6滑动安装在外侧的限位轴套7内部、且通过端部调节组件设置与限位轴套7转动连接，两个下压板801与对应的探测板8之间始终保持垂直，两个下压板801之间相互对称，加热组件包含有加热模块301，加热模块301有若干个，若干个加热模块301分别对称安装在限位底座3的内部。

使用时，原料混合：将原料统一放入坩埚4的内部，同时加入对应的熔融所需混合物，通过处理器模块、调节控制器以及温度信息接收模块控制若干个加热模块301运行对坩埚4进行加热，直至原料熔融形成液态；晶体凝结：当原料形成液态后，通过机体1内部的冷却组件运行，使得坩埚4底部开始冷却，液体从坩埚4的底部向上凝结形成固态晶体，凝固的过程中固液界面生成；温度监测：通过气缸5的运行，使其带动端部的调节轴套9以及探测轴杆6向下移动，移动的同时将外侧的调节履带1002拉伸，当探测轴杆6带动两侧的探测板8下移时，会使得底部两侧的下压板801首先与坩埚4内部滑动安装的两个温度采集模块403接触，使得两侧的温度采集模块403向下移动直至到达固液界面，两侧的探测板8能够通过固体的阻力向上推动端部的弹簧体802的同时在限位滑槽601的内部滑动，这时通过两侧的温度采集模块403对固液界面温度进行测量，并将测量的温度通过温度信息接收模块以及信息传输模块输送至温度监控模块进行显示，而后通过气缸5带动两侧的探测板8复位，两侧的温度采集模块403通过端部的复位弹簧404复位，得到一次测量值，然后调节组件运行，通过驱动电机的运行，使其通过端部的传动轴套1003以及传动轴套1003外侧的调节履带1002的配合，调节履带1002为弹性材质制成、且始终转动连接在内轴套10以及传动轴套1003之间，驱动电机为现有组件、且基于温度监控模块控制带动内轴套10转动，使得内轴套10通过限位内环1001转动的同时带动端部固定套接的探测轴杆6转动，使其带动端部的两个探测板8以及下压板801进行转动，调节完成后通过气缸5运行进行第二次测量，步骤与第一次相同，由对应的温度采集模块403测得的第二次数据、并通过温度信息接收模块以及信息传输模块输送至温度监控模块进行显示；温度调控：当若干次测量的温度数据低于设定值时，通过处理器模块控制温度调节模块运行，使其通过调节控制器以及温度信息接收模块控制若干个加热模块301运行，直至固液界面温度达到设定值，当若干次测量的温度数据高于设定值时，通过处理器模块控制温度调节模块运行，使其通过调节控制器以及温度信息接收模块控制若干个加热模块301降低功率，直至温度达到设定值。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。