一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及監(jiān)控技術(shù)，特別是一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在晶體制備工藝中，從熔體中提拉生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶的方法稱為提拉法，是將構(gòu)成晶體的原料經(jīng)過(guò)固相或者液相合成，高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)后，放在提拉爐坩禍中加熱熔化，再利用籽晶提拉熔體，通過(guò)溫度控制，使籽晶和熔體在交界液面上不斷進(jìn)行原子分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長(zhǎng)出單晶體，在晶體提拉法生長(zhǎng)過(guò)程中，熔體的溫度氣氛、提拉的速率、晶體生長(zhǎng)中的揮發(fā)物、液面渦旋等對(duì)晶體的利用率、量產(chǎn)率起著決定性影響，如能對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程加以監(jiān)控，有助于提升晶體的生產(chǎn)率和質(zhì)量。
[0003]但是由于提拉爐坩禍溫度很高，產(chǎn)生的強(qiáng)光使人難以長(zhǎng)時(shí)間目視，而傳統(tǒng)視頻監(jiān)控中的減光、濾光方法在強(qiáng)光環(huán)境下又易使信息光波被過(guò)濾掉，使得對(duì)爐內(nèi)的監(jiān)控較為困難，迄今為止，國(guó)內(nèi)市面上通用的提拉爐都缺乏有效監(jiān)控缺陷結(jié)構(gòu)、晶體濃度、揮發(fā)物的系統(tǒng)，使得生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)大尺寸單晶非常困難，尤其是易揮發(fā)原料的單晶提拉。目前雖有部分廠家為此開(kāi)發(fā)了視頻監(jiān)控設(shè)備，但由于其僅用了濾光片對(duì)爐內(nèi)強(qiáng)光進(jìn)行處理，易損失有用的光線而影響監(jiān)控效果。
[0004]公開(kāi)號(hào)203174220U的專利中公開(kāi)了一種晶體提拉生成監(jiān)控裝置，使用攝像機(jī)對(duì)提拉爐內(nèi)的晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，但按其描述，該裝置攝像機(jī)僅使用爐內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的光線進(jìn)行成像，由于爐內(nèi)反應(yīng)復(fù)雜，各類晶體生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的光譜不同且混雜于在爐內(nèi)的強(qiáng)光中，現(xiàn)有的被動(dòng)成像的攝像機(jī)很難將其區(qū)分，難以保證成像效果，從而降低了監(jiān)控質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，通過(guò)使用激光對(duì)提拉爐內(nèi)環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)照明，能對(duì)爐內(nèi)晶體缺陷結(jié)構(gòu)、晶體濃度、揮發(fā)物進(jìn)行高質(zhì)量的監(jiān)控。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007]一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，用于提拉爐內(nèi)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的監(jiān)控和分析，所述系統(tǒng)以激光對(duì)提拉爐內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)照明，通過(guò)生產(chǎn)環(huán)境所反射回的激光對(duì)提拉爐內(nèi)的晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行成像分析。
[0008]所述系統(tǒng)與提拉爐集成，設(shè)有激光生成部、光路組件和激光傳感系統(tǒng)，所述提拉爐從外至內(nèi)依次設(shè)有爐膛、保溫罩和坩鍋，所述激光生成部生成的激光由激光出射口輸出，經(jīng)光路組件發(fā)散后，對(duì)提拉爐坩鍋內(nèi)的籽晶進(jìn)行360度范圍覆蓋照射，同時(shí)也對(duì)提拉爐坩鍋內(nèi)液面進(jìn)行照射；激光傳感系統(tǒng)內(nèi)置傳感器、分析模塊和反饋模塊，根據(jù)籽晶和液面處的反射激光進(jìn)行傳感成像、分析，同時(shí)向外部控制系統(tǒng)反饋所生成的圖像和分析結(jié)果。
[0009]所述激光生成部的激光出射口設(shè)于爐膛側(cè)壁處，位于同一水平面內(nèi)，激光生成部生成激光從三個(gè)方向互成120度射入提拉爐內(nèi)。
[0010]所述提拉爐的保溫罩設(shè)有激光穿透部，激光穿透部上設(shè)光線通孔，或是以激光波長(zhǎng)匹配材料成型以保證激光高透穿過(guò)。
[0011]所述激光生成部按坩鍋內(nèi)晶體材料的光吸收特性來(lái)設(shè)定所生成激光的波長(zhǎng)。
[0012]所述光路組件為分光鏡。
[0013]所述分光鏡包括光柵式分光鏡和棱鏡式分光鏡。
[0014]所述光路組件設(shè)于保溫罩和坩鍋之間。
[0015]所述激光傳感系統(tǒng)所用傳感器的位置與激光生成部的激光出射口相鄰。
[0016]所述激光傳感系統(tǒng)整合三個(gè)方向的傳感器的采集信息以進(jìn)行立體成像。
[0017]本發(fā)明使用了激光對(duì)提拉爐內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)照明，由于激光的強(qiáng)度高且單色性好，可以有效抑制提拉爐內(nèi)強(qiáng)光在傳感器上形成的噪聲干擾，便于傳感系統(tǒng)把爐內(nèi)原有光線和激光反射光線進(jìn)行區(qū)分，也可以采用對(duì)所發(fā)射激光波長(zhǎng)敏感的傳感器從而忽視生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的光線，從籽晶和液面的反射激光中得到清晰的成像，獲得良好的監(jiān)控效果。
[0018]由于激光的波長(zhǎng)可調(diào)，本發(fā)明的激光生成部按坩鍋內(nèi)晶體材料的光吸收特性來(lái)設(shè)定所生成激光的波長(zhǎng)，這使得提拉爐內(nèi)的激光反射值可按需調(diào)整，監(jiān)控人員可以按生產(chǎn)晶體的特性來(lái)靈活設(shè)定激光波長(zhǎng)，以獲取清楚的監(jiān)控成像。
[0019]構(gòu)成晶體的原料，其氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的光吸收特性均不同，監(jiān)控人員可以針對(duì)其光吸收特性的變化，改變?nèi)肷浼す獠ㄩL(zhǎng)，從而強(qiáng)化爐內(nèi)液面、揮發(fā)物形態(tài)的監(jiān)控影像。
[0020]激光穿透能力較強(qiáng)，有很好的透霧能力，因此即使?fàn)t內(nèi)有煙霧，本發(fā)明也容易得到好的監(jiān)控效果，使得當(dāng)使用易揮發(fā)原料進(jìn)行晶體提拉時(shí)，本發(fā)明的監(jiān)控效果不易受爐內(nèi)煙霧影響。
[0021]由于晶體缺陷結(jié)構(gòu)必然對(duì)光線的反射折射產(chǎn)生影響，從而顯示于監(jiān)控畫面上，傳統(tǒng)視頻攝像由于強(qiáng)光的干擾從而使這類缺陷不易顯現(xiàn)，而本發(fā)明采用的激光照明可對(duì)穿透晶體，而且所配套的激光傳感系統(tǒng)使得在強(qiáng)光下觀察晶體缺陷更為容易，從而提升了生產(chǎn)者對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中晶體缺陷的觀察監(jiān)控能力。
[0022]激光方向性好，使得其發(fā)散程度和覆蓋范圍均能得到精準(zhǔn)的控制，本發(fā)明利用此特性，以光柵式分光鏡和棱鏡式分光鏡對(duì)激光進(jìn)行發(fā)散后，對(duì)提拉爐坩鍋內(nèi)的籽晶進(jìn)行360度范圍覆蓋照射，同時(shí)對(duì)提拉爐坩鍋內(nèi)液面進(jìn)行照射，光路簡(jiǎn)單，耐高溫且易于維護(hù)，可以設(shè)于保溫罩內(nèi)，提升激光發(fā)散照射的效果。
[0023]激光生成部的激光出射口設(shè)于爐膛側(cè)壁處，位于同一水平面內(nèi)，激光生成部生成激光從三個(gè)方向互成120度射入提拉爐內(nèi)，激光傳感系統(tǒng)所用傳感器位置與激光生成部的激光出射口相鄰，這使本系統(tǒng)能同時(shí)在坩鍋周圍對(duì)其內(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，豐富了監(jiān)控內(nèi)容，而且可由三個(gè)方向上的成像信息來(lái)生成立體影像。
[0024]由于本發(fā)明使用了激光作為成像光源，因此可在強(qiáng)光環(huán)境下獲取細(xì)節(jié)豐富的高精度視頻和圖案，并能由本系統(tǒng)內(nèi)的激光傳感系統(tǒng)中的反饋模塊向外部控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋，這使得外部控制系統(tǒng)能及時(shí)獲取強(qiáng)光環(huán)境下的爐內(nèi)生產(chǎn)細(xì)節(jié)，及時(shí)作出反應(yīng)，有助于提升生產(chǎn)質(zhì)量和效率。
【附圖說(shuō)明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明: 圖1是本發(fā)明所述激光監(jiān)控分析系統(tǒng)的俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，用于提拉爐內(nèi)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的監(jiān)控和分析，所述系統(tǒng)以激光對(duì)提拉爐內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)照明，通過(guò)生產(chǎn)環(huán)境所反射回的激光對(duì)提拉爐內(nèi)的晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行成像分析。
[0027]所述系統(tǒng)與提拉爐集成，設(shè)有激光生成部2、光路組件6和激光傳感系統(tǒng)1，所述提拉爐從外至內(nèi)依次設(shè)有爐膛3、保溫罩5和坩鍋4，所述激光生成部2生成的激光由激光出射口 7輸出，經(jīng)光路組件6發(fā)散后，對(duì)提拉爐坩鍋4內(nèi)的籽晶進(jìn)行360度范圍覆蓋照射，同時(shí)也對(duì)提拉爐坩鍋4內(nèi)液面進(jìn)行照射；激光傳感系統(tǒng)內(nèi)置傳感器、分析模塊和反饋模塊，根據(jù)籽晶和液面處的反射激光進(jìn)行傳感成像、分析，同時(shí)向外部控制系統(tǒng)反饋所生成的圖像和分析結(jié)果。
[0028]所述激光生成部2的激光出射口 7設(shè)于爐膛側(cè)壁處，位于同一水平面內(nèi)，激光生成部2生成激光從三個(gè)方向互成120度射入提拉爐內(nèi)。
[0029]所述提拉爐的保溫罩5設(shè)有激光穿透部，激光穿透部上設(shè)光線通孔，或是以激光波長(zhǎng)匹配材料成型以保證激光高透穿過(guò)。
[0030]所述激光生成部2按坩鍋內(nèi)晶體材料的光吸收特性來(lái)設(shè)定所生成激光的波長(zhǎng)。
[0031]所述光路組件6為分光鏡。
[0032]所述分光鏡包括光柵式分光鏡和棱鏡式分光鏡。
[0033]所述光路組件6設(shè)于保溫罩5和坩鍋4之間。
[0034]所述激光傳感系統(tǒng)I所用傳感器位置與激光生成部的激光出射口相鄰。
[0035]所述激光傳感系統(tǒng)I整合三個(gè)方向的傳感器的采集信息以進(jìn)行立體成像。
[0036]操作人員根據(jù)坩鍋4內(nèi)晶體材料的光吸收特性設(shè)定激光生成部2生成激光的波長(zhǎng)，在激光傳感系統(tǒng)I上使用對(duì)發(fā)射激光波長(zhǎng)敏感的傳感器，向坩鍋4發(fā)射激光，激光穿過(guò)保溫罩5上的光線通孔后，經(jīng)光路組件6散射，對(duì)坩鍋4內(nèi)的籽晶和原料液面進(jìn)行照射，當(dāng)籽晶和原料液面處的反射激光到達(dá)激光傳感系統(tǒng)后，傳感器僅使用反射激光進(jìn)行成像，不受爐內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的強(qiáng)光影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，用于提拉爐內(nèi)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的監(jiān)控和分析，其特征在于:所述系統(tǒng)以激光對(duì)提拉爐內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)照明，通過(guò)生產(chǎn)環(huán)境所反射回的激光對(duì)提拉爐內(nèi)的晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行成像分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)與提拉爐集成，設(shè)有激光生成部、光路組件和激光傳感系統(tǒng)，所述提拉爐從外至內(nèi)依次設(shè)有爐膛、保溫罩和坩鍋，所述激光生成部生成的激光由激光出射口輸出，經(jīng)光路組件發(fā)散后，對(duì)提拉爐坩鍋內(nèi)的籽晶進(jìn)行360度范圍覆蓋照射，同時(shí)也對(duì)提拉爐坩鍋內(nèi)液面進(jìn)行照射；激光傳感系統(tǒng)內(nèi)置傳感器、分析模塊和反饋模塊，根據(jù)籽晶和液面處的反射激光進(jìn)行傳感成像、分析，同時(shí)向外部控制系統(tǒng)反饋所生成的圖像和分析結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述激光生成部的激光出射口設(shè)于爐膛側(cè)壁處，位于同一水平面內(nèi)，激光生成部生成激光從三個(gè)方向互成120度射入提拉爐內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述提拉爐的保溫罩設(shè)有激光穿透部，激光穿透部上設(shè)光線通孔，或是以激光波長(zhǎng)匹配材料成型以保證激光高透通過(guò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述激光生成部按坩鍋內(nèi)晶體材料的光吸收特性來(lái)設(shè)定所生成激光的波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述光路組件為分光鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述分光鏡包括光柵式分光鏡和棱鏡式分光鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述光路組件設(shè)于保溫罩和坩鍋之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述激光傳感系統(tǒng)所用傳感器的位置與激光生成部的激光出射口相鄰。
10.根據(jù)權(quán)利要求2、3或9所述的一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，其特征在于:所述激光傳感系統(tǒng)整合三個(gè)方向的傳感器的采集信息以進(jìn)行立體成像。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于提拉爐的激光監(jiān)控分析系統(tǒng)，用于提拉爐內(nèi)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的監(jiān)控和分析，所述系統(tǒng)以激光對(duì)提拉爐內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行主動(dòng)照明，通過(guò)生產(chǎn)環(huán)境所反射回的激光對(duì)提拉爐內(nèi)的晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行成像分析，本發(fā)明能在提拉爐內(nèi)強(qiáng)光環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體生成過(guò)程的可靠清晰監(jiān)控和分析。
【IPC分類】C30B15-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104746136
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510174163
【發(fā)明人】羊富貴, 喬亮, 夏忠朝, 武永華, 顏峰坡, 薛有為
【申請(qǐng)人】福建江夏學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日