[发明专利]一种直拉硅单晶的温度控制方法

说明书

本发明公开一种直拉硅单晶的温度控制方法，用于硅单晶等径生长过程自动调节温度，包括步骤：确定平均晶体生长速度V并输出；设定目标晶体生长速度V_S，并计算平均晶体生长速度V和目标晶体生长速度V_S的偏差ΔV；依据ΔV，确定功率设定值Pr并输出，进而调节温度。本发明的直拉硅单晶的温度控制方法相比于现有的SP闭环控制方式具有以下优点：1、取消SP参与控制，消除了不稳定因素，提高温度控制系统的稳定性，进而更好地控制晶体直径，提高成品率，降低生产成本；2、取消热电偶，降低了设备成本；3、提高了直拉单晶炉的自动化程度。

技术领域

本发明属于单晶生长工艺技术领域，具体涉及一种直拉硅单晶的温度控制方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求不断增长，但煤、石油、天然气等化石燃料，正逐渐被耗竭。而作为绿色能源的太阳能正越来越多的被人类所接受和应用，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。而硅单晶是制造光伏组件的初始原料。

直拉硅单晶是一种硅单晶的制造工艺，其制造过程是将多晶硅料放入石英坩埚中，加热融化形成液态硅料，然后经过调温、引晶、放肩、转肩、等径、收尾六个步骤，最终生产出硅单晶棒。温度控制在直拉硅单晶生长过程中有着举足轻重的作用，长期以来技术研发人员一直致力于温度控制的研究。

在等径生长过程中，目前普遍采用的是SP(Set Point，设定目标值)闭环控制，控制原理基本是利用平均晶体生长速度和目标晶体生长速度差值作为控制输入，通过PID计算，输出设定SP值，再由设定SP值和实际测量的SP值比较，通过PID计算设定功率，达到温度闭环控制的目的。在实际温度控制过程中，需要人工通过热电偶测量，计算出SP值，由于装置测量准确性及热场环境的影响导致实际测量的SP值不准确，无法准确反应炉内温度、进而准确控制功率。另外，由于温度有严重的滞后性，及目前控制方式的滞后性，导致整个温度控制系统严重滞后，温度波动，继而导致直径控制不稳定，影响产品良率。本发明提供一种等径过程中的温度控制方法，取消SP值的参与，提高温度控制系统的稳定性，进而更好的控制晶体直径。

发明内容

本发明提供了一种直拉硅单晶的温度控制方法，取消了SP值的参与，能够提高温度控制系统的稳定性，进而更好地控制硅单晶的晶体直径。

本发明所采用的技术方案是：一种直拉硅单晶的温度控制方法，用于硅单晶等径生长过程自动调节温度，包括步骤：确定平均晶体生长速度V并输出；设定目标晶体生长速度V_S，并计算平均晶体生长速度V和目标晶体生长速度V_S的偏差ΔV；依据ΔV，确定功率设定值Pr并输出，进而调节温度。

进一步地，所述确定平均晶体生长速度V，包括步骤：设定目标晶体生长直径D_S，测量实际晶体生长直径D，计算实际晶体生长直径D与目标晶体生长直径D_S的偏差ΔD。

进一步地，所述确定平均晶体生长速度V，还包括步骤：依据ΔD，采用PID算法，以等径过程晶体拉速的调节周期t3为固定周期，计算晶体生长速度设定值V_d。

示例性地，所述t3不大于10s。

进一步地，所述确定平均晶体生长速度V，还包括步骤：设定晶体生长速度初始值V_i，以平均晶体生长速度计算周期t1为固定周期，计算平均晶体生长速度V并输出，所述平均晶体生长速度V计算公式为：

示例性地，所述t1的范围为100-3000s。

进一步地，所述确定功率设定值Pr，包括步骤：设定功率初始值P_i，计算所述功率设定值Pr，计算公式为：

Pr＝P_i+ΔPower，

其中，ΔPower为功率调节量。