藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)設(shè)備稱(chēng)重控徑系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著市場(chǎng)對(duì)藍(lán)寶石晶體材料需求量越來(lái)越大，對(duì)生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的設(shè)備提出了更高的要求。本文在全面分析、比較國(guó)內(nèi)外晶體生長(zhǎng)設(shè)備和方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)以泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體為研究對(duì)象。通過(guò)對(duì)設(shè)備稱(chēng)重系統(tǒng)關(guān)鍵器件的設(shè)計(jì)，精確測(cè)定晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量變化率即生長(zhǎng)率，從而指導(dǎo)晶體的生長(zhǎng)達(dá)到控徑的目的。
　　論文首先提出了晶體生長(zhǎng)時(shí)提拉和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和提拉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的高精度、平穩(wěn)性的設(shè)計(jì)要求:對(duì)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制精度要求不高，采用易于控制、

2、價(jià)格相對(duì)便宜的步進(jìn)電機(jī);對(duì)提拉系統(tǒng)選用啟動(dòng)力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、反應(yīng)速度快、位置精度準(zhǔn)確的交流伺服電機(jī)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算，選擇合適型號(hào)的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器，并提出電機(jī)速度控制方案。通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段晶體生長(zhǎng)所使用的控徑方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，最終確定了最理想的控徑方案—懸臂梁式上稱(chēng)重系統(tǒng)。本課題對(duì)該系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，針對(duì)稱(chēng)重方案設(shè)計(jì)了稱(chēng)重單元電路。通過(guò)對(duì)傳感器選取、A/D轉(zhuǎn)換芯片接口電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確測(cè)量晶體的質(zhì)量變化。將

3、稱(chēng)重單元監(jiān)測(cè)得到的重量值輸送至系統(tǒng)控制中心，通過(guò)算法設(shè)計(jì)，計(jì)算出在單位時(shí)間內(nèi)的生長(zhǎng)率。
　　由于在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)法觀察晶體實(shí)時(shí)的生長(zhǎng)形態(tài)，對(duì)晶體的生長(zhǎng)狀態(tài)無(wú)法做出肯定的判斷。本章基于固液面能量守恒方程，以球狀凸界面的生長(zhǎng)方式，建立理想的晶體模型。通過(guò)對(duì)模型各個(gè)生長(zhǎng)階段，分析出生長(zhǎng)率與晶體生長(zhǎng)影響因素之間的關(guān)系。進(jìn)而可以通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定加熱功率、提拉速度，指導(dǎo)晶體的生長(zhǎng)過(guò)程。
　　最后，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證建