天通公司大尺寸藍(lán)寶石C向長(zhǎng)晶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、藍(lán)寶石的自然生長(zhǎng)方向?yàn)?A向，沿著這個(gè)方向長(zhǎng)晶相對(duì)容易，目前國(guó)內(nèi)一般都是A向生長(zhǎng)藍(lán)寶石，但是目前藍(lán)寶石用量最大的是LED市場(chǎng)，藍(lán)寶石作為L(zhǎng)ED襯底材料，要求是C向，A向長(zhǎng)晶只能進(jìn)行橫向掏棒，由于A向長(zhǎng)晶晶體中心容易產(chǎn)生氣泡柱，所以導(dǎo)致材料利用率較低。目前國(guó)內(nèi)外最主流的長(zhǎng)晶方法是泡生法（KY），但是該方法對(duì)人的依賴性大，設(shè)備自動(dòng)化程度較低，操作嫻熟的技術(shù)人員可以長(zhǎng)出好的晶體，操作生疏的人員長(zhǎng)出的晶體常常報(bào)廢，由于操作人員的水平參差不齊，導(dǎo)

2、致長(zhǎng)晶良率很難穩(wěn)定。
　　本論文主要針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì) C向生長(zhǎng)大尺寸晶體技術(shù)和工藝進(jìn)行研究，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要研究?jī)?nèi)容：
　　1、研究C向生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶的加熱結(jié)構(gòu)和保溫場(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)，提出一種新型加熱結(jié)構(gòu)，采用側(cè)邊和底部雙加熱器系統(tǒng)替代單一鳥(niǎo)籠式加熱器設(shè)計(jì)，提升坩堝內(nèi)熔液溫度的均勻性；優(yōu)化熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，改造成45度傾角熱屏，減小晶體內(nèi)部縱向溫度梯度，減少晶體上部開(kāi)裂的概率；采用新型保溫材料（氧化鋯纖維），可以提升溫度均

3、勻性，降低約20％的能耗。
　　2、研究C向生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石爐單晶的自動(dòng)控制，晶體直筒等徑部分的控制是自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，晶體直筒等徑長(zhǎng)晶主要受到溫度和微提拉速度的影響，坩堝內(nèi)溫度的精確控制是重點(diǎn)，提出采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，采用 MSP430F149單片機(jī)為控制器，由熱電偶傳感器經(jīng)過(guò)A/D變換得到反饋值，與設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算得出控制量，從而有效的控制坩堝內(nèi)的溫度。
　　3、控制系統(tǒng)主要由溫度控制單元和微提拉控制單元組成，數(shù)據(jù)

4、采集、參數(shù)設(shè)置、PID控制模塊、電路控制輸出、工藝曲線設(shè)置、與上位機(jī)串行通信等模塊是每一個(gè)單元所具有的獨(dú)立模塊。測(cè)量模塊以模擬電壓的形式將實(shí)時(shí)的藍(lán)寶石的直筒直徑傳送至單片機(jī)，進(jìn)行微提拉系統(tǒng)控制；單片機(jī)通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓轉(zhuǎn)換成為控制系統(tǒng)可用的數(shù)字量；單片機(jī)結(jié)合實(shí)時(shí)采集的直徑和預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃直徑，按照已編制程序的非線性增量式 PID控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)的控制量；以此控制輸出量通過(guò) D/A控制電路和功率放大電路改變輸出驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，調(diào)