天通公司大尺寸藍(lán)寶石C向長晶控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

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

2、致長晶良率很難穩(wěn)定。
　　本論文主要針對上述問題，對 C向生長大尺寸晶體技術(shù)和工藝進(jìn)行研究，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，主要研究內(nèi)容：
　　1、研究C向生長大尺寸藍(lán)寶石單晶的加熱結(jié)構(gòu)和保溫場設(shè)計技術(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)替代單一鳥籠式加熱器設(shè)計，提升坩堝內(nèi)熔液溫度的均勻性；優(yōu)化熱場結(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向生長大尺寸藍(lán)寶石爐單晶的自動控制，晶體直筒等徑部分的控制是自動控制系統(tǒng)的核心，晶體直筒等徑長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單元所具有的獨(dú)立模塊。測量模塊以模擬電壓的形式將實時的藍(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 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)合實時采集的直徑和預(yù)先設(shè)定的計劃直徑，按照已編制程序的非線性增量式 PID控制算法計算出實時的控制量；以此控制輸出量通過 D/A控制電路和功率放大電路改變輸出驅(qū)動直流電機(jī)，調(diào)