藍寶石晶體生長設備稱重控徑系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著市場對藍寶石晶體材料需求量越來越大，對生長藍寶石晶體的設備提出了更高的要求。本文在全面分析、比較國內外晶體生長設備和方法的基礎上，重點以泡生法生長藍寶石晶體為研究對象。通過對設備稱重系統(tǒng)關鍵器件的設計，精確測定晶體生長的質量變化率即生長率，從而指導晶體的生長達到控徑的目的。
　　論文首先提出了晶體生長時提拉和旋轉運動的機械機構。通過對旋轉系統(tǒng)和提拉系統(tǒng)運行時的高精度、平穩(wěn)性的設計要求:對旋轉系統(tǒng)控制精度要求不高，采用易于控制、

2、價格相對便宜的步進電機;對提拉系統(tǒng)選用啟動力矩大、運行平穩(wěn)、反應速度快、位置精度準確的交流伺服電機。通過對系統(tǒng)設計要求進行計算，選擇合適型號的電機與驅動器，并提出電機速度控制方案。通過對現(xiàn)階段晶體生長所使用的控徑方法進行了詳細分析，最終確定了最理想的控徑方案—懸臂梁式上稱重系統(tǒng)。本課題對該系統(tǒng)機械結構部分進行了詳細設計，針對稱重方案設計了稱重單元電路。通過對傳感器選取、A/D轉換芯片接口電路設計、系統(tǒng)軟件設計，準確測量晶體的質量變化。將

3、稱重單元監(jiān)測得到的重量值輸送至系統(tǒng)控制中心，通過算法設計，計算出在單位時間內的生長率。
　　由于在晶體生長過程中，無法觀察晶體實時的生長形態(tài)，對晶體的生長狀態(tài)無法做出肯定的判斷。本章基于固液面能量守恒方程，以球狀凸界面的生長方式，建立理想的晶體模型。通過對模型各個生長階段，分析出生長率與晶體生長影響因素之間的關系。進而可以通過對生長率的實時監(jiān)測，確定加熱功率、提拉速度，指導晶體的生長過程。
　　最后，本文通過實驗的方式驗證建