Czochralski法晶體生長建模與控制研究.pdf

1、本文針對當(dāng)前Czochralski法晶體生長研究集中在材料學(xué)領(lǐng)域，所建立的眾多晶體生長過程工藝模型無法應(yīng)用于控制的現(xiàn)狀，嘗試從控制角度分析晶體生長過程，建立晶體生長過程的控制模型，并研究生長過程的非線性動態(tài)特性，嘗試建立先進(jìn)的智能PID控制結(jié)構(gòu)，最后設(shè)計整個自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分-高精度稱重電路。本文在Czochralski法晶體生長機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析了生長過程的熱量傳遞，基于質(zhì)量/熱量守恒基本規(guī)律以及輻射形狀系數(shù)求解方法，在Gevel

2、ber晶體生長過程基本模型的基礎(chǔ)上，建立了晶體生長過程輻射增強(qiáng)模型；通過對生長過程的簡化，引入了venerus一維簡化模型，從系統(tǒng)物理參數(shù)出發(fā)，采用簡單易行的擾動法進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了熔液溫度不變(變化)，提拉速率變化(不變)下的等徑生長；針對目前工業(yè)晶體生長PID參數(shù)人工經(jīng)驗獲得，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力和具有高效的優(yōu)化組合能力的遺傳算法，設(shè)計了基于BP、RBF和遺傳算法PID參數(shù)整定控制結(jié)構(gòu)；針對稱重環(huán)節(jié)是實現(xiàn)晶體生長自動控制最

3、關(guān)鍵的部分，基于ADuC824數(shù)據(jù)采集芯片設(shè)計了高精度稱重電路。文中主要創(chuàng)新點包括引入了描述彎月面特征的LaPlace-Young方程，建立了生長過程最典型特征-彎月面接觸角的狀態(tài)方程，研究了其與彎月面其它狀態(tài)變量的關(guān)系；建立了坩鍋內(nèi)液面以上密封區(qū)域的輻射換熱電網(wǎng)絡(luò)模擬圖，為求解系統(tǒng)各部分的熱量傳遞速率提供方便；研究了熔夜高度變化的動態(tài)特性，得到了熔夜高度的穩(wěn)定平衡軌跡曲線；針對Gevelber提出的近似輻射形狀系數(shù)計算方法，從輻射形狀