一种直拉单晶液位保护装置及控制方法与流程

本发明属于直拉硅单晶技术领域，尤其是涉及一种直拉单晶液位保护装置及控制方法。

背景技术：

在直拉单晶生长过程中，为了硅晶体能够稳定生长，在硅单晶提拉的过程中，硅熔液液位，即埚位(导流筒下沿距离液面的距离)需要保持恒定。目前通过设置埚跟比参数来实现埚位控制，埚跟比＝坩埚上升的速度/单晶上升的速度(设置原理：单位时间内拉出的晶体体积＝坩埚上升的溶体体积)，埚跟比在工艺参数中的设定是通过提前测算进行设置的。坩埚上升的速度＝当时单晶的生长速率*埚跟比，也就是正常情况下不管单晶直径大小，坩埚上升的速率是一定的。即单位时间内拉出的晶体体积不管多与少，但是坩埚上升的溶体体积是一定的。

在实际生产过程中，在稳温环节，拉晶操作需要升起坩埚，进行稳温操作，在加料环节，操作工人要升降埚位进行加料，如此很多环节都会涉及升降坩埚的操作，如果操作失误，会造成硅熔液浸入导流筒，造成喷硅事故，甚至硅熔液烫穿水冷套发生单晶炉爆炸事故；硅晶体的直径大小和石英坩埚的大小以及石墨坩埚大小都会影响埚位的稳定，埚位低时易造成单晶细、扭等情况。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种直拉单晶液位保护装置及控制方法，适合直拉单晶过程中埚升安全控制使用，通过判定液位保护装置的接触电压，做出相应动作，控制坩埚迅速下降或停止上升，可以有效防止硅熔液因操作失误或系统失误导致的喷硅或爆炸事故。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种直拉单晶液位保护装置，包括液位杆、电压探测装置、埚升驱动装置和控制装置，液位杆与电压探测装置电连接，电压探测装置与控制装置电连接，控制装置与埚升驱动装置电连接，液位杆与硅溶液液面接触时，产生电压变化信号，并通过电压探测装置显示，电压探测装置将信号传递给控制装置，控制装置控制坩埚的停止或下降。

进一步的，液位杆设于导流筒上，且液位杆与炉盖连接。

进一步的，液位杆为钼丝导线。

进一步的，电压探测装置为继电器。

进一步的，控制装置为plc或cpu。

一种直拉单晶液位保护装置的控制方法，包括以下步骤：

s1：在坩埚上升过程中，判断液位杆是否与硅溶液液面接触；

s2：若液位杆与硅溶液液面接触，则控制坩埚下降；否则，坩埚继续上升。

进一步的，步骤s1中判断液位杆与硅溶液是否接触的依据是电压探测装置是否有电压变化。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使得直拉单晶液位保护装置结构简单，使用方便，通过判定液位保护装置的接触电压，可以有效防止硅熔液因操作失误或系统失误导致的喷硅或爆炸事故；防止拉晶过程中埚位变高时，出现单晶晃动；防止拉晶过程中埚位变高时，出现喷硅事故；防止拉晶过程中升埚位时误操作，一直上升坩埚，出现喷硅等事故；防止控制系统出现异常时，埚升一直上升，出现爆炸事故；设备安全性提高，异常损失降低，操作工人生命安全有保障，生产稳定性提高。

附图说明

图1是本发明的一实施例的结构示意图。

图中：

1、电压探测装置2、液位杆3、导流筒

4、硅溶液5、坩埚

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

图1示出了本发明一实施例的结构，本实施例涉及一种直拉单晶液位保护装置及控制方法，用于直拉单晶过程中，在坩埚上升的过程中，对坩埚内硅溶液的液面与导流筒下沿之间的距离进行监控，避免导流筒的下沿与硅溶液液面接触，通过判定液位保护装置的接触电压，可以有效防止硅熔液因操作失误或系统失误导致的喷硅或爆炸事故。

一种直拉单晶液位保护装置，包括液位杆2、电压探测装置1、埚升驱动装置和控制装置，液位杆2与电压探测装置1电连接，电压探测装置1与控制装置电连接，控制装置与埚升驱动装置电连接，液位杆2用于与硅溶液4接触，电压探测装置1用于显示电压的变化，液位杆2与电压探测装置1通过导线电连接，液位杆2与硅溶液4接触时，会产生电压变化，并将该电压变化在电压探测装置1显示出来，以此实现对液位杆2是否与硅溶液4液面接触进行判断，进而判断硅溶液4液面与导流筒3下沿是否接触，避免导流筒3下沿与硅溶液4液面接触，造成喷硅。

具体地，上述的液位杆2设于导流筒3上，且液位杆2安装在导流筒3的内壁上，并向下露出导流筒3下沿1-10mm，同时，液位杆2向上延伸，一直延伸到液位杆2与炉盖连接，使得液位杆2与安装在炉盖上的电压探测装置1通过导线电连接，使得液位杆2时时将信号传递给电压探测装置1，进行液位杆2是否与硅溶液4接触进行判断，该液位杆2为钼丝导线，钼丝导线与硅溶液4接触时会产生电压变化，该电压变化可以在电压探测装置1上显示出来，该电压探测装置1为继电器，控制装置为plc或cpu，为市售产品，根据实际需求进行选择。

该直拉单晶液位保护装置在工作时，当液位杆2与硅溶液4液面接触时，液位杆2发生电压变化，并通过导线显示在电压探测装置1上，具体显示为电压探测装置1的断开或闭合，电压探测装置1将该信号传递给控制装置，控制装置内预设有编辑好的程序，对电压探测装置1的信号进行判断，进而控制坩埚的停止或下降。

上述的埚升驱动装置为电机，控制装置根据电压探测装置的信号，控制电机的正转和反转，进而控制坩埚5的停止和下降，避免在直拉单晶过程中，导流筒3的下沿与坩埚5内的硅溶液4液面接触。

一种直拉单晶液位保护装置的控制方法，应用于直拉单晶过程中的坩埚上升过程中，包括以下步骤：

s1：在坩埚5上升过程中，判断液位杆2是否与硅溶液4液面接触，该判断液位杆2与硅溶液4是否接触的依据是电压探测装置1是否有电压变化，若液位杆2与硅溶液4液面接触，则液位杆2的钼丝导线产生电压的变化，液位杆2将电压变化传递给电压探测装置1，电压探测装置1进行断开或接触，并将该信号传递给控制装置，控制装置根据该电压探测装置的信号，控制埚升驱动装置动作，控制坩埚5的停止或下降。

s2：若液位杆2与硅溶液4液面接触，则控制坩埚5下降或停止；否则，坩埚5正常动作；当液位杆2与硅溶液4液面接触时，液位杆2产生电压变化，进而使得电压探测装置1产生电压变化，电压探测装置1将该信号传递给控制装置，控制装置控制埚升驱动装置动作，控制坩埚5下降或停止；若液位杆2没有与硅溶液4液面接触，则液位杆2不产生电压变化，则电压探测装置1不动作，则控制装置不控制埚升驱动装置动作，坩埚可以继续上升。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使得直拉单晶液位保护装置结构简单，使用方便，通过判定液位保护装置的接触电压，可以有效防止硅熔液因操作失误或系统失误导致的喷硅或爆炸事故；防止拉晶过程中埚位变高时，出现单晶晃动；防止拉晶过程中埚位变高时，出现喷硅事故；防止拉晶过程中升埚位时误操作，一直上升坩埚，出现喷硅等事故；防止控制系统出现异常时，埚升一直上升，出现爆炸事故；设备安全性提高，异常损失降低；设备安全性提高，操作工人生命安全有保障；设备安全性提高，生产稳定性提高。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。