Автоматическое управление формой растущего монокристалла

• Автор: Зайцев, Александр Иванович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА I. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕЖШШЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРЖТДЛЛОВ МЕТОДОМ

ЧОХРАЛЬСКОГО

Введение.
1.1. Особенности технологического процесса выращивания монокристаллов методом Чохральского

1.2. Анализ систем управления диаметром выращиваемого монокристалла

Выводы.
ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО
Введение.
2.1. Анализ существующих моделей процесса выращивания монокристаллов методом Чохральского.
2.2.Разработка математической модели фотоэлектронного датчика.
2.3. Разработка математической модели возмущений процесса выращивания монокристаллов
2.4. Идентификация параметров каналов управления процессом кристаллизации
2.5. Разработка и исследование математической моде.
ли процесса кристаллизации.
2.6. Разработка и исследование полной математической модели динамики технологического процесса выра
Стр.
щивания монокристаллов методом Чохральского .
и получение ее дискретного аналога.
Выводы.
ШАБА Ш. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ САМОНАСТРАИВАЩЕРОСЯ ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО
Введение.
3.1. Выбор и обоснование критерия качества функционирования системы управления.
3.2. Синтез самонастраивающегося закона управления
3.3. Разработка самонастраивающегося алгоритма управления процессом выращивания монокристаллов
3.4. Исследование самонастраивающейся системы управления процессом выращивания монокристаллов
методом численного моделирования
ВыводыII
ГЛАВА У. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
САМОНАСТРАИВАЩЕРОСЯ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ
Введение
4.1. Структурная схема установки для реализации самонастраивающейся системы управления.
4.2. Анализ характеристик устройств сопряжения.
4.3. Выбор и оценка характеристик управляющей ЭВМ.
4.4. Особенности программирования самонастраивающегося алгоритма.
4.5. Методика и результаты экспериментального исследования самонастраивающегося алгоритма управления 5
Стр.
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Затем приводится методика проведения и результаты натурного эксперимента на установке полунепрерывного выращивания монокристаллов "Деймос-1", которые позволяют оценить эффективность применения самонастраивающейся системы для автоматизированного управления технологическим процессом выращивания монокристаллов методом Чохральского. В заключении сформулированы основные выводы по результатам выполненной работы. В приложении даны тексты программ по исследованию математической модели и самонастраивающегося управления диаметром растущего монокристалла, а также приводятся акты внедрения результатов работы на промышленных предприятиях. ГЛАВА I. Для создания системы управления диаметром растущего монокристалла необходимо выяснить особенности управления диаметром монокристалла с точки зрения используемого оборудования установок и применяемых при выращивании монокристалла технологических операций; оценить возможности контрольно-исполнительных органов, воздействующих на процесс формообразования монокристалла; учесть недостатки существующих систем управления диаметром растущего монокристалла. Для этого проведем анализ как процесса выращивания монокристаллов методом Чохральского, так и систем управления, используемых для стабилизации диаметра монокристалла. Монокристаллы, выращиваемые методом Чохральского, вытягиваются со свободной поверхности расплава в специальных кристаллизационных установках. На рис. Установка представляет собой охлаждаемую цилиндрическую камеру I, в которой располагаются тигель 2, электрический нагреватель (сопротивление или ВЧ индуктор) 3, система экранирования 4 и затравка с монокристаллом 5. В процессе вытягивания монокристалла тигель и затравка могут вращаться с определенными угловыми скоростями и одновременно перемещаться в вертикальном направлении. Рис. IЛ. Схема печи для выращивания монокристаллов методом Чохральского. Формирование монокристалла осуществляется на границе раздела фаз системы кристалл-расплав. Размеры и качество выращиваемого монокристалла зависят как от параметров системы кристалл-расплав, так и от параметров технологического процесса. Параметрами технологического процесса получения монокристаллов методом Чохральского являются: давление в камере р , скорости вращения (0 и перемещение 1Г кристалла и тигля, температура нагревателя "Тн и окружающей среды Та , давление , температураТ и скорость протока ^8 воды, охлаждающей затравку и стенки камеры и т. Эти параметры довольно легко контролируются и достаточно точно поддерживаются в заданных пределах. Кроме того, их малые отклонения от номинального значения слабо влияют на структурное совершенство монокристалла. Для стабилизации каждого параметра используются, как правило, отдельные аналоговые пропорциональные (П) или пропорцаонально-интегродифференциальные (ПИД) регуляторы. К параметрам системы кристалл-расплав относятся: температура расплава Тр и монокристалла "Тк, температурные градиенты в кристалле С^к и расплава С^р , поля скоростей, температур и концентраций в расплаве, создаваемые конвективными течениями, форма и высота мениска К , форма фронта кристаллизации, диаметр растущего монокристалла о/ и т. Эти параметры в основном определяют электрофизические и структурные свойства монокристаллов. Однако, непосредственный контроль этих параметров и стабилизация их значений, как правило, невозможны или неэффективны. Было установлено, что комплексным показателем качества монокристалла является стабильность его диаметра. Поэтому усилия технологов и исследователей в настоящее время в основном направлены на выращивание монокристаллов постоянного диаметра и формализацию взаимосвязей параметров ТП и системы кристалл-расплав /7,,,-/. Изменение любого параметра ТП системы кристалл-расплав приводит в конечном итоге к изменению диаметра монокристалла. Как показывает обзор литературы, изменение диаметра можно производить путем регулирования температуры экранов //, скоростей вращения затравки и тигля /,/, скорости вытягивания монокристалла /,/, температуры расплава /,-/ или совместным воздействием температуры расплава и скорости вытягивания /8,9,,,,/.