坩埚下降法晶体生长自动化控制

1、坩埚下降法晶体生长自动化控制文章编码： 1672-7053 （2017）07-0175-02：With the development of industry and the improvement in automation ，all industries are developing towards the age of robots. The artificial crystal growth process is cumbersomeand complex ， so it will take sometime for robot to replace labor. By continu

2、ous exploration and test，automatic control can be achieved in the process of crystal growth by vertical Bridgman technique. By using Supervisory Control and Date Acquisition（ SCAD）A ， theman-machine interface is constructed in the process of crystal growth. We can also achieve the automatic control

3、of artificial crystal growth by configuration and programming. This paper using MCG，S PMC， and temperature controller to communication， data collection， sendinginstructions ， we will achieve automatic control. It can increase production efficiency ， reduce the labor cost and create more profit for e

4、nterprise.s： automation ； crystal growth1 晶体与晶体生长技术晶体（ crystal ）是有明确衍射图案的固体，其原子或分子 在空间按一定规律周期重复地排列。 晶体中原子或分子的排列具 有三维空间的周期性， 隔一定的距离重复出现， 这种周期性规律 是晶体结构中最基本的特征。人工晶体生长技术是人工合成或培育的具有一定结构、尺 寸、形状和性能的晶体的技术。 它主要是用来区别自然界中天然 形成的各种矿物晶体的。图 1、图 2 可以看出人工生长的水晶，由于其原料和工艺以 及生长条件的区别，其形状与天然水晶也有一定的区别。由于晶体可以从气相、 液相和固相中生长，

5、而不同的晶体材 料又有不同的生长条件，加上应用对晶体的要求有时十分苛刻， 这样就造成了晶体生长方法的多样性以及生长设备和技术的复 杂性，本文主要针对熔体生长方法中坩埚下降法结合工业生产中 实际需求， 通过自动化控制提高工业生产中晶体毛坯合格率、 生 产效率，降低生产成本。2 坩埚下降法坩埚下降法是由 Bridgman 于 1925 年提出的。 该方法是将晶 体生长的原料装在坩埚中， 在具有单向温度梯度的晶体生长炉内 进行生长。 晶体生长炉通常采用管式结构， 炉体结构由上向下并 分为三个区域，即高温区、过渡区和低温区。高温区的温度高于 晶体的熔点， 低温区的温度低于晶体的熔点， 过渡区的温度逐渐

6、 由高温区温度过渡到低温区温度， 形成一维的温度梯度。 进行晶 体生长时， 首先将坩埚置于高温区使原料熔化， 并在此区域保持 恒温一段时间， 以便获得均匀的过热熔体； 然后通过坩埚的向下 移动使坩埚由高温区穿过过渡区向低温区运动。 坩埚进入过渡区 后熔体发生定向冷却， 达到低于熔点温度的部分发生结晶， 并且 随着坩埚向下运动而冷却， 结晶界面沿着与其运动相反的方向定 向生长，实现晶体生长过程的连续运行。如图，坩埚轴线与水平线垂直，坩埚自上向下运动，实现晶 体生长。坩埚下降法是利用电机驱动丝杠控制坩埚向下运动， 最初行 业内大都根据生长晶体速度需要， 选择固定转数的减速电机， 经 过计算，配以相

7、齿轮组， 通过蜗轮蜗杆结构得到需要的升降速度。 这种传统的机械结构运行稳定，齿轮、涡轮、蜗杆保养到位可以 使用数年；电机故障会立即停止下降动作， 不会出现滑落现象 （对 于晶体生长这种现象是致命的损失） ；缺点就是速度可调范围小， 只能以固定速度自动进行单方向下降， 升降机构上升需要手工摇 动，费时费力，在晶体生长过程中需要人为参与的频率高。本文 重点介绍一种适合部分闪烁晶体生长使用的自动化控制方案， 可 实现一键装炉，根据需要自动启动升降机构上升、下降，运动超 过限位设定值会自动停止运行并报警，集成温度控制单元于一 体，实现断电报警及电路恢复后的自动温度恢复与自动生长。3 设计原理自动化控制系统总体原理是利用电脑组态软件（MCG）控制并读取生长