天通公司大尺寸藍寶石C向長晶控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn).pdf

1、藍寶石的自然生長方向為 A向，沿著這個方向長晶相對容易，目前國內一般都是A向生長藍寶石，但是目前藍寶石用量最大的是LED市場，藍寶石作為LED襯底材料，要求是C向，A向長晶只能進行橫向掏棒，由于A向長晶晶體中心容易產生氣泡柱，所以導致材料利用率較低。目前國內外最主流的長晶方法是泡生法（KY），但是該方法對人的依賴性大，設備自動化程度較低，操作嫻熟的技術人員可以長出好的晶體，操作生疏的人員長出的晶體常常報廢，由于操作人員的水平參差不齊，導

2、致長晶良率很難穩(wěn)定。
　　本論文主要針對上述問題，對 C向生長大尺寸晶體技術和工藝進行研究，并對控制系統(tǒng)進行設計，主要研究內容：
　　1、研究C向生長大尺寸藍寶石單晶的加熱結構和保溫場設計技術，提出一種新型加熱結構，采用側邊和底部雙加熱器系統(tǒng)替代單一鳥籠式加熱器設計，提升坩堝內熔液溫度的均勻性；優(yōu)化熱場結構，改造成45度傾角熱屏，減小晶體內部縱向溫度梯度，減少晶體上部開裂的概率；采用新型保溫材料（氧化鋯纖維），可以提升溫度均

3、勻性，降低約20％的能耗。
　　2、研究C向生長大尺寸藍寶石爐單晶的自動控制，晶體直筒等徑部分的控制是自動控制系統(tǒng)的核心，晶體直筒等徑長晶主要受到溫度和微提拉速度的影響，坩堝內溫度的精確控制是重點，提出采用計算機控制技術，采用 MSP430F149單片機為控制器，由熱電偶傳感器經過A/D變換得到反饋值，與設定值進行PID運算得出控制量，從而有效的控制坩堝內的溫度。
　　3、控制系統(tǒng)主要由溫度控制單元和微提拉控制單元組成，數(shù)據

4、采集、參數(shù)設置、PID控制模塊、電路控制輸出、工藝曲線設置、與上位機串行通信等模塊是每一個單元所具有的獨立模塊。測量模塊以模擬電壓的形式將實時的藍寶石的直筒直徑傳送至單片機，進行微提拉系統(tǒng)控制；單片機通過 A/D轉換器將模擬電壓轉換成為控制系統(tǒng)可用的數(shù)字量；單片機結合實時采集的直徑和預先設定的計劃直徑，按照已編制程序的非線性增量式 PID控制算法計算出實時的控制量；以此控制輸出量通過 D/A控制電路和功率放大電路改變輸出驅動直流電機，調