本申請屬于多晶硅制造領(lǐng)域，尤其涉及一種三氯氫硅還原控制方法。

背景技術(shù)：

1、多晶硅是現(xiàn)代半導(dǎo)體和光伏行業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)材料，其生產(chǎn)過程中最常用的方法是西門子法，這種方法的核心反應(yīng)涉及三氯氫硅和氫氣在高溫下的化學(xué)還原，生成高純度的多晶硅。還原爐是該反應(yīng)的主要設(shè)備之一，其中電流的調(diào)整對反應(yīng)的效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及能耗有著至關(guān)重要的影響。

2、在化學(xué)還原反應(yīng)的過程中，隨著硅在硅棒表面沉積，硅棒的電阻將發(fā)生變化，為了保持還原爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定，硅棒的電流也要做出相應(yīng)的調(diào)整。若電流過高，導(dǎo)致還原爐內(nèi)溫度過高，會(huì)加速設(shè)備的老化，增加故障風(fēng)險(xiǎn)，還可能導(dǎo)致硅沉積過快，影響沉積質(zhì)量。若電流過低，三氯氫硅和氫氣的反應(yīng)速率低，會(huì)導(dǎo)致硅的沉積速度下降，結(jié)晶不均勻。另外氫氣和三氯氫硅的進(jìn)料也是影響系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素之一。

3、傳統(tǒng)的控制方法多采用人工經(jīng)驗(yàn)，通過觀察窗觀察硅棒的生產(chǎn)情況對電流、進(jìn)料進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，或是采取控制程序按照預(yù)先設(shè)定好的電流曲線或者進(jìn)料曲線進(jìn)行控制。前者需要人工實(shí)時(shí)監(jiān)控硅棒的生長情況，存在效率低的缺點(diǎn)，而后者只能根據(jù)預(yù)設(shè)的曲線去調(diào)整，無法實(shí)時(shí)根據(jù)還原爐狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本申請通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以沉積效率作為評價(jià)指標(biāo)，在線調(diào)節(jié)溫度、氫氣、三氯氫硅進(jìn)料，最大化原料的利用率。

2、本申請的目的在于提供一種三氯氫硅還原控制方法，包括：

3、采集生產(chǎn)多晶硅過程中各參數(shù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)；

4、利用特征提取器對時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提??；

5、基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型；

6、使用訓(xùn)練好的預(yù)測模型控制多晶硅生產(chǎn)過程的溫度、氫氣進(jìn)料和三氯氫硅進(jìn)料，調(diào)節(jié)沉積效率。

7、進(jìn)一步地，各參數(shù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)包括溫度、氫氣進(jìn)料和三氯氫硅進(jìn)料的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

8、進(jìn)一步地，特征提取器包括依次連接的卷積層、遞歸層、全連接層、沉積效率預(yù)測層和輸出層，特征提取器的輸入表達(dá)式為：

9、

10、其中，t(t)為溫度的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，為氫氣進(jìn)料的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，為三氯氫硅進(jìn)料的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

11、進(jìn)一步地，卷積層的表達(dá)式為：

12、xcnn(t)＝relu(conv1d(x(t)·wcnn+bcnn))

13、其中，wcnn為卷積核，bcnn為偏置。

14、進(jìn)一步地，遞歸層的表達(dá)式為：

15、hlstm(t)＝lstm(xcnn(t))

16、進(jìn)一步地，全連接層的表達(dá)式為：

17、hfc(t)＝relu(wfc·hlstm(t)+bfc)

18、其中，wfc為全連接層的權(quán)重，bfc為全連接層的偏置。

19、進(jìn)一步地，沉積效率預(yù)測層的表達(dá)式為：

20、η(t)＝wout·hfc(t)+bout

21、其中，wout為輸出層的權(quán)重，bout為輸出層的偏置。

22、進(jìn)一步地，基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型，包括：

23、對特征提取獲得的沉積效率與時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，得到訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；

24、對訓(xùn)練集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化；

25、利用歸一化后的訓(xùn)練集的數(shù)據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練，利用驗(yàn)證集的數(shù)據(jù)進(jìn)行超參數(shù)調(diào)整。

26、進(jìn)一步地，基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型，還包括：

27、對訓(xùn)練過程中的損失函數(shù)和評估指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。

28、進(jìn)一步地，基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型之后，對預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行誤差評估，計(jì)算沉積效率的預(yù)測結(jié)果和實(shí)際值的均方誤差。

29、本申請的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

30、本申請通過對影響三氯氫硅轉(zhuǎn)化多晶硅效率的因素進(jìn)行研究，確定影響多晶硅生產(chǎn)過程的主要參數(shù)，以多晶硅的沉積效率作為三氯氫硅還原反應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建并訓(xùn)練基于溫度、氫氣和三氯氫硅進(jìn)料的時(shí)間序列數(shù)據(jù)預(yù)測預(yù)測沉積效率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整溫度、氫氣進(jìn)料參數(shù)和三氯氫硅進(jìn)料參數(shù)，快速響應(yīng)生產(chǎn)過程中的變化，減少因外部因素導(dǎo)致的生產(chǎn)波動(dòng)，提升生產(chǎn)穩(wěn)定性，確保在不同生產(chǎn)條件下始終達(dá)到最佳沉積效率。

31、本申請的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本申請而了解。本申請的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述各參數(shù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)包括溫度、氫氣進(jìn)料和三氯氫硅進(jìn)料的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述特征提取器包括依次連接的卷積層、遞歸層、全連接層、沉積效率預(yù)測層和輸出層，所述特征提取器的輸入表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述卷積層的表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述遞歸層的表達(dá)式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述全連接層的表達(dá)式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述沉積效率預(yù)測層的表達(dá)式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述的基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，所述的基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型，還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯氫硅還原控制方法，其特征在于，在基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型之后，對預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行誤差評估，計(jì)算沉積效率的預(yù)測結(jié)果和實(shí)際值的均方誤差。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于多晶硅制造領(lǐng)域，公開了一種三氯氫硅還原控制方法，包括采集生產(chǎn)多晶硅過程中各參數(shù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)；利用特征提取器對時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提??；基于提取的特征建立與訓(xùn)練預(yù)測模型；使用訓(xùn)練好的預(yù)測模型控制多晶硅生產(chǎn)過程的溫度、氫氣進(jìn)料和三氯氫硅進(jìn)料，調(diào)節(jié)沉積效率。本申請基于影響多晶硅生產(chǎn)過程的主要參數(shù)，以多晶硅的沉積效率作為三氯氫硅還原反應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建和訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整溫度、氫氣進(jìn)料參數(shù)和三氯氫硅進(jìn)料參數(shù)，快速響應(yīng)生產(chǎn)過程中的變化，減少因外部因素導(dǎo)致的生產(chǎn)波動(dòng)，提升生產(chǎn)穩(wěn)定性，確保在不同生產(chǎn)條件下始終達(dá)到最佳沉積效率。

技術(shù)研發(fā)人員：危勝,許正清,周國峰,李麟德,姜有鑫,梁艷紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司新能源分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10