晶體生長方法、系統(tǒng)及固液轉(zhuǎn)換時點確定方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地說，涉及一種晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法及裝置，本發(fā)明還涉及一種包括該裝置的晶體生長系統(tǒng)，及采用上述確定方法的晶體生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自下而上方向生長晶體(例如藍寶石)的方法有多種，例如熱交換法、坩堝下降法、溫梯法等。其中，熱交換法以其自動化程度高、熱場穩(wěn)定、壽命長、對人工依賴較低等優(yōu)勢成為晶體生長的主要方法。
[0003]請參考附圖1，圖1是一種典型采用熱交換法進行晶體生長的晶體生長系統(tǒng)示意圖。圖1所示的晶體生長系統(tǒng)包括爐體1、上保溫層2、發(fā)熱體3、側(cè)保溫層4、下保溫層5、熱交換套管6、坩堝7、觀察通孔8和觀察窗9。其中，上保溫層2、下保溫層5和側(cè)保溫層4形成用于容納坩堝7的加熱腔。發(fā)熱體3設(shè)置在加熱腔中，且位于側(cè)保溫層4的內(nèi)壁和坩堝7的側(cè)壁之間，用于對坩堝7加熱。熱交換套管6自所述爐體1的底部依次穿過爐體1和下保溫層5直抵坩堝7的底部，熱交換套管6由相互套設(shè)的兩個管道組成以形成熱交換通道。其中，熱交換通道包括進氣通道61、出氣通道62以及連通兩者的熱交換腔(圖1中與坩堝7接觸的空間)。冷卻氣體(例如氦氣)通過進氣通道61進入到熱交換腔后與坩堝7底部換熱，然后從出氣通道62排出。上述晶體生長系統(tǒng)通過冷卻氣體的冷卻作用帶走晶體生長所釋放出來的潛熱，從而促進晶體的不停生長，直至長晶完成。在晶體生長的過程中，操作人員可以通過位于爐體1頂部的觀察窗9和上保溫層2上的觀察通孔8觀察坩堝7內(nèi)的晶體生長情況。
[0004]在高溫晶體生長的過程中，由于溫度高，常規(guī)熱電偶精確測溫很困難，通常采用紅外高溫計測試爐內(nèi)溫度。但是由于不同爐臺和不同爐次之間紅外高溫計的聚焦點不同，透紅外窗口的厚度和表面清潔度不同，以及紅外的個體差異等多方面的原因，導(dǎo)致不同爐臺和不同爐次之間紅外高溫計測溫的絕對準(zhǔn)確性和重復(fù)性較差，有時溫度偏離會達到十?dāng)?shù)度乃至數(shù)十度，這對晶體生長有非常大的影響.以此時點對應(yīng)的紅外高溫計所對應(yīng)的溫度作為作為溫度基準(zhǔn)點。坩堝內(nèi)原料開始熔化時對應(yīng)的溫度基本等于熔點溫度，以此固液轉(zhuǎn)換點對應(yīng)的紅外溫度作為溫度基準(zhǔn)點，然后在溫度基準(zhǔn)點上再追加相對固定的籽晶熔化補償溫度，以提高熔體溫度，進而能夠精確地控制籽晶熔化到合適的大小，最終保證合適的晶體生長溫度和晶體生長的穩(wěn)定性。準(zhǔn)確地判斷坩堝內(nèi)液體表面何時開始結(jié)晶對于提高晶體生長質(zhì)量和確定晶體生長周期非常重要。在晶體還沒生長完成時就進入退火階段會導(dǎo)致晶體缺陷或破裂，嚴(yán)重影響晶體的利用率。在晶體完成之后很久再進入退火階段也會由于冷卻氣體仍然在冷卻而導(dǎo)致冷卻氣體的浪費?？梢?，準(zhǔn)確地檢測熔化時點(即開始熔化的時間點)和凝固時點(即開始結(jié)晶的時間點)對晶體生長的后續(xù)工藝具有指導(dǎo)意義。
[0005]目前，工作人員通過觀察窗9觀察坩堝7內(nèi)物料的情況來確定固液轉(zhuǎn)換時點(即熔化時點和凝固時點)，即需要專業(yè)人員由爐頂?shù)挠^察窗9觀察坩堝7內(nèi)的物料變化情況來人為確定。上述方式存在以下缺陷:第一，對坩堝7內(nèi)的物料變化情況的判斷受限于經(jīng)驗，最終導(dǎo)致固液轉(zhuǎn)換時點判斷精度不同，導(dǎo)致晶體的一致性和穩(wěn)定性較差；第二，需要專業(yè)人員頻繁地爬到爐體1的頂部觀察，頻繁爬到爐體上進行觀察容易導(dǎo)致熔體晃動，進而擾動晶體生長界面，最終影響晶體生長質(zhì)量，而且效率低下。同時上述方式很容易錯過固液轉(zhuǎn)換時點，最終導(dǎo)致觀察失敗。第三，由于需要人工觀察確認，導(dǎo)致整個生長過程無法實現(xiàn)完全的自動化生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法，以解決【背景技術(shù)】中通過人為觀察來確定固液轉(zhuǎn)換時點所存在的確定精度受限于經(jīng)驗、導(dǎo)致熔體晃動以及易觀察失敗的問題，并可以實現(xiàn)晶體生長的全自動化。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法,包括以下步驟:
[0009]11)實時獲取坩堝內(nèi)物料圖像；
[0010]12)確定相鄰的兩張所述物料圖像相對應(yīng)的邊界形狀特征；
[0011]13)計算相鄰兩張所述物料圖像邊界形狀特征的面積，分別為第一特征面積和第二特征面積；
[0012]14)判斷所述第一特征面積和所述第二特征面積差值的絕對值是否大于設(shè)定值；
[0013]15)在所述差值的絕對值大于設(shè)定值時，取相鄰的兩張所述物料圖像中較晚拍攝的一張所述物料圖像所對應(yīng)的拍攝時點作為所述固液轉(zhuǎn)換時點。
[0014]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法中，步驟12)包括:
[0015]21)檢測所述物料圖像每個像素的灰度值；
[0016]22)選擇所述灰度值大于預(yù)設(shè)灰度值的像素點，以形成所述邊界形狀特征。
[0017]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法中，步驟12)包括:
[0018]31)檢測所述物料圖像每個像素的灰度值；
[0019]32)計算所有相鄰兩個像素的灰度值之差；
[0020]33)取所述灰度值之差的絕對值大于預(yù)設(shè)灰度值差中灰度值較大的像素點，作為邊界像素點；
[0021]34)以所有所述邊界像素點構(gòu)成的區(qū)域作為所述邊界形狀特征。
[0022]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法中，步驟11)和步驟12)之間還包括:
[0023]對所述物料圖像實施降噪處理和/或平滑處理。
[0024]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法中，步驟15)之后還包括:
[0025]檢測所述固液轉(zhuǎn)換時點對應(yīng)的爐內(nèi)溫度。
[0026]晶體生長方法,米用上述任意一項所述的晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法確定固液轉(zhuǎn)換時點。
[0027]晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定裝置，用于晶體生長系統(tǒng)，包括:
[0028]圖像獲取單元，用于實時獲取所述晶體生長系統(tǒng)的坩堝內(nèi)物料圖像；
[0029]確定單元，用于確定相鄰的兩張所述物料圖像相對應(yīng)的邊界形狀特征；
[0030]第一計算單元，用于計算相鄰兩張所述物料圖像邊界形狀特征的面積，相鄰兩張所述物料圖像邊界形狀特征的面積分別為第一特征面積和第二特征面積；
[0031]判斷單元，用于判斷所述第一特征面積和所述第二特征面積差值的絕對值是否大于設(shè)定值；
[0032]取值單元，用于在所述差值的絕對值大于設(shè)定值時，取相鄰兩張所述物料圖像中較晚拍攝的一張所述物料圖像所對應(yīng)的拍攝時點作為所述固液轉(zhuǎn)換時點。
[0033]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定裝置中，所述確定單元包括:
[0034]檢測單元，用于檢測所述物料圖像每個像素的灰度值；
[0035]構(gòu)建單元，選擇所述灰度值大于預(yù)設(shè)灰度值的像素點，以形成所述邊界形狀特征。
[0036]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定裝置中，所述確定單元包括:
[0037]檢測單元，用于檢測所述物料圖像每個像素的灰度值；
[0038]第二計算單元，用于計算所有相鄰兩個像素的灰度值之差；
[0039]選擇單元，選擇所述灰度值之差的絕對值大于預(yù)設(shè)灰度值差中灰度值較大的像素點，作為邊界像素點；
[0040]構(gòu)建單元，以所有所述邊界像素點構(gòu)成的區(qū)域作為所述邊界形狀特征。
[0041]優(yōu)選的，上述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定裝置中，所述晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定裝置還包括:
[0042]相對于所述圖像獲取單元的鏡頭固定，且用于調(diào)節(jié)進入到所述鏡頭中光線能量的濾光片。
[0043]本發(fā)明還提供一種晶體生長系統(tǒng)，所述晶體生長系統(tǒng)具有上述任意一項所述的晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定裝置。
[0044]本發(fā)明提供的晶體生長固液轉(zhuǎn)換時點確定方法中，通過實時獲取坩堝內(nèi)物料圖像，然后確定相鄰兩張物料圖像相對應(yīng)的邊界形狀特征，在第一特征面積和第二特征面積差值的的絕對值大于設(shè)定值時取較晚拍攝的一張物料圖像所對應(yīng)的拍攝時點作為固液轉(zhuǎn)換時點。本發(fā)明實提供的固液轉(zhuǎn)換時點確定方法采用實時獲取物料圖像，然后對物料圖像進行分析來確定固液轉(zhuǎn)換時點。相比于【背景技術(shù)】而言，本發(fā)明提供的方案能夠避免人為的參與，進而能夠避免坩堝內(nèi)物料變化的判斷受限于人為經(jīng)驗，能夠保證判斷精度一致，也能夠避免人工爬到爐臺上進行觀察容易導(dǎo)致熔體晃動，進而擾動晶體生長界面的情況發(fā)生，最終能夠提高晶體生長的質(zhì)量以及獲取固液轉(zhuǎn)換時點的效率。而且，上述方案實時獲取圖像，能夠解決工作人員間隔觀察所存在的觀察易失敗的問題?！颈尘凹夹g(shù)】中需要人工確認的固液轉(zhuǎn)換時點，本方案可以自動確認，進而能夠?qū)崿F(xiàn)晶體的全自動化生長。
【附圖說明】
[0045]為了