基于高階奇異值分解的硅料熔化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】基于高階奇異值分解的硅料溶化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法，先采用CCD照相機(jī)對(duì)硅料熔化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像序列采集；用當(dāng)前時(shí)刻之前的若干二維圖像序列構(gòu)成三維張量（tensor），對(duì)該張量進(jìn)行高階奇異值分解（HOSVD）得到用于表征之前熔化狀態(tài)的基圖像（Base?Images）；然后，對(duì)當(dāng)前硅料熔化所采集的圖像與包含主要信息的基圖像進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，依據(jù)相關(guān)性的大小判定硅料溶化狀態(tài)是否改變。本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法既能在初、中期硅料熔化狀態(tài)背景較復(fù)雜的情況下檢測(cè)出硅料的狀態(tài)變化，又能在熔化后期很好區(qū)別硅料熔化狀態(tài)的變化與熔液運(yùn)動(dòng)的噪聲，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硅料熔化進(jìn)程的準(zhǔn)確、有效監(jiān)測(cè)。
【專利說明】基于高階奇異值分解的硅料熔化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體生長(zhǎng)硅料熔化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于高階奇異值分解的晶體生長(zhǎng)硅料熔化進(jìn)程的監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅料熔化控制是晶體生長(zhǎng)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)硅料完全熔化并且熔液溫度穩(wěn)定時(shí)，晶體生長(zhǎng)過程才能開始進(jìn)行。在該過程中，將硅料放置在石英坩堝中，用坩堝外圍的高純度石墨加熱器加熱坩堝。在實(shí)際運(yùn)行過程中，要依據(jù)硅料的熔化狀態(tài)提高、降低加熱功率，旋轉(zhuǎn)、升高坩堝，保證整個(gè)過程的安全、高效。硅料熔化的過程中吸收潛熱，而硅料完全熔化后，不再吸收潛熱，多余的熱量使?fàn)t內(nèi)溫度迅速上升，這會(huì)使流體流動(dòng)加劇，加速對(duì)石英坩堝壁的沖刷，腐蝕坩堝壁，從而使熔體中氧含量升高，降低產(chǎn)品質(zhì)量。熔體溫度過高還將導(dǎo)致熔硅汽化，對(duì)爐體造成很大的傷害，而且還會(huì)破壞石英坩堝表面的鍍層。溫度過低，將不會(huì)出現(xiàn)彎月面光環(huán)，甚至長(zhǎng)出多晶。因此，硅料熔化進(jìn)程的監(jiān)測(cè)在單晶硅產(chǎn)業(yè)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]對(duì)于硅料熔化進(jìn)程的監(jiān)測(cè)，先進(jìn)、可靠的方法是非常重要的，它關(guān)系到硅料熔化能否安全有效地進(jìn)行。監(jiān)測(cè)問題可以轉(zhuǎn)化為:硅料從固態(tài)到液態(tài)形態(tài)變化的檢測(cè)問題。常用的檢測(cè)方法可以分為3類:第I類，基于圖像像素值的方法，通過比較硅料熔化過程中前后不同時(shí)刻的圖像對(duì)應(yīng)位置的像素值差異，當(dāng)前后的差異大于某一閾值時(shí)，判定硅料熔化狀態(tài)發(fā)生變化；第2類，采用硅料熔化的圖像直方圖信息進(jìn)行狀態(tài)變化的檢測(cè)；第3類，首先計(jì)算硅料熔化圖像的邊緣特征，然后進(jìn)行狀態(tài)變化的檢測(cè)。由于在硅料熔化的過程中，溶液自身會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的亮光；同時(shí)，由于受到氬氣充氣、堝轉(zhuǎn)、堝生等影響，熔液表面存在一定程度的波動(dòng)，因此圖像像素值的比較并不能有效表征硅料熔化的進(jìn)程狀態(tài)。而且，熔化的過程中，硅料有多種形態(tài)，加之亮光的照射和熔液對(duì)光線的反射使得圖像內(nèi)容十分復(fù)雜，硅料溶化狀態(tài)圖像的邊緣表征的信息并不準(zhǔn)確。圖像直方圖對(duì)于小幅的熔液運(yùn)動(dòng)有較好的抑制作用，但并不能很好分辨硅料熔化狀態(tài)的變化與熔液在氣流、運(yùn)動(dòng)等造成的運(yùn)動(dòng)噪聲，特別是在硅料熔化過程的后期。因此，針對(duì)硅料熔化的圖像特點(diǎn)，進(jìn)一步探索可靠、準(zhǔn)確的硅料熔化狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于高階奇異值分解的硅料溶化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不能準(zhǔn)確、有效監(jiān)測(cè)硅料熔化的進(jìn)程的問題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于高階奇異值分解的硅料溶化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法，先采用CCD照相機(jī)對(duì)硅料熔化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像序列采集；用當(dāng)前時(shí)刻之前的若干二維圖像序列構(gòu)成三維張量(tensor)，對(duì)該張量進(jìn)行高階奇異值分解(HOSVD)得到用于表征之前熔化狀態(tài)的基圖像(Base Images);然后，對(duì)當(dāng)前硅料熔化所采集的圖像與包含主要信息的基圖像進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，依據(jù)相關(guān)性的大小判定硅料溶化狀態(tài)是否改變。[0006]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0007]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0008]步驟1，CCD照相機(jī)采集并存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)刻硅料熔化狀態(tài)的圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的裁剪和兩度變換等預(yù)處理，得到用于檢測(cè)硅料熔化狀態(tài)的圖像數(shù)據(jù)；
[0009]步驟2，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻圖像數(shù)據(jù)Pt與之前相鄰時(shí)刻圖像{Ρη,Ρμ，…，Pt-J的差異d(Pt，Pj);當(dāng)差異大于預(yù)先設(shè)定的閾值(S1，…，5J時(shí)，將對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)選取用于表征之前硅料熔化狀態(tài)；
[0010]步驟3，將張量At從模-3方向展開為大小MX (N.k)的矩陣A3,然后對(duì)矩陣A3進(jìn)行奇異值分解，A3 = W.Σ.Ut ;左特征向量矩陣W即為張量At模-3方向的特征向量矩陣；如下式所示，
[0011]
【權(quán)利要求】
1.基于高階奇異值分解的硅料溶化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，先采用CCD照相機(jī)對(duì)硅料熔化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像序列采集；用當(dāng)前時(shí)刻之前的若干二維圖像序列構(gòu)成三維張量，對(duì)該張量進(jìn)行高階奇異值分解得到用于表征之前熔化狀態(tài)的基圖像；然后，對(duì)當(dāng)前硅料熔化所采集的圖像與包含主要信息的基圖像進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，依據(jù)相關(guān)性的大小判定硅料溶化狀態(tài)是否改變。
2.如權(quán)利要求1所述的基于高階奇異值分解的硅料溶化進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1:CCD照相機(jī)采集并存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)刻硅料熔化狀態(tài)的圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的裁剪和兩度變換等預(yù)處理，得到用于檢測(cè)硅料熔化狀態(tài)的圖像數(shù)據(jù)； 步驟2:計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻圖像數(shù)據(jù)Pt與之前相鄰時(shí)刻圖像{Ρη,Ρμ，…，PtJ的差異d(Pt，Pj);當(dāng)差異大于預(yù)先設(shè)定的閾值(S1，…，5J時(shí)，將對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)選取用于表征之前硅料熔化狀態(tài)； 步驟3:將張量At從模-3方向展開為大小MX (N -k)的矩陣A3,然后對(duì)矩陣A3進(jìn)行奇異值分解，A3 = W-X-Ut ;左特征向量矩陣W即為張量At模-3方向的特征向量矩陣；如下式所示，
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103489184SQ201310413096
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】梁軍利, 范自強(qiáng), 劉丁, 張妙花, 柯婷, 于國(guó)陽 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)