激光晶体生长自动直径控制（ADC）技术研究

摘要

本课题的主要研究对象是激光晶体生长设备中的核心技术—自动直径控制(ADC)技术。自动直径控制技术是Czochralski法(简称：Cz法)晶体生长设备的一项关键技术，随着晶体生长向优质大尺寸方向发展以及坩埚内投料量的加大，对晶体直径测量和精度控制的要求也愈来愈高，研究开发技术先进、精度高、性能稳定可靠的自动直径控制(ADC)系统，对于大幅提升国产晶体生长设备的自动化程度和产品质量是非常必要的。 本课题依据激光晶体生长的工艺要求，在多年研究工作的基础上开发了一种性能先进的上称重法自动直径控制系统。分析了上称重法自动直径控制技术的工作原理，从理论上给出了控制模型，在此基础上，研究了实现上称重法自动直径控制的机械结构、真空密封、电气控制、系统标定等关键技术，实现了晶体瞬时生长速率精确而平稳的自动控制，成功生长出φ2-3英寸Nd：YAG晶体及LiNbO3晶体，解决了激光晶体生长中自动直径控制的难题。通过对该系统的静态试验及用户的实际生产状况来看，该上称重法自动直径控制系统能够大大减少晶体在直径方向上的波动，提高了晶体的内在品质及晶体生长设备的自动化水平，减少了人为因素对晶体生长的影响，降低了从事晶体生长人员的劳动强度，对晶体生长实现规模化、产业化具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

独创性申明及保护知识产权申明

1绪论

1.1激光晶体材料的发展及应用

1.2激光晶体材料的制备方法

1.3自动直径控制技术及课题研究的意义

1.3.1自动直径控制技术

1.3.2本课题的主要研究内容及意义

2上称重法自动直径控制原理

2.1几种称重法自动直径控制方法的比较

2.1.1下电子秤，俗称婴儿秤

2.1.2浮秤

2.1.3上称重

2.2上称重法自动直径控制技术

2.2.1引言

2.2.2上称重法自动等径控制理论

2.3小结

3上称重法自动直径控制系统机械设计

3.1激光晶体生长工艺特点

3.2自动直径控制系统对上称重机械结构的要求

3.3上称重系统机械结构方案设计

3.3.1机械结构方案设计

3.3.2悬臂梁式上称重系统机械结构设计

3.4关键件的选型设计

3.4.1系统组成及称重传感器的选择

3.4.2晶转电机选型设计

3.5小结

4控制系统设计

4.1上称重自动控制原理设计

4.1.1控制原理

4.1.2晶体生长速率自动控制调节系统

4.1.3自适应智能PID算法

4.1.4仿人模糊控制算法

4.2控制系统组成及功能

4.2.1系统组成

4.2.2主要功能

4.3直径控制器

4.3.1直径控制器原理

4.3.2直径控制器参数设置

4.4小结

5新开发的上称重法自动直径控制系统的应用

5.1提拉法生长优质晶体必须满足的条件

5.2 TDL-J60S单晶炉主要技术指标及参数

5.3设备机械部分总述

5.3.1提拉系统及坩埚升降系统

5.3.2真空及充气系统

5.3.3上称重头的安装

5.4设备电气控制系统简述

5.4.1温度控制系统

5.4.2速度控制系统

5.5使用效果

5.5.1系统标定

5.5.2闭环控制，系统使用效果

5.6影响上称重法自动直径控制的因素及其解决措施

6结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间从事实践工作和主要成果