一种双气源晶体生长炉自动化充气系统的制作方法

本实用新型涉及晶体生长技术领域，特别是涉及一种双气源晶体生长炉自动化充气系统。

背景技术：

直拉单晶制造法（czochralski，cz法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去控制。拉晶开始，先引出一定长度，直径为3～5mm的细颈，以消除结晶位错，这个过程叫做引晶。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。

在晶体生长过程中，不同的晶体的生长需要不同的保护性气体供应。为了得到完整性好的晶体，需要控制扩散速度和加惰性气体保护。因此在cz法晶体生长过程中需要根据晶体生长炉中的气体成分对惰性气体进行补充和切换，但现有的气体补充操作主要还是依赖人工进行，晶体生长的充气过程是靠人工观察真空压力表来开启和关闭充气阀门，自动化程度较低，充气量和压力都会有较大的偏差，晶体一致性不够好，对晶体生长会有较大的影响，并且人工作业效率低下。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种双气源晶体生长炉自动化充气系统，能够克服现有技术的不足，提高晶体生长炉充气的自动化程度，实现不同惰性气体和第二气体的自动切换，降低对不同晶体生长的影响，提高晶体生长的一致性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双气源晶体生长炉自动化充气系统，包括晶体生长炉，它还包括第一气源支路、第二气源支路、电磁换向阀、换气支路以及处理器，其中，第一气源支路的一端和第一气源口连通，第一气源支路的另一端和第一电磁换向阀的第一气控口相连，第二气源支路的一端和第二气源口连通，第二气源支路的另一端和电磁换向阀的第二气控口相连，电磁换向阀的出气口通过换气支路与晶体生长炉连通，换气支路上设置有电动截止阀；作为优选的，所述的惰性气体为氩气，晶体生长氩气流量一般推荐用30slpm，压力>4.5kg/cm²。电动截止阀为常闭阀。

所述的晶体生长炉上设置有气体压力传感器，气体压力传感器的信号输出端与处理器实现通讯，处理器的执行信号输出端分别与电磁换向阀以及电动截止阀的继电器电联；

电磁换向阀和电动截止阀同时动作实现第一气源支路与第一单向气路的通断以及第二气源支路与第二单向气路的通断，当第一气源支路与第一单向气路为通路状态时，第二气源支路与第二单向气路为断路状态，当第一气源支路与第一单向气路为断路状态时，第二气源支路与第二单向气路为通路。

所述的第一气源口为氩气气源口，第二气源口为氮气气源口。

所述晶体生长炉的上设置有用于检测惰性气体浓度的第一气体浓度检测仪和用于检测第二气体的第二气体浓度检测仪，第一气体浓度检测仪和第二气体浓度检测仪的信号传输端与处理器通讯，其通讯方式与气体压力传感器通与处理器通讯方式一致。通过第一气体浓度检测仪和第二气体浓度检测仪的辅助显示，可以实时的反应出晶体生长炉内的气体浓度。作为优选的，所述的第一气体浓度检测仪和第二气体浓度检测仪为带液显的检测仪，比如gt200模块化智能型气体报警器，是一种固定式可连续检测作业环境中气体浓度仪器，具有极好的灵敏度和出色的重复性；适宜工厂应用的led数码显示器实时显示泄漏气体的浓度值，该型号采用标准三线制4-20ma电流信号输出，兼容现有报警控制单元或dcs（分散控制系统），可直接将气体浓度信号传输给处理器。

所述的换气支路上设置有单向阀。

所述的电磁换向阀为两位三通电磁阀。

所述的电动截止阀的两侧还并联连接有手动截止阀。

所述的包括晶体生长炉还设置有排气支路，排气支路上设置有排气阀a。

所述的第一气源支路和第二气源支路上均依次设置有气体过滤器、流量计、减压阀以及排气阀b，气体过滤器可以有效过滤第一气源口和第二气源口中的气体杂质，有效地提供用于晶体生长的气体纯度，当第一气源支路和第二气源支路中气体压力过大时可以进行减压和排气的操作，进一步提供整个充气系统的安全性能。

所述的排气阀b上设置有消音器，在气源支路上的气体流量过大需要排气时进行消音处理，避免因排气带来工作环境的噪声污染。

所述的气体压力传感器的信号输出端通过无线/有线的方式与处理器实现通讯，根据现场的实际情况，操作者可以通过有线信号传输和无线信号传送的方式进行。

所述的气体压力传感器通过zigbee、wi-fi或bluetooth的无线通讯方式与处理器通讯。

本实用新型的有益效果是：根据晶体生长炉内的气体压力，通过电磁换向阀和电动截止阀同时动作实现第一气源支路与第一单向气路的通断以及第二气源支路与第二单向气路的通断，提高了晶体生长炉充气的自动化程度，实现不同气源之间的自动切换，降低了对不同晶体生长的影响，提高了晶体生长的一致性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型处理器的通讯连接示意图；

图3为本实用新型气源切换时的结构示意图；

图中，1-晶体生长炉，2-第一气源支路，3-第二气源支路，4-电磁换向阀，5-换气支路，6-第二气体浓度检测仪，7-第一气源口，8-第二气源口，9-处理器，10-电动截止阀，11-手动截止阀，12-排气阀a，13-气体压力传感器，14-气体过滤器，15-流量计，16-减压阀，17-排气阀b，18-消音器，19-第一气体浓度检测仪。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图2所示，一种双气源晶体生长炉自动化充气系统，包括晶体生长炉1，它还包括第一气源支路2、第二气源支路3、电磁换向阀4、换气支路5以及处理器9，其中，第一气源支路2的一端和第一气源口7连通，第一气源支路2的另一端和第一电磁换向阀4的第一气控口相连，第二气源支路3的一端和第二气源口8连通，第二气源支路3的另一端和电磁换向阀4的第二气控口相连，电磁换向阀4的出气口通过换气支路5与晶体生长炉1连通，换气支路5上设置有电动截止阀10；电动截止阀10为常闭阀。

所述的晶体生长炉1上设置有气体压力传感器13，气体压力传感器13的信号输出端与处理器9实现通讯，处理器9的执行信号输出端分别与电磁换向阀4以及电动截止阀10的继电器电联；

电磁换向阀4和电动截止阀10同时动作实现第一气源支路2与第一单向气路的通断以及第二气源支路3与第二单向气路的通断，当第一气源支路2与第一单向气路为通路状态时，第二气源支路3与第二单向气路为断路状态，当第一气源支路2与第一单向气路为断路状态时，第二气源支路3与第二单向气路为通路。

所述晶体生长炉1的顶部设置有用于检测惰性气体浓度的第一气体浓度检测仪19，晶体生长炉1的中下部设置有用于检测第二气体的第二气体浓度检测仪6，第一气体浓度检测仪19和第二气体浓度检测仪6的信号传输端与处理器9通讯。

所述的第一气源口7为氩气气源口，第二气源口8为氮气气源口。

所述的换气支路5上设置有单向阀。

所述的电磁换向阀4为两位三通电磁阀。

所述的电动截止阀10的两侧还并联连接有手动截止阀11，必要的时候可以进行手动操作。

所述的包括晶体生长炉1还设置有排气支路，排气支路上设置有排气阀a12。

所述的第一气源支路2和第二气源支路3上均依次设置有气体过滤器14、流量计15、减压阀16以及排气阀b17。

所述的排气阀b17上设置有消音器18。

所述的气体压力传感器13的信号输出端通过无线/有线的方式与处理器9实现通讯。

所述的气体压力传感器13通过zigbee、wi-fi或bluetooth的无线通讯方式与处理器9通讯。

通过在处理器9中设置需要更换气体的气体压力值（工作压力值）和极限压力值，该压力值根据不同气体的要求设置不同的压力值，同时处理器9结合第一气体浓度检测仪19和第二气体浓度检测仪6的参数进行判断，由于气体之间密度有差别，它们的压力值之间存在差异，采集晶体生长炉1中实际的气体压力，处理器9发动动作执行信号，电磁换向阀4和电动截止阀10的继电器同时通电，进行动作。比如需要进行气体切换的两种气源为氮气和氩气时，氮气的密度为1.25g/l，氩气的密度为1.7841g/l，需要从氮气更换至氩气时，当实际的气体压力低于最小压力值时，同时结合气体浓度检测仪的检测，若检测的密度为氮气时，进行换气操作，如图3所示，电磁换向阀4的继电器km2和电动截止阀10的继电器km1同时通电，电动截止阀10导通，同时电磁换向阀4进行换向，接通连接氩气的第一气源支路2，若检测的密度为其他气体时，电动截止阀10关闭，不进行换气操作。反之，需要从氩气更换至氮气时，当实际的气体压力大于最小压力值时，若检测的密度为氮气时，进行换气操作，电磁换向阀4和电动截止阀10的继电器同时通电，电动截止阀10导通，同时电磁换向阀4进行换向，接通连接氮气的第二气源支路3。如果超过极限压力值时，开启排气支路，进行减压处理。作为优选的，当超过极限压力值时，处理器9触发对应的报警装置进行警醒，排气支路的开启或者关闭既可手动，也可根据处理器的动作执行信号进行动作。处理器9主要是根据气体压力和浓度信号进行判断，然后进行对应的执行动作，为本领域技术人员采用的常规信号处理器皆可完成，在此不作详述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。