藍(lán)寶石生長(zhǎng)過程中重量周期性變化的分析

王軍+孫曙光

摘 要：藍(lán)寶石晶體由于其優(yōu)異的物化性能被廣泛應(yīng)用于電子及光電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。目前生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶方法主要是泡生法。該文以江蘇能建機(jī)電實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司自主開發(fā)研制的生長(zhǎng)爐為平臺(tái)，對(duì)藍(lán)寶石生長(zhǎng)過程中重量周期性變化進(jìn)行分析，得出在抽過真空的狀況下，由于波峰管產(chǎn)生了拉力，藍(lán)寶石重量會(huì)周期性變化。通過這一分析，有助于我們?cè)谝院蟮难邪l(fā)生產(chǎn)過程中，更好控制生長(zhǎng)爐的質(zhì)量和效率，從而增加藍(lán)寶石生長(zhǎng)的可控性。

關(guān)鍵詞：藍(lán)寶石 重量 周期性變化

中圖分類號(hào)：TQ164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（c）-0047-02

藍(lán)寶石晶體具有優(yōu)異的物化性能，是微電子及光電子產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體照明、微電子、光電子、激光、精密機(jī)械和航天航空等眾多領(lǐng)域。泡生法是目前生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶的成熟方法，江蘇能建機(jī)電實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司自主開發(fā)研制的生長(zhǎng)爐廣泛用于藍(lán)寶石的生長(zhǎng)，公司累計(jì)銷售生長(zhǎng)爐上千臺(tái)，培養(yǎng)了大批的看爐操作工、引晶工。

一直以來，我們看爐操作人員都有一種感覺，經(jīng)常在某段時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)特別快，而又在某段時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)特別慢，這種現(xiàn)象在剛接完種開始生長(zhǎng)的初始階段尤其明顯，因?yàn)楸旧碇亓烤秃苄。p微的重量變化都能引起操作人員的心理反應(yīng)，甚至造成恐慌，不知所措。

某現(xiàn)場(chǎng)再次進(jìn)入成批生長(zhǎng)階段，前天順利接種兩臺(tái)，晚上操作的人員反應(yīng)11點(diǎn)以后化了，早上4點(diǎn)多開始瘋長(zhǎng)，化了的又長(zhǎng)回來了，昨天又順利接種兩臺(tái)，今天早上再次聽到反應(yīng)晚上11點(diǎn)左右開始不長(zhǎng)，重量減小，懷疑化了，然后4點(diǎn)左右又開始重新生長(zhǎng)。

以13#爐為例，下載電源和控制軟件的歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)趨勢(shì)圖，進(jìn)行分析。

先看重量曲線：如圖1所示，26號(hào)晚上7點(diǎn)到8點(diǎn)23分，重量平穩(wěn)增加，生長(zhǎng)正常。9點(diǎn)19到11：40小幅下降，12點(diǎn)開始到27號(hào)2點(diǎn)大幅下降，下降約30 g左右。2點(diǎn)40開始小幅回升，4點(diǎn)50左右開始大幅增加。

我們?cè)倏磮D2水溫變化：升溫明顯，隨著時(shí)間的變化，從26號(hào)晚上的22.3 ℃到到27號(hào)早上的24.8 ℃左右。線性良好，沒有回頭。

水溫一直在升高，主要是由于爐子開多了，同時(shí)環(huán)境溫度也有所上升，水溫自然會(huì)升高，如果是水溫的影響，寶石應(yīng)該隨著水溫往一個(gè)方向發(fā)展，現(xiàn)在是出現(xiàn)兩個(gè)截然不同的方向，所以水溫可以排除。

那么我們?cè)倏垂β首兓徒o定變化趨勢(shì)圖。

如圖3所示，整個(gè)過程中功率也一直在下降，在寶石重量下降階段沒有增大的痕跡。

同時(shí)功率變化是隨著歐陸表的給定而變化的，如圖4曲線可以看出：PV的輸出跟功率變化，基本吻合，功率隨PV的變化而變化。

觀察功率變化曲線跟重量變化曲線，幾乎不太吻合，所以影響重量變化的可能也不是功率變化，既然不是功率變化，那么電網(wǎng)的影響也可以排除。

于是懷疑重量變化很可能是一個(gè)虛值，是外界的影響造成的數(shù)據(jù)變化，旁邊有一臺(tái)14號(hào)爐，昨天升溫，今天化料，還沒有接種，于是下載14號(hào)的數(shù)據(jù)，看看重量是如何變化，如圖5所示。

我們發(fā)現(xiàn)14#爐，沒有接種，還沒有寶石生長(zhǎng)的，重量也是在變化的，而且最大變化在60 g以上，比對(duì)13#，14#的重量變化，增加、減小時(shí)間節(jié)點(diǎn)基本吻合，14#的數(shù)據(jù)變化減小時(shí)的比13#變化小，增大時(shí)，變化比13#大，這說明寶石其實(shí)是在生長(zhǎng)中，寶石的重量變化，造成它們之間變化不一致。

14#是已經(jīng)抽真空升溫的，那么只抽真空，沒有升溫的呢？恰好，有一臺(tái)12#是昨天晚上檢驗(yàn)真空的，沒有升溫。我們看看它的重量曲線，如圖6所示。不難看出，變化趨勢(shì)與14#基本一致，此時(shí)可以肯定是由于外界影響造成的寶石熔化假像。那么究竟是什么原因引起重量的變化呢，我們可以看一臺(tái)沒抽真空，也沒有加熱的爐子的重量變化，比如9號(hào)爐，其重量圍繞-18.559，上下2 g、3 g波動(dòng)，基本屬于沒有變化。

由此，我們可以知道，只要是在抽過真空的狀況下，重量都會(huì)周期性地變化，分析可能原因，他們之間的差別就是真空狀態(tài)下波峰管產(chǎn)生了拉力，可能由于大氣壓力的變化，使得波峰管受力有所變化，造成了重量的周期性變化。

那么這樣的變化對(duì)于我們的生長(zhǎng)究竟有什么樣的影響，該如何來判斷什么時(shí)候是真，什么時(shí)候是假呢？

平時(shí)有抽著真空而沒有接種的爐子，我們都可以作為參考，如果發(fā)現(xiàn)重量變化偏移正常值，我們首先看一下，參考的爐子，重量如何變化，如果變化方向一致，我們可以用我們現(xiàn)有的變化量減去參考爐的變化量，得到一個(gè)大概的真實(shí)的變化量，如果不是偏移太大，完全可以不理。

參考文獻(xiàn)

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