一种多晶硅还原炉自动控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109542003A(43)申请公布日2019.03.29(21)申请号201811406529.8(22)申请日2018.11.23(71)申请人内蒙古神舟硅业有限责任公司地址010070内蒙古自治区呼和浩特市赛罕区阿木尔南街88号(72)发明人姜海明吴锋杨媛丽曹忠陈晓军(51)Int.Cl.G05B19/042(2006.01)C01B33/035(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称一种多晶硅还原炉自动控制方法(57)摘要本发明公开了一种多晶硅还原炉自动控制方法，通过测温装置和摄像装置采集硅棒温度和还原炉内硅棒生长图像，并上传至工业计算机进行数据记录、图像分析和逻辑运算，获得每一时间段的还原炉电流、还原炉进料量和还原炉配比，进而控制还原炉执行机构动作，实现每一时间段还原炉温度、还原炉进料量和还原炉配比的自动控制。优点在于：本发明可将还原炉控制在最优的运行状态，减少了硅棒发生裂纹或倒棒的现象，提升了多晶硅表观质量，降低了对现场人员的经验要求，减少了操作人员工作量，降低了还原炉运行电耗，节省了原料气。CN109542003ACN109542003A权利要求书1/3页1.一种多晶硅还原炉自动控制方法，其特征在于，通过测温装置和摄像装置采集硅棒温度和还原炉内硅棒的生长图像，并上传至工业计算机进行数据记录、图像分析和逻辑运算，获得每一时间段的还原炉电流、还原炉进料量和还原炉配比，进而控制还原炉执行机构动作，实现每一时间段还原炉温度、还原炉进料量和还原炉配比的自动控制。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉自动控制方法，其特征在于，所述还原炉温度自动控制步骤，具体为：(1)还原炉初始进料后，开始记录硅棒温度，初始第一小时，初始电流按A1平均进行升温，同时每间隔相同时间记录一次硅棒温度；(2)将上一小时内记录的硅棒温度、时间数据连接成曲线，按线性方式对曲线进行方程回归，并得出时间-硅棒温度趋势函数y＝mx+n；(3)下一小时电流理论值为Ai+1，式(1)中Ai为上一小时运行电流，n为上一小时得到的时间-硅棒温度线性拟合函数的斜率；为避免还原炉倒棒，还原炉内每小时运行电流的增加量不超过25A，即当Ai+1-Ai≥25A时，下一小时的运行电流为Ai+1＝(Ai+25)A；此外，还原炉每小时电流增加量的变化值，即|(Ai+1-Ai)-(Ai-Ai-1)|不应超过3A，当(Ai+1-Ai)-(Ai-Ai-1)≥3A时，则下一小时运行电流为Ai+1＝(2Ai+3-Ai-1)A；当(Ai+1-Ai)-(Ai-Ai-1)≤-3A时，下一小时运行电流为Ai+1＝(2Ai-3-Ai-1)A；当-3A<(Ai+1-Ai)-(Ai-Ai-1)<3A时，下一小时运行电流设定为Ai+1。3.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉自动控制方法，其特征在于，所述还原炉进料量自动控制步骤，具体为：(1)按常规方法确定还原炉初始进料量为Q1，初始硅棒棒径为D1＝8，初始硅棒温度为T1；(2)下一小时还原炉进料量理论值为Qi+1，-1-1式(2)中，R为气体常数，其值为8.314J·molK，上一小时沉积结束时硅棒直径为Di；上一小时沉积结束时硅棒温度为Ti，E为活化能，其为常数；受设备条件限制，还原炉存在一最大进料量Qmax，当Qi+1＞Qmax时，则下一小时还原炉按Qmax进料；同时，过快的提料量易造成硅棒的倒棒，因此，当Qi+M＜Qi+1＜Qmax时，Qi为上一小时还原炉进料量，则下一小时还原炉按Qi+M进料；当Qi+1＜Qi+M时，则下一小时还原炉按Qi+1进料。4.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉自动控制方法，其特征在于，所述还原炉配比自动控制步骤，具体为：(1)选择1h作为硅棒沉积速率的度量单位，理想的沉积速率为H参照，式(3)中，A为指前因子；E为活化能，其为常数；R为气体常数，其值为8.314J·mol-1K-1；B是将化学反应速率常数转化成沉积厚度的比例常数；W为将还原沉积速率转化为理想还原沉积速率的比例常数，即为平衡最佳表观及生产成本的还原沉积速率的比例常数；2CN109542003A权利要求书2/3页式(3)中包含A、B、W为未知的比例常数；E和R为已知的比例常数；a、b为最优还原沉积过程中，硅棒温度随时间变化的线性拟合直线的斜率b及截距a；(2)选取三组最优沉积过程中测得的沉积速率和对应该沉积速率的沉积时间，以及在该沉积过程中，测得的硅棒温度随时间变化的线性拟合直线的斜率b及截距a；将三组数值分别带入式(3)中，得到关于A、B、W的方程组，解方程组即可得到最优还原沉积过程中对应的A、B、W的数值；将解得的A、B、W值，以及斜率b、截距a、