单晶炉液位检测的研究

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1、摘要论文题目：单晶炉液位检测研究学科专业：检测技术与自动化装置研究生：侯晓宁指导教师：李琦教授签名：侯硗宁直拉法单晶炉是生产硅单晶的关键技术装备，在拉晶过程中，随着晶体生长的进行，坩埚内熔硅液位下降，为了保证较高拉晶质量而必须将熔硅液位控制在恒定位置，因此需要对单晶炉熔硅液位进行高精确度检测以便及时将熔硅液面调整到要求的位置。单晶炉液面测距精度要求比较高：目标值-4-0．2mm(建议为目标值4-0．1mm)，而单晶炉室特殊的高温密闭氩气环境以及熔硅液面存在的波动现象加大了单晶炉熔硅液面位置高精度检测的难度。本文主要研究基于线阵CCD的单晶炉激光三角液位检测方法，主要内容如

2、下：首先，研究设计了基于线阵CCD的单晶炉激光三角液位检测系统的总体结构方案。，其次，由于直拉单晶炉设备特殊的结构及拉晶工艺要求，使得系统的液位检测分辨率较低，进而限制了液位检测精度的提高，针对此问题，本文研究提出了一种能够提高激光三角液位检测系统液位检测分辨率的曲面镜线性放大光路设计方法及其相应的线性放大曲面镜光路的数值计算方法，并通过MATLAB仿真实验验证了该光路设计方法的有效性，实验结果表明，这种曲面镜线性放大光路能够将液面的微小位移变化线性放大为光电检测器上的光点位移变化，有效提高系统的液位检测分辨率；通过仿真实验对在激光三角液位检测系统基本参数取值一定的情况下

3、，曲面镜线性放大光路系统各种可变参数的取值变化对液位检测误差大小的影响进行了深入的分析研究，实验结果表明，光路系统各种可变参数取值的不同直接影响到液位检测误差的大小，可以通过选取合适及最优的可变参数取值使曲面镜线性放大光路具有较好的线性放大功能，从而保证单晶炉激光三角液位检测系统具有较高的液位检测精度。最后，针对拉晶过程中单晶炉熔硅液面存在的波动现象严重影响液位检测精度提高的问题，本文提出将自适应噪声抵消(ANC)方法用于抑制消除单晶炉熔硅液位波动干扰噪声，并深入研究了采用数字高通滤波器(DHPF)获取ANC系统参考信号的方法，提出了基于DHPF的液位波动干扰噪声ANC方

4、法来抑制消除液位波动干扰噪声提取真实的液位检测信号；在MATLAB环境下研究设计了Butterworth数字高通IIR滤波器，进行了基于Butterworth数字高通IIR滤波器的液位波动干扰噪声ANC系统的仿真实验，实验结果表明，提出的基于DHPF的液位波动干扰噪声ANC方法用于抑制消除液位波动干扰噪声是西安理工大学硕士学位论文有效的。关键词：单晶炉；曲面镜线性放大光路；液位波动；自适应噪声抵消；数字高通滤波器AbstractTitle：RESEARCHONLIQUIDLEVELDETECTIONOFSINGLECRYSTALGROWlNGFURNACEMajor：De

5、tectionTechnologyandAutomaticEquipmentName：XiaoningHOUSupervisor：Prof．QiLISignature：肋炮勘成留Signature：趔Czochralski(CZ)singlecrystalgrowingfurnaceisakeytechnicalequipmentintheproductionofsiliconcrystal．Intheprocessofcrystalpulling，withthecrystalgrowth，thefusedsilicaliquidlevelinthecrucibledes

6、cends．Inordertoguaranteehighercrystalpullingquality,thefusedsilicaliquidlevelmustbecontrolledtoaconstantposition．Thereforetheliquid1evelneedtobedetected、加thhighaccuracySOthatitcallberegulatedtotheexpectedpositiontimely．Theaccuracyofdetectingthefusedsilicaliquidlevelofthecrystalgrowingfurn

7、aceisrequiredhigh：targetvalueplus·-minus0．2mm(targetvalueplus-·minusrecommending0．1mm、．However,thecrystalgrower’Sspecialhigh—temperatureandhermeticargonatmosphereaswellastheliquidlevelfluctuationphenomenonincreasethedifficultytodetecttheliquidlevelwithhighprecision．