С. В. Михляев, Институт автоматики и электрометрии СО РАН

Рассмотрены вопросы оптического мониторинга уровня расплава и диаметра кристалла, выращиваемого из высокотемпературного расплава методом Чохральского. Представлены результаты исследований, выполненных в Институте автоматики и электрометрии СО РАН при разработке системы технического зрения для цифровых комплексов управления автоматическими ростовыми установками. В состав системы входят лазерный триангуляционный сенсор, измеряющий уровень расплава в тигле, и цифровая видеосистема со средствами обработки данных, осуществляющая контроль диаметра выращиваемого кристалла. Проанализированы метрологические проблемы, имеющие важное значение для корректного управления процессом выращивания кристаллов, связанные с нестационарностью и вариациями кривизны поверхности расплава, а также с проявлением параллакса изображения зоны кристаллообразования, формируемого оптической измерительной системой. Обсуждены схемы совместных измерений уровня расплава и диаметра кристалла, позволяющие исключить систематическую составляющую погрешности измерений, связанную с вращением расплава.

1. Gevelber, M. Modelling requirements for development of an advanced Czochralski control system / M. Gevelber, D. Wilson, N. Duanmu // J. Cryst. Growth. − 2001. − V. 230, N 1. − P. 217—223.
2. Бердников, В. С. Гидродинамика и теплообмен при вытягивании кристаллов из расплавов. Ч. 2. Численные исследования режима свободной конвекции / В. С. Бердников // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2008. − № 3. − С. 4—17.
3. Mikhlyaev, S. V. A computer vision system to control the process of crystal growth / S. V. Mikhlyaev, E. S. Nejevenko // Pattern Recognition and Image Analysis. − 1999. − V. 9, N 1. − P. 156—158.
4. Багдасаров, Х. С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава / Х. С. Багдасаров − М. : Физматлит, 2004. − 160 с.
5. Gartner, K. J. An electronic device including a TV−system for controlling the crystal diameter during Czochralski growth / K. J. Gartner, K. F. Rittinghaus, A. Seeger, W. Uelhoff // J. of Cryst. Growth. − 1972. − V. 13−14. − P. 619—623.
6. Shiraishi, Y. Growth of silicon crystal with a diameter of 400 mm and weight of 400 kg / Y. Shiraishi, K. Takano, J. Matsubara, T. Iida, N. Takase, N. Machida, M. Kuramoto, H. Yamagishi // Ibid. − 2001. − V. 229, N 1. − P. 17—21.
7. Huang, L. Y. On the hot−zone design of Czochralski silicon growth for photovoltaic applications / L. Y. Huang, P. C. Lee, C. K. Hsieh, W. C. Hsu, C. W. Lan // Ibid. − 2004. − V. 261, N 4. − P. 433—443.
8. Шашков, Ю. М. Выращивание монокристаллов методом вытягивания / Ю. М. Шашков − М. : Металлургия, 1982 − 312 с.
9. Михляев, С. В. Анализ оптических триангуляционных систем измерения профиля зеркальной поверхности / С. В. Михляев // Автометрия. − 2005. − Т. 41, № 4. − С. 78—91.
10. Amann, M.−C. Laser ranging: a critical review of usual techniques for distance measurement / M.−C. Amann, T. Bosch, M. Lescure, R. Myllyla, M. Rioux // Opt. Eng. − 2001. − V. 40, N 1. − P. 10—19.
11. Михляев, С. В. Применение методов оптической триангуляции для измерения уровня расплава при выращивании кристаллов / С. В. Михляев // Автометрия. − 2003. − Т. 39, № 5. − С. 30—41.
12. Beaudet, P. R. Rotational invariant image operators / P. R. Beaudet // Proc. Fourth Int. Conf. on Pattern Recognition. − Kyoto (Japan), 1978. − P. 579—583.
13. Михляев, С. В. Исследование неитерационного метода наименьших квадратов для оценивания параметров аппроксимирующей окружности / С. В. Михляев // Вычислительные технологии. − 2008. − Т. 13, № 5. − С. 41—50.
14. Михляев, С. В. Информационные характеристики изображения зоны кристаллообразования в методе Чохральского / С. В. Михляев, О. И. Потатуркин // Автометрия. − 2008. − Т. 44, № 6. − С. 35—48.
15. Щелкин, Ю. Ф. Определение формы жидкого столбика при выращивании монокристаллов методом Чохральского из расплава со свободной поверхностью / Ю. Ф. Щелкин // Физика и химия обработки материалов. − 1971. − № 3. − С. 29—33.