大直径单晶体生长控制系统研制.PDF

电子发烧友 电子技术论坛 ∗ 大直径单晶体生长控制系统研制 宋德杰 刘俊成 （山东理工大学，山东淄博 255049 ） 摘要：本文研制开发了一种大直径单晶体生长控制系统，主要部件采用稀土永磁直流力矩测 速机组，滚珠丝杠，嵌入式单片机、交流伺服电机等。提出了一种用单片机和 D/A 转换器 实现交流伺服电机多波形控制的优化算法，提高了控制精度，简化了编程方案。试验证明它 性能可靠，工作稳定，是较完美的大直径单晶体生长控制系统。现已正式投入使用。 关键词：单晶体生长；滚珠丝杠；控制系统；嵌入式单片机 中图分类号：TM306 文献标识码：A Control System of Ball screw on Growing Crystal Stove SONG DEJIE, LIU JUNCHENG Abstract: This paper has opened the control system of the single crystal growth. Main components of the system are the DC motor, ball screw, embedded MCU (Micro Controller Unit), AC servomotor and so on. It gives out a optimized arithmetic of multi-wave control system with DAC and MCU. It has increased control precision, and simplified the programmable method. Test had proved it’s properties to be stable and it’s operations to be dependable. Key words: growing single crystal，ball screw，control system，embedded MCU 1 问题的提出： 近年来，随着半导体技术的飞速发展，现代电子技术的日益精尖，对半导体单晶材料的 要求也愈来愈高。发现新型半导体材料，生产高质量，高性能的大直径单晶体就成了数万科 学志士不断追求的目标。新型室温核辐射探测器材料——三组元化合物碲锌镉（CZT ）单晶 体就是其中的一种。因受其物理特性所限，三组元化合物碲锌镉（CZT ）单晶体的生长非常 困难，根据三组元化合物碲锌镉（CZT ）单晶体的生长特点，它的生长质量与温度场梯度和 它在温度场内运动情况密切相关。为保证单晶生长良好，结晶颗粒大，晶格点阵均匀、排列 整齐，纯度一致。除保证炉内温度场有合适的结晶梯度外，单晶体在温度场内运动情况至关 重要。为此设计了一个大直径单晶体生长控制系统（如图 1 所示）。它分为三部分，一部分 用于控制炉温；另一部分用于控制晶体生长过程的热质对流；再一部分用于控制单晶体生长 速度。 热 炉温 坩埚 电 控 控制器 偶 制 直流电机 晶体 微 控制器 直流 伺 生长炉 电机 服 机 交流伺服电 电 机控制器 伺服驱动器 机 图 1 晶体生长控制系统原理图 ∗ 国家自然科学基金资助项目（强迫对流控制三组元化合物大直径单晶体生长组分偏析的研） 1