Вдосконалення методів і засобів вимірювання параметрів електронно-променевої безтигельної зонної плавки

Abstract

Дисертацію присвячено дослідженню питань, пов'язаних з підвищенням точності вимірювання параметрів зони розплаву при контролі електронно-променевої безтигельної зонної плавки. Створена математична модель формування поля яскравості зони розплаву при наявності перевідбиття випромінювання в вакуумній камері, на базі якої розроблені методика оцінки похибки вимірювання температури та метод підвищення точності вимірювання температури. Для підвищення точності вимірювання висоти зони розплаву створено метод виділення контуру зображення, який базується на експериментально встановлених закономірностях формування поля яскравості в межах фазового переходу. Розроблені методика. пристрій та та програмне забезпечення для експериментального дослідження розподілу яскравості поверхні зони розплаву на різних режимах плавки. Експериментально отримані функції розподілу яскравості та температури на поверхні зони розплаву. Встановлено, що функція розподілу температури по висоті зони розплаву несиметрична. При цьому збільшення швидкості переміщення зони розплаву приводить до збільшення температурного градієнту на поверхні рідкої фази. Отримані результати впроваджено в дослідну технологію зонної плавки кремнію.

Диссертация посвящена исследованию вопросов, связанных с повышением прочности измерения параметров зоны расплава при контроле электронно-лучевой бестигельной зонной плавки. Создана математическая модель формирования коля яркости зоны расплава при наличии нерсотражеиия излучения в вакуумной камере, на базе которой разработаны методика оценки погрешности измерения температуры и метод повышения точности измерения температуры. Разработана методика исследования погрешности определения эффективной длины волны, которая обусловлена нелинейностью светосигнальной характеристики телевизионных средств измерения. Показано, что в диапазоне температур, который соответствует диапазону температур плавки, эта погрешность может на порядок превышать допустимую. Для определения эффективной длины волны предложена методика, которая учитывает особенности светосигнальной характеристики телевизионных средств измерения. Получена формула, которая связывает погрешность измерения температуры зоны расплава с неравномерностью чувствительности светоэлектрического преобразователя. Разработаны методики, устройство и программное обеспечение для экспериментального определения характеристик телевизионных средств измерения. Для повышения точности измерения высоты зоны расплава создан метод выделения контура изображения, который базируется на экспериментально установленных закономерностях формирования поля яркости в границах фазового перехода. Разработаны методика, устройство и программное обеспечение для экспериментального исследования распределения яркости поверхности зоны расплава на разных режимах плавки. Экспериментально получены функции распределения яркости и температуры на поверхности зоны расплава. Разработана методика оценки превышения температуры поверхности жидкой фазы над температурой плавления кремния. Установлено, что функция распределения температуры по высоте зоны расплава несимметрична. При этом увеличение скорости перемещения зоны расплава приводит к увеличению температурного градиента на поверхности жидкой фазы. Полученные результаты внедрены в опытную технологию зонной плавки кремния.

The dissertation is devoted to the research of the questions, connected to increasing the accuracy of the measurement of the melted zone parameters in electron-beam crucible-less zoned melting. The mathematical model of the brightness field development of the melted zone while the presence of re-reflection of radiation іn the vacuum chamber іs created. The technique of estimation of temperature measurement error and the method of increasing the accuracy of temperature measurement are developed on the basis of this model. The method of retrieving of the image shape, which are based on experimentally established laws of the brightness field formation in the borders of phase transition, are created for the increasing of accuracy of melted zone height measurement. The technique, the device and the software for experimental research of brightness field distribution of the melted zone surface on the various modes of melting, arc created. The functions of distribution оf the brightness a cross the melting zone surfacc are experimentalІу got. It is established, that the temperature distribution function across melting zone height are asymmetric. It is established, that increasing the speed of the movement of melting zone through specimen are causing to the inreasing the temperature gradient on the surface of melting zone. The results, that have been got, are implemented into the experimental technology of the zoned melting of the silicon.