Способ управления процессом выращивания монокристаллов под защитной жидкостью методом чохральского и устройство для его осуществления

(51)5 С ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ретение относитс сталлов под защ м Чохральского и но для управлени ации на ростов методом контрол гулироя к выращиванию тной жидкостью может быть ися процессом крих установках с Изоб монокри способо пользова сталлиз весовымУ к лГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4605989/26(71) Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов АН СССР(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ В Ы РАЩИ ВАН И Я МОНО КРИСТАЛЛОВЗАЩИТНОЙ )КИДКОСТ 11 О МЕТОДОЛ ЧОХРАЛЬСКОГО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: изобретение относится к области автоматического выращивания монокристаллов в установках с весовым методом контроля. Сущность: способ состоит в регулировании диаметра выращиваемого Известны способы, а также устроиствавления процессом выращивания моноталлов под защитной жидкостью метоЧохральского,Целью изобретения является улучшекачества выращиваемых монокриста монокристалла посредством управления температурой расплава и скоростью вытягивания монокристалла по отклонению скоро- сти изменения веса кристалла от заданной величины - на участке разращивания моно- кристалла, и по состоянию - на участке стабилизации диаметра монокристаллов, для чего используют восстановление переменных состояния с помощью модели процесса кристаллизации и вырабатываемых управляющих воздействий, Кроме того, в ходе всего процесса производится коррекция влияния защитной жидкости на весовой сигнал. Устройство, осуществляющее способ управления, обеспечивает восстановление переменных состояния - радиуса монокристалла и высоты менис (а расплава, в наблю дателе Люенбпргера, коррекцию влияния защитной жидкости с помощью блока стековой памяти и блока определения задержки, и управление температурой расплава и скоростью вытягивания монокристалла с помощью параметрических регуляторов и регуляторов состояния. 2 с,п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. лов за счет повышения точности ре вания диаметра.На фиг. 1 представлена схема, поясняющая особенности процесса выращивания монокристаллов под защитной жидкостью методом Чохральского в режиме формирования конуса; на фиг. 2 - то же, в режиме стабилизации диаметра; на фиг. 3 - управляющее устройство, на фиг. 4 - устройство для двухканального управления по температуре и по скорости вытягивания кристалла; на фиг. 5 - функциональная схема блока наблюдателя.,-. р.стебаоста.юб оЫ ктаиобке Составитель Г.Сатункин Редактор Н. о Техред М.Моргентал Корректор О,КундрикГуньк нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Произв Заказ 2366 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5На фиг. 1-2 приняты следующие обозначения; г(с) - текущий радиус кристалла, го - заданный диаметр цилиндрического кристалла, й - радиус тигля, гз - радиус затравки, Чо - скорость вытягивания кристалла, М(с), в(с)и (с) - массы расплава в тигле плотностью р, кристалла плотностью р и мениска плотностью р соответственно в момент измерения, М - постоянная масса флюса плотностью рг, Нф) - переменная толщина флюса, отсчитываемая от фронта кристаллизации до верхней границы флюса, п(с) - текущая высота мениска, йо - стационарная высота мениска, соответствующаяцилиндрическому кристаллу диаметром 2 го, Н(с) - высота расплава в тигле от дна тигля до основания мениска, р(с), а(с) - углы наклона боковой поверхности и мениска относительно вертикалй, е в . постоянный угол роста, сз (с) - переменное время запаздывания, характеризующее время образования сечения кристалла, выходящего из-под слоя флюса в момент измерения, г(с) - текущая длина вытягиваемого кристалла.Способ реализован на автоматизированной ростовой, установке, оснащенной датчиком веса, задатчиками и регуляторами мощности нагрева и скорости вытягивания, ЭВМ совместно с интерфейсным модулем.Регулирование диаметра кристалла согласно способу проводят посредством управления температурой нагрева и скоростью вытягивания монокристалла по отклонению скорости изменения измеряемого веса монокристалла и связанного с ним мениска от известной заданной величины в ходе раэращивания. По окончании формирования начального конуса стабилизацию диаметра выращиваемого монокристалла осуществляют регулятором состояния, использующим восстановление с помощью наблюдателя величины переменных состояния - отклонения радиуса кристалла и высоты мениска от известных стационарных значений,В тигель ростовой установки помещают исходную шихту, например арсенида галлия и порошок оксида бора, После расплавления и образования слоя защитной жидкости из оксида бора вручную осуществляют затравливание и включают автоматический режим регулирования диаметра выращиваемого монокристалла,В любой момент времени датчиком фиксируется весР (с) = Ы (с) +,и (с) - Ро(с)1+ сопзс, (1) где 9 - гравитационная постоянная;константа, характеризует постоянный вес оснастки кристаллодержателя. Выталкивающая сила Архимеда определяется выражениемРа (с) - 9 эу (пц (С) + ,и (с, (2)где у =ргlр =рс/р= сопзс,5 ггц(с) - масса кристалла, находящегосяпод слоем флюса к моменту времени с,Если в(с) - пц(с), другими словами, кристалл не вышел иэ-под флюса, то иэ (1) и (2)следует10 Р(с) = 9(1 - у) М (с) (3)где М (с) = спи (с) +,и (с) в соответствии сзаконом сохранения масс, Если а(с) большет(с), т.е. кристалл выходит иэ-под флюса, иэ= -9 (1 - у) М (с) + 9 7 у п 1 (с - хз) (4)где М(с) гп (с)+ Р(с)гп(с) = т (с) - а (с - сэ).уравнения (3), (4) характеризуют структуру реального сигнала Р(с) весового датчика, используемого для сравнения спрограммным заданием, дифференцируемого, а также запоминаемого на время сз.При весовом методе контроля текущего25 состояния динамической системы как наблюдаемой величиной, так и программнымзначением служит производная веса. Такимобразом, программное задание должно рассчитываться как30 Ф(с) = -9 (1 - эу) М (с)(5)Р(с) = -9 (1 - зу) М (с) + 9 у ас - гэ(с (6)Здесь и далее знаком обозначаютсяпрограммные значения,Формула (5) верна до выхода конуса иэпод флюса, а (б) - в более общем случае доокончательного выхода конуса из-под флюса,Вытягивание с постоянной скоростьюкристалла любой формы, отличной от пря 40 мого кругового цилиндра, приводит к нелинейному во времени изменению его радиусаг(с) и веса. При расчета программного задания можно непосредственно воспользоваться результатами, основанными наиспользовании подходящей функции угларазращивания р (г), Конечные формулы дляпеременной скорости кристаллизации Чо(с)и скорости изменения уровня расплавав тигле Й(с), входящих в выражения в(с)50 7 г рР (с)Чс (с) и 6 (с) = - лр Я Н (с) ра чфя .вр рЯР(ьФьрД+(мВ 14 Р 55Н(с) Чо Чо - (3 ъг + Ь рг ) Чсс 9 р, (8)Алгоритм программного задания припереходе к дискретному времени То можно представить следующим рекуррентным расчетом.сс 9 Рталла 1 = То , Чс1 ассовую скорость кристаллиза 7 оК ь общийприрост взвешигНсм О = ТеМк текущую массу г+1 = длину выр текущую м ции М =.л ваемой мас мениска,й =яр г Ь (г,7%) +7 гр а сов (е +ф) вычисляют и запоминают на тз массу выросшего кристалла: Й = 1 у/1 -Д.Поскольку в данном способе кристаллизации принципиально важным является определение времени запаздывания тз (с), зависящего от переменной высоты флюса Нс(с) с известной начальной загрузкой М, прежде чем закончить описание расчета программного задания дадим, формулы расчета времени запаздывания.Для нахождения Н (отсчитывается от фронта кристаллизации) рассмотрим общий объем в тиле известного радиуса В под флюсом (фиг. 1). Поскольку до выхода эатравочного кристалла из-под флюса верно соотношение а7 гйНг(с)+ Ь(с)1= В/, (с)+ Яу 4 с)+ +МИо+ Юзу (9) где 67/. =,й (с)/р - объем мениека:Яв = Й/Ъ - . объем кристалла, выросего на величину 1(с) = " о= сопзс - объем флюса;Н - 1(с) - объем затравк ся под флюсом, уравнение(9 я баланса масс дает с Д р гп с+ М/уо- гзг В момент выхода вершины конуса в газовую фазу 1(с) = Нф) и И/3 = О, откуда Л а Н(т)= - -+ - к.т 1 -т ляг Р Р РНа первом шаге принимаем г 1 = гз,1 = 1, Е = 1 (определение счетчика К дается ниже), на 1-том шаге по заданной зависимости /3(г) находим Р = Р(г), по известным формулам 4,5 рассчитывают текущую высоту мениска: й(гь Р ), вычисляют текущую скорость кристаллизации,Чс = Чс(гь 7%),вычисляют очередной радиус кристалла:С выходом части кристалла из-под флюса (фиг. 1) в(6) необходимо учитывать запомненные ранее рассчитанные значения пФ - сз):5 1 1 М с - йМ с - тз,иЯ2Руу 011 + Н - Ь(с).р Фо(12)Таким образом, приняв за начало отсче- О та момент затравливания, необходимо вычислять и запоминать длину 1(с) и массулрастущего кристалла Й =т (с) сс. Если нао очередном шаге вычиусловие 1(с)Н (с), дсталл начинает выходобходимого по запомуравнению (12) восстаем правильности опрграммном задании (6)= Н(с).Продолжим алгорасчета программного25 Вычисляем толщи ется крислении выполняругими словамиить из-под флюса ненным значени новить сз (с). Усл еделения тз в является 1(с) - 1(с -, не ови произ) = тм рекуррентногоадания,флюса Ни; д - ДуЯ НО ) 1; по формуле; 1 с - для Ни = 1 по формуле; 1 В - для Нг1 по формуле 1 Нп= Программное задание до момета выполнения условия, другими словами до выхода конуса из-под флюса, вычисляется по формулел5 Р = 9 (1 - 7).Мпривыполненииусловия в - по формулеР 1= 9(1 - т 7) М+ 9 ЧЬЕ, (13)гдето= гз/ТоЗдесь счетчиком 1 дискретных отсчетов О времени То определяется длина запоминаемого массива данных, Если найденное значение гз не равно целому числу тактов дискретизации То, то в нашем запомненном массиве не нейдется значения щ(с - сз), со ответствующего расчитанному времени задержки, Поэтому необходимо найти два ближайших запомненых значения массы кристалла. соответствующих целой части времени запаздывания гз;и гз; + 1 и далее О найти некоторое среднее значение междугл (с-тз ) и п 1 (с-гз 3-1), Способ нахождения среднего в общем случае может быть различен, но в приближении линейного изменения п(с) между соседними тактами 5 дискретизации искомое значение определится как т (с-тз) =(1-я) гп(с-тз, 3+ як гп (с-сэ), где е= 11,-Н/ЧоТо определяет весовые коэффициенты при вычислении среднего значения гп, (с -гз;),Уравнение (1) определяет структуру реального сигнала весового датчика. Соответственно рассчитанное с помощью приведенных зависимостей нелинейное программное задание (13) должно совпадать с реальным весовым сигналом для мометов времени с =То. При вычитании иэ реального сигнала весового датчика программного нелинейного сигнала (13) и последующего дифференцирования получают сигнал выходного отклонения, используемый для регулирования текущего диаметра кристалла, с помощью параметрически оптимизируемого РО-регулятора в ходе разращивания до выхода на заданный диаметр кристалла.Выбор оптимальной структуры и настройки Р 10-регулятора (в общем случае двухканального) определяется по модели динамики кристаллизации и модели наблюдения при весовом контроле. Математическая модель малой размерности для способа Чохральского с жидкостной герметизацией основана на использовании трех законов сохранения: 1) - баланса тепла на фронте кристаллизации, 11) - сохранения массы кристаллизуемого вещества и Ш) - сохранения угла роста; 4 61 (с) -4 6, (с) = р, Ю, (с); М (с) + а (с) +,й (с) = О; (14) г (с) = Ч, (с) сд /3 (с), где Ь,А - теплопроводности расплава и кристалла;61, 6 - градиенты температуры в мениске и кристалле вблизи грачицы раздела фаз; р, - плотность твердой фазы; . - теплота фазового перехода; Чс(с) = Чо - Й(с) - Ь(с) - скорость кристаллизации;М(с), пс (с).,и (с) - скорости изменения масс кристалла, связанного с ним мениска расплава и основной части расплава в тигле . соответственно,г(с) - скорость изменения радиуса кристалла;Р = а - е - угол наклона изотропной боковой поверхности кристалла с вертикалью;я - угол роста (фиг. 1).Линеаризация этих трех законов сохранения (14) с учетом переменного угла наклона боковой поверхности кристалла ф (Г) Ф 0 (фиг, 1) позволяет описать динамику нестационарной кристаллизации системой неавтономных дифференциальных уравнений:(20) 25 30 35 40 45 50 В качестве естественных переменных состояния рассматриваются вариации (отклонения) радиуса кристалла д г(с), высоты мениска Д Ь (с) и уровня расплава в тигле Д Н(с) относительно известных программных значений. Только две переменных состояния х 1 = Дг и х 1 = оп могут быть выбраны в качестве независимых, а Д Т = = щ 1 и д Ч 1 = аг - в качестве компонентов входного вектора возмущений Й(с), так что в матричной записи модель процесса кристаллизации имеет вид х 1 а 11 а 1 г х 1 + Ь 11 Ь 1 г д 1 (18) или более компактноХ(с) = Лъ(с) Х (с) + В (с) Й(с). (17) Влияние управления на динамику переходных процессов учитывается добавлением в (17) вектора управления 0 = (01,0 г)т имеющего своими компонентами искомые управления 01 = Л т(с) и Ог = Й/О (с) в т- и Ч-каналах обратной связи.Х(с) = ФХ(с) Х (с) + 5 В (с) Я(с) - 0(с (18) Неавтономная модель малой размерности, определяемая уравнениями (18), характеризует динамику переходных процессов при малых отклонениях от исходного состояния при нестационарной кристаллизации, например при росте начального или конечного "конусов". Режим формирования требуемой геометрии кристалла в этом случае можно назвать режимом слежения за нелинейным программным заданием.Автономная модель процесса кристаллизации с постоянными коэффициентами аэ возникает при исследовании задачи стабилизации диаметра цилиндрического кристалла с исходным круговым сечением радиуса го, В этом случае наклон боковой поверхности 3(с) = 0 и стационарная скорость кристаллизации равна Чсо = Чо - Но(с), где Й(с) = -рз го Чоl(р В -р го ); й - радиус тигля. Линейная автономная модель для режима стабилизации запишется хг асг агг хг + Ьг 1 Ьгг СОг (19) или более компактно в видеХ(с)=АХ(с)+ В в(с).+ С 2 Х(1 73) + 02 Й(1 гз) (21)Это уравнение является моделью наблюдения при весовом контроле.Параметрически оптимизируемые Р 10 регуляторы используют информацию только об отклонениях выходного сигналадатчика от программного задания. Простотавведения интегральных составляющих закона регулирования позволяет обеспечить спомощью подобных регуляторов нужную 15степень астатизма, запас устойчивости замкнутой системы в обычном способе Чохральского, Повышение степени астатиэма впервую очередь требуется для обеспеченияточного отслеживания нелинейного программного задания в режиме формирова-.ния конусов. Очевидно, что задача синтезауправления для обычного способа Чохральского практически совпадает для способаЧохральского с жидкостной герметизацией, 25если формирование конуса происходит полностью под флюсом. В этом случае уравнение наблюдения (21) упрощается иопределяется в видеУ(1) = У 1(1) = С(1)Х(1) + Ю (1) Й(1). (22) 30В уравнениях (21) и (22) в отличие отобычного способа Чохральского появляетсяизвестный заранее множитель (1 - , ), Прианализе замкнутого состояния вектор входных воздействий 0 (1) необходимо заменить на вектор Й (1) - О(1). где 0(1) -определенный выше вектор управления.Вследствие медленного изменения параметров модели (16), (22) при анализе динамики кристаллизации, применимо приближение замороженных коэффициентов, позволяющее считать постоянными компоненты матриц за достаточно длительныевремена формирования переходных участков кристалла. Переходя к изображениямЛапласа в управлении модели (16) и в уравнении наблюдения (22), получим матричныепередаточные функции объекта в замкнутомсостоянии;Х(з) = (з 1-А)ВЯ(з) - Цз)+ (з-А)Х(0); 50У(з) = С(з 1-А) .В+ О Й(з) - 0(з)++ С(з 1-А) Х(0), (23)где - единичная матрица (2 2),Ненулевые начальные условия Х(0) Ф О,а также Й Ф 0 могут рассматриваться какначальные отклонения (возмущения) и входные возмущения объекта. Как и ранее, тепловую инерционность отклика объекта науправляемые изменения мощности нагрева Щ 1) (инерционность температурного Т-канала управления) учтем введением дополнительной передаточной функции01(з) = В/т(з) Л й(з) (24)Например, для типичного температурного отклика объекта на ступенчатое изменение мощности Л М(1) = Лйо 1(1), аппроксимируемого функцией Лт(1) = мо Л йо (1 - -ехр(-а 1, где а - декремент затухания, имеет И/т(з) = алло/(з+а). Далее под управлением о 1(1) необходимо рассматривать функцию, задаваемую уравнением (24).Коррекция тепловой инерционности сводится к введению коротких форсирующих воздействий по мощности нагрева тигля в пределах одного такта управления,При двухканальном управлении регулирование диаметра выращиваемого моно- кристалла в ходе разращивания осуществляют посредством управления температурой расплава и скоростью вытягивания моно- кристалла, причем управляющее воздействие по скорости вытягивания как на стадии разращивания, так и на стадии стабилизации диаметра вырабатывают пропорционально отклонению скорости изменения веса вытягиваемого монокристалла от заданной, не используя в законе регулирования отклонения по весу и второй производной этого измеряемого отклонения по весу, Оптимально настроенный параметрический регулятор позволяет точно воспроизводить заданную геометрию конусной части кристалла и осуществлять безударный переход к управлению по состоянию в режиме стабилизации диаметра кристалла,До окончательного выхода сформированного конуса из-под флюса управление проводится по-прежнему с помощью параметрического регулятора, при этом текущим вариациям геометрии кристалла, характеризуемым величинам д п (1) и дую (1), однозначно связанными с введенными переменными состояния, будут соответствовать известные величины управлений 0(1). Возможность запоминания этих величин, исключение ошибки неточного определения программного задания с началом выхода цилиндра иэ-под флюса, а также постоянство параметров обьекта управления позволяют определять его текущее состояние, используемое для расчета управления по этому состоянию.Синтез управления на стадии стабилизации диаметра основан на использовании эквивалентного наблюдателя типа Люенбергера, восстанавливащего текущие переменные состояния при одновременномиспользовании памяти конечной длины, требуемой для запоминания и последующего использования восстановленных переменных состояния, а также известных управляющих воздействий. Решение задачи синтеза оптимального регулятора по состоянию может быть найдено при соблюдении следующих условий: 1) - автономная модель, определяемая уравнениями (19), (21), адекватно описывает реальный объект в режиме стабилизации диаметра, 1) - имеется точная информация о величине управления, совпадающего на входе в реальный объект и наблюдатель. Второе условие может быть удовлетворено по результатам анализа и коррекции тепловой инерционности объекта, описанных выше,Рассмотрим также осуществление способа в дискретном времени, реализуемом в управляющей ЭВМ, Для времени дискретизации То в пренебрежении задержкой на съем и обработку информации в ЭВМ дискретная модель процесса представляется в видеХ (+1) = ФХ+ (й(1) - О), У К) = СХ+ О (Щс) - О (К + . (25) + 1 Х(к-и)+о 1(щ-и)- (с-п,где и = тз(1)/То;00Ф(То) = ехр(АТо) =(АТо) /Р,т(То) = (Ф - 1) АВ - известные числовыезначения для выбранного объекта управления, включающего параметры режимов выращивания и известные константыматериала;1 - единичная матрица соответствующей размерности.Отклонения системыот заданных стационарных условий роста интерпретируются наблюдателем как отклонения начальныхусловий Х(0) Ф 0 в очередной такт съемаинформации. При настройке регулятора этиначальные возмущения представляются вклассе детерминированных возмущений,аппроксимируемых ступенчатыми функциями Х(0) = Х(1 с) = Сопзт при 1 сТот (1+1)То,М 1,оо,Эквивалентный наблюдатель представляется следующей системой уравнений:У Й = СФЦ Ъ :0(М) + б х (к-в) + 0 о (-в(26)где Х(1), ф) - восстановленные значения переменных состояния и наблюдаемой величины;Н - матрица связи объекта с наблюдателем,Время запаздывания в наблюдателе в не совпадает с реальным временем задержки и и превращается в подстроенный параметр. Учитывая этот факт, ошибку восстановления переменных состояния Ы(1+1) = Х(1+1) - Х(1+1) следует определять какл 5 (к+1) =(Ф- НС) дх(к)+ НС 1(х(и) - 10 - Ь-в + Н 0 з(0(1 с-и) - 0(1 с-в (27),Ошибка восстановления (27) определяется от скорости сходимости наблюдателя без учета задержки в выходном сигнале в (ФК-+00 15- Н С) Л Х(1 = О. и от,погрешности, связаннойс выбором дискретного времени запаздывания в относительно действительного значения дискретного времени п,.Скорость сходимости наблюдателя определяется вы бором корней характеристического уравне- ния бе 1(1 - Ф+ НС)= О. (28)По теореме разделения динамика замкнутого состояния определяется набором полюсов характеристического уравнения системы сей (- Ф+ 1 К) бес(г - Ф+ НС) =О. 25 причем искомые матрицы наблюдателя Н и регулятора состояния 0(М) = -КХ(М) могут быть найдены раздельно, Числовые эначения матрицы коэффициентов Н находятся 30 заранее из решения уравнения (28). Аналогично оцениваются значения матрицы К, уточняемые далее в процессе эксплуатации регулятора, Восстановленные значения переменных состояния рассчитываются по известным входному 0(1) и выходному У(1) сигналам объекта управления согласно фор 35 мулеХ(+1) = (Ф-Нс)Х + (Н-НО)О 40 - Н С 1 Х(М-в) - Н 010(И) + Н У(1,(29)Анализ ошибки измерения Ь е (М) ==Ье 1+ Ье 2(К.в) указывает на необходимость минимизации ее составляющейЛ е 2(1-в) путем выбора иэ памяти запомнен 45 ных значений Х(1 с-в) и 0(К-в), причем глубина поиска в массивах Х и О может бытьразличной,Рассмотрим подробнее определениевремени запаздывания в применительно к50 режиму стабилизации диаметра кристалла.В ходе стабилизации диаметра монокристалла, вследствие возникающих возмущений кристаллизационного процесса егоформа может изменяться случайным обра 55 зом и не может быть предсказана заранее,в отличие от режима раэращивания, в котором его форма и время запаздывания рас считываются в соответствии с программнымзаданием. В предлагаемом способе времяПосле нахождения очередного значения к необходимость дальнейшего хранения использованных значений переменных состояний и управлений отпадает, Необходимо отметить также, что в случае использования одноканального управления по температуре управляемые вариации скорости вытягивания и 1 = 0 и формула (36) упрощаются.Управляющее устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 веса кристалла, дифференциатор 2, блок 3 сравнения, переключатель 4 режимов, параметрический регулятор 5, корректор 6 тепловой инерционности, задатчик 7 мощности нагрева. нагреватель 8, задатчик 9 веса кристалла, подключенный к второму входу блока сравнения, регулятор 10 состояния, подключенный к второму выходу переключателя режимов параллельно параметрическому регулятору, цепь последовательно соединенных наблюдателя 11, блока 12 стековой памяти, блока 13 определения задержки, причем входы наблюдателя подключены к выходам блока сравнения и регуляторов 5 и 10. а выход дополнительно соединен с вторыМ входом переключателя 4 режимов и с вторым входом блока определения задержки, выход которого, в свою очередь, подключен к первому входу наблюдателя 11, Кроме того, устройство может содержать дополнительные регулятор 14 состояния параметрический регулятор 15, включенные параллельно регуляторам 5, 10. и последовательно с ними соединенные задатчик 16 скорости с управляемым приводом 17 вытягивания, причем выходы регуляторов 14, 15 также связаны с входом наблюдателя 11,Устройство работает следующим образом.В процессе выращивания датчик 1 веса фиксирует вес кристалла и связаннОго с ним мениска расплава, находящегося вместе с частью кристалла в слое защитной жидкости. Производная сигнала датчика 1 веса, определяемая в дифференциаторе 2, поступает в блок 3 сравнения одновремненно с заданием, формируемым задатчиком 9 веса, Вырабатываемый блоком 3 сравнения сигнал отклонения проходит в наблюдатель 11 и переключатель 4 режимов. По сигналу отклонения и текущемиу управлению, поступающему с выходов регуляторов 5 или 10, наблюдатель 11 восстанавливает текущие значения переменных состояния, В блоке 11 наблюдателя. включающем сумматоры, известные матричные элементы А, В, С, О, С 1, 01, Н, масштабирующие входные и выходные сигналы, а также линию 18 задерж 10 152030 3540 45 50 55 ветствующий реальному переходному процессу в ростовой установке, Сигналы, определяемые величинами восстановленных переменных состояния, совместно с сигналом управления, промасштабированным коэффициентами матрицы 01, поступают на вход блока 12 стековой памяти, где сохраняются необходимое время, определяемое количеством разрядов регистров этого блока и тактовой частотой управления. Сигналы с выхода наблюдателя 11 поступают и в блок 13 определения задержки, где формируются сигналы, пропорциональныедлине выросшего монокристалла и текущейтолщине защитной жидкости. В результате их сравнения определяется разряд регистров блока 12 стековой памяти, в котором содержатся задержанные (запомненные) предыдущие значения переменных состояния и управления, необходимые в данное время для коррекции влияния защитной жидкости. Пропорциональный им сигнал свыхода блока 13 совместно с текущим выходным сигналом блока 3 поступает на первый вход наблюдателя 11. Скорректированные таким образом сигналы, соответствующие текущим значениям переменных состояния, поступают на второй вход переключателя 4 режимов, Переключатель 4 режимов передает поступающие на него сигналы отклонения или сигналы, соответствующие текущим переменным состояния.либо на параметрический регулятор 5 либо,по достижении кристаллом заданного диаметра, на регулятор 10 состояния соответственно, Формируемое на выходах регуляторов 5 или 10 управление поступает в наблюдатель 11 для последующего цикла восстановления и в корректор 6 тепловой инерционности, После корректора 6 управление проходит в эадатчик 7 мощности нагрева, который соответственно управляющему сигналу изменяет температуру нагревателя 8. В ответ на изменение температуры диаметр монокристалла меняется в нужную сторону.Аналогично осуществляется изменение скорости вытягивания кристалла в устройстве, содержащем дополнительные регуляторы 14, 15, задатчик 16 скорости иуправляемый привод 17 вытягивания,Формула изобретения . 1, Способ управления процессом выращивания монокристаллов под защитной ки, на один такт основного времени дискретизации съема выходной информации с ростовой установки (аналог интегратора внепрерывном времени в случае аналогового5 исполнения наблюдателя) воспроизвОдитсядинамический переходной процесс, соотжидкостью методом Чохральского,включающий регулирование диаметра,монокристэлла посредством управлениятемпературой расплава по величине скорости изменения веса вырэщиваемого монокристалла от заданной с одновременнойкоррекцией по тепловой инерционности отклика температуры расплава и стабилизации диаметра монокристалла, коррекциювеса кристалла от влияния защитной жидкости в ходе разращивания и стабилизациимонокристалла, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения качества выращиваемых монокристаллов за счет повышенияточности регулирования, дополнительно в 15ходе разращивания и стабилизации диаметра рассчитывают текущие значения диаметрамонокристалла и высоты мениска на фронтекристаллизации, определяют их отклоненияот заданных значений, формируют по ним 20управляющие, воздействия, запоминаютзначения отклонений и управляющих воздействий, корректируют влияние защитной жидкости на вес монокристалла пропорцио/нально полученным отклонениям и значениям 25управляющих воздействий и отклонений запомненных на предыдущих шагах,2, Способ по и. 2, отл и ч а ю щи й с ятем, что корректируют диаметр монокристалла на стадиях разращивания и стабилизации путем изменения температурырасплава и скорости вытягивания пропорционально скорости изменения веса монокристалла от ее заданного значения. 3. Устройство управления процессом выращивания монокристэллов под защитной жидкостью методом Чохральского, содержащее последовательно соединенные датчик веса кристалла, дифференциатор, блок сравнения, параметрический регулятор, а также последовательно соединенные корректор тепловой инерционности, задатчик и регулятор мощности нагрева, задатчик веса кристалла, подключенный к второму входу блока сравнения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения качества выращиваемых монокристэллов за счет повышения точности регулирования, дополнительно введены регулятор состояния, блок восстановления переменных(наблюдатель), блок определения времени запаздывания. блок стековой памяти и переключатель режимов, при этом входы блока восстановления переменных связаны с выходами блока сравнения и регуляторов, выходы блока восстановления переменных связаны со входами блока стековой памяти, блока определения времени запаздывания и первым входом переключателя режимов, который также связан с выходом блока определения задержки, второй вход которого связан с выходом блока стековой памяти, выход блока сравнения связан с вторым входом перекл.ючателя режимов, первый и второй выходы которого через регулятор состояния и параметрический регулятор. соответственно, связаны с входом корректора тепловой инерционности,