CN105463584A - 晶体生长方法、***及固液转换时点确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的晶体生长固液转换时点确定方法，包括以下步骤：11)实时获取坩埚内物料图像；12)确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征；13)计算相邻的两张物料图像的边界形状特征的面积，分别为第一特征面积和第二特征面积；14)判断第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；15)在差值的绝对值大于设定值时，取相邻的两张物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。本发明还提供一种晶体生长固液转换时点确定装置，以及晶体生长***和方法。上述方案能够解决背景技术中通过人为观察来确定固液转换时点所存在的确定精度受限于经验、导致熔体晃动以及易观察失败的问题。

Description

晶体生长方法、***及固液转换时点确定方法及装置

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，更为具体地说，涉及一种晶体生长固液转换时点确定方法及装置，本发明还涉及一种包括该装置的晶体生长***，及采用上述确定方法的晶体生长方法。

背景技术

自下而上方向生长晶体(例如蓝宝石)的方法有多种，例如热交换法、坩埚下降法、温梯法等。其中，热交换法以其自动化程度高、热场稳定、寿命长、对人工依赖较低等优势成为晶体生长的主要方法。

请参考附图1，图1是一种典型采用热交换法进行晶体生长的晶体生长***示意图。图1所示的晶体生长***包括炉体1、上保温层2、发热体3、侧保温层4、下保温层5、热交换套管6、坩埚7、观察通孔8和观察窗9。其中，上保温层2、下保温层5和侧保温层4形成用于容纳坩埚7的加热腔。发热体3设置在加热腔中，且位于侧保温层4的内壁和坩埚7的侧壁之间，用于对坩埚7加热。热交换套管6自所述炉体1的底部依次穿过炉体1和下保温层5直抵坩埚7的底部，热交换套管6由相互套设的两个管道组成以形成热交换通道。其中，热交换通道包括进气通道61、出气通道62以及连通两者的热交换腔(图1中与坩埚7接触的空间)。冷却气体(例如氦气)通过进气通道61进入到热交换腔后与坩埚7底部换热，然后从出气通道62排出。上述晶体生长***通过冷却气体的冷却作用带走晶体生长所释放出来的潜热，从而促进晶体的不停生长，直至长晶完成。在晶体生长的过程中，操作人员可以通过位于炉体1顶部的观察窗9和上保温层2上的观察通孔8观察坩埚7内的晶体生长情况。

在高温晶体生长的过程中，由于温度高,常规热电偶精确测温很困难,通常采用红外高温计测试炉内温度。但是由于不同炉台和不同炉次之间红外高温计的聚焦点不同,透红外窗口的厚度和表面清洁度不同,以及红外的个体差异等多方面的原因,导致不同炉台和不同炉次之间红外高温计测温的绝对准确性和重复性较差,有时温度偏离会达到十数度乃至数十度,这对晶体生长有非常大的影响.以此时点对应的红外高温计所对应的温度作为作为温度基准点。坩埚内原料开始熔化时对应的温度基本等于熔点温度，以此固液转换点对应的红外温度作为温度基准点，然后在温度基准点上再追加相对固定的籽晶熔化补偿温度，以提高熔体温度，进而能够精确地控制籽晶熔化到合适的大小，最终保证合适的晶体生长温度和晶体生长的稳定性。准确地判断坩埚内液体表面何时开始结晶对于提高晶体生长质量和确定晶体生长周期非常重要。在晶体还没生长完成时就进入退火阶段会导致晶体缺陷或破裂，严重影响晶体的利用率。在晶体完成之后很久再进入退火阶段也会由于冷却气体仍然在冷却而导致冷却气体的浪费。可见，准确地检测熔化时点(即开始熔化的时间点)和凝固时点(即开始结晶的时间点)对晶体生长的后续工艺具有指导意义。

目前，工作人员通过观察窗9观察坩埚7内物料的情况来确定固液转换时点(即熔化时点和凝固时点)，即需要专业人员由炉顶的观察窗9观察坩埚7内的物料变化情况来人为确定。上述方式存在以下缺陷：第一，对坩埚7内的物料变化情况的判断受限于经验，最终导致固液转换时点判断精度不同，导致晶体的一致性和稳定性较差；第二，需要专业人员频繁地爬到炉体1的顶部观察，频繁爬到炉体上进行观察容易导致熔体晃动,进而扰动晶体生长界面,最终影响晶体生长质量,而且效率低下。同时上述方式很容易错过固液转换时点，最终导致观察失败。第三，由于需要人工观察确认，导致整个生长过程无法实现完全的自动化生长。

发明内容

本发明提供一种晶体生长固液转换时点确定方法，以解决背景技术中通过人为观察来确定固液转换时点所存在的确定精度受限于经验、导致熔体晃动以及易观察失败的问题，并可以实现晶体生长的全自动化。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

晶体生长固液转换时点确定方法，包括以下步骤：

11)实时获取坩埚内物料图像；

12)确定相邻的两张所述物料图像相对应的边界形状特征；

13)计算相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积，分别为第一特征面积和第二特征面积；

14)判断所述第一特征面积和所述第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；

15)在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻的两张所述物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤12)包括：

21)检测所述物料图像每个像素的灰度值；

22)选择所述灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成所述边界形状特征。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤12)包括：

31)检测所述物料图像每个像素的灰度值；

32)计算所有相邻两个像素的灰度值之差；

33)取所述灰度值之差的绝对值大于预设灰度值差中灰度值较大的像素点，作为边界像素点；

34)以所有所述边界像素点构成的区域作为所述边界形状特征。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤11)和步骤12)之间还包括：

对所述物料图像实施降噪处理和/或平滑处理。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定方法中，步骤15)之后还包括：

检测所述固液转换时点对应的炉内温度。

晶体生长方法，采用上述任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定方法确定固液转换时点。

晶体生长固液转换时点确定装置，用于晶体生长***，包括：

图像获取单元，用于实时获取所述晶体生长***的坩埚内物料图像；

确定单元，用于确定相邻的两张所述物料图像相对应的边界形状特征；

第一计算单元，用于计算相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积，相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积分别为第一特征面积和第二特征面积；

判断单元，用于判断所述第一特征面积和所述第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；

取值单元，用于在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻两张所述物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定装置中，所述确定单元包括：

检测单元，用于检测所述物料图像每个像素的灰度值；

构建单元，选择所述灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成所述边界形状特征。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定装置中，所述确定单元包括：

检测单元，用于检测所述物料图像每个像素的灰度值；

第二计算单元，用于计算所有相邻两个像素的灰度值之差；

选择单元，选择所述灰度值之差的绝对值大于预设灰度值差中灰度值较大的像素点，作为边界像素点；

构建单元，以所有所述边界像素点构成的区域作为所述边界形状特征。

优选的，上述晶体生长固液转换时点确定装置中，所述晶体生长固液转换时点确定装置还包括：

相对于所述图像获取单元的镜头固定，且用于调节进入到所述镜头中光线能量的滤光片。

本发明还提供一种晶体生长***，所述晶体生长***具有上述任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定装置。

本发明提供的晶体生长固液转换时点确定方法中，通过实时获取坩埚内物料图像，然后确定相邻两张物料图像相对应的边界形状特征，在第一特征面积和第二特征面积差值的的绝对值大于设定值时取较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。本发明实提供的固液转换时点确定方法采用实时获取物料图像，然后对物料图像进行分析来确定固液转换时点。相比于背景技术而言，本发明提供的方案能够避免人为的参与，进而能够避免坩埚内物料变化的判断受限于人为经验，能够保证判断精度一致，也能够避免人工爬到炉台上进行观察容易导致熔体晃动，进而扰动晶体生长界面的情况发生，最终能够提高晶体生长的质量以及获取固液转换时点的效率。而且，上述方案实时获取图像，能够解决工作人员间隔观察所存在的观察易失败的问题。背景技术中需要人工确认的固液转换时点，本方案可以自动确认，进而能够实现晶体的全自动化生长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是一种典型采用热交换法进行晶体生长的晶体生长***示意图；

图2是本发明实施例一提供的晶体生长固液转换时点确定方法的流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的晶体生长固液转换时点确定方法的流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的晶体生长固液转换时点确定方法的流程示意图；

图5是本发明实施例四提供的晶体生长固液转换时点确定装置的结构示意图；

图6是本发明实施例五提供的晶体生长固液转换时点确定装置的结构示意图；

图7是本发明实施例六提供的晶体生长固液转换时点确定装置的结构示意图。

上图1中：

炉体1、上保温层2、发热体3、侧保温层4、下保温层5、热交换套管6、坩埚7、观察通孔8、观察窗9、进气通道61、出气通道62。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种晶体生长固液转换时点确定方法，以解决背景技术中通过人为观察来确定固液转换时点所存在的确定精度受限于经验、导致熔体晃动以及易观察失败的问题，并能够实现晶体生长的全自动化。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

实施例一

请参考附图2，图2示出了本发明实施例一提供的晶体生长固液转换时点确定方法的流程。本发明实施例一提供的晶体生长固液转换时点确定方法适用于热交换法晶体生长方法。固液转换时点指的是在晶体生长周期内，固体物料开始熔化或液态原料表面开始结晶时的时间点。当然，此时间点为晶体生长周期中的时间点。

图2所示的流程，包括：

S101、实时获取坩埚内物料图像。

步骤S101通常由照相机、CCD图像传感器或录像机完成。检测精度不同，相对应的所获取的物料图像的精度也可以不同，例如可以按照5帧/分钟的速度实时获取物料图像，也可以按照1帧/分钟的速度实时获取物料图像。步骤S101中实时获取坩埚内物料图像指的是在同一个晶体生长周期内，实时获取坩埚内物料图像。

为了进一步提高后续步骤对物料图像中信息的获取精度，优选的方案中，步骤S101和后续的步骤S102之间还包括对物料图像实施降噪处理和/或平滑处理，以提高物料图像中边界形状特征的可识别性。

S102、确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征。

在晶体生长的过程中，当坩埚内物料处于熔化时点时，坩埚内固体原料开始逐渐熔化为液态原料，那么原料的外部边界形状处于变化的状态，块状的原料的边界逐渐向着原料的中心渐进，反应在整体原料的宏观形状上，原料的轮廓在变小，此时边界形状特征可以通过物料图像获取到。当坩埚内物料处于凝固时点时，坩埚内的液体表面原料开始结晶成晶体，在长晶的过程中晶体的外部边界形状处于变化的状态，晶体的边界逐渐向着背离晶体中心的方向拓展，反应在整体晶体的宏观形状上，晶体的轮廓在变大，此时晶体的边界形状特征可以通过物料图像获取到。本步骤S102中的边界形状特征指的是坩埚内固体物料的外界边缘所围成的具有形状特征的特征区域。当然，边界形状特征的面积即为其边界所围成的区域面积。步骤S102中确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征，为了后续对处于渐变状态的边界形状特征的面积计算作准备。

S103、计算相邻的两张物料图像的边界形状特征的面积。

本步骤中，计算相邻的两张物料图像的边界形状特征的面积。相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征的面积可以分别记为第一特征面积和第二特征面积。通常可以通过计算边界形状特征所在区域内像素的数量以及单个像素面积的乘积来计算边界形状特征的面积。

S104、判断第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值。

第一特征面积用a表示，第二特征面积用b表示，步骤S104判断a与b差值的绝对值是否大于设定值。需要说明的是，此处的设定值指的是能够表征相邻的两幅图像发生显著变化的值，本领域技术人员可以根据晶体生长过程中各个影响因素综合考虑来确定设定值的大小。本发明实施例一不限制设定值的大小。

再次需要说明的是，步骤S104中的差值的绝对值指的是a与b差值的绝对值，设定值为正数。当步骤S104的判断结果为是时，进入步骤S105，否则，结束操作。

S105、取相邻的两张物料图像中较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。

步骤S105中，在第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值大于设定至时，取相邻两张物料图像中较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。在一个完整的晶体生长周期内，实时拍摄的多张物料图像中，相邻两张物料图像在该晶体生长周期内拍摄时有先有后，即拍摄时间点一个较早，一个较晚。根据步骤S104的判断可知得出，较晚拍摄的物料图像相比于较早拍摄的物料图像而言，其发生的变化较大进而使得第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值大于设定值，因此应该以较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。

本发明实施例一提供的晶体生长固液转换时点的确定方法中，通过实时获取坩埚内的物料图像，然后确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征，在第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值大于设定值时取较晚拍摄的一种物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。本发明实施例一提供的固液转换时点确定方法采用实时获取物料图像，然后对物料图像进行分析来确定固液转换时点。相比于背景技术而言，本发明实施例一提供的方案能够避免人为的参与，进而能够避免坩埚内物料变化的判断受限于人为经验，能够保证判断精度一致，也能够避免人工爬到炉台上进行观察容易导致熔体晃动，进而扰动晶体生长界面的情况发生，最终能够提高晶体生长的质量以及获取固液转换时点的效率。而且，上述方案实时获取图像，能够解决工作人员间隔观察所存在的观察易失败的问题。背景技术中需要人工确认的固液转换时点，本方案可以自动确认，进而能够实现晶体的全自动化生长。

实施例二

请参考附图3，图3示出了本发明实施例二提供的晶体生长固液转换时点确定方法的流程。

图3所示的流程中，确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征包括以下步骤：

S202、检测物料图像每个像素的灰度值。

步骤S202中通过对物料图像中每个像素的灰度进行检测，计算每个像素的灰度值。

S203、选择灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成边界形状特征。

晶体生长过程中炉体内的温度很高，在炉内物料开始熔化的过程中，块状原料的边界逐渐缩小，块状原料本身的温度要低于被熔掉而形成的液态物料温度，所以原料未被熔化的部分较暗，反馈到物料图像上该部分的灰度值较大，当灰度值大于某一个预设灰度值时可以认为该灰度值对应的区域未被熔化。同样，在炉内物料开始结晶的过程中，晶体从坩埚内的液面中心向四周扩展结晶，已结晶的部分温度下降，低于周围未结晶的部分。反馈到物料图像上已结晶的部分的灰度值较大，当灰度值大于某一个预设灰度值时可以认为该灰度值对应的区域已经结晶，将物料图像中对所有灰度值大于预设灰度值的像素点提取，以形成边界形状特征。

本发明实施例二提供了一种具体的确定相邻的两张物料图像相对应边界形状特征的方法，此方案可以直接将物料图像中每个像素点的灰度值与预设灰度值比较来确定边界形状特征，方案比较简单、方便，边界形状特征的边界确定较快捷。需要说明的是，本发明实施例二中，预设灰度值是根据经验确定的物料保持固态的最低灰度值，跟物料的种类、热场环境等因素有关。本领域技术人员可以根据经验来确定预设灰度值，本发明实施例二不限制预设灰度值的具体数值。

再次需要说明的是，本发明实施例二中，步骤S201、S204、S205和S206分别与本发明实施例一中的步骤S101、S103-S105一一对应，且内容相同，因此本发明实施例二中未描述部分可参考本发明实施例一中相对应部分的描述即可，此不赘述。

实施例三

请参考附图4，图4示出了本发明实施例三提供的晶体生长固液转换时点确定方法的流程。

图4所示的流程中，确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征包括以下步骤：

S302、检测物料图像中每个像素的灰度值。

步骤S302中通过对物料图像中每个像素的灰度进行检测，计算每个像素的灰度值。

S303、计算所有相邻的两个像素的灰度值之差。

根据步骤S302中获取的每个像素的灰度值来计算所有相邻的两个像素的灰度值之差。晶体生长的过程中炉体内的温度很高，在炉内物料开始熔化的过程中，块状的原料的边界逐渐缩小，块状的原料本身的温度要低于被熔掉而形成的液态物料的温度，此时会在固液相交处形成明显的边界，反应到物料图像上，边界的一侧灰度值较大，边界的另一侧的灰度值较小。同样，在炉内液态物料开始结晶的过程中，晶体从坩埚内的液面中心开始结晶，已结晶部分的温度下降，低于周围未结晶的液态部分。在结晶面的边界部分，边界的一侧已结晶部分的温度较高，反应到物料图像上该部分的灰度值较小，边界的另一侧液态物料部分的温度较低，反应到物料图像上该部分的灰度值较大。

S304、选择所述灰度值之差大于预设灰度值差的两个像素点中灰度值较大的像素点，作为边界像素点。

经过步骤S303计算后取灰度值之差大于预设灰度值的相邻两个像素点中，灰度值较大的像素点作为边界像素点。

S305、以所有边界像素点构成的区域作为边界形状特征。

步骤S305中，以边界像素点构成的区域作为边界形状特征。

本发明实施例三中，通过计算物料图像中所有相邻的两个像素的灰度值之差，然后取灰度值之差大于预设灰度值差的两个像素中灰度值较大的一个作为边界像素点，然后以边界像素点形成边界形状特征。需要说明的是，本发明实施例三中，预设灰度值差是本领域技术人员根据晶体的固液相转变过程确定的经验值，预设灰度值差与物料的种类、热场环境等因素有关。本领域技术人员可以根据经验确定预设灰度值差，本发明实施例三不限制预设灰度值差的具体数值。

需要说明的是，图4中步骤S301、S306、S307和S308分别与本发明实施例一中步骤S101、S103-S105一一对应，且内容相同，因此本发明实施例三中未描述部分可参考本发明实施例一中相对应部分的描述即可，此不赘述。

本发明实施例一-三所提供的晶体生长固液转换时点确定方法中，在确定固液转换时点之后还包括检测固液转换时点对应的炉内温度，以为后续的晶体生长工艺作指导。

本发明实施例还提供一种晶体生长方法，所述的晶体生长方法采用上述实施例一-三中任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定方法来确定固液转换时点。

实施例四

请参考附图5，图5示出了本发明实施例四提供的晶体生长固液转换时点确定装置的结构。本发明实施例四提供的晶体生长固液转换时点确定装置适用于热交换法晶体生长***。固液转换时点指的是在晶体生长周期内，固体物料开始熔化或液态原料表面开始结晶时的时间点。当然，此时间点为晶体生长周期中的时间点。

图5所示的结构，包括：

图像获取单元401，用于实时获取坩埚内物料图像。图像获取单元通常由照相机、CCD图像传感器或录像机完成。检测精度不同，相对应的所获取的物料图像的精度也可以不同，例如可以按照5帧/分钟的速度实时获取物料图像，也可以按照1帧/分钟的速度实时获取物料图像。图像获取单元401实时获取坩埚内物料图像指的是在同一个晶体生长周期内，实时获取坩埚内物料图像。

为了进一步提高后续步骤对物料图像中信息的获取精度，优选的方案中，本发明实施例四提供的晶体生长固液转换时点确定装置还包括用于对物料图像实施降噪处理和/或平滑处理的预处理单元，以提高物料图像中边界形状特征的可识别性。

在图像获取的过程中，炉内温度较高进入到图像获取单元401内的光线强度较大导致图像过亮，不利于后续的边界形状特征的确定。为此，本发明实施例四提供的晶体生长固液装换时点确定装置还包括用于相对于图像获取单元401的镜头固定，且用于调节进入到镜头中光线能量的滤光片。

确定单元402，用于确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征。在晶体生长的过程中，当坩埚内物料处于熔化时点时，坩埚内固体原料开始逐渐熔化为液态原料，那么原料的外部边界形状处于变化的状态，块状的原料的边界逐渐向着原料的中心渐进，反应在整体原料的宏观形状上，原料的轮廓在变小，此时边界形状特征可以通过物料图像获取到。当坩埚内物料处于凝固时点时，坩埚内的液体表面原料开始结晶成晶体，在长晶的过程中晶体的外部边界形状处于变化的状态，晶体的边界逐渐向着背离晶体中心的方向拓展，反应在整体晶体的宏观形状上，晶体的轮廓在变大，此时晶体的边界形状特征可以通过物料图像获取到。边界形状特征指的是坩埚内固体物料的外界边缘所围成的具有形状特征的特征区域。当然，边界形状特征的面积即为其边界所围成的区域面积。确定单元402确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征，为了后续对处于渐变状态的边界形状特征的面积计算作准备。

第一计算单元403，用于计算相邻的两张物料图像的边界形状特征的面积。相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征的面积可以分别记为第一特征面积和第二特征面积。通常可以通过计算边界形状特征所在区域内像素的数量以及单个像素面积的乘积来计算边界形状特征的面积。

判断单元404、用于判断第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值。第一特征面积用a表示，第二特征面积用b表示，判断a与b差值的绝对值是否大于设定值。需要说明的是，此处的设定值指的是能够表征相邻的两幅图像发生显著变化的值，本领域技术人员可以根据晶体生长过程中各个影响因素综合考虑来确定设定值的大小。本发明实施例四不限制设定值的大小。

再次需要说明的是，上述差值的绝对值指的是a与b差值的绝对值，设定值为正数。当判断单元404判断结果为是时，启动取值单元405，否则结束操作。

取值单元405、在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻的两张物料图像中较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。在第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值大于设定至时，取相邻的两张物料图像中较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。在一个完整的晶体生长周期内，实时拍摄的多张物料图像中，相邻的两张物料图像在该晶体生长周期内拍摄时有先有后，即拍摄时间点一个较早，一个较晚。根据判断单元404的判断可知得出，较晚拍摄的物料图像相比于较早拍摄的物料图像而言，其发生的变化较大进而使得第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值大于设定值，因此应该以较晚拍摄的一张物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。

本发明实施例四提供的晶体生长固液转换时点的确定装置中，通过实时获取坩埚内的物料图像，然后确定相邻的两张物料图像相对应的边界形状特征，在第一特征面积和第二特征面积差值的绝对值大于设定值时取较晚拍摄的一种物料图像所对应的拍摄时点作为固液转换时点。本发明实施例四提供的固液转换时点确定确定采用实时获取物料图像，然后对物料图像进行分析来确定固液转换时点。相比于背景技术而言，本发明实施例四提供的方案能够避免人为的参与，进而能够避免坩埚内物料变化的判断受限于人为经验，能够保证判断精度一致，也能够避免人工爬到炉台上进行观察容易导致熔体晃动，进而扰动晶体生长界面的情况发生，最终能够提高晶体生长的质量以及获取固液转换时点的效率。而且，上述方案实时获取图像，能够解决工作人员间隔观察所存在的观察易失败的问题。背景技术中需要人工确认的固液转换时点，本方案可以自动确认，进而能够实现晶体的全自动化生长。

实施例五

请参考附图6，图6示出了本发明实施例五提供的晶体生长固液时点确定装置的结构。

图6所示的结构中，确定单元包括：

检测单元502，用于检测物料图像每个像素的灰度值。

构建单元503、用于选择灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成边界形状特征。

晶体生长过程中炉体内的温度很高，在炉内物料开始熔化的过程中，块状原料的边界逐渐缩小，块状原料本身的温度要低于被熔掉而形成的液态物料温度，所以原料未被熔化的部分较暗，反馈到物料图像上该部分的灰度值较大，当灰度值大于某一个预设灰度值时可以认为该灰度值对应的区域未被熔化。同样，在炉内物料开始结晶的过程中，晶体从坩埚内的液面中心向四周扩展结晶，已结晶的部分温度下降，低于周围未结晶的部分。反馈到物料图像上已结晶的部分的灰度值较大，当灰度值大于某一个预设灰度值时可以认为该灰度值对应的区域已经结晶，将物料图像中对所有灰度值大于预设灰度值的像素点提取，以形成边界形状特征。

本发明实施例五提供了一种具体的确定相邻的两张物料图像相对应边界形状特征的确定单元，此方案可以直接将物料图像中每个像素点的灰度值与预设灰度值比较来确定边界形状特征，方案比较简单、方便，边界形状特征的边界确定较快捷。需要说明的是，本发明实施例五中，预设灰度值是根据经验确定的物料保持固态的最低灰度值，跟物料的种类、热场环境等因素有关。本领域技术人员可以根据经验来确定预设灰度值，本发明实施例五不限制预设灰度值的具体数值。

需要说明的是，图6中，图像获取单元501、第一计算单元504、判断单元505和取值单元506分别与图5中所示的图像获取单元401、第一计算单元403、判断单元404和取值单元405一一对应，且功能相同，具体请参考本发明实施例四中相应的描述即可，此不赘述。

实施例六

请参考附图7，图7示出了本发明实施例六提供的晶体生长固液转换时点确定装置的结构。

图7所示的结构中，确定单元包括：

检测单元602、用于检测物料图像中每个像素的灰度值。

第二计算单元603、用于计算所有相邻的两个像素的灰度值之差。

第二计算单元603根据检测单元检测的每个像素的灰度值来计算所有相邻两个像素的灰度值之差。晶体生长过程中炉体内的温度很高，在炉内物料开始熔化的过程中，块状的原料的边界逐渐缩小，块状的原料本身的温度要低于被熔掉而形成的液态物料的温度，此时会在固液相交处形成明显的边界，反应到物料图像上，边界的一侧灰度值较大，边界的另一侧的灰度值较小。同样，在炉内液态物料开始结晶的过程中，晶体从坩埚内的液面中心开始结晶，已结晶部分的温度下降，低于周围未结晶的液态部分。在结晶面的边界部分，边界的一侧已结晶部分的温度较高，反应到物料图像上该部分的灰度值较小，边界的另一侧液态物料部分的温度较低，反应到物料图像上该部分的灰度值较大。

选择单元604，用于选择所述灰度值之差大于预设灰度值差的两个像素点中灰度值较大的像素点，作为边界像素点。

经过第二计算单元603计算后取灰度值之差大于预设灰度值的相邻两个像素点中，灰度值较大的像素点作为边界像素点。

构建单元605、以所有边界像素点构成的区域作为边界形状特征。

本发明实施例六中，通过计算物料图像中所有相邻的两个像素的灰度值之差，然后取灰度值之差大于预设灰度值差的两个像素中灰度值较大的一个作为边界像素点，然后以边界像素点形成边界形状特征。需要说明的是，本发明实施例六中，预设灰度值差是本领域技术人员根据晶体的固液相转变过程确定的经验值，预设灰度值差与物料的种类、热场环境等因素有关。本领域技术人员可以根据经验确定预设灰度值差，本发明实施例六不限制预设灰度值差的具体数值。

需要说明的是，图7所示的图像获取单元601、第一计算单元606、判断单元607和取值单元608分别与图5所示的图像获取单元401、第一计算单元403、判断单元404和取值单元405一一对应，且功能相同，具体请参考本发明实施例四中相对应的描述即可，此不赘述。

本发明实施例四-六所提供的晶体生长固液转换时点确定装置还可以包括温度检测单元，用于检测固液转换时点对应的炉内温度，以为后续的晶体生长工艺作指导。

基于本发明实施例四-六所提供的晶体生长固液转换时点确定装置，本发明实施例还公开了一种晶体生长***，所述的晶体生长***具有上述实施例四-实施例六中任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定装置。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.晶体生长固液转换时点确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

11)实时获取坩埚内物料图像；

12)确定相邻的两张所述物料图像相对应的边界形状特征；

13)计算相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积，分别为第一特征面积和第二特征面积；

14)判断所述第一特征面积和所述第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；

15)在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻的两张所述物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。

2.根据权利要求1所述的晶体生长固液转换时点确定方法，其特征在于，步骤12)包括：

21)检测所述物料图像每个像素的灰度值；

22)选择所述灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成所述边界形状特征。

3.根据权利要求1所述的晶体生长固液转换时点确定方法，其特征在于，步骤12)包括：

31)检测所述物料图像每个像素的灰度值；

32)计算所有相邻两个像素的灰度值之差；

33)取所述灰度值之差的绝对值大于预设灰度值差中灰度值较大的像素点，作为边界像素点；

34)以所有所述边界像素点构成的区域作为所述边界形状特征。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定方法，其特征在于，步骤11)和步骤12)之间还包括：

对所述物料图像实施降噪处理和/或平滑处理。

5.根据权利要求1所述的晶体生长固液转换时点确定方法，其特征在于，步骤15)之后还包括：

检测所述固液转换时点对应的炉内温度。

6.晶体生长方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定方法确定固液转换时点。

7.晶体生长固液转换时点确定装置，用于晶体生长***，其特征在于，包括：

图像获取单元，用于实时获取所述晶体生长***的坩埚内物料图像；

确定单元，用于确定相邻的两张所述物料图像相对应的边界形状特征；

第一计算单元，用于计算相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积，相邻两张所述物料图像边界形状特征的面积分别为第一特征面积和第二特征面积；

判断单元，用于判断所述第一特征面积和所述第二特征面积差值的绝对值是否大于设定值；

取值单元，用于在所述差值的绝对值大于设定值时，取相邻两张所述物料图像中较晚拍摄的一张所述物料图像所对应的拍摄时点作为所述固液转换时点。

8.根据权利要求7所述的晶体生长固液转换时点确定装置，其特征在于，所述确定单元包括：

检测单元，用于检测所述物料图像每个像素的灰度值；

构建单元，选择所述灰度值大于预设灰度值的像素点，以形成所述边界形状特征；或者，

所述确定单元包括：

检测单元，用于检测所述物料图像每个像素的灰度值；

第二计算单元，用于计算所有相邻两个像素的灰度值之差；

选择单元，选择所述灰度值之差的绝对值大于预设灰度值差中灰度值较大的像素点，作为边界像素点；

构建单元，以所有所述边界像素点构成的区域作为所述边界形状特征。

9.根据权利要求7所述的晶体生长固液转换时点确定装置，其特征在于，所述晶体生长固液转换时点确定装置还包括：

相对于所述图像获取单元的镜头固定，且用于调节进入到所述镜头中光线能量的滤光片。

10.晶体生长***，其特征在于，所述晶体生长***具有权利要求7-9中任意一项所述的晶体生长固液转换时点确定装置。