基于高阶奇异值分解的硅料溶化进程监测方法,先采用CCD照相机对硅料熔化过程进行实时的图像序列采集;用当前时刻之前的若干二维图像序列构成三维张量(tensor),对该张量进行高阶奇异值分解(HOSVD)得到用于表征之前熔化状态的基图像(Base Images);然后,对当前硅料熔化所采集的图像与包含主要信息的基图像进行相关性计算,依据相关性的大小判定硅料溶化状态是否改变。
本发明所采用的技术方案是,基于高阶奇异值分解的硅料溶化进程监测方法,先采用CCD照相机对硅料熔化过程进行实时的图像序列采集;用当前时刻之前的若干二维图像序列构成三维张量(tensor),对该张量进行高阶奇异值分解(HOSVD)得到用于表征之前熔化状态的基图像(Base Images);然后,对当前硅料熔化所采集的图像与包含主要信息的基图像进行相关性计算,依据相关性的大小判定硅料溶化状态是否改变。
本发明利用高阶奇异值分解进行硅料熔化状态进程的监测,其目的就是要提取表征当前时刻前的硅料熔化状态的特征,依据该特征对当前时刻图像的硅料熔化状态是否变化做出检测。首先,采用CCD照相机获得硅料溶化的实时图像序列,将当前时刻之前临近的幅硅料熔化状态的图像序列,,构成张量;然后,对该张量进行模-3的高阶奇异值分解,获得表征之前熔液状态的基图像,利用当前图像与基图像的相关性进行硅料熔化状态变化的检测,从而实现对熔化状态实时监测的目的。在该监测方法实施的过程中,邻近的幅硅料熔化状态的图像序列的选取和分解所得的基图像的取舍都非常重要。硅料熔化状态的图像过少时,所提取的特征将不能很好表征之前的硅料熔化状态,从而使得检测的结果并不准确;如果选择过多的时,不必要的信息也将干扰检测的结果,同时加大计算的复杂度。基图像的选取过少时会使之前的熔化状态信息缺乏,检测的结果不准确;而基图像过多时会使得噪声量增加,也将导致检测结果准确性降低。
硅料熔化控制是晶体生长的重要环节。当硅料完全熔化并且熔液温度稳定时,晶体生长过程才能开始进行。在该过程中,将硅料放置在石英坩埚中,用坩埚外围的高纯度石墨加热器加热坩埚。在实际运行过程中,要依据硅料的熔化状态提高、降低加热功率,旋转、升高坩埚,保证整个过程的安全、高效。硅料熔化的过程中吸收潜热,而硅料完全熔化后,不再吸收潜热,多余的热量使炉内温度迅速上升,这会使流体流动加剧,加速对石英坩埚壁的冲刷,腐蚀坩埚壁,从而使熔体中氧含量升高,降低产品质量。熔体温度过高还将导致熔硅汽化,对炉体造成很大的伤害,而且还会破坏石英坩埚表面的镀层。温度过低,将不会出现弯月面光环,甚至长出多晶。因此,硅料熔化进程的监测在单晶硅产业中具有重要的现实意义。
对于硅料熔化进程的监测,先进、可靠的方法是非常重要的,它关系到硅料熔化能否安全有效地进行。监测问题可以转化为:硅料从固态到液态形态变化的检测问题。常用的检测方法可以分为3类:第1类,基于图像像素值的方法,通过比较硅料熔化过程中前后不同时刻的图像对应位置的像素值差异,当前后的差异大于某一阈值时,判定硅料熔化状态发生变化;第2类,采用硅料熔化的图像直方图信息进行状态变化的检测;第3类,首先计算硅料熔化图像的边缘特征,然后进行状态变化的检测。由于在硅料熔化的过程中,溶液自身会产生很强的亮光;同时,由于受到氩气充气、埚转、埚生等影响,熔液表面存在一定程度的波动,因此图像像素值的比较并不能有效表征硅料熔化的进程状态。而且,熔化的过程中,硅料有多种形态,加之亮光的照射和熔液对光线的反射使得图像内容十分复杂,硅料溶化状态图像的边缘表征的信息并不准确。图像直方图对于小幅的熔液运动有较好的抑制作用,但并不能很好分辨硅料熔化状态的变化与熔液在气流、运动等造成的运动噪声,特别是在硅料熔化过程的后期。因此,针对硅料熔化的图像特点,进一步探索可靠、准确的硅料熔化状态监测方法是十分必要的。
本发明监测方法既能在初、中期硅料熔化状态背景较复杂的情况下检测出硅料的状态变化,又能在熔化后期很好区别硅料熔化状态的变化与熔液运动的噪声,实现了对硅料熔化进程的准确、有效监测。
硅料熔化进程的监测在单晶硅产业中具有重要的现实意义。对于硅料熔化进程的监测,先进、可靠的方法是非常重要的,它关系到硅料熔化能否安全有效地进行。此项专利技术应用前景广泛。
本专利目前处于研发阶段,含金量高,可以为企业带来更大的经济效益。
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