具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的用于晶体生长的液面检测装置。显然，本发明的施行并不限于晶体生长技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

参照图1，用于晶体生长的装置包括炉体1，所述炉体1中包括坩埚5，所述坩埚5的外围设置有加热器6，所述坩埚5中有熔体4，在熔体4的上方形成晶体2，所述坩埚5的上方围绕所述晶体2设置有导流筒3。作为一个实例，所述晶体2为单晶硅晶棒。

示例性地，所述炉体1为不锈钢腔体，所述炉体1内为真空或者充满保护气体。作为一个实例，所述保护气体为氩气，其纯度为99.999％以上，压力为5mbar-100mbar，流量为70slpm-200slpm。

示例性地，所述坩埚5由耐高温耐腐蚀材料制成，坩埚5内盛装有用于晶体生长的熔体4。在一个实施例中，坩埚5包括石英坩埚和/或石墨坩埚。坩埚5内盛装有原料，例如多晶硅。原料在坩埚5中被加热为用于生长单晶硅棒的熔体4，具体地，将籽晶浸入熔体中，通过籽晶轴带动籽晶旋转并缓慢提拉，以使硅原子沿籽晶生长为单晶硅棒。所述籽晶是由一定晶向的硅单晶切割或钻取而成，常用的晶向为<100>、<111>、<110>等，所述籽晶一般为圆柱体。

示例性地，所述坩埚5的外围设置有加热器6，所述加热器6可以是石墨加热器，可以设置在坩埚5的侧面和/或底部，目的是对坩埚5进行通电加热。进一步，所述加热器6包括围绕坩埚5进行设置的一个或多个加热器，以使坩埚5的热场分布均匀。

示例性地，炉体1内还设置有导流筒3，其位于坩埚5的上方，并且位于晶体2的外侧围绕所述晶体2设置，避免熔体4的热量以热辐射等形式传递到炉体1中，造成热损失。

进一步，晶体生长装置还包括坩埚升降机构7，目的是支撑和旋转坩埚轴，以实现坩埚5的升降。

示例性地，单晶硅晶棒的长晶过程依次包括引晶、放肩、转肩、等径及收尾几个阶段。

首先进行引晶阶段。即当熔体4稳定到一定温度后，将籽晶3浸入熔体4中，将籽晶3以一定的拉速进行提升，使硅原子沿籽晶生长为一定直径的细颈，直至细颈达到预定长度。所述引晶过程的主要作用是为了消除因热冲击而导致单晶硅形成的位错缺陷，利用结晶前沿的过冷度驱动硅原子按顺序排列在固液界面的硅固体上，形成单晶硅。示例性地，所述拉速为1.5mm/min-4.0mm/min，细颈长度为晶棒直径的0.6-1.4倍，细颈直径为4mm-6mm。

然后，进入放肩阶段，当细颈达到预定长度之后，减慢所述籽晶3向上提拉的速度，同时略降低熔体4的温度，进行降温是为了促进所述单晶硅的横向生长，即使所述单晶硅的直径加大，该过程称为放肩阶段。

接着，进入转肩阶段。当单晶硅的直径增大至目标直径时，通过提高加热器6的加热功率，增加熔体4的温度，同时调整所述籽晶3向上提拉的速度、旋转的速度以及坩埚5的旋转速度等，抑制所述单晶硅的横向生长，促进其纵向生长，使所述单晶硅近乎等直径生长。

然后，进入等径阶段。当单晶硅晶棒直径达到预定值以后，进入等径阶段，该阶段所形成的圆柱形晶棒为晶棒的等径段。具体地，调整坩埚温度、拉晶速度、坩埚转速和晶体转速，稳定生长速率，使晶体直径保持不变，一直到拉晶完毕。等径过程是单晶硅生长的主要阶段，长达数几十小时甚至一百多小时的生长。

最后，进入收尾阶段。收尾时，加快提升速率，同时升高熔体4的温度，使晶棒直径逐渐变小，形成一个圆锥形，当锥尖足够小时，它最终会离开液面。将完成收尾的晶棒升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。

在晶体生长过程中，对熔体4液面与导流筒3之间的间距进行测量是十分重要的，因此，本发明提供的晶体生长装置包括一种用于晶体生长的液面检测装置，如图1所示，包括：

炉体1，所述炉体1内设置有坩埚5，所述坩埚5内包括熔体4；

导流筒3，所述导流筒3位于所述熔体4的上方，所述导流筒3的底部设置有定位销9，所述定位销9的至少一部分由不透明材料填充；

相机8，用于获取所述定位销9与所述定位销在所述熔体4液面上的倒影的图像；

图像处理器，基于所述定位销9与所述定位销在所述熔体液面上的倒影的图像计算所述定位销9与所述熔体4液面之间的距离。

示例性地，所述相机8包括任何能够用于光学成像的设备，包括但不限于数码相机、高清摄像机等。在一个实施例中，所述相机8包括CCD相机。

进一步，所述相机8设置在炉体1外，通过开设在炉体1上的观察窗口进行液面检测。

示例性地，本发明提供的用于晶体生长的液面检测装置还包括图像处理器，所述图像处理器能够基于所述定位销9与所述定位销在所述熔体4液面上的倒影的图像计算所述定位销9与所述熔体4液面之间的距离。

由于晶体生长的高温环境，定位销需采用耐高温材料制成，优选透明高纯石英，石英可以在1350℃时正常使用，其软化温度约为1700℃，同时膨胀系数较低，适用于晶体生长。进一步，由于晶体生长对杂质及金属有很高的要求，并且高透明度的杂质含量最小，因此石英杂质含量越低石英越纯越透明，耐高温性能也更好，因此大多选用高纯透明的石英销作为内部定位销。

然而，当定位销9采用透明材料制作时，定位销9在熔体4液面上的倒影十分模糊，难以通过图像处理器准确计算所述定位销9与所述熔体4液面之间的距离，而更换精度更高的相机8对于改善倒影的成像效果不明显，并且提高了生产成本。

基于上述透明高纯石英作为定位销的优点，在继续采用透明高纯石英作为定位销材料的情况下，为了解决高纯透明石英倒影不清晰，需要使定位销的至少一部分由不透明材料填充以达到倒影阴影清晰的目的。

在一个实施例中，如图2所示，所述定位销9包括壳体部分901和填充部分902。

示例性地，所述壳体部分901包括耐高温材料。进一步，所述壳体部分901采用透明高纯石英制成。

在一个实施例中，去除现有技术中广泛采用的石英定位销中的中心部分，以形成中空的石英定位销，石英作为定位销的壳体部分。

在一个实施例中，采用中空设计制备中空的石英定位销，石英作为定位销的壳体部分。

进一步，由于壳体部分901采用透明材料制成，须采用不透明材料作为填充部分902。作为一个实例，基于高纯石墨的耐高温远高于石英及热膨胀系数小于石英，所述填充部分902包括但不限于石墨或硅。

对于现有技术中广泛采用的石英定位销，仅需在其中形成中空部分并填充不透明材料，即可作为本发明提供的用于晶体生长的液面检测装置的定位销9，制造难度小，成本低，能够显著改善倒影的成像效果，从而准确计算所述定位销9与所述熔体4液面之间的距离。

根据本发明提供的用于晶体生长的液面检测装置，利用相机获取设置在导流筒底部的定位销与所述定位销在熔体液面上的倒影的清晰图像，以准确计算所述定位销与所述熔体液面之间的距离，操作简便、成本低。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。