Презентация для логистической компании. Презентация для таможенного брокера.
Презентация
Transcript of Презентация
Авторассистент кафедры конструирования электронных средств ТТИ ЮФУКлунникова ЮВНаучный руководительзав каф КЭС ТТИ ЮФУ дтн профессор член-корреспондент РАЕНМалюков СП
Монокристаллы сапфира являются отличным конструкционным материалом микроэлектроники
Монокристалл сапфира находит широкое применение в авиационной космической химической ювелирной промышленности в медицине в металлургии где оборудование в целом или его отдельные элементы эксплуатируются в экстремальных условиях при одновременном воздействии агрессивных сред высоких давлений механических нагрузок и так далее
Актуальная задача обеспечения требуемого качества кристаллов может быть решена только при наличии эффективных инновационных средств позволяющих заранее определять параметры при которых получается бездефектный кристалл и контролировать качество продукции
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 2 плакатов 29
2
3
применение моделей и алгоритмов математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира в производстве выпуск промышленного образца
1 Поиск оптимального сочетания параметров роста кристаллов2 Разработка моделей охватывающих факторы процесса имеющие корреляционную зависимость которую трудно обнаружить3 Разработка математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира для электронной техники для того чтобы уйти от интуитивного выбора технологом параметров технологического процесса4 Коммерциализация научно-технической разработки
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 3 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 4 плакатов 29
4
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 5 плакатов 29
Оптические детали заготовки стержни
Офтальмологические скальпели
Линзы
5
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 6 плакатов 29
Сапфировые имплантаты ndash для костей позвонков протез бедра
В стоматологии ndash сапфировые брекеты
6
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
Монокристаллы сапфира являются отличным конструкционным материалом микроэлектроники
Монокристалл сапфира находит широкое применение в авиационной космической химической ювелирной промышленности в медицине в металлургии где оборудование в целом или его отдельные элементы эксплуатируются в экстремальных условиях при одновременном воздействии агрессивных сред высоких давлений механических нагрузок и так далее
Актуальная задача обеспечения требуемого качества кристаллов может быть решена только при наличии эффективных инновационных средств позволяющих заранее определять параметры при которых получается бездефектный кристалл и контролировать качество продукции
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 2 плакатов 29
2
3
применение моделей и алгоритмов математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира в производстве выпуск промышленного образца
1 Поиск оптимального сочетания параметров роста кристаллов2 Разработка моделей охватывающих факторы процесса имеющие корреляционную зависимость которую трудно обнаружить3 Разработка математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира для электронной техники для того чтобы уйти от интуитивного выбора технологом параметров технологического процесса4 Коммерциализация научно-технической разработки
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 3 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 4 плакатов 29
4
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 5 плакатов 29
Оптические детали заготовки стержни
Офтальмологические скальпели
Линзы
5
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 6 плакатов 29
Сапфировые имплантаты ndash для костей позвонков протез бедра
В стоматологии ndash сапфировые брекеты
6
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
3
применение моделей и алгоритмов математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира в производстве выпуск промышленного образца
1 Поиск оптимального сочетания параметров роста кристаллов2 Разработка моделей охватывающих факторы процесса имеющие корреляционную зависимость которую трудно обнаружить3 Разработка математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира для электронной техники для того чтобы уйти от интуитивного выбора технологом параметров технологического процесса4 Коммерциализация научно-технической разработки
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 3 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 4 плакатов 29
4
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 5 плакатов 29
Оптические детали заготовки стержни
Офтальмологические скальпели
Линзы
5
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 6 плакатов 29
Сапфировые имплантаты ndash для костей позвонков протез бедра
В стоматологии ndash сапфировые брекеты
6
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 4 плакатов 29
4
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 5 плакатов 29
Оптические детали заготовки стержни
Офтальмологические скальпели
Линзы
5
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 6 плакатов 29
Сапфировые имплантаты ndash для костей позвонков протез бедра
В стоматологии ndash сапфировые брекеты
6
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 5 плакатов 29
Оптические детали заготовки стержни
Офтальмологические скальпели
Линзы
5
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 6 плакатов 29
Сапфировые имплантаты ndash для костей позвонков протез бедра
В стоматологии ndash сапфировые брекеты
6
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 6 плакатов 29
Сапфировые имплантаты ndash для костей позвонков протез бедра
В стоматологии ndash сапфировые брекеты
6
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 7 плакатов 29
Стальные сопла пескоструйных аппаратов
Часовые камни часовые стекла
7
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 8 плакатов 29
сапфировые подложки в микроэлектронике
Сапфир легированный Ti - одна из основных активных сред перестраиваемых лазеров и соответственно лазерные элементы
8
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 9 плакатов 29
броня из искусственного сапфира
сапфировые иллюминаторы
9
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
10
Метод Достоинства Недостатки
1 МетодВернейля
1 Отсутствие контейнера и связанных с ним проблем2 Однородность распределения легирующих добавок по длине кристалла3 Кристаллизация в открытом муфеле с возможностью регулирования
окислительно-восстановительного потенциала атмосферы кристаллизации изменением отношением H2O2 в пламени
4 Возможность введения в кристалл большого количества легирующих добавок и возможность выращивания кристалла части которых имеют разное содержание примесей рубиновых стержней с сапфировыми наконечниками
5 Техническая простота реализации и низкая себестоимость кристаллов
1 Высокие температурные градиенты в зоне кристаллизации (30-100 градмм) способствующие возникновению в кристаллах больших остаточных напряжений
2 Методзоннойплавки
1 Возможность одновременно с выращиванием регулировать содержание примесей
2 Высокая эффективность
1 Низкая производительность2 Большая продолжительность 3 Высокая стоимость4 Максимальные габариты лодочки -
длина 50 см толщина 2-3 см длина расплавленной зоны 5 см
3 МетодЧохраль-ского
1 Отсутствие контакта со стенками тигля 2 Достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и
визуально контролировать рост
1 Значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста
4 Метод гори-зонтально-направленнойкристаллизации (ГНК)
1 Постоянная площадь расплава2 Возможность выращивать монокристаллы большого сечения
эффективное удаление примесей3 Возможность проведения многократной предростовой
перекристаллизации материала что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов
1 Наличие контакта выращиваемого монокристалла с контейнером с чем связано загрязнение расплава и возникновение в кристалле остаточных напряжений трещин
2 Небольшая толщина кристалла ndash до 50 мм
5 МетодСтепа-нова
1 Высокая скорость отвода тепла позволяет выращивать кристалл на достаточно больших скоростях
2 Большая производительность3 Возможность вырастить сапфировые профили которые невозможно
изготовить механической обработкой
1 Получение кристаллов с большой плотностью структурных дефектов
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 10 плакатов 29
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
11
Модель Достоинства Недостатки
Физические и математические модели тепло- и массопереноса при выращивании монокристаллов направленной кристаллизации
bullСформулированы упрощенные модели тепло- и массопереноса для периодов цикла ГНК
bullВведение в модели уравнений баланса массы и примесей позволяет одновременно решать задачи тепловую формирования высоты кристалла и распределения примесей в ней
bullМодели дают ценную информацию для совершенствования процесса выращивания кристаллов
bullДаны рекомендации по выращиванию кристалла с постоянной высотой по длине и ведению процесса с остановкой контейнера и снижением мощности нагревателя
bullТепловой процесс в системе рассматривается как квазистационарный
bullТемпературное поле ndash одномерное
Численная модель процессов теплообмена при выращивании монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
bullУчет различных периодов цикла кристаллизацииbullДвумерная модель используется для отслеживания положения и формы
фронта кристаллизации в зависимости от текущих температурных условийbullМодели дают ценную информацию для создания оптимальной конструкции
теплового узла ростовой установки для производства кристаллов с пониженным уровнем дислокаций
bull Двумерность моделиbull Требуется большое количество
памяти
Математическая модель осевого распределения температуры в трубчатых кристаллах лейкосапфира выращиваемых из расплава способом Степанова
bullМатематическая модель описывает процессы теплообмена в тепловой зонеbullПроведено математическое моделирование процессов теплообмена и анализ
основных факторов обеспечивающих управление распределением температуры в кристалле
bullОдномерность модели
Модель температурных и термоупругих полей в сапфире в трехмерных криволинейных координатах
bullРазработан математический аппарат с вычислительным программным обеспечением для расчетов полей температур напряжений перемещений и деформаций в частности для Al2O3
bullМодель открывает возможность вычислительного эксперимента для проектирования новых ростовых устройств или усовершенствования существующих
bull Не учитывается распределение температур в конусной части кристалла
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфира Плакат 11 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 12 плакатов 29
12
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
13
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 13 плакатов 29
Подготовка исходных данных для расчета
Моделирование процессов получения
монокристаллов сапфира
Оптимизация технологического
процесса
Подготовка предъявляемых требований по
качеству
Задание теплофизических условий процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор в БД исходных данных
Экспертная оценка значимости
технологических параметров на
качество монокристаллов
сапфира
Ввод исходных данных
Систематизация промежуточных
результатов расчета (таблица зависимости уровня дефектов и др при разных заданных
режимах)
Изменение наиболее значимых исходных
данных
Получение зависимости уровня
дефектов от наиболее значимых
технологических параметров
Разработка оптимизационной модели процесса
получения монокристаллов
сапфира
Выбор условий и решение полученной
оптимизационной модели
Оптимальные параметры технологии
получения монокристаллов
сапфира
Входные данные
Оптимальные параметры
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
14
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 14 плакатов 29
Технология получения монокристаллов сапфира
Исполнительное устройство
Измерители информации (цифровые датчики)
Обработка информации управляющим субъектом
Алгоритмы анализа и сбора информации
Входные данные
Выходные данные
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
поставляютсязаказывает
поступаетобрабатывает
осуществляютобрабатываются
выращиваетобразуется в
управляетвыращивает
управляетвыращивает
Печь
печи
МоделиСтепепь вакуумаСкорость выращиванияМощность нагревателяВес лодочкиВес компоновки
Кристалл
кристалла печи (FK)
Вес кристалла после выгрузкиДлинаШиринаВысотаПроцент содержания трещинПроцент содержания примесейПроцент содержания включенийПроцент содержания блоковПроцент содержания пузырьковКатегория качестваОриентация
Резка кристалла на изделия
изделия договора (FK) кристалла (FK) печи (FK) сотрудника (FK)
Скорость резанияФорма изделияТолщинаГлубина нарушенного слояШероховатостьЧастота вращенияМодель станкаЦенаКласс шлифовки
Заказчик
договора
Название фирмыРегионГородУлицаДом
Персонал
сотрудника
ФамилияИмяОтчествоДолжность
Печь_Персонал
печи (FK) сотрудника (FK)
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 15 плакатов 29
15
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
16
Эскиз конструкции печи СЗВН 155320 1 ndash теплоизоляционные экраны 2 ndash контейнер с кристаллом сапфира 3 ndash вольфрамовый нагреватель 4 ndash устройство для механического перемещения лодочки (волокуша) 5 ndash тепловой узел
Задача о нахождении распределения температуры в системе кристалл-расплав-шихта сводится к решению уравнений теплопроводности
0 lt x lt xL 0 lt y lt yL 0 lt z lt zL
где i = 123 ndash соответственно кристалл расплав и шихта ia ndash коэффициенты температуропроводности W ndash скорость
движения контейнера Граничные условия для системы уравнений (1) отражающие неразрывность тепловых полей и тепловых потоков на границах раздела сред записываются в виде следующих соотношений
(1) )()()()()(
2
2
2
2
2
2
x
zyxTW
z
zyxT
y
zyxT
x
zyxTa
zyxT iiiii
i
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 16 плакатов 29
)()( 2
21
1 x
zyxT
x
zyxT TT
)()( 3
32
2 x
zyxxT
x
zyxxT TT
)( 44
321 hotsss TTqqq
Oslash25
0
Oslash90
154
100
Oslash
14
35080
5545 Oslash8
720
700
1 2 3 4 5
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
17
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 17 плакатов 29
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
18
0 005
01
015
02
025
03
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
x м
T К
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 18 плакатов 29
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
19
0 005 01 015 02 025 031200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
035
T К
x м
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 19 плакатов 29
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 20 плакатов 29
20
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
опы-
та
x1
ммчас
x2
кВт
x3
Па
Экспери-ментальное значение у
см-2
Расчётное значение
у см-2
1 6 205 006 26 25625
2 6 205 002 32 34125
3 8 205 002 49 46875
4 8 205 006 38 38375
5 6 225 002 5 4625
6 6 225 006 2 0625
7 8 225 006 12 13375
8 8 225 002 17 17375
x1 ndash скорость движения лодочки (ммчас)
x2 ndash мощность нагревателя (кВт) x3 ndash степень вакуума (Па) y ndash количество пузырей на единицу площади (см-2)
Уравнение в физических переменных y=325562+6375x1-15875x2-1365625x3+56250x2x3
Сравнительная характеристика экспериментальных и расчетных данных
Интерфейс программного модуля
Гистограммы отражающие разницу расчетных и экспериментальных значений
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 21 плакатов 29
21
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
22
Прогнозиро-вание
Оценкапараметров
Градиенттемпера-
тур нафронтероста
Формированиерекомендаций
Анализотклонений
Пониже-ние
степенидефект-ности
Повыше-ние
степенидефект-ности
Степеньвакуума
Тепло-войузел
Ско-рость
кристал-лизации
Мощ-ность
нагрева-теля
Материалконтей-
нера
Ка-чествошихты
Пространст-венная
ориентация
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 22 плакатов 29
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
Вид обработки с [мкм] hбоктр
[мкм]
1 Полировка свободным абразивом05 мкм
0098 0013
2 Полировка свободным абразивом07 мкм
0153 0018
1 ДСШ свободным абразивом3 мкм
1067 007647
2 ДСШ свободным абразивом10 мкм
5315 02549
3 ДСШ свободным абразивом20 мкм
1339 05098
4 ДСШ свободным абразивом30 мкм
23 07647
Результаты исследования
Параметры поверхности сапфира обработки алмазным порошком АСМ 2820и АСМ 10
Микрофотографии поверхности сапфира после обработки алмазным порошком АСМ 2820 и АСМ 10
Трехмерное изображение участка поверхности пластины сапфира после механической полировки
c ndash глубина приповерхностного поврежденного слояhбоктр ndash глубина залегания формируемых трещин
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 23 плакатов 29
23
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
0 r мкм
150
120
90
c мкм
60
30
16 32 48 64 80
1
2
3
Для монокристаллов сапфира первым методом расчета получены следующие значения длина радиальных трещин CR = 01068 нм длина боковых трещин СL = 1566 нм зона деформации S = 3172 нмДля монокристаллов сапфира величина зоны деформации кристалла рассчитанная по другому методу составляет
3865 нм что согласуется с результатами полученными ранее
Влияние материала шлифовальника (1 ndash латунь 2 ndash чугун 3 ndash стекло) и радиуса абразива на глубину приповерхностного поврежденного слоя (а) и глубину залегаемых боковых трещин сапфира (б)
0
06
12
16 32 48 64 80 r мкм
18
24
3
hбоктр мкм
3
2
1
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 24 плакатов 29
24
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 25 плакатов 29
25
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 26 плакатов 29
26
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
27
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 27 плакатов 29
1 Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения монокристаллов сапфира которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники
2 Разработана модель влияния параметров процесса выращивания на качество монокристаллов сапфира отражающая в аналитическом виде степень влияния скорости лодочки мощности нагревателя и степени вакуума на количество пузырей на единицу площади кристалла как одну из характеристик кристалла Построена модель оптимизации временных параметров технологического процесса учитывающая различные уровни дефектов Определены основные практические приемы сокращения цикла кристаллизации при получении монокристаллов сапфира которые позволяют снизить длительность цикла кристаллизации Разработана трехмерная модель решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира позволяющая выявить распределение температурного поля в кристалле На основании трехмерной модели решения задачи теплообмена в кристаллах сапфира создан пакет компьютерных программ для расчета полей температур С помощью разработанной численной модели проведен ряд расчетов для изучения влияния теплофизических свойств материалов на процесс кристаллизации монокристаллов сапфира
3 Разработана информационная система получения изделий из сапфира которая позволяет дать точную характеристику получаемых кристаллов и которая позволяет не только систематизировать большие информационные массивы данных но и выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла Разработана экспертная система позволяющая выбрать оптимальные режимы роста монокристаллов сапфира мощность нагревателя (20 ndash 225 кВт) степень вакуума (210 -2 ndash 610-3 Па) скорость роста кристалла (4 ndash 6 ммч) пространственная ориентация качество шихты (99996 ndash 99999 ) и представить прогноз категории качества кристалла Эта система позволяет увеличить выход кристаллов соответствующих выбранной категории качества
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
28
По материалам работы опубликовано 27 печатных работ4 статьи - в центральных технических журналах рекомендованных ВАКсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета и выбора параметров роста монокристаллов лейкосапфираraquo для ЭВМ 2008612944 от 18062008 гсв-во об оф регистрации программы laquoПрограмма расчета распределения температуры в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизацииraquo для ЭВМ 2011612757 от 20042011 г
УДК 681518666128Оптимизация производства сапфираПлакат 28 плакатов 29
bull ЗАО laquoМонокристаллraquo (г Ставрополь)
bull ООО laquoСекторraquo (г Рыбинск)
bull ООО laquoЗавод Кристаллraquo (гТаганрог)
bull ООО laquoКремний-Югraquo (г Таганрог)
НИР по программе УМНИК laquoРазработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структурraquo (2008 ndash 2009 гг) НИР по программе УМНИК laquoРазработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфираraquo (2009 ndash 2010 гг) гос регистрации 01201051745 НИР 13403 laquoИсследование технологии получения монокристаллов лейкосапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации на установках типа СЗВН-15532 СЗВН 175raquo (2005 г)
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-
29
Благодарю за внимание
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
-