Pētījuma nosaukums: “Pētījums par silīcija kristālu audzēšanas tehnoloģiskā procesa matemātiskā modeļa izveidi izmantojot attēlu apstrādes metodes”

Pētījuma īstenotājs: SIA “KEPP EU”

Pētījuma īstenošanas laiks: 01.08.2014.-30.09.2015.

Pētījuma budžets | Atbalsta finansējums: EUR 235.937,15 | EUR 161.419,83

Pētījuma mērķi un iegūtie rezultāti:

Darba uzdevumi dalās divās aktivitātēs: rūpnieciskais pētījums [RP] un eksperimentālā izstrāde [EI].

Rūpnieciskā pētījuma uzdevumi ir:

  • Silīcija kristālu audzēšanas tehnoloģijas procesu izpēte, silīcija diametra stabilizēšanai audzēšanas procesā (EDI/KEPP EU)

Ir izpētīti parametri, kas, saskaņā ar zināmo informāciju, var ietekmēt kristāla diametra stabilizāciju audzēšanas no kausējuma procesos.

  • Silīcija kristālu audzēšanas tehnoloģisko procesu izpēte un analīze ar mērķi iegūt statistikas datus par svarīgākajiem ietekmējošajiem parametriem (EDI/KEPP EU)

Ir noteikti galvenie parametri, kas ietekmē audzēšanas procesu, kurā tiek izmantots elektronu-staru sildīšanas process, kā arī šo parametru hierarhija. Parametru, kas ietekmē procesu, skaits izrādījās lielāks nekā tika paredzēts darbu sākšanas laikā.

  • Silīcija kristāla audzēšanas tehnoloģisko procesu reģistrēšana, noteikšana (KEPP EU)

Ir noorganizēti kristālu audzēšanas datu ieraksts un uzglabāšana.

  • Silīcija lietņa izvilkšanas ātruma, rotācijas ātruma un momentānā diametra izpēte (KEPP EU)

Tika veikts momentānā audzēšanas ātruma izmaiņas ietekmes uz kristāla diametru pētījums.

Ir izpētītas audzēšanas procesa atveidošanās īpašības, izstrādāti programmatūras līdzekļi, lai detektētu un noteiktu svarīgāko procesa komponenšu izmērus – kristāla menisks, staru trajektorija.

Ir izveidoti līdzekļi stara apturēšanai un jaudas, ko nodod elektronu stars, pētījumu veikšanai, izmantojot nekustīgu un nemainīgu fokālo punktu. Tika veikti pētījumi, kas atspoguļoja korelāciju starp fokālā punkta parametriem un elektronu-staru lielgabala jaudu.

Pētījuma īsa ieviešanas gaita:

Pētījuma rezultāti tiek ieviesti uz SIA “KEPP EU” iekārtām. Konkrēti, izmantojot par pamatu programmatūru “MATLAB”, tika izveidota programma, kas tika testēta uz iekārtas ВУ 2. Programma ļauj kontrolēt augošā kristāla diametru un vadīt izvilkšanas ātrumu, kas ļauj samazināt diametra novirzes līdz +/-4 mm. Ir izveidota arī iespēja kontrolēt un uzturēt staru fokālo punktu trajektoriju.

Sadarbība ar zinātniskajām institūcijām:

Darbi tika veikti sadarbībā ar Elektronikas un Datorzinātņu Institūtu.

Publikācijas:

Rezultāti apkopoti un publicēti 4 zinātniskās konferencēs:

  1. R. Fuksis, M. Pudzs, A. Kravtsov, A. Kravtsov, Measuring the Radius of Meniscus Ring During the Growth of Silicon Rods, Image Analysis, Vol 9127, Lecture Notes in Computer Science, SCIA 2015, pp 462-471.
  2. Fuksis, R., Pudzs, M., Kravtsov, A., Kravtsov, A., Diameter control for silicon rod growth (2015) 2015 5th International Workshop on Computer Science and Engineering: Information Processing and Control Engineering, WCSE 2015-IPCE
  3. Kravtsov, A., Kravtsov, A., Fuksis, R., Pudzs, M., Ingot Pulling with Electron Beam Heating: Process Enhancements, 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, New Orleans, USA, 2015
  4. Fuksis, R., Pudzs, M., Kravtsov, A., Kravtsov, A., Electron beam melting with digital image processing in obtaining float-zone silicon rods – an advanced material for high-performance solar panels, EuroNanoForum 2015, Riga, Latvia

Doktoru skaits pētījumā: 1

Pētījuma ietekme uz uzņēmuma saimniecisko darbību:

Iegūtās zināšanas par audzēšanas procesu tiek plānots izmantot, lai pilnveidotu silīcija stieņu audzēšanas procesa tehnoloģiju.

Pētījuma rezultātā tika iegūti jauni dati par procesa īpašībām, piemēram:

- Ir izpētīt veidi, kas ļauj novērtēt enerģijas apjomu, kas tiek nodots kausējumam caur elektronu staru. Šie veidi ir pietiekami perspektīvi, lai tos iekļautu detalizētā audzēšanas procesa matemātiskajā modelī tālākajā pētniecības gaitā.

- Dati par kausējuma virsmas nestabilitāti apliecina pētījumu svarīgumu, kas ir vērsti uz dažādām metodēm kausējuma stāvokļu līmeņa noteikšanai, ar mērķi iekļaut tās detalizētā audzēšanas procesa matemātiskajā modelī turpmāko pētījumu laikā.

Ir jāpiemin, ka praktiskai stieņu izmantošanai FZ procesā, stieņu diametram ir jāatbilst noteiktajam un tā svārstības ir pieļaujamas tikai +/-1 mm diapazonā.

Līdz darbu īstenošanai tika novērotas trīs problēmas:

- periodiski kristāla diametrs bija būtiski mazāks par noteikto (par 10-15mm) un tā rezultātā viss stienis varēja tikt atzīts par brāķi;

- diametra svārstības neizraisīja stieņa 100% brāķi, bet diametrs bija par 5-20 mm lielāks nekā bija nepieciešams. Stieņa mehāniskās apstrādes rezultātā tika zaudēti aptuveni 30% produkcijas. Pie šī brīža svārstībām +/-4 mm diapazonā, zaudējumi samazinājās līdz 16%;

- ieguldītā darba apjoms stieņu mehāniskajai apstrādei samazinājās par 23%.