Мета роботи - підвищення точності вимірювання параметрів ЕПБЗП шляхом створення методів вимірювання, які базуються на експериментально встановлених закономірностях розподілу яскравості на поверхні ЗР. Об'єкт дослідження -параметри електронно-променевої безтигельної зонної плавки, яка провадиться в вакуумній камері з метою отримання надчистих напівпровідникових матеріалів та матеріалів з заданими властивостями. Предмет дослідження - технічні засоби та методи вимірювання висоти і температури зони розплаву. Методи дослідження - математичне моделювання поля яскравості, методи теоретичної пірометрії, теорія похибок та обробки експериментальних результатів, методи об'єктно-орієнтованого програмування. Задачі роботи: 1 Дослідження факторів, які визначають точність вимірювання висоти ЗР та температури її поверхні. 2. Розробка методик оцінки похибок вимірювання температури поверхні ЗР, обумовлених нерівномірністю чутливості СЕП, похибкою визначення ЕДХ та перевідбиттям випромінювання. 3. Розробка і дослідження математичної моделі поля яскравості ЗР при наявності перевідбиття випромінювання в вакуумній камері та створення на цій основі вдосконаленого методу вимірювання температури ЗР. 4. Розробка методики, пристрою та програмного забезпечення для проведення експериментального дослідження розподілу яскравості поверхні ЗР на різних режимах плавки. 5. Створення методу підвищення точності вимірювання температури ЗР, який базується на експериментальному визначенні складової яскравості, обумовленої перевідбиттям випромінювання. 6. Розробка методу підвищення точності вимірювання висоти ЗР шляхом вдосконалення алгоритму виділення контуру зображення межі ЗР. 7. Створення методик, пристрою та програмного забезпечення для експериментального дослідження характеристик ТЗВ, які обумовлюють точність вимірювання параметрів ЗР. 8. Розробка методики оцінки перевищення температури поверхні рідкої фази над температурою плавлення кремнію. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ 5 ВСТУП 6 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ПРОБЛЕМИ ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ 17 ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОЇ БЕЗТИГЕЛЬНОЇ ЗОННОЇ ПЛАВКИ 1.1 Електронно-променева безтигельна зонна плавка та вимоги до 17 точності вимірювання її параметрів 1.2 Використання телевізійних засобів для вимірювання параметрів 22 зони розплаву 1.3 Дослідження факторів, які визначають точність вимірювання 29 температури поверхні зони розплаву 1.4 Дослідження факторів, які визначають точність вимірювання висоти 38 зони розплаву 1.5 Аналіз шляхів підвищення точності вимірювання параметрів зони 42 розплаву та обгрунтування задач роботи РОЗДІЛ 2 ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ 45 ТЕМПЕРАТУРИ ПОВЕРХНІ ЗОНИ РОЗПЛАВУ 2.1 Методи вимірювання температури поверхні зони розплаву 45 2.2 Підвищення точності вимірювання температури зони розплаву 52 шляхом покращення характеристик телевізійних засобів вимірювання 2.2.1 Компенсація нерівномірності чутливості світлоелектричного 52 перетворювача шляхом формування тривимірної матриці вагових коефіцієнтів 2.2.2 Підвищення точності визначення ефективної довжини хвилі 56 2.3 Підвищення точності вимірювання температури при врахуванні 59 перевідбиття випромінювання 2.3.1 Формування поля яскравості зони розплаву 60 2.3.2 Математична модель поля яскравості зони розплаву 63 2.3.3 Дослідження математичної моделі 66 2.4 Метод експериментального визначення складової сумарного 68 сигналу, обумовленої перевідбиттям випромінювання Висновки до розділу 74 РОЗДІЛ З ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ ВИСОТИ 75 ЗОНИ РОЗПЛАВУ 3.1 Аналіз похибок вимірювання висоти зони розплаву 75 3.2 Підвищення точності визначення координат меж зони розплаву 77 3.2.1 Аналіз роздільної здатності телевізійних засобів вимірювання 77 3.2.2 Методика визначення положення межі фаз 82 3.2.3 Контраст на межі фаз в зображенні зони розплаву 86 3.3 Підвищення точності вимірювання висоти зони розплаву шляхом 87 вдосконалення процедури виділення контурів її меж 3.3.1 Визначення меж зони розплаву методом адаптивного пошуку 87 3.3.2 Метод радіальної розгортай 94 3.4 Алгоритм вимірювання висоти зони розплаву 97 Висновки до розділу 98 РОЗДІЛ 4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ 100 ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЛЕВІЗІЙНИХ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАННЯ ТА ПАРАМЕТРІВ ЗОНИ РОЗПЛАВУ 4.1 Обгрунтування задач та структури досліджень 100 4.2 Експериментальні дослідження характеристик телевізійних засобів 102 вимірювання 4.2.1 Експериментальне визначення нижньої межі діапазону 102 вимірюваних температур 4.2.2 Експериментальне визначення еквівалентної шуму різниці 107 яскравіших температур 4.2.3 Експериментальне визначення ефективної довжини хвилі 108 телевізійних засобів вимірювання на основі ПЗЗ-камери 4.3 Програмне забезпечення телевізійних засобів вимірювання 109 параметрів ЕПБЗП 4.4 Дослідження параметрів зони розплаву 111 4.4.1 Вимірювання температури поверхні рідкої фази 111 4.4.2 Вимірювання висоти зони розплаву на різних режимах плавки 123 4.4.3 Дослідження процесу формування рідкої фази 126 Висновки до розділу 137 ВИСНОВКИ 139 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 141 ДОДАТКИ 149 ДОДАТОК А. Акти впровадження 149 ДОДАТОК Б. Лістінг програмного забезпечення 154