單晶爐是一種在惰性氣體環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生長無錯位單晶的設(shè)備。拉晶過程是前道工藝的重要環(huán)節(jié)，影響著硅片的純度和質(zhì)量。由于工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特殊復(fù)雜性以及高標(biāo)準(zhǔn)要求，對于單晶爐的控制設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性要求更苛刻。
單晶爐的生產(chǎn)工藝可歸納為：加料→熔化→縮頸生長→放肩生長→等徑生長→尾部生長
(1) 加料：將多晶硅原料及雜質(zhì)放入坩堝內(nèi)，雜質(zhì)的種類依電阻的N或P型而定。
(2) 熔化：將多晶硅原料置于石英堝內(nèi)后，長晶爐必須關(guān)閉并抽成真空，后充入高純稀有氣體使之維持在一定壓力范圍內(nèi)，然后打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度，將多晶硅原料熔化。
(3) 縮頸生長：當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中。當(dāng)籽晶與硅熔體場接觸時，會使籽晶產(chǎn)生位錯，然后再將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小（4-6mm），當(dāng)位錯線與生長軸成一個交角，便能長出晶體表面，產(chǎn)生零位錯的晶體。
(4) 放肩生長：長完細(xì)頸之后，須降低溫度與拉速，使晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。
(5) 等徑生長：長完細(xì)頸和肩部之后，通過拉速與溫度的不斷調(diào)整，使晶棒直徑維持在正負(fù)2mm之間。
(6) 尾部生長：為了避免效應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯與滑移線，而將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開。
在整個單晶爐的控制系統(tǒng)中，各個環(huán)節(jié)的要求極高：
1、整個控制系統(tǒng)在石英坩堝外附近，長期處于50℃-60℃的高溫度環(huán)境。
2、由于生產(chǎn)工藝的特殊性，現(xiàn)場存在較強(qiáng)的磁場效應(yīng)。
3、生產(chǎn)環(huán)節(jié)對爐膛內(nèi)溫度和壓力必須準(zhǔn)確，否則該批物料將會報廢。
4、拉晶提升過程中，各個傳感器的數(shù)據(jù)傳輸必須高速、對電機(jī)驅(qū)動定位必須精準(zhǔn)。
5、根據(jù)客戶投料量，晶棒拉晶生產(chǎn)周期約為15天，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定，不能出現(xiàn)任何異常。
因此，單晶爐的生產(chǎn)環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)有著更高要求。
零點(diǎn)的軟協(xié)議棧耦合器CN-8032-L經(jīng)過單晶爐廠商長期嚴(yán)格測試，完全符合現(xiàn)場生產(chǎn)使用，目前已大批量投入現(xiàn)場使用。現(xiàn)場的控制系統(tǒng)選擇的是西門子1500PLC搭配著兩套零點(diǎn)的分布式IO產(chǎn)品CN-8032-L以及子模塊。
CN-8032-L作為PN通訊模塊，是零點(diǎn)公司運(yùn)用軟協(xié)議棧替代PN專用芯片的產(chǎn)品，響應(yīng)時間在2-3ms，能在-40℃到80℃的場景下長期穩(wěn)定工作。
CT-121F是數(shù)字量輸入模塊，在該系統(tǒng)中，主要傳輸定位，各電機(jī)狀態(tài)等信號。
CT-222F是數(shù)字量輸出模塊，在該系統(tǒng)中，用于控制變頻器，電機(jī)，伺服的驅(qū)動。
CT-3238是模擬量輸入模塊，在該控制系統(tǒng)中，主要用于測量爐膛壓力，電流大小等信號。
CT-3168是電壓輸入模塊，在控制系統(tǒng)中，主要接收電壓型模擬量輸入信號。
CT-3808是熱電偶溫度采集模塊，在系統(tǒng)中，主要測量爐膛各部位的溫度大小。
CT-4234是模擬量輸出模塊，在系統(tǒng)中，主要控制閥門開度等信號。
CT-5801是終端模塊，作用是增強(qiáng)分布式IO從站背板通訊的穩(wěn)定性。
