„Pētniecības Projekts Nr.1.25. (Pētījums par silīcija kristālu audzēšanas tehnoloģiskā procesa matemātiskā modeļa izveidi izmantojot attēlu apstrādes metodes)” - SiKA


1. Projekta nosaukums,  ideja un mērķis.

SiKA - Pētījums par silīcija kristālu audzēšanas tehnoloģiskā procesa matemātiskā modeļa izveidi izmantojot attēlu apstrādes metodes.

Čohraļska silīciju audzēšanas metodes pamatā ir silīcija kausēšana, kas tiek panākta vai nu sildot tīģeļa trauku ar jaudīgu sildelementu vai arī izmantojot elektronstaru lielgabalu, kas uzsilda un izkausē silīciju. Elektron-staru lielgabala izmantošana nodrošina mazāku energoresursu patēriņu viena silīcija lietņa izveidei, taču šādam tehnoloģiskam procesam ir nepieciešams izstrādāt savu matemātisko modeli, lai izveidotu pēc iespējas precīzāku lietni. No izveidotā lietņa precizitātes ir atkarīgs cik daudz materiāla tiks mehāniski atdalīts no šī lietņa, lai izveidotu cilindru. Jo precīzāks izaudzēts silīcija kristāla lietnis, jo mazāk materiāls aizies zudumā un līdz ar to arī elektroenerģija būs izmantota lietderīgi.

Projekta mērķis ir izpētīt silīcija kristāla audzēšanas tehnoloģiskā procesa matemātiskā modeļa ietekmējamo parametru nozīmi uz kristāla diametra stabilitāti izmantojot attēlu apstrādes paņēmienus, mērot silīcija kristāla diametru un elektronstaru lielgabala jaudu.


2. Pētījuma attīstība,  pētījuma agrākā vēsture.

Līdzīgs pētījums tika veikts pirms projekta uzsākšanas sadarbojoties EDI un SIA „KEPP EU”, kura mērķis bija uzzināt vai izmantojot video kameru, iespējams nomērīt kristāla meniska diametru un izejot no šiem datiem, veikt procesa kontrolēšanu.


3. Kā norisinās pētījums

- izmantotās tehnoloģijas

Silīcija kristāli tiek audzēti ar Czochralski līdzīgu paņēmienu.

Eksperimentālā iekārta sastāv no kausēšanas un vilkšanas kambariem, kas atdalīti ar vārstu, diviem elektron lielgabaliem, kas aprīkoti ar individuāliem barošanas avotiem, kā arī kristāla vilkšanas mehānismu. Audzēšanas process aizsākas iegremdējot kristāla “sēklu” izkausētā silīcija masā, kas pēc tam tiek rotēta un vilkta augšup. Tīģeļa trauks ar izkausēto materiālu procesa laikā paliek statisks. Kausēšanu procesa laikā nodrošina divi elektron lielgabali, kas silda materiālu, kustinot starus pa lokveida trajektoriju ap kristālu.

Process tiek filmēts ar IP kameru un dati tiek sūtīti uz datoru, kur tie tiek analizēti. Ir izveidota attēlu apstrādes programmatūra, kas analizē video plūsmas datus un veic kristāla meniska apgabala segmentāciju un rādiusa mērīšanu. Izmantojot nomērīto rādiusu, tiek veikta izvilkšanas ātruma koriģēšana, kas tieši proporcionāli ietekmē izaudzētā silīcija kristāla diametru.

- aprīkojums

Tiek izmantota iekārta, kas ļauj audzēt kristālus ar iepriekš aprakstīto metodi.


4. Šobrīd sasniegtie rezultāti.

Šobrīd ir izstrādāts silīcija kristāla audzēšanas tehnoloģiskā procesa matemātiskais modelis, kas balstās uz izveidotā attēlu apstrādes algoritma, kas veic silīcija kristāla lietņa diametra mērīšanu. Matemātiskā modeļa galvenais mērķis ir koriģēt kristāla izvilkšanas ātrumu, panākot pēc iespējas regulārāku kristāla diametru.


5. Pētījuma analogi pasaulē un tā konkurētspēja.

Pasaulē pastāv līdzīgas pieejas, kā tiek audzēti silīcija kristāli, kas balstās uz tīģeļa trauka sildīšanu, kur lielākā daļa izmantotās enerģijas tiek nelietderīgi patērētas siltumā. Izmantojot elektron lielgabalus tiek panākta visas izstarotās enerģijas pārvade silīcija masā, no kuras tiek vilkts kristāls.


6. Praktiskais pielietojums nākotnē, komerciālais potenciāls.

Projektā iegūtie rezultāti tiks izmantoti kvalitatīvāku silīcija kristālu ražošanā, nodrošinot augstāku eksportspēju. Tiks nodrošināti silīcija kristālu audzēšanas pakalpojumi izmantojot klientu izejmateriālus, optimālā novērtētā pakalpojuma cena sastāda 30 EUR/kg. Eksporta tirgus aptver Ķīnu, Taivānu, Dāniju, Krieviju u.c. valstis. Novērtētais pieprasījums ir aptuveni 40 tonnas gadā.


7. Sadarbības partneri  Latvijā un pasaulē.

Pētījums tiek veikts sadarbojoties ar SIA „KEPP EU”, kas ir šī pētījuma vadošais partneris.


8. Sadarbība ar augstskolām, studentiem, mācību prakses iespējas u.c.

Projektu izstrādā zinātniskais personāls, kuri ir arī Latvijas Universitātes un Rīgas Tehniskās universitātes studenti.


9. Foto, video

https://www.youtube.com/watch?v=-HOTtb6l3J8