以jDG-800型全自动单晶炉使用的某型电子秤为例，研究分析单晶炉上称重电子秤系统在动态下稳 定数据和漂移数据之间的规律,并利用软件方式克服漂移数据，获得稳定的数据。对于精密称重如何去除漂移数 据和如何对信号进行数字滤波具有借鉴意义。

随着微电子技术的快速发展，对晶圆的品质要 求越来越高，从而促使新的晶种不断涌现，如我所最 新研制的新型高温闪烁晶体LYSO。这种高温晶体 生长熔点高，密度低，晶体内部质量要求无光学闪烁 颗粒，无气泡，无云层等内在缺陷，晶体外形要求 光滑。模拟体、下称重等生长法都属间接称重，很难 达到这种晶体的品质要求，而提拉上称重生长法属 直接称重，能满足该晶体对品质的要求。本文作者 分析了上称重生长方式电子秤读取稳定数据与漂移 数据间的规律，提出并验证捕捉稳定数据的方案。

1.电子秤性能与现行数据处理分析

对于上称重提拉生长法，目前市场上没有满足 这种生长方式的专用秤。在JGD-800型全自动单 晶炉上，采用改造后的某型电子秤（称重精度为 0.1 g)实现在采样周期内自动检测晶体质量值，控 制系统根据质量值控制生长晶体温场温度的升降，达到控制晶体的生长，保证晶体优良品质。在这种 动态环境下，检测晶体质量精度和准确性就显得很 重要。

该电子秤的称重精度为0. 1 g能满足晶体生 长对质量精度的要求。在一个采样周期内，难以获 得晶体准确的质量值，即电子秤数据出现漂移一 在动态下，显示的质量值上下摆动不定。控制系统捕捉到的晶体质量也不稳定，导致生长的晶体表面 不光滑，有明显的凹凸，晶体图像如图1所示。

对于电子秤漂移数据的处理，即信号处理的方 法有PLC处理法、硬件加软件处理法等。传统PLC 处理法，质量信号处理效果差，难满足高品质晶体的 要求;而硬件加软件处理法处理效果较好，它能得到 正确的稳定电子秤数据，使控制系统不受漂移数据 的影响，但其硬件与软件成本高。因此能否在没有 专用的信号处理硬件与软件的情况下，只利用软件 来消除电子秤漂移数据，获得稳定正确的数据，我们 进行了以下一系列实验与研究。

2.实验过程与分析研究

2.1数据曲线分析

造成晶体表面等径度差及凹凸痕迹，与电子秤 质量数据不稳定有关。

在静态下，要求某型电子秤使用环境温度为(20±1℃，该型电子秤本身有一定的测量误差范 围，经测试10 h,误差为±0.30 g。在晶体生长过程 中，晶体处于高温环境和运动状态，电子秤显示的数 据上下漂移。在一个采样周期内，电子秤显示的数 据漂移为±0. 30 g所以秤的静态漂移可忽略。但 在动态下这种漂移呈忽上忽下的趋势，漂移周期和 漂移大小不定，整个过程无规律。经实验得到一组 电子秤质量信号如图2所示。

图2中曲线为秤信号线，它本身应是无规律的， 但从该曲线的趋势看它又是有规律的，呈上升趋势。 如果采用100个数据平均滤波,利用上下漂移来 消除漂移数据，实现数据逼近真实的质量值。

分析图2中的曲线，由于是采用100个数据的 平均来实现的，控制某一时刻并未得到真实的晶体 质量值。在这种情况下，秤某一时刻显示出来的数 据可能与实际相反，因其相差为±0.30 g,从而导致 在控制上出现错误。晶体生长控制的关键是如何读 准数据，也即去除漂移数据，得到秤稳定的数据。

2.2数据与时刻对比分析

采用秒表对数据进行记录发现，数据变化太快， 人眼不可能同时记录时间与电子秤的数据，记录值不能反映真实情况。采用数码相机进行录相，将电 子秤变化情况制作成录相，然后再慢速放映，中间随 时暂停。发现电子秤数据值总有一些数据会相对稳 定较长时间，为了进一步验证数据，采用数据库进行 数据记录，得到一组质量值与时刻对比数据，如表1 所示。

由表可看出，电子秤在动态读数中，自身的数据 处于一种静态和动态(稳定和不稳定)的交替中。在 表中显示的电子秤数据，有几组相邻质量数据相等， 这些相等数据前后有一系列相邻数据是不等的，而 这些不等的数据有可能比那些相等的数据大或者 小。相对于这些相等的数据，它会稳定几秒钟。然 后立即会朝下一个数据变化，而这些变化的数据相 邻间基本上不等，这些相邻间不等的数据会在下一 稳定数据周围上下摆动，出现漂移±0.030 g。该过 程很快(小于1 s)然后会在一个相对稳定的值稳定 几秒钟，如此循环。另外，这些稳定的数据呈递增趋 势，与图2完全相符。我们认为那些相邻间相等的 数据是秤实际称得的质量真实值，而那些相邻间不 等的数据是秤的漂移数据。这就是电子秤数据漂移的规律。

2.3解决方法

综上所述可知，我们在软件上采取在几个采样 周期内，当电子秤读到一系列相等数据后，将该数据 作为正确的数据参与控制，而那些相邻间不等的数 据作为漂移数据去掉。如果在几个采样周期内都没 有正确数据，则将最大数据和最小数据进行平均，将 平均数作为正确数据进行控制。软件流程图如图3 所示。

2.4实验结果

将这种观点用在实际的控制中，能克服电子秤 数据的漂移，显示晶体真实的质量，图4为未去除秤 漂移数据的质量点图。由图可知，数据点忽上忽下， 但整体呈上升规律。采用去除数据漂移法后得到的 晶体质量点图如图5所示。由图可看出，数据呈上 控制效果会更好，晶体生长的外形更完美，其晶体示 意图如图6所示。

3.结束语

采用捕获电子秤相邻相等数据法来捕获电子秤 在动态下的稳定数据，成功解决了晶体提拉法上称 重中晶体质量数据漂移及晶体表面不光滑的问题。 我们认为与采用硬件和软件相结合消除数据漂移相 比，利用这种解决数据漂移的方法，节约了专用硬件 和软件的成本，达到相同的效果。

这种电子秤漂移数据处理法会造成数据的滞 后。但晶体生长温场控制有近10 ~ 30 min的滞后， 而这种方法造成的数据滞后不会超过1 min。

目前，这种电子秤数据处理法在我所研制的 JGD-800型全自动单晶炉上得到了充分的应用，生 长出来的晶体，完全符合晶体高品质的要求。对于 我们认知到的这种电子秤在动态下的数据漂移规律 和如何克服的方法，我们认为对于其他的电子秤以 及类似的动态数据显示的设备或部件，这种规律和 方法值得参考和借鉴。