[發(fā)明專(zhuān)利]一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310426749.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103526189A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王劼;張立國(guó);范亞明;張洪澤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/52
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/52
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）設(shè)備，尤其涉及一種用于MOCVD設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）是制備化合物半導(dǎo)體外延材料的核心設(shè)備，利用其所生長(zhǎng)的材料品質(zhì)完美，薄層結(jié)構(gòu)可控，幾乎涵蓋了所有常規(guī)半導(dǎo)體，有著廣闊的市場(chǎng)前景。

目前國(guó)際上的MOCVD設(shè)備都采用電腦控制，在電腦終端輸入規(guī)范的控制信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的流程運(yùn)行控制，生長(zhǎng)出合理的器件結(jié)構(gòu)。例如Aixtron和Veeco的MOCVD設(shè)備，用戶(hù)根據(jù)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并輸入文本格式命令，檢查工藝命令無(wú)誤后啟用，設(shè)備按照工藝命令中設(shè)計(jì)好的流程自動(dòng)運(yùn)行。

但是由于MOCVD工藝步驟復(fù)雜，涉及的參數(shù)眾多。例如，一個(gè)最簡(jiǎn)單的GaN藍(lán)光LED單量子阱結(jié)構(gòu)，工藝步驟多達(dá)幾十步，每一步需調(diào)整的工藝參數(shù)有20多個(gè)，工藝人員需要根據(jù)工藝要求對(duì)各個(gè)參數(shù)逐一進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)還要對(duì)升溫速度、升壓速度、生長(zhǎng)速率控制、載氣與氣源配比等進(jìn)行計(jì)算，另外工藝的復(fù)雜也導(dǎo)致輸入的工藝命令，特別是設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的時(shí)候，工藝命令會(huì)存在不少錯(cuò)誤，檢查工藝命令的過(guò)程會(huì)非常繁瑣和花費(fèi)時(shí)間，因此，工作量大，對(duì)工藝人員的要求高。因此，如何發(fā)展出一種有效的輔助工具，以輔助工作人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，并加快設(shè)計(jì)流程，且保證控制程序不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，已經(jīng)成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其具有高自動(dòng)化程度，可以自動(dòng)檢查工藝和模擬工藝運(yùn)行，無(wú)需生長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)也可操作使用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括：

執(zhí)行模塊，包括分別用于控制反應(yīng)室內(nèi)溫度、壓力和氣體流量的溫度控制模塊、壓力控制模塊和流量控制模塊，

至少用以控制所述執(zhí)行模塊的控制模塊，包括掃描單元和信息記錄單元，

以及，與控制模塊連接的人機(jī)界面模塊，

其中，所述掃描單元至少實(shí)時(shí)掃描所述執(zhí)行模塊內(nèi)的溫度控制模塊、壓力控制模塊和流量控制模塊，并自動(dòng)記錄掃描得到的執(zhí)行信息至所述信息記錄單元，同時(shí)傳送執(zhí)行信息至所述人機(jī)界面模塊。

作為較為優(yōu)選的應(yīng)用方案之一，所述控制模塊通過(guò)PID算法控制所述執(zhí)行模塊。

作為較為優(yōu)選的應(yīng)用方案之一，所述執(zhí)行模塊通過(guò)RS485總線(xiàn)和通信協(xié)議與控制模塊進(jìn)行通信。

進(jìn)一步地，所述溫度控制模塊包括溫控器、熱電偶、加熱電阻片、工控機(jī)和PLC，在所述溫度控制模塊工作時(shí)，所述工控機(jī)在獲得溫控器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)溫度值后，與工藝命令內(nèi)設(shè)定的溫度值比較，并通過(guò)預(yù)設(shè)的溫度控制算法計(jì)算出相應(yīng)控制量，再輸往PLC，并由PLC輸出相應(yīng)電壓來(lái)控制加熱電阻片，從而控制反應(yīng)室溫度。

進(jìn)一步地，所述壓力控制模塊包括壓力控制器、工控機(jī)和PLC，在所述壓力控制模塊工作時(shí)，所述工控機(jī)下發(fā)工藝命令給PLC，經(jīng)PLC分析處理后，再將工藝數(shù)據(jù)傳送給壓力控制器，并由壓力控制器根據(jù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)壓力值和工藝命令給定值自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力。

進(jìn)一步地，所述流量控制模塊包括質(zhì)量流量控制器、工控機(jī)和PLC，在所述流量控制模塊工作時(shí)，所述工控機(jī)下載工藝命令給PLC，經(jīng)PLC分析處理后，再將工藝數(shù)據(jù)傳送給質(zhì)量流量控制器，并由質(zhì)量流量控制器依據(jù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)流量值和工藝命令給定值自動(dòng)調(diào)節(jié)流量。

進(jìn)一步地，所述控制模塊還包括歷史數(shù)據(jù)記錄單元和歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)單元。

進(jìn)一步地，所述控制模塊還包括用于監(jiān)測(cè)MOCVD工藝生長(zhǎng)過(guò)程中任一重要參數(shù)的安全監(jiān)控模塊，且所述安全監(jiān)控模塊通過(guò)人機(jī)界面顯示錯(cuò)誤信息，并將錯(cuò)誤信息存入所述控制模塊內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)記錄單元，同時(shí)控制所述執(zhí)行模塊終止MOCVD生長(zhǎng)運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述控制模塊利用PID算法對(duì)所述溫度控制模塊、壓力控制模塊、流量控制模塊，采集到的各類(lèi)信號(hào)進(jìn)行分析和控制，并通過(guò)人機(jī)界面模塊設(shè)定工藝生長(zhǎng)的物理參數(shù)，完成MOCVD工藝自動(dòng)化生長(zhǎng)流程。

優(yōu)選的，在所述溫度控制模塊中，所述工控機(jī)可通過(guò)RS485串口得到溫控器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)溫度值。

優(yōu)選的，在所述壓力控制模塊中，所述工控機(jī)可通過(guò)RS485串口傳送工藝命令給PLC。

并且，在所述壓力控制器中可集成參數(shù)可調(diào)的PID控制算法，使其可以根據(jù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)壓力值和工藝命令給定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力。

優(yōu)選的，在所述流量控制模塊中，可于質(zhì)量流量控制器內(nèi)集成參數(shù)可調(diào)的PID控制算法，使其可以根據(jù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)流量值和工藝命令給定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)流量。