專利名稱：一種氣相外延設備進行材料生長的控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于半導體技術領域，涉及一種氣相外延設備進行材料生長的控制系統，適用于目前HVPE(氫化物氣相外延)系統中精確控制氣相流量、溫度、壓力、運行時間、石墨盤轉速和氣動閥開關等。·
背景技術：
在多種GaN襯底生長技術中，HVPE(氫化物氣相外延)以其高速率(可以達到800ym/h以上)生長、低成本、可大面積生長和均勻性好等顯著優點，成為GaN襯底生長取得突破的首選，目前國內外絕大多數研究工作都集中于此。HVPE生長GaN襯底，通常是在藍寶石或砷化鎵等襯底上外延O. 5 Imm的厚膜，然后通過激光剝離、研磨或蝕刻等方式將襯底移除，將獲得的GaN拋光形成自支撐GaN襯底。現有的氣相外延設備具有一石英外延生長室、金屬源裝置器、MFC(質量流量計)、氣動閥、生長加熱器裝置、壓力傳感壓力控制器和襯底旋轉裝置。具體表現為每個氣動閥逐個控制，溫區加熱器逐個設定溫度值，簡單壓力控制，材料生長控制方法機械簡單的一步接一步按順序控制下去，不能實現其它的操作。
實用新型內容針對現有技術中存在的技術問題，本實用新型目的在于提供一種氣相外延設備材料生長控制系統，本實用新型在溫控系統上增加襯底溫度傳感器，為避免副產物在石英外延室的沉積阻擋熱輻射，造成降低了中間襯底溫度的影響，設置多個溫區加熱器進行動態補償襯底溫度。在氣動閥控制方面取消逐個控制，設置聯動自動控制開關，根據各路源氣的設定值，聯動打開氣動閥和設定MFC。在壓力控制方面，增加限制蝶閥角度控制，控制范圍在大于5°小于40°之間，達到壓力平穩控制和保證氣體一直往下流。在材料生長控制方面，除了能實現自動運行菜單外，創造實行跳步生長、無縫更新菜單和中途指定步生長等控制。本系統可以控制氣相外延設備，以供生產和科研機構使用。本實用新型適用范圍適用于安裝有氣體流量計、壓力控制器、加熱器、轉動盤等的氣相外延生長設備。本實用新型采用的技術方案一種氣相外延設備進行材料生長的控制系統，其特征在于包括一工控機和一可編程控制器，所述工控機通過工業通信總線分別與氣相外延設備的可編程控制器、氣體流量計、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉動盤連接。進一步的，所述工控機通過工業通信總線網絡結構分別與氣相外延設備的可編程控制器、氣體流量計、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉動盤連接。進一步的，在所述氣相外延設備的材料生長襯底上設置若干溫度傳感器；所述溫度傳感器分別通過數據線與所述工控機連接。進一步的，在所述氣相外延生長室中設置上、下輔助溫區加熱器和一主溫區加熱器；所述上、下輔助溫區加熱器以及所述主溫區加熱器分別經溫度控制器在工業通信總線上與所述工控機連接。進一步的，所述氣體流量計包括一兩級聯動氣動閥開關，其中，第一級氣動閥和第二級氣動閥安裝在同一多接口板卡上，第一級氣動閥和第二級氣動閥根據邏輯關系和所述工控機中設定的時間間隔進行自動開啟和關閉；所述多接口板卡通過數據線與所述工控機連接、或所述多接口板卡通過安裝在所述工控機主板上與所述工控機連接。進一步的，所述壓力控制器的蝶閥壓力角度變化范圍值設定為大于5°小于40。。進一步的，所述工控機數據庫內保存編寫好的材料生長控制表單；所述可編程控制器寄存器中固化有材料生長安全狀態表單。系統的控制主要通過工控機做主控、PLC(Programmable Logic Controller,可編程控制器)做輔助處理模式對信號進行自動和手動的控制，從而實現對加熱系統、氣體流量、氣體壓力和氣動閥等的控制。本實用新型設計的氣相外延材料控制系統有自動程序和手動程序兩種控制方式，自動控制和手動控制可以互相切換。采用工控機，通過工業通信總線網絡結構對其在網絡中的可編程控制器、質量流量計、溫度控制器等進行交換數據和進行數字量控制，主程序位于工控機上，操作者通過鍵盤鼠標在人機界面進行參數的查看和輸入，實現了氣相外延設備的控制。工控機通過數據交換控制PLC處理一些底層的模擬量數據，同時在PLC寄存器已經固化安全狀態的菜單，在異常情況下，進行緊急處理。在總控制上，實現了氣相外延設備的自動運行菜單、跳步生長、無縫更新菜單和中途指定步生長等功能。在分控制上，如圖I所示，在溫控系統I上增加襯底溫度傳感器，把溫度信號經過溫度控制器在工業通信總線傳輸傳遞到工控機上，實現實時監測氣相外延主反應溫度，在子程序中增加了在限定值域，在此基礎上添加數值量輸出自動補償控制；氣動閥和MFC封裝在同一個質量流量計控制模塊2下，在硬件上，MFC的第一級氣動閥和第二級氣動閥統一由一個多接口板卡上控制，在軟件自動模式下，只需控制MFC的流量，第一級和第二級的氣動閥根據已設的時間間隔和它們固有的邏輯關系進行自動開啟和關閉，達到簡化和聯動的目的(目前是兩級，該組氣動閥統一由一個板卡控制)；在壓力控制器3的子程序中，采用較好的的PID控制范圍，限制該模擬量的輸出域，輸出控制蝶閥的角度范圍；所運行的流程如圖2所示。待樣品放入反應腔體，密封好反應腔體，完成前期準備工作后，從軟件后臺中調入已經在外部編寫好了的Excel表格格式菜單，如表I所示表I
權利要求1.一種氣相外延設備進行材料生長的控制系統，其特征在于包括一工控機和一可編程控制器，所述工控機通過工業通信總線分別與氣相外延設備的可編程控制器、氣體流量計、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉動盤連接。
2.如權利要求I所述的控制系統，其特征在于所述工控機通過工業通信總線網絡結構分別與氣相外延設備的可編程控制器、氣體流量計、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉動盤連接。
3.如權利要求I所述的控制系統，其特征在于在所述氣相外延設備的材料生長襯底上設置若干溫度傳感器；所述溫度傳感器分別通過數據線與所述工控機連接。
4.如權利要求3所述的控制系統，其特征在于在所述氣相外延生長室中設置上、下輔助溫區加熱器和一主溫區加熱器；所述上、下輔助溫區加熱器以及所述主溫區加熱器分別經溫度控制器在工業通信總線上與所述工控機連接。
5.如權利要求I或4所述的控制系統，其特征在于所述氣體流量計包括一兩級聯動氣動閥開關，其中，第一級氣動閥和第二級氣動閥安裝在同一多接口板卡上，第一級氣動閥和第二級氣動閥根據邏輯關系和所述工控機中設定的時間間隔進行自動開啟和關閉；所述多接口板卡通過數據線與所述工控機連接、或所述多接口板卡通過安裝在所述工控機主板上與所述工控機連接。
6.如權利要求5所述的控制系統，其特征在于所述壓力控制器的蝶閥壓力角度變化范圍值設定為大于5°小于40°。
專利摘要本實用新型公開了一種氣相外延設備進行材料生長的控制系統，屬于半導體技術領域。本系統包括一工控機和一可編程控制器，所述工控機通過工業通信總線分別與氣相外延設備的可編程控制器、氣體流量計、和/或壓力控制器、和/或加熱器、和/或轉動盤連接。設置多個溫區加熱器進行動態補償襯底溫度。在氣動閥控制方面取消逐個控制，設置聯動自動控制開關，根據各路源氣的設定值，聯動打開氣動閥和設定MFC。在壓力控制方面，增加限制蝶閥角度控制，控制范圍在大于5°小于40°之間，達到壓力平穩控制和保證氣體一直往下流。在材料生長控制方面，除了能實現自動運行菜單外，創造實行跳步生長、無縫更新菜單和中途指定步生長。
文檔編號C30B25/16GK202717874SQ20122022188
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者袁志鵬, 劉鵬, 趙紅軍, 張茶根, 張俊業, 畢綠燕, 張國義, 童玉珍, 孫永健 申請人:東莞市中鎵半導體科技有限公司