一種mocvd自動(dòng)化控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括執(zhí)行模塊和控制模塊，該執(zhí)行模塊包括分別用于控制反應(yīng)室內(nèi)溫度、壓力、氣體流量的溫度控制模塊、壓力控制模塊、流量控制模塊，該控制模塊可通過PID算法控制執(zhí)行模塊，該控制模塊的掃描單元實(shí)時(shí)掃描所述執(zhí)行模塊，并自動(dòng)記錄掃描得到的執(zhí)行信息到內(nèi)置信息記錄單元，同時(shí)傳送執(zhí)行信息至與控制模塊連接的人機(jī)界面模塊。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，可以自動(dòng)檢查和模擬MOCVD工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)MOCVD工藝的調(diào)整和優(yōu)化，并且無需生長經(jīng)驗(yàn)也可操作使用，同時(shí)能夠大幅減輕工藝人員的工作量，還可以大大節(jié)省工藝搜索帶來的能源，原材料及人力的巨大浪費(fèi)。
【專利說明】—種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]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，有著廣闊的市場前景。
[0003]目前國際上的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，生長出合理的器件結(jié)構(gòu)。例如Aixtron和Veeco的MOCVD設(shè)備,用戶根據(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。
[0004]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】

[0005]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，無需生長經(jīng)驗(yàn)也可操作使用。
[0006]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。
[0007]作為較為優(yōu)選的應(yīng)用方案之一，所述控制模塊通過PID算法控制所述執(zhí)行模塊。
[0008]作為較為優(yōu)選的應(yīng)用方案之一，所述執(zhí)行模塊通過RS485總線和通信協(xié)議與控制模塊進(jìn)行通信。[0009]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)電壓來控制加熱電阻片，從而控制反應(yīng)室溫度。
[0010]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。
[0011] 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。
[0012]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)查詢單元。
[0013]進(jìn)一步地，所述控制模塊還包括用于監(jiān)測MOCVD工藝生長過程中任一重要參數(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生長運(yùn)行。
[0014]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，采集到的各類信號(hào)進(jìn)行分析和控制，并通過人機(jī)界面模塊設(shè)定工藝生長的物理參數(shù)，完成MOCVD工藝自動(dòng)化生長流程。
[0015]優(yōu)選的，在所述溫度控制模塊中，所述工控機(jī)可通過RS485串口得到溫控器監(jiān)測的實(shí)時(shí)溫度值。
[0016]優(yōu)選的，在所述壓力控制模塊中，所述工控機(jī)可通過RS485串口傳送工藝命令給PLC。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]又及，前述PID算法，溫度控制算法，壓力控制器、質(zhì)量流量控制器所采用的PID控制算法均系業(yè)界人員所習(xí)知或可以依據(jù)習(xí)知技術(shù)及本發(fā)明的內(nèi)容，可以很容易的獲知的，故而此處不再具體闡述其原理。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果:該MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)工藝需要自動(dòng)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行檢查，減輕了工藝人員的工作量，模擬MOCVD工藝運(yùn)行全過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)MOCVD工藝的調(diào)整和優(yōu)化，可以大大節(jié)省工藝搜索帶來的能源，原材料及人力的巨大浪費(fèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)的原理框圖；
圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】[0022]下面結(jié)合附圖及一較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括執(zhí)行模塊和控制模塊，該執(zhí)行模塊包括分別用于控制反應(yīng)室內(nèi)溫度、壓力、氣體流量的溫度控制模塊、壓力控制模塊、流量控制模 塊，該控制模塊通過PID算法控制執(zhí)行模塊，該控制模塊的掃描單元實(shí)時(shí)掃描各個(gè)執(zhí)行模塊，并自動(dòng)記錄掃描得到的執(zhí)行信息到內(nèi)置的信息記錄單元，同時(shí)傳送執(zhí)行信息至與控制模塊連接的人機(jī)界面模塊。
[0024]該控制模塊對(duì)采集到的各類信號(hào)進(jìn)行分析和控制，采用PID算法，通過人機(jī)界面模塊設(shè)定工藝生長的物理參數(shù)，完成MOCVD工藝自動(dòng)化生長流程。
[0025]本發(fā)明提供了友好的人機(jī)界面模塊，使用圖形化查詢的查看界面，各種參數(shù)一目了然，能及時(shí)了解各個(gè)執(zhí)行模塊的運(yùn)行狀況。該查看界面的功能是，把執(zhí)行情況及各種信息，按照試驗(yàn)日期進(jìn)行排列，并提供圖形化的查詢。通過此查看界面，操作者可以查看歷史生長記錄，包括溫度變化，加熱功率，升降溫速率等。該查看界面還支持分段查詢，工藝人員可以自由設(shè)定圖形顯示的范圍，方便工藝人員總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
[0026]該控制模塊可通過RS485總線和通信協(xié)議與各個(gè)執(zhí)行模塊相連接。
[0027]該控制模塊還可包括用于積累MOCVD生長經(jīng)驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)記錄單元及用于查詢歷史數(shù)據(jù)的查詢單元。
[0028]MOCVD工藝步驟復(fù)雜，涉及的參數(shù)眾多。例如，一個(gè)最簡單的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)。MOCVD生長不同的材料，制備工藝又會(huì)有所不同。本發(fā)明的歷史數(shù)據(jù)記錄單元，可以在MOCVD生長過程中，記錄并保存每一個(gè)重要參量。同時(shí)，該控制模塊還提供查詢單元，方便工藝人員從歷史數(shù)據(jù)記錄單元中讀取信息，查詢以往記錄的生長過程參數(shù)，對(duì)比每一次MOCVD生長的過程和結(jié)果，從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
[0029]該控制系統(tǒng)還連接用于查詢MOCVD工藝生長過程每一個(gè)重要參數(shù)的安全監(jiān)控模塊，且其通過可視界面顯示錯(cuò)誤信息，并將錯(cuò)誤信息存入歷史數(shù)據(jù)記錄單元。該安全監(jiān)控模塊每隔一定時(shí)間就會(huì)查詢系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)重要參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則發(fā)出錯(cuò)誤提示。該安全監(jiān)控模塊提供了可視界面，讓工藝人員了解發(fā)生了什么錯(cuò)誤，以便及時(shí)排除。同時(shí)，這些錯(cuò)誤被存入歷史數(shù)據(jù)記錄單元，方便工藝人員總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
[0030]另外，該安全監(jiān)控模塊還可設(shè)定某些特殊參數(shù)，例如反應(yīng)室冷卻水流量等，一旦這些特殊參數(shù)超出了預(yù)定范圍，該安全監(jiān)控模塊會(huì)強(qiáng)行關(guān)閉執(zhí)行模塊，以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0031]需要指出的是，本發(fā)明所揭示的乃較佳實(shí)施例的一種或多種，凡是局部的變更或修飾而源于本發(fā)明的技術(shù)思想而為熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)的人所易于推知的，俱不脫離本發(fā)明的專利權(quán)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括: 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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊通過PID算法控制所述執(zhí)行模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行模塊通過RS485總線和通信協(xié)議與控制模塊進(jìn)行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，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)電壓來控制加熱電阻片，從而控制反應(yīng)室溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，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。``
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，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)查詢單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊還包括用于監(jiān)測MOCVD工藝生長過程中任一重要參數(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生長運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOCVD自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于，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，采集到的各類信號(hào)進(jìn)行分析和控制，并通過人機(jī)界面模塊設(shè)定工藝生長的物理參數(shù)，完成MOCVD工藝自動(dòng)化生長流程。
【文檔編號(hào)】C23C16/52GK103526189SQ201310426749
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】王劼, 張立國, 范亞明, 張洪澤 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所