CN106637145A - 一种用于hvpe设备工艺参数的智能修正调控*** - Google Patents

一种用于hvpe设备工艺参数的智能修正调控*** Download PDF

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Abstract

一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,所述***包括一级调控框架和二级调控框架，一级调控框架包括控制平台、人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元，该人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元分别与控制平台双向通讯连接进行实时数据交互，二级调控框架由执行单元包含的加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器、传动调控器与监测单元包含的温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块、样品位置监测模块一一对应的自整定修正环构成，监测单元除上述模块外，还包含在线监测模块、反应室沉积监测模块。本发明对工艺参数进行实时调整，提高了生产产品的稳定性。

Description

一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***
技术领域
本发明涉及一种智能调控***，具体涉及一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***。
背景技术
HVPE设备用于快速制备GaN材料。HVPE设备进行工艺生长时，会依据固定工艺参数的菜单运作，但反应室的环境会由于副产物沉积而实时变化，造成温度、流场、压力变得不稳定，如温度参数、流场参数和压力参数会有所变化，此时如果没有及时调整，则会直接影响GaN材料制备的稳定性，同样的菜单难以获得相同品质的GaN产品。目前利用HVPE设备在生长GaN材料过程中，各项工艺参数难以保持一致，在工艺环境变化的情况下，往往难以对工艺参数进行及时调整，导致生产产品的稳定性不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,能够在生长GaN材料过程中实时调整工艺参数，实现制备的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述***包括一级调控框架和二级调控框架，一级调控框架包括控制平台、人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元，该人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元分别与控制平台双向通讯连接进行实时数据交互，执行单元包括加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器和传动调控器，监测单元包括样品在线监测模块、反应室沉积监测模块、温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块和样品位置监测模块；
二级调控框架由执行单元中的加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器、传动调控器与监测单元包含的温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块、样品位置监测模块一一对应的自整定修正环构成；
所述控制平台，分别与人机交互单元、执行单元、监测单元、参数修正单元实时交互数据，控制平台反馈设备状态信息至人机交互单元并从人机交互单元获取设定参数，控制平台下达执行指令至执行单元并从执行单元获取设备执行状态，控制平台下达监测指令至监测单元并从监测单元获取设备监测信息，控制平台将获取到的设备状态信息反馈至参数修正单元，该参数修正单元根据获取得到的设备状态信息进行参数的修正，然后将修正后的参数反馈至控制平台，控制平台将接收到的修正后的参数下达至执行单元。
所述人机交互单元包括设备状态显示界面和设备参数设定界面。
所述加热器包括样品区加热器、反应源区加热器、过渡区加热器、气体预热区加热器和尾气加热器，该加热器为电阻丝加热器、射频加热器或电磁感应加热器。
所述气流量调控器包括反应气体流量调控器、隔离气体流量调控器和吹扫气体流量调控器，该气流量控制器为气体质量流量控制器或气体流量控制阀。
所述水流量调控器包括金属部件散热用水流量调控器、橡胶部件保护用水流量调控器和电气部件水冷用水流量调控器，该水流量调控器为水流量控制流量计或水流量控制阀。
所述压力调控器包括反应室前端压力调控器和反应室后端压力调控器，该压力调控器为压电陶瓷阀压力控制器或蝶形阀压力控制器。
所述传动调控器包括竖直位置调控器、水平位置调控器和旋转位置调控器，该传动调控器为直线电机、伺服电机、步进电机、电缸或气缸。
所述样品在线监测模块包括样品膜厚监测子模块和样品形貌特性监测子模块，该样品在线监测模块为X射线衍射装置或萤光X射线装置。
所述反应室沉积监测模块包括沉积范围监测子模块、沉积厚度监测子模块和透光性监测子模块，该反应室沉积监测模块为轮廓测量仪、光电传感器或透光率测试仪。
所述温度监测模块包括样品区温度监测子模块、反应源区温度监测子模块、过渡区温度监测子模块、气体预热区温度监测子模块和尾气温度监测子模块，该温度监测模块为热电偶温度计或辐射式高温计。
所述气流量监测模块包括反应气体流量监测子模块、隔离气体流量监测子模块和吹扫气体流量监测子模块，该气流量监测模块为气体质量流量控制器或涡轮流量计。
所述水流量监测模块包括金属部件散热用水流量监测子模块、橡胶部件保护用水流量监测子模块和电气部件水冷用水流量监测子模块，该水流量监测模块为涡轮流量计或电磁流量计。
所述压力监测模块包括反应室前端压力监测子模块和反应室后端压力监测子模块，该压力监测模块为薄膜压力传感器或陶瓷压力传感器。
所述样品位置监测模块包括竖直位置监测子模块、水平位置监测子模块和旋转位置监测子模块，该样品位置监测模块为激光测距仪或超声波测距仪。
本发明在利用HVPE设备进行GaN材料时实时监测的各种工艺实时数据，对工艺参数进行修正并调控，保证生产过程中产品的稳定性。
附图说明
附图1为本发明的***框架示意图；
附图2为本发明执行单元的框架示意图；
附图3为本发明监测单元的框架示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1、2和3所示，本发揭示了一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,所述***包括一级调控框架和二级调控框架，一级调控框架包括控制平台、人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元，该人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元分别与控制平台双向通讯连接进行实时数据交互，执行单元包括加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器和传动调控器，监测单元包括样品在线监测模块、反应室沉积监测模块、温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块和样品位置监测模块，二级调控框架由执行单元包含的加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器、传动调控器与监测单元包含的温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块、样品位置监测模块一一对应的自整定修正环构成；控制平台，分别与人机交互单元、执行单元、监测单元、参数修正单元实时交互数据，控制平台反馈设备状态信息至人机交互单元并从人机交互单元获取设定参数，控制平台下达执行指令至执行单元并从执行单元获取设备执行状态，控制平台下达监测指令至监测单元并从监测单元获取设备监测信息，控制平台将获取到的设备状态信息反馈至参数修正单元，该参数修正单元根据获取得到的设备状态信息进行参数的修正，然后将修正后的参数反馈至控制平台，控制平台将接收到的修正后的参数下达至执行单元。以参数修正单元作为设备智能调控的根本，收集设备信息和样品实时生长数据，判断设备状态和样品状态，通过运算，对设备设定参数进行实时修正，达到智能调控效果。人机交互单元包括设备状态显示界面和设备参数设定界面。
所述监测单元包括样品在线监测模块、反应室沉积监测模块、温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块和样品位置监测模块。执行单元包括加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器和传动调控器。加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器、传动调控器。
更进一步，加热器包括样品区加热器、反应源区加热器、过渡区加热器、气体预热区加热器和尾气加热器，该加热器为电阻丝加热器、射频加热器或电磁感应加热器，或者其他类型的加热器。
气流量调控器包括反应气体流量调控器、隔离气体流量调控器和吹扫气体流量调控器，该气流量控制器为气体质量流量控制器或气体流量控制阀，或者其他类型的流量控制装置。
水流量调控器包括金属部件散热用水流量调控器、橡胶部件保护用水流量调控器和电气部件水冷用水流量调控器，该水流量调控器为水流量控制流量计或水流量控制阀，或者其他类型的水流量控制器，用于控制水的流量。
压力调控器包括反应室前端压力调控器和反应室后端压力调控器，该压力调控器为压电陶瓷阀压力控制器或蝶形阀压力控制器，或者其他类型的压力控制器，能够满足压力控制。
传动调控器包括竖直位置调控器、水平位置调控器和旋转位置调控器，该传动调控器为直线电机、伺服电机、步进电机、电缸或气缸，或者其他类型的驱动器，能够进行位置调整即可。
样品在线监测模块包括样品膜厚监测子模块和样品形貌特性监测子模块，该样品在线监测模块为X射线衍射装置或萤光X射线装置，或者其他类型的监测仪器。
反应室沉积监测模块包括沉积范围监测子模块、沉积厚度监测子模块和透光性监测子模块，该反应室沉积监测模块为轮廓测量仪、光电传感器或透光率测试仪，或者其他类型的测量仪。
温度监测模块包括样品区温度监测子模块、反应源区温度监测子模块、过渡区温度监测子模块、气体预热区温度监测子模块和尾气温度监测子模块，该温度监测模块为热电偶温度计或辐射式高温计，或者其他类型的温度测量装置。
气流量监测模块包括反应气体流量监测子模块、隔离气体流量监测子模块和吹扫气体流量监测子模块，该气流量监测模块为气体质量流量控制器或涡轮流量计，或者其他类型的气体流量控制器。
水流量监测模块包括金属部件散热用水流量监测子模块、橡胶部件保护用水流量监测子模块和电气部件水冷用水流量监测子模块，该水流量监测模块为涡轮流量计或电磁流量计，或者其他类型的水流量检测仪器。
压力监测模块包括反应室前端压力监测子模块和反应室后端压力监测子模块，该压力监测模块为薄膜压力传感器或陶瓷压力传感器，或者其他类型的压力传感器，用于检测压力。
样品位置监测模块包括竖直位置监测子模块、水平位置监测子模块和旋转位置监测子模块，该样品位置监测模块为激光测距仪或超声波测距仪，或者其他类型的位置检测仪器，保证位置检测的准确性。
本发明中，可通过温度监测模块实时的监测到温度参数，具体为通过样品区温度监测子模块、反应源区温度监测子模块、过渡区温度监测子模块、气体预热区温度监测子模块和尾气温度监测子模块分别监测到样品区温度、反应源区温度、过渡区温度、气体预热区温度和尾气温度。然后将各个温度参数传送到控制平台，控制平台将该温度参数传送到参数修正单元，参数修正单元根据人机交互单元中人为设定的菜单参数进行比对，然后分析哪个温度参数与设定温度参数有波动，进行自动修正，并将修正后的温度参数反馈到控制平台，控制平台再下发控制指令到执行单元中的加热器中，加热器根据修正参数进行温度参数的修正。其他各个模块的控制过程也是如此，在此不再重复赘述。
例如：样品温度与样品区温度差值从10℃变化为8℃，从监测信息判定样品区温度对于工艺的影响比重达60%，隔离区温度对于工艺的影响比重达30%等，对比菜单固定参数后，需对样品区温度度修正﹢30℃，对隔离区温度修正+5℃等，然后下达指令至对应温度调控器，最终现实样品温度与样品区温度差值恢复至10℃。从而实现参数及时的自动修正，确保产品的稳定性。
需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述***包括一级调控框架和二级调控框架，一级调控框架包括控制平台、人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元，该人机交互单元、执行单元、监测单元和参数修正单元分别与控制平台双向通讯连接进行实时数据交互，执行单元包括加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器和传动调控器，监测单元包括样品在线监测模块、反应室沉积监测模块、温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块和样品位置监测模块；
二级调控框架由执行单元中的加热器、气流量调控器、水流量调控器、压力调控器、传动调控器与监测单元包含的温度监测模块、气流量监测模块、水流量监测模块、压力监测模块、样品位置监测模块一一对应的自整定修正环构成；
所述控制平台，分别与人机交互单元、执行单元、监测单元、参数修正单元实时交互数据，控制平台反馈设备状态信息至人机交互单元并从人机交互单元获取设定参数，控制平台下达执行指令至执行单元并从执行单元获取设备执行状态，控制平台下达监测指令至监测单元并从监测单元获取设备监测信息，控制平台将获取到的设备状态信息反馈至参数修正单元，该参数修正单元根据获取得到的设备状态信息进行参数的修正，然后将修正后的参数反馈至控制平台，控制平台将接收到的修正后的参数下达至执行单元。
2.根据权利要求1所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述人机交互单元包括设备状态显示界面和设备参数设定界面。
3.根据权利要求2所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述加热器包括样品区加热器、反应源区加热器、过渡区加热器、气体预热区加热器和尾气加热器，该加热器为电阻丝加热器、射频加热器或电磁感应加热器。
4.根据权利要求3所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述气流量调控器包括反应气体流量调控器、隔离气体流量调控器和吹扫气体流量调控器，该气流量控制器为气体质量流量控制器或气体流量控制阀。
5.根据权利要求4所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述水流量调控器包括金属部件散热用水流量调控器、橡胶部件保护用水流量调控器和电气部件水冷用水流量调控器，该水流量调控器为水流量控制流量计或水流量控制阀。
6.根据权利要求5所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述压力调控器包括反应室前端压力调控器和反应室后端压力调控器，该压力调控器为压电陶瓷阀压力控制器或蝶形阀压力控制器。
7.根据权利要求6所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述传动调控器包括竖直位置调控器、水平位置调控器和旋转位置调控器，该传动调控器为直线电机、伺服电机、步进电机、电缸或气缸。
8.根据权利要求7所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述样品在线监测模块包括样品膜厚监测子模块和样品形貌特性监测子模块，该样品在线监测模块为X射线衍射装置或萤光X射线装置。
9.根据权利要求8所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述反应室沉积监测模块包括沉积范围监测子模块、沉积厚度监测子模块和透光性监测子模块，该反应室沉积监测模块为轮廓测量仪、光电传感器或透光率测试仪。
10.根据权利要求9所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述温度监测模块包括样品区温度监测子模块、反应源区温度监测子模块、过渡区温度监测子模块、气体预热区温度监测子模块和尾气温度监测子模块，该温度监测模块为热电偶温度计或辐射式高温计。
11.根据权利要求10所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述气流量监测模块包括反应气体流量监测子模块、隔离气体流量监测子模块和吹扫气体流量监测子模块，该气流量监测模块为气体质量流量控制器或涡轮流量计。
12.根据权利要求11所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述水流量监测模块包括金属部件散热用水流量监测子模块、橡胶部件保护用水流量监测子模块和电气部件水冷用水流量监测子模块，该水流量监测模块为涡轮流量计或电磁流量计。
13.根据权利要求12所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述压力监测模块包括反应室前端压力监测子模块和反应室后端压力监测子模块，该压力监测模块为薄膜压力传感器或陶瓷压力传感器。
14.根据权利要求13所述的用于HVPE设备工艺参数的智能修正调控***,其特征在于，所述样品位置监测模块包括竖直位置监测子模块、水平位置监测子模块和旋转位置监测子模块，该样品位置监测模块为激光测距仪或超声波测距仪。
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