专利名称：一种气相外延设备进行材料生长的控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半导体技术领域，涉及一种气相外延设备进行材料生长的控制系统，适用于目前HVPE(氢化物气相外延)系统中精确控制气相流量、温度、压力、运行时间、石墨盘转速和气动阀开关等。·
背景技术：
在多种GaN衬底生长技术中，HVPE(氢化物气相外延)以其高速率(可以达到800ym/h以上)生长、低成本、可大面积生长和均匀性好等显著优点，成为GaN衬底生长取得突破的首选，目前国内外绝大多数研究工作都集中于此。HVPE生长GaN衬底，通常是在蓝宝石或砷化镓等衬底上外延O. 5 Imm的厚膜，然后通过激光剥离、研磨或蚀刻等方式将衬底移除，将获得的GaN抛光形成自支撑GaN衬底。现有的气相外延设备具有一石英外延生长室、金属源装置器、MFC(质量流量计)、气动阀、生长加热器装置、压力传感压力控制器和衬底旋转装置。具体表现为每个气动阀逐个控制，温区加热器逐个设定温度值，简单压力控制，材料生长控制方法机械简单的一步接一步按顺序控制下去，不能实现其它的操作。
实用新型内容针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型目的在于提供一种气相外延设备材料生长控制系统，本实用新型在温控系统上增加衬底温度传感器，为避免副产物在石英外延室的沉积阻挡热辐射，造成降低了中间衬底温度的影响，设置多个温区加热器进行动态补偿衬底温度。在气动阀控制方面取消逐个控制，设置联动自动控制开关，根据各路源气的设定值，联动打开气动阀和设定MFC。在压力控制方面，增加限制蝶阀角度控制，控制范围在大于5°小于40°之间，达到压力平稳控制和保证气体一直往下流。在材料生长控制方面，除了能实现自动运行菜单外，创造实行跳步生长、无缝更新菜单和中途指定步生长等控制。本系统可以控制气相外延设备，以供生产和科研机构使用。本实用新型适用范围适用于安装有气体流量计、压力控制器、加热器、转动盘等的气相外延生长设备。本实用新型采用的技术方案一种气相外延设备进行材料生长的控制系统，其特征在于包括一工控机和一可编程控制器，所述工控机通过工业通信总线分别与气相外延设备的可编程控制器、气体流量计、和/或压力控制器、和/或加热器、和/或转动盘连接。进一步的，所述工控机通过工业通信总线网络结构分别与气相外延设备的可编程控制器、气体流量计、和/或压力控制器、和/或加热器、和/或转动盘连接。进一步的，在所述气相外延设备的材料生长衬底上设置若干温度传感器；所述温度传感器分别通过数据线与所述工控机连接。进一步的，在所述气相外延生长室中设置上、下辅助温区加热器和一主温区加热器；所述上、下辅助温区加热器以及所述主温区加热器分别经温度控制器在工业通信总线上与所述工控机连接。进一步的，所述气体流量计包括一两级联动气动阀开关，其中，第一级气动阀和第二级气动阀安装在同一多接口板卡上，第一级气动阀和第二级气动阀根据逻辑关系和所述工控机中设定的时间间隔进行自动开启和关闭；所述多接口板卡通过数据线与所述工控机连接、或所述多接口板卡通过安装在所述工控机主板上与所述工控机连接。进一步的，所述压力控制器的蝶阀压力角度变化范围值设定为大于5°小于40。。进一步的，所述工控机数据库内保存编写好的材料生长控制表单；所述可编程控制器寄存器中固化有材料生长安全状态表单。系统的控制主要通过工控机做主控、PLC(Programmable Logic Controller,可编程控制器)做辅助处理模式对信号进行自动和手动的控制，从而实现对加热系统、气体流量、气体压力和气动阀等的控制。本实用新型设计的气相外延材料控制系统有自动程序和手动程序两种控制方式，自动控制和手动控制可以互相切换。采用工控机，通过工业通信总线网络结构对其在网络中的可编程控制器、质量流量计、温度控制器等进行交换数据和进行数字量控制，主程序位于工控机上，操作者通过键盘鼠标在人机界面进行参数的查看和输入，实现了气相外延设备的控制。工控机通过数据交换控制PLC处理一些底层的模拟量数据，同时在PLC寄存器已经固化安全状态的菜单，在异常情况下，进行紧急处理。在总控制上，实现了气相外延设备的自动运行菜单、跳步生长、无缝更新菜单和中途指定步生长等功能。在分控制上，如图I所示，在温控系统I上增加衬底温度传感器，把温度信号经过温度控制器在工业通信总线传输传递到工控机上，实现实时监测气相外延主反应温度，在子程序中增加了在限定值域，在此基础上添加数值量输出自动补偿控制；气动阀和MFC封装在同一个质量流量计控制模块2下，在硬件上，MFC的第一级气动阀和第二级气动阀统一由一个多接口板卡上控制，在软件自动模式下，只需控制MFC的流量，第一级和第二级的气动阀根据已设的时间间隔和它们固有的逻辑关系进行自动开启和关闭，达到简化和联动的目的(目前是两级，该组气动阀统一由一个板卡控制)；在压力控制器3的子程序中，采用较好的的PID控制范围，限制该模拟量的输出域，输出控制蝶阀的角度范围；所运行的流程如图2所示。待样品放入反应腔体，密封好反应腔体，完成前期准备工作后，从软件后台中调入已经在外部编写好了的Excel表格格式菜单，如表I所示表I
权利要求1.一种气相外延设备进行材料生长的控制系统，其特征在于包括一工控机和一可编程控制器，所述工控机通过工业通信总线分别与气相外延设备的可编程控制器、气体流量计、和/或压力控制器、和/或加热器、和/或转动盘连接。
2.如权利要求I所述的控制系统，其特征在于所述工控机通过工业通信总线网络结构分别与气相外延设备的可编程控制器、气体流量计、和/或压力控制器、和/或加热器、和/或转动盘连接。
3.如权利要求I所述的控制系统，其特征在于在所述气相外延设备的材料生长衬底上设置若干温度传感器；所述温度传感器分别通过数据线与所述工控机连接。
4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于在所述气相外延生长室中设置上、下辅助温区加热器和一主温区加热器；所述上、下辅助温区加热器以及所述主温区加热器分别经温度控制器在工业通信总线上与所述工控机连接。
5.如权利要求I或4所述的控制系统，其特征在于所述气体流量计包括一两级联动气动阀开关，其中，第一级气动阀和第二级气动阀安装在同一多接口板卡上，第一级气动阀和第二级气动阀根据逻辑关系和所述工控机中设定的时间间隔进行自动开启和关闭；所述多接口板卡通过数据线与所述工控机连接、或所述多接口板卡通过安装在所述工控机主板上与所述工控机连接。
6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于所述压力控制器的蝶阀压力角度变化范围值设定为大于5°小于40°。
专利摘要本实用新型公开了一种气相外延设备进行材料生长的控制系统，属于半导体技术领域。本系统包括一工控机和一可编程控制器，所述工控机通过工业通信总线分别与气相外延设备的可编程控制器、气体流量计、和/或压力控制器、和/或加热器、和/或转动盘连接。设置多个温区加热器进行动态补偿衬底温度。在气动阀控制方面取消逐个控制，设置联动自动控制开关，根据各路源气的设定值，联动打开气动阀和设定MFC。在压力控制方面，增加限制蝶阀角度控制，控制范围在大于5°小于40°之间，达到压力平稳控制和保证气体一直往下流。在材料生长控制方面，除了能实现自动运行菜单外，创造实行跳步生长、无缝更新菜单和中途指定步生长。
文档编号C30B25/16GK202717874SQ20122022188
公开日2013年2月6日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者袁志鹏, 刘鹏, 赵红军, 张茶根, 张俊业, 毕绿燕, 张国义, 童玉珍, 孙永健 申请人:东莞市中镓半导体科技有限公司