本發(fā)明涉及一種智能調(diào)控系統(tǒng)，具體涉及一種用于HVPE設(shè)備工藝參數(shù)的智能修正調(diào)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

HVPE設(shè)備用于快速制備GaN材料。HVPE設(shè)備進(jìn)行工藝生長(zhǎng)時(shí)，會(huì)依據(jù)固定工藝參數(shù)的菜單運(yùn)作，但反應(yīng)室的環(huán)境會(huì)由于副產(chǎn)物沉積而實(shí)時(shí)變化，造成溫度、流場(chǎng)、壓力變得不穩(wěn)定，如溫度參數(shù)、流場(chǎng)參數(shù)和壓力參數(shù)會(huì)有所變化，此時(shí)如果沒(méi)有及時(shí)調(diào)整，則會(huì)直接影響GaN材料制備的穩(wěn)定性，同樣的菜單難以獲得相同品質(zhì)的GaN產(chǎn)品。目前利用HVPE設(shè)備在生長(zhǎng)GaN材料過(guò)程中，各項(xiàng)工藝參數(shù)難以保持一致，在工藝環(huán)境變化的情況下，往往難以對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于HVPE設(shè)備工藝參數(shù)的智能修正調(diào)控系統(tǒng),能夠在生長(zhǎng)GaN材料過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)制備的穩(wěn)定性。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種用于HVPE設(shè)備工藝參數(shù)的智能修正調(diào)控系統(tǒng),其特征在于，所述系統(tǒng)包括一級(jí)調(diào)控框架和二級(jí)調(diào)控框架，一級(jí)調(diào)控框架包括控制平臺(tái)、人機(jī)交互單元、執(zhí)行單元、監(jiān)測(cè)單元和參數(shù)修正單元，該人機(jī)交互單元、執(zhí)行單元、監(jiān)測(cè)單元和參數(shù)修正單元分別與控制平臺(tái)雙向通訊連接進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，執(zhí)行單元包括加熱器、氣流量調(diào)控器、水流量調(diào)控器、壓力調(diào)控器和傳動(dòng)調(diào)控器，監(jiān)測(cè)單元包括樣品在線監(jiān)測(cè)模塊、反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、氣流量監(jiān)測(cè)模塊、水流量監(jiān)測(cè)模塊、壓力監(jiān)測(cè)模塊和樣品位置監(jiān)測(cè)模塊；

二級(jí)調(diào)控框架由執(zhí)行單元中的加熱器、氣流量調(diào)控器、水流量調(diào)控器、壓力調(diào)控器、傳動(dòng)調(diào)控器與監(jiān)測(cè)單元包含的溫度監(jiān)測(cè)模塊、氣流量監(jiān)測(cè)模塊、水流量監(jiān)測(cè)模塊、壓力監(jiān)測(cè)模塊、樣品位置監(jiān)測(cè)模塊一一對(duì)應(yīng)的自整定修正環(huán)構(gòu)成；

所述控制平臺(tái)，分別與人機(jī)交互單元、執(zhí)行單元、監(jiān)測(cè)單元、參數(shù)修正單元實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，控制平臺(tái)反饋設(shè)備狀態(tài)信息至人機(jī)交互單元并從人機(jī)交互單元獲取設(shè)定參數(shù)，控制平臺(tái)下達(dá)執(zhí)行指令至執(zhí)行單元并從執(zhí)行單元獲取設(shè)備執(zhí)行狀態(tài)，控制平臺(tái)下達(dá)監(jiān)測(cè)指令至監(jiān)測(cè)單元并從監(jiān)測(cè)單元獲取設(shè)備監(jiān)測(cè)信息，控制平臺(tái)將獲取到的設(shè)備狀態(tài)信息反饋至參數(shù)修正單元，該參數(shù)修正單元根據(jù)獲取得到的設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行參數(shù)的修正，然后將修正后的參數(shù)反饋至控制平臺(tái)，控制平臺(tái)將接收到的修正后的參數(shù)下達(dá)至執(zhí)行單元。

所述人機(jī)交互單元包括設(shè)備狀態(tài)顯示界面和設(shè)備參數(shù)設(shè)定界面。

所述加熱器包括樣品區(qū)加熱器、反應(yīng)源區(qū)加熱器、過(guò)渡區(qū)加熱器、氣體預(yù)熱區(qū)加熱器和尾氣加熱器，該加熱器為電阻絲加熱器、射頻加熱器或電磁感應(yīng)加熱器。

所述氣流量調(diào)控器包括反應(yīng)氣體流量調(diào)控器、隔離氣體流量調(diào)控器和吹掃氣體流量調(diào)控器，該氣流量控制器為氣體質(zhì)量流量控制器或氣體流量控制閥。

所述水流量調(diào)控器包括金屬部件散熱用水流量調(diào)控器、橡膠部件保護(hù)用水流量調(diào)控器和電氣部件水冷用水流量調(diào)控器，該水流量調(diào)控器為水流量控制流量計(jì)或水流量控制閥。

所述壓力調(diào)控器包括反應(yīng)室前端壓力調(diào)控器和反應(yīng)室后端壓力調(diào)控器，該壓力調(diào)控器為壓電陶瓷閥壓力控制器或蝶形閥壓力控制器。

所述傳動(dòng)調(diào)控器包括豎直位置調(diào)控器、水平位置調(diào)控器和旋轉(zhuǎn)位置調(diào)控器，該傳動(dòng)調(diào)控器為直線電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電缸或氣缸。

所述樣品在線監(jiān)測(cè)模塊包括樣品膜厚監(jiān)測(cè)子模塊和樣品形貌特性監(jiān)測(cè)子模塊，該樣品在線監(jiān)測(cè)模塊為X射線衍射裝置或螢光X射線裝置。

所述反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊包括沉積范圍監(jiān)測(cè)子模塊、沉積厚度監(jiān)測(cè)子模塊和透光性監(jiān)測(cè)子模塊，該反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊為輪廓測(cè)量?jī)x、光電傳感器或透光率測(cè)試儀。

所述溫度監(jiān)測(cè)模塊包括樣品區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、反應(yīng)源區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、過(guò)渡區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、氣體預(yù)熱區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊和尾氣溫度監(jiān)測(cè)子模塊，該溫度監(jiān)測(cè)模塊為熱電偶溫度計(jì)或輻射式高溫計(jì)。

所述氣流量監(jiān)測(cè)模塊包括反應(yīng)氣體流量監(jiān)測(cè)子模塊、隔離氣體流量監(jiān)測(cè)子模塊和吹掃氣體流量監(jiān)測(cè)子模塊，該氣流量監(jiān)測(cè)模塊為氣體質(zhì)量流量控制器或渦輪流量計(jì)。

所述水流量監(jiān)測(cè)模塊包括金屬部件散熱用水流量監(jiān)測(cè)子模塊、橡膠部件保護(hù)用水流量監(jiān)測(cè)子模塊和電氣部件水冷用水流量監(jiān)測(cè)子模塊，該水流量監(jiān)測(cè)模塊為渦輪流量計(jì)或電磁流量計(jì)。

所述壓力監(jiān)測(cè)模塊包括反應(yīng)室前端壓力監(jiān)測(cè)子模塊和反應(yīng)室后端壓力監(jiān)測(cè)子模塊，該壓力監(jiān)測(cè)模塊為薄膜壓力傳感器或陶瓷壓力傳感器。

所述樣品位置監(jiān)測(cè)模塊包括豎直位置監(jiān)測(cè)子模塊、水平位置監(jiān)測(cè)子模塊和旋轉(zhuǎn)位置監(jiān)測(cè)子模塊，該樣品位置監(jiān)測(cè)模塊為激光測(cè)距儀或超聲波測(cè)距儀。

本發(fā)明在利用HVPE設(shè)備進(jìn)行GaN材料時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的各種工藝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行修正并調(diào)控，保證生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框架示意圖；

附圖2為本發(fā)明執(zhí)行單元的框架示意圖；

附圖3為本發(fā)明監(jiān)測(cè)單元的框架示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如附圖1、2和3所示，本發(fā)揭示了一種用于HVPE設(shè)備工藝參數(shù)的智能修正調(diào)控系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括一級(jí)調(diào)控框架和二級(jí)調(diào)控框架，一級(jí)調(diào)控框架包括控制平臺(tái)、人機(jī)交互單元、執(zhí)行單元、監(jiān)測(cè)單元和參數(shù)修正單元，該人機(jī)交互單元、執(zhí)行單元、監(jiān)測(cè)單元和參數(shù)修正單元分別與控制平臺(tái)雙向通訊連接進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，執(zhí)行單元包括加熱器、氣流量調(diào)控器、水流量調(diào)控器、壓力調(diào)控器和傳動(dòng)調(diào)控器，監(jiān)測(cè)單元包括樣品在線監(jiān)測(cè)模塊、反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、氣流量監(jiān)測(cè)模塊、水流量監(jiān)測(cè)模塊、壓力監(jiān)測(cè)模塊和樣品位置監(jiān)測(cè)模塊，二級(jí)調(diào)控框架由執(zhí)行單元包含的加熱器、氣流量調(diào)控器、水流量調(diào)控器、壓力調(diào)控器、傳動(dòng)調(diào)控器與監(jiān)測(cè)單元包含的溫度監(jiān)測(cè)模塊、氣流量監(jiān)測(cè)模塊、水流量監(jiān)測(cè)模塊、壓力監(jiān)測(cè)模塊、樣品位置監(jiān)測(cè)模塊一一對(duì)應(yīng)的自整定修正環(huán)構(gòu)成；控制平臺(tái)，分別與人機(jī)交互單元、執(zhí)行單元、監(jiān)測(cè)單元、參數(shù)修正單元實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，控制平臺(tái)反饋設(shè)備狀態(tài)信息至人機(jī)交互單元并從人機(jī)交互單元獲取設(shè)定參數(shù)，控制平臺(tái)下達(dá)執(zhí)行指令至執(zhí)行單元并從執(zhí)行單元獲取設(shè)備執(zhí)行狀態(tài)，控制平臺(tái)下達(dá)監(jiān)測(cè)指令至監(jiān)測(cè)單元并從監(jiān)測(cè)單元獲取設(shè)備監(jiān)測(cè)信息，控制平臺(tái)將獲取到的設(shè)備狀態(tài)信息反饋至參數(shù)修正單元，該參數(shù)修正單元根據(jù)獲取得到的設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行參數(shù)的修正，然后將修正后的參數(shù)反饋至控制平臺(tái)，控制平臺(tái)將接收到的修正后的參數(shù)下達(dá)至執(zhí)行單元。以參數(shù)修正單元作為設(shè)備智能調(diào)控的根本，收集設(shè)備信息和樣品實(shí)時(shí)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備狀態(tài)和樣品狀態(tài)，通過(guò)運(yùn)算，對(duì)設(shè)備設(shè)定參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，達(dá)到智能調(diào)控效果。人機(jī)交互單元包括設(shè)備狀態(tài)顯示界面和設(shè)備參數(shù)設(shè)定界面。

所述監(jiān)測(cè)單元包括樣品在線監(jiān)測(cè)模塊、反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、氣流量監(jiān)測(cè)模塊、水流量監(jiān)測(cè)模塊、壓力監(jiān)測(cè)模塊和樣品位置監(jiān)測(cè)模塊。執(zhí)行單元包括加熱器、氣流量調(diào)控器、水流量調(diào)控器、壓力調(diào)控器和傳動(dòng)調(diào)控器。加熱器、氣流量調(diào)控器、水流量調(diào)控器、壓力調(diào)控器、傳動(dòng)調(diào)控器。

更進(jìn)一步，加熱器包括樣品區(qū)加熱器、反應(yīng)源區(qū)加熱器、過(guò)渡區(qū)加熱器、氣體預(yù)熱區(qū)加熱器和尾氣加熱器，該加熱器為電阻絲加熱器、射頻加熱器或電磁感應(yīng)加熱器，或者其他類型的加熱器。

氣流量調(diào)控器包括反應(yīng)氣體流量調(diào)控器、隔離氣體流量調(diào)控器和吹掃氣體流量調(diào)控器，該氣流量控制器為氣體質(zhì)量流量控制器或氣體流量控制閥，或者其他類型的流量控制裝置。

水流量調(diào)控器包括金屬部件散熱用水流量調(diào)控器、橡膠部件保護(hù)用水流量調(diào)控器和電氣部件水冷用水流量調(diào)控器，該水流量調(diào)控器為水流量控制流量計(jì)或水流量控制閥，或者其他類型的水流量控制器，用于控制水的流量。

壓力調(diào)控器包括反應(yīng)室前端壓力調(diào)控器和反應(yīng)室后端壓力調(diào)控器，該壓力調(diào)控器為壓電陶瓷閥壓力控制器或蝶形閥壓力控制器，或者其他類型的壓力控制器，能夠滿足壓力控制。

傳動(dòng)調(diào)控器包括豎直位置調(diào)控器、水平位置調(diào)控器和旋轉(zhuǎn)位置調(diào)控器，該傳動(dòng)調(diào)控器為直線電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電缸或氣缸，或者其他類型的驅(qū)動(dòng)器，能夠進(jìn)行位置調(diào)整即可。

樣品在線監(jiān)測(cè)模塊包括樣品膜厚監(jiān)測(cè)子模塊和樣品形貌特性監(jiān)測(cè)子模塊，該樣品在線監(jiān)測(cè)模塊為X射線衍射裝置或螢光X射線裝置，或者其他類型的監(jiān)測(cè)儀器。

反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊包括沉積范圍監(jiān)測(cè)子模塊、沉積厚度監(jiān)測(cè)子模塊和透光性監(jiān)測(cè)子模塊，該反應(yīng)室沉積監(jiān)測(cè)模塊為輪廓測(cè)量?jī)x、光電傳感器或透光率測(cè)試儀，或者其他類型的測(cè)量?jī)x。

溫度監(jiān)測(cè)模塊包括樣品區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、反應(yīng)源區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、過(guò)渡區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、氣體預(yù)熱區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊和尾氣溫度監(jiān)測(cè)子模塊，該溫度監(jiān)測(cè)模塊為熱電偶溫度計(jì)或輻射式高溫計(jì)，或者其他類型的溫度測(cè)量裝置。

氣流量監(jiān)測(cè)模塊包括反應(yīng)氣體流量監(jiān)測(cè)子模塊、隔離氣體流量監(jiān)測(cè)子模塊和吹掃氣體流量監(jiān)測(cè)子模塊，該氣流量監(jiān)測(cè)模塊為氣體質(zhì)量流量控制器或渦輪流量計(jì)，或者其他類型的氣體流量控制器。

水流量監(jiān)測(cè)模塊包括金屬部件散熱用水流量監(jiān)測(cè)子模塊、橡膠部件保護(hù)用水流量監(jiān)測(cè)子模塊和電氣部件水冷用水流量監(jiān)測(cè)子模塊，該水流量監(jiān)測(cè)模塊為渦輪流量計(jì)或電磁流量計(jì)，或者其他類型的水流量檢測(cè)儀器。

壓力監(jiān)測(cè)模塊包括反應(yīng)室前端壓力監(jiān)測(cè)子模塊和反應(yīng)室后端壓力監(jiān)測(cè)子模塊，該壓力監(jiān)測(cè)模塊為薄膜壓力傳感器或陶瓷壓力傳感器，或者其他類型的壓力傳感器，用于檢測(cè)壓力。

樣品位置監(jiān)測(cè)模塊包括豎直位置監(jiān)測(cè)子模塊、水平位置監(jiān)測(cè)子模塊和旋轉(zhuǎn)位置監(jiān)測(cè)子模塊，該樣品位置監(jiān)測(cè)模塊為激光測(cè)距儀或超聲波測(cè)距儀，或者其他類型的位置檢測(cè)儀器，保證位置檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明中，可通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)到溫度參數(shù)，具體為通過(guò)樣品區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、反應(yīng)源區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、過(guò)渡區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊、氣體預(yù)熱區(qū)溫度監(jiān)測(cè)子模塊和尾氣溫度監(jiān)測(cè)子模塊分別監(jiān)測(cè)到樣品區(qū)溫度、反應(yīng)源區(qū)溫度、過(guò)渡區(qū)溫度、氣體預(yù)熱區(qū)溫度和尾氣溫度。然后將各個(gè)溫度參數(shù)傳送到控制平臺(tái)，控制平臺(tái)將該溫度參數(shù)傳送到參數(shù)修正單元，參數(shù)修正單元根據(jù)人機(jī)交互單元中人為設(shè)定的菜單參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，然后分析哪個(gè)溫度參數(shù)與設(shè)定溫度參數(shù)有波動(dòng)，進(jìn)行自動(dòng)修正，并將修正后的溫度參數(shù)反饋到控制平臺(tái)，控制平臺(tái)再下發(fā)控制指令到執(zhí)行單元中的加熱器中，加熱器根據(jù)修正參數(shù)進(jìn)行溫度參數(shù)的修正。其他各個(gè)模塊的控制過(guò)程也是如此，在此不再重復(fù)贅述。

例如：樣品溫度與樣品區(qū)溫度差值從10℃變化為8℃，從監(jiān)測(cè)信息判定樣品區(qū)溫度對(duì)于工藝的影響比重達(dá)60%，隔離區(qū)溫度對(duì)于工藝的影響比重達(dá)30%等，對(duì)比菜單固定參數(shù)后，需對(duì)樣品區(qū)溫度度修正﹢30℃，對(duì)隔離區(qū)溫度修正+5℃等，然后下達(dá)指令至對(duì)應(yīng)溫度調(diào)控器，最終現(xiàn)實(shí)樣品溫度與樣品區(qū)溫度差值恢復(fù)至10℃。從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)及時(shí)的自動(dòng)修正，確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

需要說(shuō)明的是，以上所述并非是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見(jiàn)的替換均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。