论文部分内容阅读
金属有机物化学气相沉积(MOCVD)是目前生产半导体材料的重要方法之一,该方法操作简单、产品性能高、便于掺杂、应用范围广。该方法通过控制反应室内温度和气体流速等来影响半导体材料的生产情况,而其中温度是最为关键的影响因素。一方面,半导体材料生长需要达到一定的温度。如果温度太高或太低,都有可能发生副反应而产生附加产物,从而影响半导体材料的纯度。另一方面,需要保证反应室内温度均匀分布。如果石墨表面温差较大,就会导致生产的半导体薄膜表面凹凸不平。因此,研究MOCVD温度控制对于生产半导体性能十分重要。本文对电阻加热式MOCVD温度控制系统及其控制方法进行了研究,主要在以下几个方面进行研究:(1)通过采用COMSOL多物理场软件对反应室模型进行仿真计算,可以看出MOCVD温度控制系统具有非线性、时变及大滞后等特点。此外,还讨论了加热功率对MOCVD温度控制系统的影响情况。(2)提出了采用单纯形法优化不同加热器上的功率,使得石墨表面温度差小于1℃。根据模型结构对于石墨表面温度均匀性的影响,还提出了在控制系统设计时综合考虑结构与控制的思想,这有助于提高系统的性能。(3)采用实验建模的方法求出了系统的静态数学模型,即有各加热器间的功率关系式,也有加热器功率与稳态时石墨表面平均温度间的关系式。此外,还采用系统辨识的方法求得了系统的传递函数。(4)建立了MOCVD温度控制系统的仿真模型,并研究了PID控制、模糊控制及内模控制等在温度控制方面的应用。经过仿真发现,内模PID不仅能够具有较快的响应速度,而且结构简单,参数易调整。通过研究分析及系统仿真,最终能实现MOCVD石墨表面温度均匀分布,而且能够快速地响应系统输入。这将为系统设备的设计和生产提供指导意义,有助于提高半导体材料的性能。虽然论文对MOCVD温度控制系统的控制算法进行了深入研究,但未来仍有较大的研究空间。一方面,可以考虑神经网络等智能控制算法的应用。另一方面,可以研究抗干扰性能强的控制算法。