CZ硅单晶等径阶段热场温度建模与控制方法研究

发布时间：2024-07-09 05:18

　　大规模集成电路和太阳能光伏产业的发展对硅单晶的品质和尺寸提出了更高要求,直拉法是制备高品质硅单晶的有效方法。传统的控制系统结构基于视觉测径,通过加热器和提拉速度控制CZ硅单晶生长过程,但因关键变量耦合复杂不易实现解耦控制。基于视觉测径的恒拉速控制系统结构,如何调节加热功率控制热场温度稳定是本文研究的重点。加热功率-热场温度的热传输过程具有非线性、时变、大滞后特性,基于模型的算法更利于热场温度的有效控制。生长过程的机理建模困难且求解复杂,本文采用数据驱动的建模思想。生长过程的非线性时变特性随时间累积较为严重,数据驱动的全局一次辨识和控制很难取得理想效果。基于此,本文提出分段辨识和分段控制策略。在模型辨识方面,选择等径阶段受充分激励的实验数据进行分段和滤波处理,利用模糊逼近和行列式比值法确定滞后阶次和模型阶次;模型结构确定后,对于生长变化简单的数据段一,基于一次改进的蚁狮优化算法辨识模型参数;对于生长变化复杂的数据段二,基于本文提出的新型T-S模糊辨识方法结合二次改进的蚁狮优化算法辨识含噪声的模型参数。仿真表明,本文两次改进的蚁狮优化算法具有更好的全局优化能力;新型T-S模糊辨识较传统辨识...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 直拉硅单晶生长简介
        1.2.1 生长过程及制备方法
        1.2.2 生长需求与挑战
    1.3 CZ硅单晶生长控制研究现状
        1.3.1 CZ硅单晶生长过程特性分析
        1.3.2 CZ硅单晶生长建模研究现状
        1.3.3 CZ硅单晶生长控制研究现状
    1.4 论文研究的主要内容和章节安排
2 CZ硅单晶生长控制系统结构
    2.1 关键变量分析
        2.1.1 加热器对热场温度的作用
        2.1.2 提拉速度对热场温度的作用
    2.2 CZ硅单晶控制结构
        2.2.1 基于视觉测径的双闭环控制系统
        2.2.2 基于视觉测径的恒拉速串级控制系统
    2.3 CZ硅单晶恒拉速生长控制策略
    2.4 本章小结
3 蚁狮优化算法及其改进
    3.1 蚁狮优化算法
        3.1.1 蚁狮优化算法原理
        3.1.2 蚁狮优化算法缺点
    3.2 蚁狮优化算法一次改进
        3.2.1 Levy变异机制
        3.2.2 精英自适应竞争机制
    3.3 蚁狮优化算法二次改进
        3.3.1 半径连续收缩机制
        3.3.2 动态随机搜索机制
    3.4 仿真实验
        3.4.1 LEALO算法测试
        3.4.2 RDALO算法测试
    3.5 本章小结
4 数据驱动的等径阶段热场温度建模
    4.1 数据获取与预处理
        4.1.1 数据采集与选取
        4.1.2 数据分段与预处理
        4.1.3 仿真实验
    4.2 模型结构辨识
        4.2.1 滞后阶次辨识
        4.2.2 模型阶次辨识
        4.2.3 仿真实验
    4.3 模型参数辨识
        4.3.1 数据段一的模型参数辨识
        4.3.2 数据段二的模型参数辨识
        4.3.3 仿真实验
    4.4 本章小结
5 等径阶段热场温度控制
    5.1 模型预测控制算法
        5.1.1 广义预测控制算法
        5.1.2 改进的广义预测控制算法
        5.1.3 仿真实验
    5.2 基于数据段一模型的热场温度控制
        5.2.1 预测模型一的获取
        5.2.2 基于数据段一模型的改进广义预测控制算法
        5.2.3 仿真实验
    5.3 基于数据段二模型的热场温度控制
        5.3.1 预测模型二的获取
        5.3.2 预测模型在线修正
        5.3.3 基于数据段二模型的改进广义预测控制算法
        5.3.4 仿真实验
    5.4 模型切换控制
        5.4.1 模型切换不稳定性分析
        5.4.2 模型切换控制策略
        5.4.3 仿真实验
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
研究成果



本文编号：4004457