学位论文题目氮化镓有机化合物气相淀积（GaN MOCVD）设备控制系统研究

发布时间：2017-05-18 04:00

  本文关键词：学位论文题目氮化镓有机化合物气相淀积（GaN MOCVD）设备控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： GaN MOCVD设备是高亮度蓝光LED生产线中技术难度最大、价格最为昂贵的设备,其控制对象包括温控仪、流量计、压控仪、伺服电机、真空泵、露点仪、报警器、纯化器以及数量众多的I／O控制与联锁,控制系统十分复杂。目前,国内GaN MOCVD设备及控制技术较为落后,是半导体照明产业链中急待突破的瓶颈技术,也是我国半导体照明工程实施中最大的障碍。 文章在对国外MOCVD设备控制方法进行充分调研后,自主设计了GaNMOCVD设备工艺自动控制系统。总体控制方案采用“上位机+PLC”的两级控制模式：上位机完成工艺编辑、数据管理和全中文、图形化显示功能；PLC完成所有模拟量、开关量的监测与控制,通过以太网与上位机进行数据交换,并通过串行通讯实现对各种仪器仪表的监控。文章针对MOCVD系统的几个关键控制问题,如MO源精确输运控制、气体无扰动切换控制、压力闭环自动控制、温度控制等,提出了实施方案,分析并实现了相应的系统。 鉴于反应室温度控制对MOCVD系统的重要性,文章重点研究了该问题,根据相关机理分析和相关试验,指出该系统温度控制的主要困难：(1)控制对象具有大滞后、非线性和参数温变等特点；(2)温控系统的检测温度(加热盘底部中心温度)和控制温度(加热盘表面温度)不一致。针对这些问题,文章利用试验建立了不同温度范围的温控对象模型,提出了利用试验方法研究系统温度校正与加热功率分配的方法,并提出了基于模糊PID的温度控制方法。仿真分析和实测结果都表明文章提出的基于模糊PID的MOCVD温控方案明显优于传统PID控制,能够满足系统要求。 文章还介绍了系统的软硬件开发方法,包括上位机和PLC的硬件配置选型、程序设计和界面开发等。经过两年多的设计与制造,6个多月的现场调试与工艺试验,文章研究的GaN MOCVD设备在用户单位成功外延出GaN蓝光LED芯片,设备技术指标和工艺指标达到合同要求,受到项目验收专家组的好评。
【关键词】：GaN-MOCVD 加热器 温度控制 模糊PID 仿真 PLC
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 课题的背景与意义12-14
• 1.2 半导体照明技术概况14-16
• 1.2.1 国外半导体照明技术概况14-15
• 1.2.2 国内半导体照明技术概况15-16
• 1.3 LED生产工艺流程及设备概述16
• 1.4 GaN MOCVD设备概述16-21
• 1.4.1 国外GaN MOCVD设备的概述17-18
• 1.4.2 国内GaN MOCVD设备现状18-19
• 1.4.3 GaN MOCVD设备的工艺特点19-21
• 1.5 GaN MOCVD设备控制系统概况21-24
• 1.5.1 GaN MOCVD设备的控制对象简介21
• 1.5.2 国内外GaN MOCVD设备控制系统概况21-23
• 1.5.3 自主研发GaN MOCVD控制系统存在的主要问题23-24
• 1.6 本文的研究内容和结构24-25
• 1.6.1 主要研究内容24
• 1.6.2 本文组织结构24-25
• 第二章 GaN MOCVD工艺分析与基本控制方案25-37
• 2.1 MOCVD工艺流程及控制需求25-27
• 2.1.1 MOCVD反应原理简介25-26
• 2.1.2 MOCVD设备及控制需求26-27
• 2.2 MOCVD基本控制方案27-36
• 2.2.1 MOCVD总体控制方案27
• 2.2.2 MO源精确输运控制方案27-31
• 2.2.3 气体无扰动切换工作原理与控制方案31-34
• 2.2.4 闭环压力自动控制原理与设计方案34-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第三章 GaN-MOCVD系统温度控制研究37-61
• 3.1 反应器工作原理与基本温控方案37-39
• 3.1.1 反应器基本结构与工作原理37-39
• 3.1.2 基本温控方案39
• 3.2 表面温度校正与加热功率分配39-41
• 3.3 温控对象建模研究41-45
• 3.3.1 温度控制系统分析41-43
• 3.3.2 温度控制对象模型辨识43-45
• 3.4 基于PID的GaN-MOCVD温度控制45-48
• 3.4.1 基于PID的MOCVD温度控制方法45-47
• 3.4.2 常规PID控制方法的局限和改进方向47-48
• 3.5 基于模糊PID的GaN-MOCVD温度控制48-56
• 3.5.1 模糊PID控制方法基本原理48
• 3.5.2 控制器参数模糊化48-49
• 3.5.3 模糊控制规则的建立49-52
• 3.5.4 模糊推理与控制量解模糊52-56
• 3.6 GaN-MOCVD温控效果分析56-60
• 3.6.1 温控系统仿真结果分析56-58
• 3.6.2 GaN-MOCVD温控系统实测效果58-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第四章 GaN MOCVD控制系统的开发与应用61-75
• 4.1 GaN MOCVD控制系统硬件设计61-67
• 4.1.1 控制系统的硬件构成61-62
• 4.1.2 上位机硬件配置选型62-63
• 4.1.3 PLC控制器63-64
• 4.1.4 输入输出硬件配置64-66
• 4.1.5 以太网通讯硬件配置66-67
• 4.1.6 串行通讯硬件配置67
• 4.2 GaN MOCVD控制系统软件开发67-71
• 4.2.1 GaN MOCVD控制系统软件的功能67-68
• 4.2.2 上位机软件系统的开发平台68-69
• 4.2.3 上位机自动控制系统软件设计69-71
• 4.3 GaN MOCVD控制系统的应用效果71-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第五章 结束语75-77
• 5.1 完成的主要工作75
• 5.2 进一步的工作75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 作者在学期间取得的学术成果81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：375042