垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統的製作方法
2023-10-05 13:30:19 1
專利名稱：垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別指採用VGF技術生長具有揮發性組元的晶體 時，爐體內壓力控制系統。
背景技術：
垂直梯度凝固(VGF)技術已成為生長大直徑、低位錯單晶的主流技術之一，其最 大的優點就是能夠在較小的溫度梯度條件下生長質量較高的單晶。使用VGF技術生長具有 揮發性組元的單晶時(如GaAs等)，需控制爐體內的壓強，保證晶體在化學計量比條件下生 長，以提高單晶成晶率，並得到高質量的單晶。通常國內採用手動充放氣的手段對爐體內壓 力進行控制。這種方法簡單，易於操作。但是卻不利於爐體內壓力的精確控制，誤差較大， 對單晶的質量具有一定的影響，且不能滿足自動化生產的要求。發明目的本發明的目的是提供一種垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統， 該系統對爐內的壓力進行精確控制，從而提高單晶成晶率，降低晶體中的缺陷，便於系統的
自動化管理。為達到上述發明目的，本發明採用以下技術方案VGF技術生長單晶系統中的自動壓力穩定系統，它包括一套PLC控制系統，一個 質量流量控制器，一個充氣氣瓶，爐體上進氣口處連接質量流量控制器，用於控制進入爐內 的氣體流量；放氣口處安裝可控電動閥，用於控制放氣口的閉合，同時質量流量控制器和可 控電動閥分別與PLC控制系統上的兩個PID表相連接，進氣口末端與充氣氣瓶連接，放氣口 末端與廢氣回收裝置相連。所述的質量流量控制器包括質量流量計，進氣過濾器，流量調節閥。放氣口處安裝可控電動閥迴路上還連接有放氣過濾器。當爐內壓力低於設定值時，PLC控制臺反饋信息給PID表1，由質量流量控制器打 開進氣口氣閥，氣瓶內氣體壓力大於爐內，開始給爐內充氣。可以在PID表1上設定程序，爐 內氣體壓力值接近設定值時，調控質量流量控制器，減緩氣體進入流量，達到精確控制的目 的。當爐內氣壓達到設定值時，質量流量控制器在PID表1的調控下關閉進氣口氣閥。當 爐內氣體壓力大於設定值時，此時PLC控制櫃反饋信息給PID表2，打開放氣口的可控電動 閥，此時爐體開始放氣。隨著爐內壓力值不斷減小，PID表2控制可控電動閥逐漸閉合，直 至爐內壓力達到預定值。本發明的優點是與背景技術相比，自動穩壓系統採用PLC控制，整套系統能夠實 現完全自動化，為生產管理帶來了極大的便利，能夠提高生產效率。另外採用這個系統，能 夠提高爐內壓力控制的精確性，提高單晶的成晶率和成晶質量。
圖1 :VGF技術生長單晶系統中的自動穩壓系統原理示意圖
圖2:信號傳輸控制1、圖2中，1為爐體，2為質量流量控制器，3為氣瓶，4為PLC控制臺，4-1為PID 表1，4-2為PID表II，5為廢氣回收裝置，6為可控電動閥。2_1為質量流量計，2_2為進氣 過濾器，2-3為流量調節閥，5-1為放氣過濾器。圖1、圖2中，質量流量計的型號可採用北京七星華創電子D07，PLC控制櫃採用松 下FP2-C1，表1(島電FP93)，表11(島電FP93)，可控電動閥可採用ATIDA F05/14，壓力傳 感器可採用銘動MD-G。
具體實施例方式實施例1，在VGF技術生長GaAs單晶時，控制爐內壓力在lObar。(1)當爐內壓力 大於IObar時，壓力表反饋信號給PLC，PLC從而發送控制信號至PID表I，控制進氣口氣閥， 調節質量流量計。當爐內壓力達到IObar時，壓力表反饋一個壓力信號給PLC，這時PLC將 控制信號發送給PID表I，關閉進氣閥；(2)當爐內氣壓大於IObar時，壓力表反饋壓力信號 給PLC，PLC則將控制信號發送給PID表II，控制可控電動閥打開，進行放氣，當爐內壓力逐 漸降低時，壓力表不斷的反饋壓力信號給PLC，通過PLC控制PID表II，從而調節可控電動 閥逐漸閉合。整個過程中的控制精度達到士5%。kir。實施例2，以VGF技術生長InP單晶的自動穩壓系統為例，在高溫時InP會發生P 揮發，因此必須控制爐內壓力大於P的蒸汽壓才能抑制P揮發的發生。設定爐內壓力穩定 值為40bar。(1)當爐壓低於40bar時，壓力表反饋壓力信號給PLC，則PLC發送一個控制 信號給PID表I，打開進氣口氣閥，氣體充入爐體內。此時壓力表不斷反饋壓力信號給PLC， 通過PLC將控制信號發送給PID表I，從而控制質量流量計，對進氣量進行調控，直至爐內 壓力恢復為40bar，進氣口氣閥在PID表I控制下關閉；(2)當爐壓低於40bar時，壓力表反 饋壓力信號給PLC，則PLC發送一個控制信號給PID表II，打開放氣口氣閥，爐內氣壓不斷 減小。此時壓力表不斷反饋壓力信號給PLC，通過PLC將控制信號發送給PID表II，從而可 控電動閥計，對放氣量進行調控，直至爐內壓力恢復為40bar，放氣閥在PID表II控制下關 閉；控制精度達到士 5%。bar。
權利要求
1.一種垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統，其特徵在於它包括: 一套PLC控制系統，一個質量流量控制器，一個充氣氣瓶，爐體上進氣口處連接質量流量控 制器，用於控制進入爐內的氣體流量；放氣口處安裝可控電動閥，用於控制放氣口的閉合， 同時質量流量控制器和可控電動閥分別與PLC控制系統上的兩個PID表相連接，進氣口末 端與充氣氣瓶連接，放氣口末端與廢氣回收裝置相連。
2.根據權利要求1所述的一種垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統， 其特徵在於所述的質量流量控制器包括質量流量計，進氣過濾器，流量調節閥。
3.根據權利要求1所述的一種垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統， 其特徵在於放氣口處安裝可控電動閥迴路上還連接有放氣過濾器。
全文摘要
一種垂直梯度凝固技術生長單晶系統中自動壓力穩定系統，它包括一套PLC控制系統，一個質量流量控制器，一個充氣氣瓶，爐體上進氣口處連接質量流量控制器，用於控制進入爐內的氣體流量；放氣口處安裝可控電動閥，用於控制放氣口的閉合，同時質量流量控制器和可控電動閥分別與PLC控制系統上的兩個PID表相連接，進氣口末端與充氣氣瓶連接，放氣口末端與廢氣回收裝置相連。本發明的優點是與背景技術相比，自動穩壓系統採用PLC控制，整套系統能夠實現完全自動化，為生產管理帶來了極大的便利，能夠提高生產效率。另外採用這個系統，能夠提高爐內壓力控制的精確性，提高單晶的成晶率和成晶質量。
文檔編號C30B11/00GK102108542SQ20091026029
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者屠海令, 張峰燚, 楊海, 塗凡, 蘇小平, 黎建明 申請人:北京國晶輝紅外光學科技有限公司, 北京有色金屬研究總院