MOCVD系统温度控制算法研究

论文摘要

金属有机物化学气相淀积（MOCVD）技术是当前研制和生产先进化合物半导体材料的主要技术。而反应室温度的精确控制是MOCVD控制系统的关键,温度控制的好坏直接影响半导体材料生长的质量。该课题研究来源于军用电子元器件型谱攻关项目（编号：QTXDXY-0405XE0400）以及陕西省科学技术研究发展计划项目（编号：2004k05-G1）。本文首先研究了MOCVD温度控制系统的硬件组成,并根据其组成分析了MOCVD温度控制的特点,然后,根据实验数据,建立了MOCVD反应室温度控制系统的数学模型,包括静态模型和动态模型。其次,进行了MOCVD温度控制算法研究和计算机仿真分析,从而得到了适合本系统的温度控制算法。最后,讨论了MOCVD智能温度控制算法的实现和在控制系统中的控制效果。经过实际运行表明,系统运行良好,满足系统控制要求,保证了材料生长顺利进行。通过对MOCVD系统的温度进行自动化的精确控制,实现了高质量半导体材料的生长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体材料发展历程与发展方向
• 1.1.1 半导体材料的发展历程
• 1.1.2 当前半导体材料的发展方向
• 1.2 MOCVD概况
• 1.2.1 MOCVD简介
• 1.2.2 MOCVD技术的基本原理
• 1.2.3 MOCVD技术展望
• 1.3 MOCVD系统的控制要求
• 1.3.1 压力、流量控制
• 1.3.2 温度控制
• 1.4 主要工作和论文安排
• 1.4.1 本人做的主要工作
• 1.4.2 论文内容安排
• 第二章 MOCVD温度控制系统结构
• 2.1 MOCVD温度控制系统的硬件组成
• 2.1.1 结构组成
• 2.1.2 各部分功能
• 2.2 MOCVD反应室温度控制的特点
• 2.2.1 温度控制系统的特点
• 2.2.2 MOCVD反应室温度控制的特点
• 2.3 本章小结
• 第三章 MOCVD温度控制系统数学模型
• 3.1 静态模型的建立
• 3.2 动态模型辨识
• 3.2.1 系统辨识的定义及原理
• 3.2.2 系统辨识的经典方法
• 3.2.3 阶跃响应法系统辨识
• 3.2.4 最小二乘理论
• 3.2.5 基于最小二乘理论的经典辩识
• 3.2.6 MOCVD系统的动态模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 MOCVD温度控制算法的仿真研究
• 4.1 PID控制
• 4.1.1 PID控制原理
• 4.1.2 PID控制器参数的调节规律
• 4.1.3 PID控制器参数的整定
• 4.2 基于模糊自适应整定PID控制
• 4.2.1 模糊自适应PID控制原理
• 4.2.2 模糊自适应PID模型
• 4.2.3 模糊自适应PID+Smith预估
• 4.3 基于模糊免疫PID控制
• 4.3.1 模糊免疫PID控制器的原理
• 4.3.2 模糊控制器的设计
• 4.3.3 模糊免疫PID控制器的设计
• 4.4 MOCVD温度控制系统的仿真
• 4.4.1 模糊免疫PID的仿真
• 4.4.2 模糊自适应PID的仿真
• 4.4.3 模糊自适应PID+Smith预估的仿真
• 4.4.4 改进的模糊自适应PID+Smith预估
• 4.4.5 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 MOCVD智能温度控制算法的实现
• 5.1 控制模式的概述
• 5.1.1 手动控制
• 5.1.2 自动控制
• 5.1.3 手动控制、自动控制的切换
• 5.2 控制程序的设计
• 5.2.1 控制程序框图设计
• 5.2.2 输入数据及输出数据的处理
• 5.3 闭环程序的实现及运行结果
• 5.3.1 变参数增量式PI控制
• 5.3.2 增量式模糊控制
• 5.3.3 运行结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果