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基于MOCVD外延腔体温度控制策略的研究
基于MOCVD外延腔体温度控制策略的研究
摘要：
金属有机化学气相沉积（MOCVD）是一种常用于生长半导体外延薄膜的技术。外延腔体温度是影响外延薄膜质量、晶体生长速率和结晶的一个关键因素。本文研究外延腔体温度控制策略，包括温度传感器选择和控制策略优化。实验结果表明，采用合适的温度传感器和优化的控制策略可以提高外延薄膜质量，并稳定外延过程。
关键词：MOCVD，外延腔体温度，温度传感器，控制策略
引言：
金属有机化学气相沉积（MOCVD）是一种常用于生长半导体外延薄膜的技术。在MOCVD过程中，外延腔体温度是影响外延薄膜质量、晶体生长速率和结晶的一个关键因素。因此，外延腔体温度控制对于获得高质量的外延薄膜至关重要。本文研究了外延腔体温度控制策略，包括温度传感器选择和控制策略优化，以提高外延薄膜质量，并稳定外延过程。
外延腔体温度传感器选择：
选择合适的温度传感器对于准确测量外延腔体温度至关重要。常见的温度传感器包括热电偶和红外线辐射温度计。热电偶具有快速响应、高温度测量范围和较高的精度等优点，但其在高温下易受到外延过程中存在的气体、蒸汽和粉尘等干扰。相比之下，红外线辐射温度计具有非接触式测量、测量范围广和抗干扰能力强的特点，但其在低温下可能会存在信号衰减等问题。
基于以上考虑，本文选择了热电偶作为外延腔体温度传感器。并对传感器位置进行了优化，使其尽可能远离气体、蒸汽和粉尘等干扰源，以减小干扰带来的测量误差。
外延腔体温度控制策略优化：
外延腔体温度控制策略的优化可以通过数学建模和控制算法设计来实现。本文采用PID控制算法进行控制策略优化。
首先，通过数学建模分析外延腔体温度与外部参数的关系。根据建模结果，将外延腔体温度控制问题转化为PID控制问题。然后，通过实验确定PID控制器的参数，包括比例增益、积分时间和微分时间。最后，将PID控制器应用于外延腔体温度控制中，实现对外延过程的温度控制。
实验结果表明，采用优化的控制策略能够提高外延薄膜质量，并稳定外延过程。通过加入PID控制器，能够减小温度波动，提高晶体生长速率和结晶度。此外，控制策略优化还可以减小温度温差，提高生长均匀性。
结论：
本文研究了基于MOCVD外延腔体温度控制策略，包括温度传感器选择和控制策略优化。实验结果表明，优化的控制策略可以提高外延薄膜质量，并稳定外延过程。本研究对于提高MOCVD外延过程控制的稳定性和薄膜质量具有重要意义。
参考文献：
[1]Cui,C.,Ding,H.,Zhang,Y.,&Chen,L.(2017).AnalysisandmodelingofthegrowthconditionsforInGaN‐GaNmetal‐organicchemicalvapordeposition.PhysicaStatusSolidi(a),214(4),1600519.
[2]Hsu,T.C.,&Lee,L.T.(2003).MultivariableautotuningofPIDcontrollersinmetalorganicchemicalvapordepositionreactors.IEEETransactionsonSemiconductorManufacturing,16(2),282-288.
[3]Tansley,T.L.,Teepe,M.R.,&Gupta,N.K.(2003).TemperaturecontrolinMOCVDusingconventionalandrobustcontroltechniques.JournalofCrystalGrowth,251(1-4),221-230.