專利名稱：金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)材料生長過程中的金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
金屬有機源(以下稱為MO源)壓力的穩(wěn)定直接決定金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)材料生長過程中MO源輸入量的多少與穩(wěn)定性。但是在一般情況下，壓力控制儀的作用使得實際的MO源壓力處于一種較小的起伏變化中，因此盡量減小該起伏對于材料生長來說至關(guān)重要。目前國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品的供應(yīng)，國內(nèi)研制的金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)全部依賴于進口，其全套產(chǎn)品價格較高，同時國內(nèi)也缺少維修能力，使維護成本也相應(yīng)較高。
手動控制需要很多時間的人工參與，由于壓力的變化比較隨機，穩(wěn)定時間比較長，手動調(diào)節(jié)的難度大，穩(wěn)定性也不佳。在長時間的生長過程中，需要人工照看的MO源壓力控制輸出電壓不變的情況下，也有可能出現(xiàn)被調(diào)節(jié)閥門位置的漂移，從而造成MO源壓力的偏移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，而研制開發(fā)了一種低成本的金屬有機(MO)源壓力自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了閉環(huán)反饋壓力控制，可以在無人工參與的情況下給定初值實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定控制。硬件要求工作穩(wěn)定，兼容性好，易于升級。軟件方面算法上要盡量縮短穩(wěn)定時間，代碼易于理解，修改參數(shù)方便。
實現(xiàn)上述目的的本金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)包括流量計連于金屬有機源輸入端，金屬有機源輸出端連于與反應(yīng)室相連的調(diào)節(jié)閥以及其輸入端分別連于金屬有機源輸出端和調(diào)節(jié)閥輸入端的壓力傳感器，其特點是單片機控制電路輸出端與調(diào)節(jié)閥控制端相連，單片機控制電路輸入端與壓力傳感器輸出端相連。單片機控制電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連于單片機輸入端，單片機輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連于與調(diào)節(jié)閥相連的信號放大器。
本系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，穩(wěn)定性好，兼容性好，易于升級，成本低等優(yōu)點。
四

圖1金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)組成框2單片機控制電路框3單片機控制電路的具體實施例原理框圖。
圖4單片機控制電路的具體實施例電路原理圖。
圖5計算機軟件流程圖。
五具體實施例方式
由圖1可知，本發(fā)明的金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)包括依次相連的流量計，金屬有機源，與反應(yīng)室相連的調(diào)節(jié)閥和壓力傳感器DP，其特點在于單片機控制電路輸出、輸入端分別與調(diào)節(jié)閥控制端和壓力傳感器DP輸入端相連。
本發(fā)明的金屬有機(MO)源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程是，載氣通過流量控制器后導(dǎo)入到MO源，攜帶了MO源氣體的混合氣體通過調(diào)節(jié)閥通入到反應(yīng)室。控制電路通過控制調(diào)節(jié)閥改變氣體的流量，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓反饋信號輸出。通過控制和反饋的信號使得管路內(nèi)的壓力達到一個動態(tài)平衡值。
圖2所示的單片機控制電路的工作過程是設(shè)定信號和反饋信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D并行轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為八位數(shù)字信號，8031單片機通過總線將數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部存儲器中，通過運算和比較，選定一合理的輸出值傳送到數(shù)據(jù)總線上，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片D/A將8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0～5V的電壓信號。經(jīng)放大電路放大到6V以上的控制信號控制調(diào)節(jié)閥。
在單片機控制程序中采用單步增量法來實現(xiàn)信號的計算和比較。設(shè)定初始輸出信號為中間值，由于通過調(diào)節(jié)閥改變氣體流量反應(yīng)在壓力傳感器上有一個穩(wěn)定的過程，此一過程比較緩慢，因此每輸出一個控制信號之后可以適當(dāng)延一段時間，待大體穩(wěn)定之后讀入反饋信號。輸出信號的頻率過高，將導(dǎo)致氣流并未穩(wěn)定而讀入一個有相當(dāng)誤差的信號，輸出頻率過慢將導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定時間過長，甚至?xí)霈F(xiàn)無法正確調(diào)節(jié)的問題。因此需要在兩者之間做一折中。反饋信號讀入系統(tǒng)后與設(shè)定信號相比較，如果反饋信號大于設(shè)定值±允許變動范圍，則輸出信號增加一定值后輸出，反之亦然。反復(fù)循環(huán)之后若反饋信號在允許范圍內(nèi)，則系統(tǒng)延時一段時間后讀反饋信號和設(shè)定值。在循環(huán)過程中定時讀設(shè)定值，隨時檢查設(shè)定值是否改變。若改變則重新裝入設(shè)定值。
通過計算機的通訊可以實現(xiàn)軟件的計算機控制修改，而不必反復(fù)拆裝控制電路系統(tǒng)。計算機軟件流程圖如圖5所示。
圖3是單片機控制電路的具體實施框中單片機(8031)，通過總線與地址譯碼器PLD(GAL16V8)連接，地址譯碼器PLD在電路中作為地址譯碼器對應(yīng)表1與表2所示。與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路TLC7226相連接的是放大電路TL082，其作用是將0～5V的電壓信號轉(zhuǎn)換為可以直接控制調(diào)節(jié)閥的6～12V電壓；BU406三極管用于增大負載電流；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路TLC1551，通過總線將數(shù)據(jù)口與單片機相連；模擬開關(guān)4051，通過模擬開關(guān)切換可以控制設(shè)定信號或者反饋信號的進入。
地址譯碼對應(yīng)表1

地址譯碼對應(yīng)表2

圖4是單片機控制電路的具體實施電路原理圖，具體實施方式
敘述如下當(dāng)系統(tǒng)開始工作后，單片機8031通過p3.3，p3.4，p3.5，p3.7引腳導(dǎo)出片選信號，其中P3.3，P3.4與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC7226D/A的輸出管腳選擇地址和模擬開關(guān)4051的輸入腳選擇地址相連接，通過單片機的這兩個地址引腳可以選定是輸出還是輸入，輸入的是設(shè)定信號還是反饋信號。P3.5，P3.7連接到地址譯碼器PLD編程實現(xiàn)的地址譯碼器上，通過輸出引腳IO0，IO1，IO2，IO3的輸出信號的不同組合獲得不同的引腳控制信號實現(xiàn)模數(shù)D/A傳送，采樣，轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)發(fā)送到總線四種功能，其中后面三種是針對模數(shù)轉(zhuǎn)換的。由于該控制電路對于速度的要求不高，所以采用單片機輪詢的方式訪問數(shù)模A/D轉(zhuǎn)換器。
放大電路TL082是用一個運放實現(xiàn)加法和比例提高，將0～5V的電壓信號專換成6～12V的控制電壓信號，通過后級一個緩沖電路使信號更加穩(wěn)定，利用射級跟隨器提高控制電路輸出端的電流驅(qū)動能力。
權(quán)利要求
1.一種金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)包括流量計連于金屬有機源輸入端，金屬有機源輸出端連于與反應(yīng)室相連的調(diào)節(jié)閥以及其輸入端分別連于金屬有機源輸出端和調(diào)節(jié)閥輸入端的壓力傳感器，其特征在于還包括單片機控制電路輸出端與調(diào)節(jié)閥控制端相連，單片機控制電路輸入端與壓力傳感器輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于單片機控制電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連于單片機輸入端，單片機輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器連于與調(diào)節(jié)閥相連的信號放大器。
全文摘要
一種金屬有機源壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)包括流量計、金屬有機源、與反應(yīng)室相連的調(diào)節(jié)閥和壓力傳感器(DP)，其特點是還包括由單片機、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器所組成的單片機控制電路。載氣通過流量計導(dǎo)入到金屬有機源，攜帶了金屬有機源氣體的混合氣體通過調(diào)節(jié)閥通入到反應(yīng)室；單片機控制電路通過控制調(diào)節(jié)閥改變氣體的流量，壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電壓反饋信號輸出。通過控制和反饋的信號使得管路內(nèi)的壓力達到一個動態(tài)平衡值，以減小對MOCVD材料生長過程的影響。
文檔編號C23C16/18GK1584111SQ20041004122
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者顧書林, 秦鋒, 胡立群, 朱順明, 葉建東, 鄭有炓, 張 榮, 施毅 申請人:南京大學(xué)