Application of digital control valve in Precision Control of Vacuum Pressure in MOCVD Process

Özet: Mevcut MOCVD ekipmanı ve prosesinde vakum basıncı kontrolü problemleri göz önüne alındığında, örneğin, çoğu ekipman sadece aşağı akış kontrol yöntemlerini kullanabilir ve gaz kelebeğinin tepki hızı yeterli değildir; Gaz kelebeği valfinin korozyon direnci ve basınç kontrolörünün toplama hassasiyeti yüksek değildir. Bu makale MOCVD ekipmanını iyileştirmek, proses ve ürün kalitesini artırmak için karşılık gelen çözümler önermektedir.

1.Soru
Yarı iletken endüstrisinde MOCVD birçok önemli özelliğe sahiptir. Geniş alan büyümesi için kullanılabilir, bileşimi ve kalınlığı doğru bir şekilde kontrol edebilir, yüksek tekrarlanabilirlik ve büyüme oranına sahiptir, karmaşık substrat şekillerini kapsayabilir ve orijinal tavlama için uygun dik çok katmanlı arayüzler hazırlamak için gaz yollarını hızlı bir şekilde değiştirebilir. Bununla birlikte, MOCVD ekipmanının geliştirilmesinde ve proses hata ayıklamasında, reaksiyon odasının şekli, çalışma basıncı, büyüme sıcaklığı, substrat hızı, gaz akış hızı ve giriş sıcaklığı dahil olmak üzere üretimle ilgili büyüme parametrelerini incelemek ve seçmek gerekir.
MOCVD'nin çalışma basıncı genellikle 10mTorr-500Torr aralığındadır. Çalışma basıncının hassas kontrolü, reaksiyon odasının akış stabilitesini belirler, ancak mevcut vakum basıncı kontrolü hala aşağıdaki problemlere sahiptir:
(1) Şekil 1'de gösterildiği gibi, mevcut MOCVD ekipmanı temel olarak çalışma basıncını kontrol etmek için aşağı akış yöntemini kullanır, yani egzoz ucuna bir gaz kelebeği takılır ve reaksiyon odasındaki basınç kontrolüne ulaşmak için egzoz akışını ayarlar, ancak bu sadece yüksek basınçlı işlemler için geçerlidir, örneğin çalışma basıncı aralığı 100 ila 500 torr arasındadır. Bununla birlikte, bazı işlemlerin düşük basınç gereksinimleri için, aşağı akış kontrol yöntemlerinin kullanılması, doğru bir şekilde kontrol edilemeyen ve daha sonra ürün kalitesini etkileyen çalışma basıncında büyük dalgalanmalara neden olacaktır. Düşük çalışma basıncının hassas kontrolü için, yukarı akış kontrol yöntemini kullanmak, yani reaksiyon odasındaki basıncı stabilize etmek için girişteki akışı kontrol etmek en iyisidir.

(2) MOCVD sürecine her zaman çalışma basıncının stabilitesini ve kontrol edilebilirliğini ciddi şekilde etkileyen sıcaklık değişiklikleri eşlik eder. Bu, emme ve egzoz gerektiren sıcaklık değişimi sırasında çalışma basıncının hassas kontrolünü gerektirir. Bu, emme ve egzoz kontrol valfinin tepki hızının mümkün olduğunca hızlı olmasını gerektirir Kontrol valfi 5 saniye içinde, tercihen 1 saniye içinde tamamen açılmadan tamamen kapanmaya kadar kontrol edilmelidir.
(3) MOCVD çalışma gazının bir kısmı aşındırıcıdır ve ilgili valf ekipmanın sürekli normal çalışmasını iyileştirmek için güçlü korozyon direncine sahip olabilir.
(4) Şu anda çoğu kontrol PLC modülünü kullanır, ancak çok az PIC kontrolörü 24 bit analogdan dijitale dönüşüm doğruluğu elde edebilir. Çalışma basıncının hassas kontrolünü sağlamak için, kapasitif basınç sensörünün yüksek hassasiyetli ölçüm avantajlarından tam olarak yararlanmak için 24 bit hassas PID kontrolörünün kullanılması önerilir. Test yolunun pnömatik oransal valfinin kullanılması da müşteriler için en iyi seçimdir.
Bu makale, mevcut MOCVD ekipman ve işlemlerinde yukarıdaki sorunlara karşılık gelen çözümler önerecektir.

Daha fazla bilgi için lütfen ziyaret edin https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

2.Basınç hassasiyeti kontrol şeması
MOCVD'nin çalışma basıncı aralığında, genellikle reaksiyon odasındaki çalışma basıncının doğru bir şekilde kontrol edilebilmesi ve belirli bir aralıktaki herhangi bir ayar noktasında sabit tutulabilmesi gerekir. Düşük basınç ve yüksek basıncın farklı basınç aralıklarının hassas kontrolünü karşılamak için, önerilen basınç kontrol şeması, orijinal aşağı akış kontrol yöntemine bir yukarı akış kontrol yöntemi eklemektir. Vakum basıncı kontrol sisteminin yapısı Şekil 2'de gösterilmiştir ve aşağıdaki gibidir:

(1) Reaksiyon odasının giriş ve egzoz portlarına, step motorlar tarafından tahrik edilen FC serisi pnömatik oransal valfler monte edilir. Pnömatik oransal valf doğrudan hava girişine monte edilir ve pnömatik oransal valf egzoz deliği ile vakum pompası arasına monte edilir. MOCVD ekipmanı için, gelen çalışma gazını orantılı olarak karıştırmak ve reaksiyon odasına pnömatik oransal valf yoluyla girmek için bir hava odası eklenebilir. Yüksek basınç altında kontrol edildiğinde, pnömatik oransal valfin açılma derecesi sabitlenebilir ve sadece aşağı akış pnömatik oransal valf ayarlanabilir; Düşük basınç altında kontrol edildiğinde, pnömatik oransal valfin açılma derecesi sabitlenebilir ve sadece yukarı akış pnömatik oransal valf ayarlanabilir. Bu, farklı basınç kontrollerinin ihtiyaçlarını karşılayabilir. (2) Hem pnömatik oransal valf hem de elektronik iğne valfi yüksek hızlı gaz kelebeğine sahiptir. Pnömatik oransal valfin tepki süresi 0.8 saniyedir. Elektronik iğne valfinin 5 saniye ve 1 saniye olmak üzere iki tepki hızı modeli vardır. Pnömatik oransal valf ve elektronik iğne valfi gövdesi paslanmaz çelikten imal edilmiştir ve sızdırmazlık FFKM perfloroeter kauçuktan yapılmıştır, süper korozyon direncine sahiptir ve çeşitli aşındırıcı gazlar ve sıvılar için kullanılabilir.
(3) MOCVD'de basınç ölçümü için 1000Torr veya 10Torr aralığında kapasitif basınç göstergesi kullanılır ve doğruluk ± 0.2%'ye ulaşabilir. Ölçüm için ± 0.05% vakum basınç sensörü de kullanılabilir. Bu nedenle, yüksek hassasiyetli kapasitif basınç sensörünün ölçüm hassasiyetine uymak ve kontrol doğruluğunu sağlamak için şemada özel bir 24 bit a/D toplama yüksek hassasiyetli PID vakum basınç kontrolörü kullanılır.

Özetle, yukarıdaki şemanın uygulanmasıyla, basınç dalgalanması tüm vakum basıncı aralığında ± 1% içinde kontrol edilebilir, basınç reaksiyon odasının sıcaklık değişimine hızlı ve sabit bir şekilde yanıt verir ve korozyona dayanıklı conta valfin ömrünü büyük ölçüde artırır. Bu nedenle, yüksek yollu pnömatik oransal valf mükemmel seçiminizdir!