温度场移动式数控高精密晶体生长炉研究

摘要

温度场移动式数控高精密晶体生长炉是晶体生长的关键设备,本文介绍了温度场移动式晶体生长炉设备的原理和优缺点,并且介绍了国内外的研究成果,对不同工艺参数——旋转磁场、坩埚传动轴正反转旋转、重力、生长速度、加热炉内温度梯度等对温度场移动式晶体生长的影响进行了讨论,提出了提高温度场移动式晶体生长质量的设想,并就未来温度场移动式晶体生长炉设备的研究方式与发展的趋势提出自己的观点。
　　1.介绍了加热炉结构对晶体生长的影响。炉膛温度梯度的变化明显影响对流场的形态和强度,提高晶体生长的质量。研究出了一套带温度梯度的加热炉装备,并内置旋转磁场。
　　2.介绍了温度场移动式晶体生长炉坩埚传动轴高精度旋转夹具的结构及工作原理,对现有的几种坩埚传动轴旋转夹具进行了分析研究,并从定位原理,对不同直径尺寸坩埚传动轴装夹的通用性及坩埚的跳动误差等方面进行了详细分析,研究出一套两同轴安装的三爪卡盘组成的坩埚传动轴高精度旋转夹具,提高了定位精度。通过实验测定坩埚传动轴的跳动误差,误差值大幅减小,提高了坩埚传动轴旋转精度。
　　3.介绍了温度场超低速升降装置的结构及工作原理,研究提出由于晶体生长机理决定了温度场移动式晶体生长速度非常缓慢。温度场升降装置要求长时间超低速运行,针对运动系统的振动、摩擦、爬行等对升降运动的稳定性的影响机理,采用交流伺服控制技术对温度场升降装置进行了改进设计,研究了一套超大减速比传动的伺服装置,并对其精度进行了综合分析。实验数据表明,该装置运行精度高,稳定性好,满足温度场移动式晶体生长的要求。
　　4.介绍了晶体生长炉控制系统的组成及 MCGS软件在晶体生长炉系统中的应用。晶体生长炉控制系统中上位机采用 MCGS,下位机采用 PLC控制。人机界面的设计主要通过 MCGS编程来完成,并实现了对晶体生长过程的实时监控。

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第一章 绪 论

1.1本课题的研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本课题的主要研究内容

第二章 温度场移动式数控高精密晶体生长炉加热炉研究

2.1温度对晶体生长工艺的影响研究

2.2带温度梯度的电阻加热炉研究

2.3旋转磁场研究

2.4本章小结

第三章 晶体生长炉坩埚传动轴旋转系统研究

3.1坩埚传动轴正反转旋转对晶体生长的影响

3.2坩埚传动轴高精度夹具结构研究

3.3坩埚传动轴旋转伺服系统驱动装置研究

3.4坩埚传动轴正反转旋转控制系统研究

3.5本章小结

第四章 温度场超低速升降装置研究

4.1晶体生长对温度场升降运动的要求

4.2温度场升降系统研究现状

4.3晶体生长炉温度场超低速升降系统研究

4.4本章小结

第五章 温度场移动式数控高精密晶体生长炉设备运行试验

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文