CN110923675B - 一种碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法，包括以下步骤：（1）将沉积炉的炉内空间划分成多个控制区域，并在各控制区域内分别安装流量传感器；（2）采集各控制区域内的流量传感器检测到的各控制区域的实际流量值并传送给数字孪生设备；（3）计算出各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值；（4）根据差值进行流量补偿。本发明利用数字孪生技术，对沉积炉内空间分区域建造数字孪生模型，达到生产时，分区域实时监控沉积炉内影响沉积的物质的流量，通过对采集的实际流量与理论数据融合，得到误差补偿结果，以此进行分区域流量补偿，解决了沉积炉内流量场分布均匀性差的问题，获得高质量的碳化硅涂层。

Description

一种碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法
技术领域
本发明涉及碳化硅涂层制备工艺领域，具体地说涉及一种碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法。
背景技术
单晶硅生长所用的石墨坩埚存在两方面不足，一是400℃会发生氧化，二是长期使用也会氧化而掉粉末，因此需要在石墨基座上沉积SiC涂层。
目前用于沉积SiC涂层的沉积设备比较常用的是沉积炉，而现有的沉积炉存在流体场分布均匀性差的问题，这对涂层的制备很关键，这是国内SiC涂层制备质量不合格的主要原因之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够保证沉积炉内流体场分布均匀的碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法，包括以下步骤：
（1）将沉积炉的炉内空间划分成多个控制区域，并在各控制区域内分别安装流量传感器；
（2）采集各控制区域内的流量传感器检测到的各控制区域的实际流量值并传送给数字孪生设备；
（3）数字孪生设备将各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值一一进行对比，计算出各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值；
（4）根据得到的各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值对各控制区域进行流量补偿。
进一步地，以沉积炉的竖向中心线为轴线，沿着沉积炉的周向划分出多个呈扇形的控制区域。
进一步地，所述数字孪生设备包括与各控制区域内的流量传感器连接的实时数据采集传输模块，实时数据采集传输模块的信号输出端分别通过数据孪生服务器、模型数据库与过程控制器连接，过程控制器的控制信号输出端通过控制总线连接现场控制设备。
进一步地，所述流量传感器包括三氯甲基硅烷流量传感器、氢气流量传感器和氩气流量传感器。
本发明的有益效果体现在：
本发明利用数字孪生技术，对沉积炉的炉内空间分区域建造数字孪生模型，达到生产时，分区域实时监控沉积炉内影响沉积的物质的流量，实现整个流量控制过程的可视化，通过对采集的实际流量与理论数据融合，得到误差补偿结果，以此进行分区域流量补偿，解决了沉积炉内流量场分布均匀性差的问题，获得高质量的碳化硅涂层，本发明可解决SiC涂层的沉积质量，将会促进单晶硅的生产，单晶硅主要应用于半导体器件和太阳能电池领域，具有非常好的实用性和市场价值。
附图说明
图1是本发明一实施例的控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1。
本发明碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法，包括以下步骤：
（1）将沉积炉的炉内空间划分成多个控制区域，并在各控制区域内分别安装流量传感器；
（2）采集各控制区域内的流量传感器检测到的各控制区域的实际流量值并传送给数字孪生设备；
（3）数字孪生设备将各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值一一进行对比，计算出各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值；
（4）根据得到的各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值对各控制区域进行流量补偿。
这里的流量传感器可以是任何影响碳化硅沉积的物质的流量传感器，不限于一个，比如化学气相沉积（CVD)方法中使用的三氯甲基硅烷（MTS）、氢气（H2）和氩气（Ar)对于碳化硅的沉积均有影响，可设置三氯甲基硅烷流量传感器、氢气流量传感器和氩气流量传感器这三个流量传感器。
这里的流量补偿可以是，当实际流量值高于理论流量值时，减缓相应物质的流入速度，当实际流量值低于理论流量值时，加快相应物质的流入速度。这里的理论流量值可以是由数字孪生设备根据很多次的生产经验所获得的能够得到较好质量涂层的流量记录值。
本发明利用数字孪生技术，对沉积炉的炉内空间分区域建造数字孪生模型，达到生产时，分区域实时监控沉积炉内影响沉积的物质的流量，实现整个流量控制过程的可视化，通过对采集的实际流量与理论数据融合，得到误差补偿结果，以此进行分区域流量补偿，解决了沉积炉内流量场分布均匀性差的问题。
在一实施例中，划分控制区域是以沉积炉的竖向中心线为轴线，沿着沉积炉的周向划分出多个呈扇形的控制区域。这样划分，容易在对应炉壁上安装流量传感器和流量补充口。
在一实施例中，所述数字孪生设备包括与各控制区域内的流量传感器连接的实时数据采集传输模块，实时数据采集传输模块的信号输出端分别通过数据孪生服务器、模型数据库与过程控制器连接，所述过程控制器的控制信号输出端通过控制总线连接现场控制设备。这里的现场控制设备即用于进行流量补偿的设备。实时数据采集传输模块将流量传感器传送给检测到的各控制区域的实际流量值数据孪生服务器，模型数据库存储生产相关模型数据，并与实际生产数据比对，数字孪生服务器输出控制算法至过程控制器，过程控制器形成控制操作步骤，通过控制总线反馈至生产单元的控制装置，对实际生产进行操作。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将沉积炉的炉内空间划分成多个控制区域，并在各控制区域内分别安装流量传感器；
（2）采集各控制区域内的流量传感器检测到的各控制区域的实际流量值并传送给数字孪生设备；
（3）数字孪生设备将各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值一一进行对比，计算出各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值；
（4）根据得到的各控制区域的实际流量值与各控制区域的理论流量值之间的差值对各控制区域进行流量补偿；
以沉积炉的竖向中心线为轴线，沿着沉积炉的周向划分出多个呈扇形的控制区域；
所述数字孪生设备包括与各控制区域内的流量传感器连接的实时数据采集传输模块，实时数据采集传输模块的信号输出端分别通过数据孪生服务器、模型数据库与过程控制器连接，过程控制器的控制信号输出端通过控制总线连接现场控制设备。
2.如权利要求1所述的碳化硅涂层沉积炉流体场的数字孪生控制方法，其特征在于：所述流量传感器包括三氯甲基硅烷流量传感器、氢气流量传感器和氩气流量传感器。
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