Робастное управление быстрыми термическими процессами при газофазной эпитаксии

• Автор: Капитонов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Быстрые термические процессы газофазной эпитаксии. Обзор. Существующие решения

1.1. История исследования полупроводниковых структур

1.2. Обзор эпитаксиального оборудования

1.3. Математическая модель быстрых термических процессов

1.4. Обзор методов управления нелинейными системами

1.5. Выводы
Глава 2. Идентификация параметров математической модели быстрых термических процессов

2.1. Введение

2.2. Иллюстративная модель

2.3. Идентификация с использованием метода наименьших квадратов
2.3.1. Оценка скорости во временной области
2.3.2. Оценка скорости в частотной области
2.4. Идентификация методом минимизации ошибки предсказания .
2.5. Выводы
Глава 3. Синтез закона управления
3.1. Метод последовательного компенсатора
3.2. Управление по выходу нелинейными системами
3.3. Управление в условиях внешних возмущений и запаздывания .
3.4. Управление объектом с полиномиальной нелинейностью

3.4.1. Модель в отклонениях для быстрых термических процессов
3.4.2. Закон управления для систем с полиномиальной нелинейностью
3.5. Выводы
Глава 4. Регулирование температуры на экспериментальной установке газофазной эпитаксии
4.1. Описание установки
4.2. Идентификация параметров математической модели экспериментальной установки
4.3. Моделирование системы управления температурой
4.4. Экспериментальные результаты системы управления температурой
4.5. Выводы
Заключение
Литература

Введение
Задачи управления высокотемпературными процессами являются актуальными на сегодняшний день и рассматриваются в таких работах, как [14, 26, 28, 29, 33, 34, 36, 41, 75, 81, 82, 87, 90]. В качестве примеров прикладных задач можно указать гибку и термообработку металлов, бесконтактную плавку или пайку, а так же поддержание необходимой температуры при химических реакциях, в частности, при выращивании полупроводниковых структр методом газофазной эпитаксии. Решения подобных задач схожи и сводятся к выбору вида и настройке параметров управляющего воздействия для контура индуктора. Отметим, что описанные процессы протекают на достаточно высоких температурах, при которых необходимо учитывать лучистое рассеивание энергии нагреваемого тела согласно закону Стефана.-Больцмана [40, 58]. Это обуславливает использование нелинейных моделей для описания протекающих процессов.
Распространенные системы управления температурными процессами, чаще всего, ориентированы на промышленное оборудование и не дают возможность для изменения структуры и параметров регулятора, что является необходимым при широком диапазоне температурных режимов и большом количестве различных химических реагентов для лабораторных исследований.
В данной диссертационной работе рассматривается нелинейная математическая модель быстрых термических процессов и разрабатываются метоы управления ими. Практическое применение полученных результатов заключается в регулировании температуры при газофазной металлоорганической эпитаксии полупроводников.
Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является разработка закона управления для быстрых термических процессов при газофазной эпитаксии, математическое описание которых представлено

(6, 7, 51, 66] предлагают алгоритм синтеза регулятора, накладывая на объект некоторые условия. Известна верхняя граница значения относительной степени, и нелинейность должна быть известна.
Одним из методов управления нелинейными системами, является разделение модели на линейную и нелинейную части. Авторы [2, 25. 55, 67] предлагают синтезировать алгоритм управления для систем следующего вида:
Аб = А5+1 +Фг&,Х,и),
Хп = и + фп(г,х,и), (1-26)
У = XI,
где у, и) < 0(|х11 + • ■ • + |Хгг |)5 при этом значение в > 0 известно.
Одним из немаловажных свойств алгоритма управления является его малоразмерность и простота инженерной реализации. Для решения поставленной задачи остановимся на алгоритме, предложенном автора,ми [2, 55, 67], который будет описан в дальнейших главах.
1.5. Выводы
В данной главе было представлено описание процесса выращивания полупроводниковых структур. Рассмотрены основные методы эпитаксии и проведен обзор соответствующего оборудования. Рассмотрены некоторые математические модели быстрых термических процессов представленные в литературе: линейная модель с запаздыванием, линеаризованная модель, модель с распределенными параметрами и нелинейная модель со степенной нелинейностью. На основании проведенного обзора для дальнейшей работы была выбрана модель со степенной нелинейностью. Далее в главе был представлен обзор методов управления подобными нелинейными системами.