SiC作為一種新型半導(dǎo)體材料，以其優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電特性，成為制造短波長(zhǎng)光電子器件、高溫器件、抗輻照器件和大功率／高額電子器件最重要的材料。目前，SiC器件和其各類傳感器已逐步成為半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵器件之一，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

為了滿足晶體生長(zhǎng)苛刻的環(huán)境要求，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)的工藝，SiC單晶材料生長(zhǎng)爐采用了大量控制設(shè)備?？刂圃O(shè)備大體上可以分為真空設(shè)備、加溫設(shè)備和運(yùn)動(dòng)設(shè)備。

真空設(shè)備包括變頻器、真空計(jì)、真空泵、智能控制儀表、真空控制器和密封設(shè)備等。真空計(jì)采集爐腔內(nèi)的真空度，真空控制器根據(jù)真空度變化調(diào)節(jié)變頻器頻率，進(jìn)而改變真空泵的運(yùn)行頻率，以保證爐腔內(nèi)真空度的穩(wěn)定。

加溫設(shè)備包括中頻加熱爐、中頻電源、電流/電壓傳感器、可控硅和PID智能調(diào)節(jié)溫控儀表等。溫控儀表采集電流傳感器的模擬量信號(hào)，根據(jù)電流值和設(shè)定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出給可控硅來(lái)調(diào)節(jié)中頻電源的電壓，進(jìn)而保證爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

運(yùn)動(dòng)設(shè)備包括PLC、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、導(dǎo)軌、編碼器、限位開(kāi)關(guān)和觸摸屏等。PLC是運(yùn)動(dòng)設(shè)備的核心。該方案選用和利時(shí)公司的HOLLiAS LM系列PLC的CPU模塊LM3106A，分別控制坩堝桿、籽晶桿的步進(jìn)電機(jī)和坩堝自轉(zhuǎn)的電機(jī)。在坩堝桿和籽晶桿的步進(jìn)電機(jī)和絲杠之間，選用兩個(gè)兩級(jí)減速器：一級(jí)為80：1，二級(jí)為100：1。當(dāng)快速調(diào)節(jié)坩堝桿和籽晶桿平移位置時(shí)只使用一級(jí)減速，當(dāng)慢速調(diào)節(jié)或者拉晶過(guò)程中兩級(jí)都使用，減速比為8000：1，坩堝自轉(zhuǎn)選用12：1的一級(jí)減速器。觸摸屏通過(guò)RS485口以ModBus協(xié)議連接兩個(gè)PLC從站，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和顯示。三個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)坩堝桿和籽晶桿的上下移動(dòng)及坩堝自轉(zhuǎn)。兩個(gè)編碼器用于反饋坩堝桿和籽晶桿的位置等信號(hào)。

基于和利時(shí)PLC的SiC晶體生長(zhǎng)爐控制系統(tǒng)，憑借PLC的高速輸出和高速計(jì)數(shù)功能，出色地完成了碳化硅晶體生長(zhǎng)爐的運(yùn)動(dòng)控制功能，且電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確。