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LED生长的在线测温系统研制

作　者: 李欣
导　师: 黄秋元; 甘志银
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MOCVD LED工艺 单双波长测温 温度传递 实时监控
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


十二五国家半导体照明计划,极大的推进了金属有机物化学气相沉积设备(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,简称MOCVD)的引进以及本土化的开发。MOCVD是基于GaN基LED外延材料与芯片生长的一种工艺制造方法。其中工艺温度的精确控制决定了芯片生长的性能重要因素,由于工艺生长环境复杂多变,且需非接触LED测温,这导致MOCVD温控成为业界一直尚未完全攻克的难题。目前工艺测温技术基本被国外掌握,国内此领域产品处于空白状态,国外相关产品价格奇高且指标未能符合全自动温控要求。业界测温仪都是根据设备定制的,这也限制MOCVD产业自主研发,目前业界MOCVD工艺温度基本依赖于工艺工程师经验,极大阻碍了MOCVD的推进,为了克服此工艺测温的难题,此课题特此立项。本论文从黑体辐射理论出发,目标是实现LED生长时的实时在线测温并作为控温依据。论文主要工作如下：(1)在分析黑体辐射理论的基础上,采集并分析工艺数据,课题的日标以及所面临的难题；结合实际控温需求提出在线控温的解决方案,双通道单双波长结合控温。同时辅助设计系统的光路和机械结构部分。(2)根据黑体理论推导出单双波长测温算法,提出了单波长测温的修正算法,避免安装方式(高度,以及中心偏移)对测温的影响,为系统准确测温提供保障。(3)硬件设计实现了双通道兼容单双波长测温的设计方案,简化系统设计。(4)实际考察了MOCVD的结构以及生长过程中的一些参数,定义软件时序以及通信协议,实现准确实时测温。(5)做出试验样机系统,并提出单点温度传递算法,实现了从标准源到MOCVD腔体的温度传递。设计试验,使用概率统计方法评估了系统的各项性能指标。系统经过在线工艺生长温度监控测试,满足公司MOCVD实时测温需求,实现了测温目标：测温范围500-1200℃,分辨率0.1℃；安装此监控系统的MOCVD生长出了符合行业标准的蓝光GaN基的LED,这一实现极大促进了MOCVD国产化的进程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 课题研究目的与意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
  1.4 本文研究的内容和论文安排  14-16
    1.4.1 研究内容  14
    1.4.2 论文安排  14-16
第2章 在线测温系统方案设计  16-33
  2.1 普朗克辐射理论分析  16-20
    2.1.1 维恩位移定律分析  17-18
    2.1.2 斯蒂芬-玻耳兹曼定律分析  18
    2.1.3 朗伯余弦定律分析  18-19
    2.1.4 非黑体辐射规律分析  19-20
  2.2 课题面临的难点分析与解决  20-24
    2.2.1 发射率对测温影响  20-21
    2.2.2 弱反射率对测温影响  21-23
    2.2.3 干涉表面对测温影响  23-24
  2.3 在线测温系统整体方案设计  24-29
    2.3.1 系统方案设计  24-26
    2.3.2 系统测温算法研究  26-29
  2.4 系统架构结构设计  29-30
  2.5 系统光路设计  30-31
  2.6 本章小结  31-33
第3章 红外测温硬件电路设计  33-41
  3.1 双波长测温硬件方案设计  33-34
  3.2 红外传感器选型  34-36
  3.3 信号采集调理电路设计  36-39
    3.3.1 信号采集电路设计  36-38
    3.3.2 信号调理电路设计  38-39
  3.4 信号处理电路设计  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 红外测温制系统设计  41-54
  4.1 软件功能设计  41-45
    4.1.1 采样时序设计  41-43
    4.1.2 通信协议设计  43-45
  4.2 软件算法设计  45-48
    4.2.1 自动换挡算法设计  45-47
    4.2.2 数据处理算法设计  47
    4.2.3 温度监控算法设计  47-48
  4.3 系统编码设计  48-53
    4.3.1 数据结构定义  48-50
    4.3.2 EPI接口编码  50-52
    4.3.3 UDP数据传输编码  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 系统标定方法与性能评估  54-64
  5.1 系统标定实现  54-56
    5.1.1 单波长拟合实施  54-55
    5.1.2 双波长拟合实施  55-56
  5.2 系统温度传递  56-58
    5.2.1 系统温度传递方法  56-57
    5.2.2 系统温度传递验证  57-58
  5.3 系统性能评估方法  58-60
    5.3.1 重复性评估  58-59
    5.3.2 准确性评估  59-60
    5.3.3 稳定性评估  60
  5.4 发射率修正算法设计  60-63
    5.4.1 发射率修正理论  60-61
    5.4.2 修正算法设计  61-63
  5.5 本章小结  63-64
第6章 工作总结与展望  64-66
  6.1 课题总结  64-65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-68

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按结构和性能分 > 发光二极管
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