SiC作為一種新型半導體材料，以其優(yōu)良的物理化學特性和電特性，成為制造短波長光電子器件、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體行業(yè)的關鍵器件之一，發(fā)揮著越來越重要的作用。

為了滿足晶體生長苛刻的環(huán)境要求，實現(xiàn)晶體生長的工藝，SiC單晶材料生長爐采用了大量控制設備。控制設備大體上可以分為真空設備、加溫設備和運動設備。

真空設備包括變頻器、真空計、真空泵、智能控制儀表、真空控制器和密封設備等。真空計采集爐腔內(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，進而改變真空泵的運行頻率，以保證爐腔內(nèi)真空度的穩(wěn)定。

加溫設備包括中頻加熱爐、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，根據(jù)電流值和設定值進行PID調(diào)節(jié)，輸出給可控硅來調(diào)節(jié)中頻電源的電壓，進而保證爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

運動設備包括PLC、步進電機、絲杠、導軌、編碼器、限位開關和觸摸屏等。PLC是運動設備的核心。該方案選用和利時公司的HOLLiAS LM系列PLC的CPU模塊LM3106A，分別控制坩堝桿、籽晶桿的步進電機和坩堝自轉(zhuǎn)的電機。在坩堝桿和籽晶桿的步進電機和絲杠之間，選用兩個兩級減速器：一級為80：1，二級為100：1。當快速調(diào)節(jié)坩堝桿和籽晶桿平移位置時只使用一級減速，當慢速調(diào)節(jié)或者拉晶過程中兩級都使用，減速比為8000：1，坩堝自轉(zhuǎn)選用12：1的一級減速器。觸摸屏通過RS485口以ModBus協(xié)議連接兩個PLC從站，進行相關參數(shù)的設定和顯示。三個步進電機分別驅(qū)動絲杠帶動坩堝桿和籽晶桿的上下移動及坩堝自轉(zhuǎn)。兩個編碼器用于反饋坩堝桿和籽晶桿的位置等信號。

基于和利時PLC的SiC晶體生長爐控制系統(tǒng)，憑借PLC的高速輸出和高速計數(shù)功能，出色地完成了碳化硅晶體生長爐的運動控制功能，且電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、定位準確。