Введение 3
1 Описание технологического процесса автоматизации выращивания
монокристаллов кремния 4
1.1 Общие сведения о материалах микроэлектроники 4
1.2 Классификация материалов микроэлектроники 5
1.3 Требования к полупроводникам материалам 6
1.3.1 Германий 8
1.3.2 Кремний 9
1.4 Полупроводниковые соединения 11
1.5 Материалы для легирования полупроводников и изготовления
электродных выводов 13
1.5.1 Акцепторные элементы 13
1.5.2 Донорные элементы 16
1.6 Метод направленной кристаллизации из расплавов 18
1.7 Описание вакуумной системы откачки воздуха 29
2 Решение задач автоматизации технологического процесса 32
2.2 Описание системы автоматизированного управления установкой
выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского 32
2.3 Перечень контролируемы и управляемых параметров АСУ 35
2.4 Структурная схема АСУ установкой выращивания монокристаллов
кремния 42
2.5 Методика расчета основных параметров процесса направленной
кристаллизации расплава 43
3 Экспериментальные исследования предложенных средств автоматизации
процесса 50
3.1 Примеры реализации процедуры расчета основных параметров
технического процесса выращивания легированных монокристаллов 50
3.2 Результаты программирования процесса кристаллизации 59
Заключение 65
Список использованных источников 66
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) предназначены для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления и представляют собой человеко-машинные системы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятыми критериями.
На данном этапе стремительного развития промышленной отрасли, металлургии проводников, нельзя обойтись без производства монокристаллов кремния. Он используется в производстве фотоэлектрических преобразователей и твердотельных электронных приборов. Производство такого незаменимого вещества будет нужно в больших масштабах ещё долгое время, но это будет невозможно без систем автоматики. Благодаря им возможно ускорить производство, уменьшить количество ошибок от человеческого фактора, увеличить количество отпускаемой продукции, и соответственно увеличить количество прибыли производства.
Цель данной работы заключается в обеспечение управления процессом выращивания монокристаллов в автоматизированном режиме с использованием программного имитатора технологического процесса. Задача сформирована следующим образом: необходимо разработать имитационную модель системы автоматизированной печи выращивания монокристаллического кремния методом Чохральского, математическая модель которого будет приближена к реальной системе. Также необходимо обеспечить связь модели и ЗСАШ-системы с помощью OPC-сервера.
В результате выпускной квалификационной работы создана имитационная модель системы управления установкой выращивания монокристаллического кремния методом Чохральского, разработано автоматизированное рабочее место оператора и выполнена интеграция разработанных компонентов в единый программный комплекс с использованием протокола OPC.
В качестве среды моделирования выбран программный комплекс MATLAB,включающий инструмент визуального моделирования Simulink, средство обеспечения связи с OPCсервером OPC Toolbox.Рассматриваемая SCADA-система - Proficy iFIX.
Выполнены все поставленные цели и задачи, а именно:
1) проведен анализ технологического процесса;
2) осуществлена разработка структурной и функциональной схемы автоматизации технологического процесса;
3) разработана имитационная модель;
4) разработан графический интерфейс оператора;
5) установлена связь через OPC-сервер между математической моделью и интерфейсом оператора;
6) проведён модельный эксперимент с подтверждением соответствия предложенных технических решений.
В качестве доказательств предоставлены графики сравнений MATLAB Simulinkи Proficy iFIX.
