一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法和监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，首先进行零点浓度设定，将载气导入采集模块内，此时的浓度设置为零点浓度；然后进行实时混合浓度计算，将载气通入需要携带的三族源中形成混合气体,采集模块通过内置的第一超声波传感器和第二超声波传感器计算出声波在混合气体中的实时传送时间

【技术实现步骤摘要】
一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法和监控系统


[0001]本申请要求享有于2021年12月10日申请的中国专利申请号为202111507731.1的优先权。本专利技术涉及金属有机源化学气相沉积设备
，尤其涉及一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法和监控系统。

技术介绍

[0002]MOCVD(金属有机源化学气相沉积设备)是一种利用化学气相沉积合成氮化镓等三五族化合物的设备，其产出的化合物，在发光、电力电子、光通讯等领域用途极其广泛；。其中，所使用的三族源是以化合物形式存在(比如三甲基镓、三甲基铟等等)，该化合物在室温下呈液态或者固态形式。然而，液态和固态的三族源，并不能直接进入到MOCVD反应腔体进行化学反应，只能利用一路载气(通常为氢气或者氮气)将其由饱和蒸汽压产生的气态分子携带进入反应腔室，三族源气态分子在载气中的含量，我们定义为三族源浓度。
[0003]由于饱和蒸汽压受外界温度变化、瓶内压力变化、以及三族源剩余量的多少而不同，因此三族源在载气中的浓度会变化。若材料工艺窗口较窄，则浓度的变化很关键，直接影响该批次的产品品质。如何准确的获取载气中三族源的实时浓度，成为有待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为克服上述缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，可以及时有效的测量处载气中的三族源的浓度。
[0005]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，包括如下步骤，
[0006]零点浓度设定，将载气导入采集模块内，稳定设定时间t后，所述采集模块通过内置的第一超声波传感器和第二超声波传感器计算出声波在载气中的传送时间
△
t
pure
，所述采集模块将传送时间
△
t
pure
输送至计算模块，此时的浓度设置为零点浓度；
[0007]实时混合浓度计算，将载气通入需要携带的三族源中形成混合气体,所述采集模块通过内置的第一超声波传感器和第二超声波传感器计算出声波在混合气体中的实时传送时间
△
t
mix
，采集模块将传送时间
△
t
mix
输送至计算模块，所述计算模块通过内置的算法模型，根据传送时间
△
t
mix
计算出此时的混合气体中三族源摩尔浓度即为实时混合浓度；
[0008]三族源浓度计算，所述计算模块计算实时混合浓度相对零点浓度的偏移量。
[0009]本专利技术的有益效果在于：利用声波在不同介质中传播速度不同的原理，将仅有载气通过采集模块的状态下的三族源浓度定为零点，通过采集模块实时采集混合气体的传送时间
△
t
mix，
利用算法模型快速得出实时混合浓度，通过实时混合浓度相对零点浓度的偏移量，得出相对值，以快速得出三族源在载气中的浓度，实现三族源浓度的实时监控。
[0010]进一步来说，所述传送时间
△
t
pure
和传送时间
△
t
mix
的采集过程中，所述采集模块始终处于相同的恒定温度内。温度会影响载气和三族源的传播速度，进而影响浓度的测试结果，因此控制温度的波动才能保证监控的精度。
[0011]进一步来说，所述采集模块外还设置加热单元和温度采集单元，所述加热单元和温度采集单元均与温控单元连接，所述温控单元用于控制采集模块的温度。温度采集单元实时采集模块的温度，并将采集的温度传输到温控单元，温控单元根据温度控制加热单元的工作状态，保证采集模块始终处于恒温状态。
[0012]进一步来说，所述设定时间t为20
‑
40分钟。保证载气均匀的扩散到采集模块中。
[0013]进一步来说，所述算法模型为
[0014]其中V为声波在第一超声波传感器和第二超声波传感器间的传播速度，其中d为第一超声波传感器和第二超声波传感器间的距离,
△
t为采集模块计算出声波在第一超声波传感器和第二超声波传感器间的传送时间；
[0015]R为常数，R＝8.3143J/K*mole；
[0016]T为绝对温度，T为定值，为所述采集模块内设定的恒定温度；
[0017]为平均摩尔量，M1为载气的摩尔质量，M2为三族源的摩尔质量；
[0018]为平均摩尔热容比，γ1为载气的摩尔热容比，γ2为三族源的摩尔热容比；
[0019]x为载气中三族源的摩尔百分比,即实时混合浓度。在V,M1,M2,γ1,γ2已知的情况下，可以计算得出x，即载气中三族源的摩尔百分比。
[0020]本专利技术的还提供一种用于MOCVD的气体浓度实时监控系统，结构简单，可以及时有效的测量处载气中的三族源的浓度。
[0021]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于MOCVD的气体浓度实时监控系统，包括采集模块，所述采集装置包括密封壳体，所述壳体的两个相对面上设置有与其内腔导通的进气管和出气管，所述壳体内设置有位于进气管处的第一超声波传感器和位于出气管处的第二超声波传感器，所述第一超声传感器和第二超声波传感器用于测量声波在第一超声波传感器和第二超声波传感器间的传送时间；计算模块，内置算法模型，所述计算模块用于接收传送时间，并通过算法模型计算出实时的三族源浓度。
[0022]采集装置结构简单，利用声波在不同介质中传播速度不同的原理，采用算法模型，可快速计算出实时的三族源浓度。
[0023]进一步来说，还包括温控模块，所述温控模块为采集模块内的腔体提供恒定温度。温度会影响载气和三族源的传播速度，进而影响浓度的测试结果，因此设置温控模块，控制温度的波动才能保证监控的精度。
[0024]进一步来说，所述温控模块包括套接在壳体外且密封设置的外壳，所述外壳内设置有为壳体加热的加热单元和检测壳体温度的温度采集单元，所述加热单元和温度采集单元均与位于外壳外部的温控单元通信连接。
[0025]进一步来说，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器平行设置且固定在壳体内，且所述第一超声传感器和第二超声传感器的其中一个为发射元件，另一个为接收元件。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中监控系统的结构框图；
[0027]图2为本专利技术实施例中采集模块和温控模块的结构示意图。
[0028]1、采集模块；11、第一超声波传感器；12、第二超声波传感器；13、壳体；131、进气管；132、出气管；
[0029]2、计算模块；
[0030]3、温控模块；31、外壳；32、加热单元；33、温度采集单元；34、温控单元。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0032]实施例...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，其特征在于：包括如下步骤，零点浓度设定，将载气导入采集模块内，稳定设定时间t后，所述采集模块通过内置的第一超声波传感器和第二超声波传感器计算出声波在载气中的传送时间
△
t
pure
，所述采集模块将传送时间
△
t
pure
输送至计算模块，此时的浓度设置为零点浓度；实时混合浓度计算，将载气通入需要携带的三族源中形成混合气体,所述采集模块通过内置的第一超声波传感器和第二超声波传感器计算出声波在混合气体中的实时传送时间
△
t
mix
，采集模块将传送时间
△
t
mix
输送至计算模块，所述计算模块通过内置的算法模型，根据传送时间
△
t
mix
计算出此时的混合气体中三族源摩尔浓度即为实时混合浓度；三族源浓度计算，所述计算模块计算实时混合浓度相对零点浓度的偏移量。2.根据权利要求1所述的用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，其特征在于：所述传送时间
△
t
pure
和传送时间
△
t
mix
的采集过程中，所述采集模块始终处于相同的恒定温度内。3.根据权利要求2所述的用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，其特征在于：所述采集模块外还设置加热单元和温度采集单元，所述加热单元和温度采集单元均与温控单元连接，所述温控单元用于控制采集模块的温度。4.根据权利要求1所述的用于MOCVD的气体浓度实时监控方法，其特征在于：所述设定时间t为20
‑
40...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙飞，
申请(专利权)人：苏州尚勤光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：