王 超，孙文旭，马晓静，陈纪旸，栾义忠，马思乐,2

（1.山东大学海洋研究院，山东 青岛 266237；2.山东大学控制科学与工程学院，山东 济南 250061）

近年来，随着半导体生长工艺及其设备制造技术的迅速发展，在半导体材料生长过程中对温度场的控制要求越来越高［1］。在半导体材料生长尤其在氢化物气相外延（hydride vapor phase epitaxy，HVPE）生长氮化镓（GaN）时，电阻加热炉被广泛应用。在材料加热过程中，须实现加热炉温度的精准调控以保持温度场的恒定，因而高精度恒温场加热方式成为研究的重点。

目前，在生长大尺寸GaN厚膜材料时，由于设备体积及衬底尺寸的增大，在HVPE生长设备反应室内会形成流场涡流，这会加剧寄生反应，致使大尺寸GaN衬底更难均匀、稳定和高质量地生长［2］。另外，现有加热炉存在温度均匀性较差（温度梯度大）、加热控制精度低、控温方式不合理等缺陷，在温度控制过程中，存在大滞后、强耦合、未知干扰和不确定性等非线性控制难题［3］。

本文通过仿真研究并结合HVPE生长试验，对现有HVPE生长设备反应室的结构进行优化。加热炉体采用立式圆柱形腔体结构，共分为5个温区，通过在高铝炉管自上而下缠绕5组电阻丝进行加热。各工艺气体通道管路围绕反应室的进气法兰中心呈环状轴对称分布，在反应室内形成容积较大的立体对称聚焦型加热空间，使工艺反应区与生长区的温度保持均匀、稳定。在控制策略方面，常规的PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）控制适应性较差，控制效果极不理想，致使GaN的生长质量不高，而模糊控制则可以通过运用专家的经验知识实现对非线性复杂对象的高性能控制［4］。……