[发明专利]一种超高真空下样品热处理工艺的自动化温度控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种超高真空下样品热处理工艺的自动化温度控制系统及方法，属于温度控制领域。它包括光学测温仪和真空规，还包括计算机和电流源，所述的光学测温仪和真空规位于超高真空样品加热设备内，红外测温仪和真空规与计算机连接，计算机与电流源连接，电流源与样品连接。利用温度对加热样品电流的负反馈，从而实现对温度简单，快捷，精准的控制，主要利用RS232串口连接各个仪器，然后计算光学测温仪测量得到的样品温度与事先设定好的样品温度之差，通过PID算法反馈设定电流源给样品所加电流。尽管不同的样品由于尺寸，制作等原因，加热所需电流各不相同，但本发明都可以在半分钟内将样品温度精确控制到设定温度1℃以内。

技术领域

本发明属于温度控制领域，更具体地说，涉及一种超高真空环境下的样品热处理工艺的自动化温度控制系统及方法。

背景技术

目前，公知的超高真空(气压在10^-6-10^-10Pa范围内)下样品(通常为各种单晶衬底，如硅、碳化硅、蓝宝石、钛酸锶等)的加热采用人工调控直流电流源进行样品的直接加热。由于超高真空环境的限定，相应的温度采集通常采用非接触式的光学测温仪进行测量。由于通过人工测量样品温度并调整加热电流会导致根据不同人的实验经验，做出不同的电流调控，以及人的反应速度不够迅速，使得超高真空样品热处理过程中很容易出现温度升降温速率不稳定、样品温度漂移和过热烧断、真空度破坏等问题，让样品的废品率居高不下和重复性劳动力的消耗。

中国发明专利，公开号：CN892524A；公开日：2007年1月10日；公开了一种控制方法,抑制过渡时或稳定期间的温度等的物理状态的偏差。在将工件装载在热板上开始进行热处理时，根据预先给予的调整值数据来形成目标温度的相加波形，将该相加波形加到目标温度(SP)上来进行温度控制，使用表示目标温度(SP)与工件温度的关系的干涉矩阵，将所述调整值的数据作为抑制工件的温度偏差的数据。该专利给出了详细的样品分阶段加热过程中的温度控制和计算方法，但使用者在加热过程中不能实时获取样品温度，没有直观的反映，不利于后期的加热工艺分析。

中国实用新型专利，公开号：942206894，公开日：1995年6月14日，公开了一种程序控温仪，涉及程序控制与温度控制装置。包括测温元件、模拟开关、前置放大器、A/D、CPU、脉冲调宽电路和控温性能显示打印或存贮装置，模拟开关输入接测温元件，输出接前置放大器，经A/D至CPU，接PID计算后的输出接脉调电路，经脉调的输出接执行机构，CPU另与控温性能显示打印或存贮装置连接。该装置硬件设计简单，充分利用软件资源，体积小，将运算的PID三参数控制改为两参数自整定自适应先进算法，可进行高精度程序升温控制。但该专利不利于实时查看样品温度，且对于不同的加热样品和加热工艺要求使用同一温控程序，必然存在温度控制误差，在对超高真空下样品温度的准确加热中，该专利的测温元件不能应用于超高真空环境，并且温度的采集存在滞后性，不利于加热电流的快速反应，因此该专利不能够完全适用。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有超高真空环境下热处理工艺的人工温度调控反应速度不够快、控制不准确的问题，本发明提供了一种超高真空下样品热处理工艺的自动化温度控制系统及方法。它可以对超高真空下样品热处理工艺进行自动化温度控制，温度控制准确、稳定并且迅速。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种超高真空下样品热处理工艺的自动化温度控制系统，包括光学测温仪和真空规，还包括计算机和电流源，所述的光学测温仪和真空规位于超高真空样品加热设备内，红外测温仪和真空规与计算机连接，计算机与电流源连接，电流源与样品连接。

优选地，所述的真空规为安捷伦UHV24P电离真空计。测量精度高，范围广，响应迅速，可以较为精确的反馈样品所处真空环境的实际真空度，以及对样品热处理的质量进行间接的反馈，供使用人参考。