氮化镓在5G基站建设等方面存在着不可或缺的作用，我国迫切需要在国产氮化镓生长设备上取得突破。选题来源于国家重点研发计划，本文重点研究多种尺寸如2英寸、4英寸、以及大尺寸6英寸氮化镓以及氧化镓衬底材料制备的关键控制技术，主要进行立式HVPE设备自动化控制系统的设计、研究和调试，满足氮化镓或者氧化镓衬底材料的实际生长需求。
　　在氮化镓或氧化镓衬底材料的生长过程中，生长环境十分复杂，生长温区温度要求十分苛刻，生长条件需要控制的相对比较完善，才能生长出符合的高质量衬底。因此针对上述要求，本论文对衬底相关生长条件进行了深入的研究与分析，设计了一套立式HVPE设备的自动化控制系统，并对控制系统按照功能分为多个子系统进行单独研究与设计，对各个子系统相互之间的关联也进行了相关研究与设计。设计具有易操作界面的上位监控与功能完善的PLC控制程序，实现对生长过程各种参数的设置及控制，实现对温度、气体质量流量、压力、运动、水冷却以及尾气处理等进行整体协调控制。
　　分析多温区温度相关影响因素，设计针对于立式HVPE反应炉生长衬底工艺的多温区温度控制子系统。对实际生长过程中不同温区温度数据实时测温建模，采用模糊RBF神经网络PID，对立式HVPE反应炉温区温度进行分析控制，使相应温区温度能够按照生长设定参数进行及时性的变化，并且具有较高的鲁棒性。
　　在HVPE氮化镓或氧化镓生长设备中对衬底实现平稳升降，衬底托盘转速进行精确控制，实现运动控制子系统的优化控制对于单晶衬底的高质量生长和HVPE反应炉的高效稳定运行具有重要意义。本文对衬底托盘旋转升降运动控制系统进行了分析与设计，托盘采用可放置多种尺寸衬底的石英设计而成。升降部分采用双电机协同控制策略，通过对其进行理论仿真分析，仿真效果表明两个电机具有很好的同步性能。