ZnO晶體PVT法生長熱動力學(xué)分析.pdf

1、在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域中,繼GaN和SiC之后的研究熱點(diǎn)是一種在藍(lán)光、紫外、近紫外波段的光電子器件極具潛力的光電子材料,ZnO。它是一種集半導(dǎo)體、發(fā)光、壓電、電光、閃爍等多種功能為一體的晶體,它有著比GaN高兩倍的激子結(jié)合能(60meV),有著良好的抗輻射性能,可以工作在太空或核應(yīng)用等惡劣的環(huán)境中。隨著GaN、SiC等新型光電材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,人們需要更多的應(yīng)用于藍(lán)紫外激光器、探測器、抗輻射、耐高溫、大功率的電子器件材料,因此,對大尺寸、

2、高質(zhì)量的ZnO晶體需求也越來越高,同時也加大了人們對ZnO晶體生長研究的高度重視。
　　本文首先介紹了ZnO晶體生長的幾種方法,并比較了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),然后運(yùn)用基于有限元分析和多物理場耦合分析的軟件CFDRC建立了適合模擬分析的三維PVT法生長ZnO晶體的生長系統(tǒng)的熱動力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上,根據(jù)PVT法生長ZnO晶體的特點(diǎn),設(shè)計了ZnO晶體PVT法生長所需的剛玉坩堝結(jié)構(gòu)、合適的放置位置,對生長系統(tǒng)的熱場進(jìn)行了數(shù)值模擬。然后,結(jié)

3、合實(shí)際的生長爐設(shè)備的材料參數(shù),設(shè)計了合理的生長腔溫度和壓強(qiáng),對不同溫度和壓強(qiáng)下的ZnO晶體生長速率進(jìn)行了數(shù)值模擬。最后,根據(jù)優(yōu)化后的坩堝模型,分析了生長爐內(nèi)的氬氣流的分布情況,和生長腔內(nèi)各組分的分壓,及入口通入氧氣和氬氣的混合氣體對生長腔內(nèi)各組分的分壓和ZnO晶體生長速率的影響。
　　通過上述的數(shù)值模擬,把優(yōu)化后的工藝參數(shù)應(yīng)用到實(shí)際實(shí)驗(yàn)中,為實(shí)驗(yàn)提供了理論的幫助,而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了模擬的正確性,最終生長出提高了生長速率的ZnO晶