新型多噴淋頭式MOCVD反應(yīng)器的數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)是制備LED、半導(dǎo)體激光器和大功率電子器件的關(guān)鍵技術(shù)。在MOCVD反應(yīng)器中，存在著由于大的溫度差引發(fā)的強(qiáng)烈的自然對(duì)流，由濃度差引起的濃度擴(kuò)散，由高溫引起的氣相和表面化學(xué)反應(yīng)，由高溫引起的熱擴(kuò)散以及高溫襯底對(duì)壁面的熱輻射等。它們與反應(yīng)器的形狀和幾何尺寸等因素耦合在一起，影響薄膜生長(zhǎng)的速率和質(zhì)量。因此，深入了解MOCVD反應(yīng)器內(nèi)的薄膜生長(zhǎng)過(guò)程，對(duì)于優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)、控制薄膜生長(zhǎng)速率和提高薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量，具有重要

2、意義。
　　 隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，在保證薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)MOCVD反應(yīng)器的擴(kuò)容是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。本論文設(shè)計(jì)了一款適合于多片生長(zhǎng)的多噴淋頭式MOCVD反應(yīng)器：反應(yīng)氣體從襯底上方的多個(gè)噴淋頭噴向晶片，反應(yīng)后的尾氣從各個(gè)導(dǎo)流筒的周圍向上返回，最后從位于托盤(pán)上方的出口排出。每個(gè)基片的生長(zhǎng)環(huán)境只取決于單個(gè)基片上方的氣流分布，與其他基片無(wú)關(guān)，從而在整體上消除了反應(yīng)物濃度沿托盤(pán)徑向的不均勻性，達(dá)到薄膜均勻生長(zhǎng)的目的。
　

3、　 為了驗(yàn)證這種新型反應(yīng)器的性能，利用FLUENT和CVDsim軟件，對(duì)其薄膜生長(zhǎng)過(guò)程及其與外部參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，并提出了反應(yīng)器的優(yōu)化方案。在此過(guò)程中，分別對(duì)考慮熱輻射和化學(xué)反應(yīng)的二維軸對(duì)稱模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)變化反應(yīng)器幾何參數(shù)和操作參數(shù)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。研究發(fā)現(xiàn)：襯底表面大部分區(qū)域具有均勻的溫度場(chǎng)和良好的滯止流。適當(dāng)?shù)脑龃蠓磻?yīng)器高度和降低壓強(qiáng)有利于襯底表面TMGa的濃度分布。綜合考慮CVDsim中GaN生長(zhǎng)