多片式熱壁MOCVD反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬分析.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)。隨著半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,MOCVD外延片的產(chǎn)率和良率成為制約該行業(yè)發(fā)展的瓶頸。改進(jìn)并研發(fā)高質(zhì)量的多片式MOCVD反應(yīng)器,對(duì)于半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。
　　 本論文設(shè)計(jì)了一種多反應(yīng)腔并聯(lián)的熱壁式MOCVD反應(yīng)器,每個(gè)反應(yīng)腔之間相互獨(dú)立,反應(yīng)氣體由一條總管供給通往各個(gè)反應(yīng)腔的各條支管?？偣苤睆酱蟠笥谥Ч苤睆?因此總管內(nèi)的壓強(qiáng)差可忽略。

2、通過質(zhì)量流量計(jì)(MFC)控制各管的流量配比,壓力控制器(PC)調(diào)節(jié)各反應(yīng)腔內(nèi)操作壓力,結(jié)合出口處的真空泵抽吸,可使每個(gè)反應(yīng)腔的進(jìn)氣壓強(qiáng)、流量以及生長(zhǎng)條件近似相同。由于熱壁反應(yīng)器無需水冷,從而可以簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制方式,實(shí)現(xiàn)多片式生長(zhǎng)。
　　 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。在此過程中,對(duì)考慮熱輻射和化學(xué)反應(yīng)的二維

3、模型和三維模型進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬了不同流速、高度、長(zhǎng)度、壓強(qiáng)、TMG流量、Ⅴ／Ⅲ比和襯底溫度對(duì)反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)、溫場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及沉積速率的影響,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。研究發(fā)現(xiàn):存在一個(gè)最佳的氣體流速、反應(yīng)器高度和長(zhǎng)度條件,在此條件下,反應(yīng)前體的產(chǎn)生與沉積達(dá)到平衡,從而能夠抵消反應(yīng)前體的沿程損耗,實(shí)現(xiàn)均勻的GaN生長(zhǎng)。此外,我們還發(fā)現(xiàn)GaN的生長(zhǎng)速率不與TMG的流量成正比,隨著Ⅴ／Ⅲ比和襯底溫度增加,生長(zhǎng)速率先增大后減小。通過優(yōu)化設(shè)計(jì),可