反向流動(dòng)垂直噴淋式MOCVD反應(yīng)器輸運(yùn)過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)是制備微電子和光電器件的關(guān)鍵技術(shù)。在MOCVD反應(yīng)器中，存在著大的溫度差和濃度差，將引發(fā)強(qiáng)烈的自然對(duì)流和濃度擴(kuò)散。此外還存在著氣體的強(qiáng)迫流動(dòng)、熱物性對(duì)溫度的依賴、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)的輸運(yùn)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，具有重要意義。

2、 垂直噴淋式反應(yīng)器是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種反應(yīng)器。目前對(duì)垂直噴淋式反應(yīng)器的研究局限在傳統(tǒng)的“頂部噴入底部排出”式，而該結(jié)構(gòu)會(huì)造成薄膜沿基片徑向生長(zhǎng)的不均勻。本論文設(shè)計(jì)了一種新型反應(yīng)器，采用“頂部噴入頂部排出”的反向流動(dòng)通氣方式，進(jìn)口管與出口管交叉排列。在該反應(yīng)器中，基片上方的濃度僅在單個(gè)噴管周圍變化，消除了沿徑向的濃度差異。 為了驗(yàn)證這種新型反應(yīng)器的性能，利用FLUENT軟件，對(duì)其輸運(yùn)過(guò)程及其與外部參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了計(jì)

3、算機(jī)數(shù)值模擬研究，并提出了反應(yīng)器的優(yōu)化方案。在此過(guò)程中，分別對(duì)二維軸對(duì)稱模型、三維單元體模型和包含化學(xué)反應(yīng)的三維完整模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)變化操作參數(shù)和反應(yīng)器幾何參數(shù)發(fā)現(xiàn)，減小噴管間的中心距、降低反應(yīng)室內(nèi)的壓強(qiáng)，有利于獲得基片上方均勻的溫度場(chǎng)和反應(yīng)氣體濃度場(chǎng)；加大進(jìn)口處氣體標(biāo)準(zhǔn)流量，有利于獲得基片上方較大的溫度梯度和提高生長(zhǎng)速率。通過(guò)對(duì)比新型反應(yīng)器和傳統(tǒng)的垂直噴淋反應(yīng)器還發(fā)現(xiàn)：新型反應(yīng)器在近襯底處的反應(yīng)氣體濃度分布、沉積均勻性都優(yōu)于傳