GaN-MOCVD垂直喷淋式反应室的优化设计

发布时间：2017-11-10 23:10

本文关键词：GaN-MOCVD垂直喷淋式反应室的优化设计

【摘要】：金属有机化学气相沉积MOCVD技术涉及到许多方面,主要包括热力学、动力学、流体力学、物理化学等,研究难度很大且MOCVD反应器中气体流动和温度分布具有复杂与不可观测的特点,通过CFD模拟反应室内热流场,为MOCVD反应室优化设计和GaN薄膜材料生产提供有价值的参考,最终节省工业研发成本,缩短产品研发周期。本论文主要针对两种不同型号的垂直喷淋式MOCVD反应室开展的优化设计工作,利用CFD对GaN-MOCVD反应室气体沉积过程进行仿真,将部分结论与实验对比。研究的目标导向是讨论不同生长条件下反应室流态,壁面沉积,衬底表面TMG均匀性及TMG利用率等等。本文的主要研究内容分为两大部分:针对实验型MOCVD设备的小容量垂直喷淋式反应室优化设计研究,通过调试喷淋头高度及操作压强找出较佳的生长工艺条件。研究发现喷淋头高度越高,沉积均匀性越好,生长速率越慢,上壁沉积度越低,当喷淋头达到一定的高度,上壁沉积的浓度基本保持不变。另外通过对高喷淋式反应室微调压强,观察压强对GaN外延的生长影响,提出了生长最佳压强范围。发现减小压强有利于薄膜的均匀性,压强较大时,平均生长速率大,但压强较大时极易引起流场不稳。针对生产型MOCVD设备的大容量垂直喷淋式反应室优化设计研究,首先研究压强及石墨盘旋转速度大幅调节对反应室内的流场的影响。绘制“压强—旋转速度”的层流图谱,研究不同工艺参数条件下的三种临界流态的特点及差别,并且得到“提高流量,可以扩大GaN薄膜生长窗口”这一结论。接着描述了反应室喷淋高度的优化设计,发现反应室喷淋高度较低时,衬底表面的TMG沉积均匀性得到了明显改善但这样的结构改造虽提高了均匀性,却牺牲了TMG利用率。本文结尾提到一种针对TMG进口的优化设计,将TMG源集中释放,有利于提高TMG利用率,提高利用率的同时,沉积均匀性受到较小影响。本文旨在对MOCVD反应室内的流场与浓度场更深入的学习研究,并将相关理论运用到模拟仿真中,给予生产型MOCVD技术指导,从而得到满足均匀性的条件下使得TMG利用率尽可能高且侧壁零沉积的生长工艺条件。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.055

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 陈传牧;左然;刘鹏;童玉珍;张国义;;垂直喷淋式MOCVD反应器中射流影响的研究[J];中国科学:技术科学;2014年08期

2 卢钦;左然;刘鹏;童玉珍;张国义;;MOCVD生长AlN的化学反应-输运过程数值模拟研究[J];人工晶体学报;2014年05期

3 孟大伟;何金泽;夏云彦;;箱式YJKK紧凑型中型高压电动机全域流体预测[J];电机与控制学报;2012年12期

4 徐楠;左然;何晓q;于海群;;垂直转盘式MOCVD反应器中GaN化学反应路径的影响研究[J];人工晶体学报;2012年04期

5 许积文;张啸;王华;杨玲;任明放;袁昌来;;超声喷雾热解法一步合成CuInS_2薄膜及其性能研究[J];太阳能学报;2012年07期

6 王智平;赵静;王克振;;化学沉积参数对CdS薄膜前驱物利用率的影响[J];功能材料与器件学报;2012年01期

7 于海群;左然;陈景升;彭鑫鑫;;MOCVD水平式反应器中热泳力对沉积过程中反应前体浓度分布的影响分析及数值模拟[J];人工晶体学报;2011年04期

8 于海群;左然;陈景升;;一种多喷淋头式MOCVD反应器的设计与数值模拟[J];人工晶体学报;2011年04期

9 彭鑫鑫;左然;于海群;陈景升;;多片式热壁MOCVD反应器的设计与数值模拟分析[J];人工晶体学报;2011年01期

10 李志明;郝跃;张进成;许晟瑞;毕志伟;周小伟;;氮化物MOCVD反应室流场的仿真与分析[J];人工晶体学报;2010年01期