氮化镓薄膜制备过程多物理场研究及优化
发布时间：2021-03-26 05:34
随着现代社会对电子设备的依赖和更高要求,传统的硅材料已经越来越难以满足人们的需求。氮化镓作为第三代半导体材料的代表,凭借其优异的力学、热学、电学和光学特性,广泛的应用在能源动力、交通运输、信息技术以及智能制造等现代文明的核心领域。金属有机物化学气相沉积（MOCVD）是氮化镓薄膜制备中最常用的方法之一,以其具有高度的灵活性、能够量产高质量外延片的特点受到人们的青睐。氮化镓薄膜的制备过程是将三甲基镓或有机镓源通过载气与氨气分别送入反应室中,在气相和表面发生一系列化学反应,最终在高温衬底上沉积为氮化镓晶体的工业过程。为了提高氮化镓薄膜的质量,有必要充分理解氮化镓薄膜制备过程中各阶段多物理场的基本物理现象,并建立生长条件和工艺参数与多物理场和生长指标的关系。本论文采用理论分析、数值模拟和实验验证的方法相结合,针对氮化镓薄膜制备过程中的多物理场以及生长质量进行了系统地研究,主要包括:建立了MOCVD生长氮化镓详细化学反应机理,对工艺参数对反应路径的影响及各种组分的变化做了详细分析,并通过裂解实验研究了不同温度下三甲基铝裂解的产物。建立了多物理场耦合模型,给出多组分物性详细计算方法,并对模型进行了...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
氮化镓的晶体结构（a）纤锌矿型（b）闪锌矿型（c）岩盐矿型
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文物原料和对工艺参数微调，而不需要改变系统结构、搭建新的管路结构或者较大调整；（6）由于大多 MOCVD 生长条件在常压或者低压（~100 mbar），所以反应器对真空度的要求不高，不需要特殊设计以及后端的真空泵、分子泵设备。另外，反应器顶盖配备有光学观测孔，适合对生长过程进行原位（in-situ）测量，便于对生长过程即时监测，从而能够及时调控生长参数。MOCVD 生长设备众所周知，商用 MOCVD 生长设备的龙头企业有德国半导体设备制造公司AIXTRON 和美国精密仪器有限公司 VEECO，这两家公司的产品几乎涵盖了全球 90%的 MOCVD 生长设备。它们两家的生长设备外观分别如图 1-2（a）和（b）所示。
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文排放标准以下。通常去除毒性的装置有液槽、喷淋塔或者活性炭过滤器等，量较大时，优先采用燃烧或者热解的方式使其转化为氧化物粉末，最后进行。最后，生长反应室子系统是 MOCVD 生长系统中最重要的一部分，它能直接出外延片的好坏。生长反应室子系统通常由石墨基座、旋转部件、加热器、、水冷装置和不锈钢腔体构成。反应室结构设计主要需要考虑：在气体进入不产生涡流，保持层流流动；确保腔体内压力的稳定性和温度的均匀性；保持续供给，不会发生沿程耗尽现象；保持生长室没有杂质，不会污染外延片据以上几点准则，工程师设计出了几种不同类型的反应室结构，如图 1-3 所
【参考文献】：
期刊论文
[1]MOVPE生长GaN的表面反应机理[J]. 辛晓龙,左然,童玉珍,张国义. 发光学报. 2015(07)
[2]GaN材料的应用及研究进展[J]. 任孟德,秦建新,王金亮,陈超,张昌龙. 超硬材料工程. 2013(04)
[3]垂直式MOCVD反应器中热泳力对浓度分布的影响分析[J]. 于海群,左然,徐楠,何晓崐. 人工晶体学报. 2012(04)
[4]一种多喷淋头式MOCVD反应器的设计与数值模拟[J]. 于海群,左然,陈景升. 人工晶体学报. 2011(04)
[5]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]. 于海群,左然,陈景升,彭鑫鑫. 人工晶体学报. 2011(04)
[6]GaN-MOCVD系统反应室流场的数值仿真[J]. 白俊春,李培咸,郝跃,杜阳. 电子科技. 2009(05)
[7]基于数值模拟的MOCVD反应器设计与优化[J]. 胡晓宇,陈海昕. 电子工业专用设备. 2008(07)
[8]MOCVD反应器的最佳输运过程及其优化设计[J]. 左然,李晖. 半导体学报. 2008(06)
[9]GaN基材料及其外延生长技术研究[J]. 刘一兵,黄新民,刘国华. 微纳电子技术. 2008(03)
[10]GaN MOCVD生长速率及表面形貌随生长参数的变化[J]. 符凯,张禹,陈敦军,韩平,谢自力,张荣. 稀有金属. 2008(01)
博士论文
[1]一种新型MOCVD反应腔体多物理耦合分析与实验研究[D]. 胡少林.华中科技大学 2016
[2]氮化镓MOCVD化学反应动力学分析及其数值模拟研究[D]. 于海群.江苏大学 2012
硕士论文
[1]MOVPE生长GaN的表面吸附和扩散研究[D]. 唐斌龙.江苏大学 2017
本文编号：3101047
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
氮化镓的晶体结构（a）纤锌矿型（b）闪锌矿型（c）岩盐矿型
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文物原料和对工艺参数微调，而不需要改变系统结构、搭建新的管路结构或者较大调整；（6）由于大多 MOCVD 生长条件在常压或者低压（~100 mbar），所以反应器对真空度的要求不高，不需要特殊设计以及后端的真空泵、分子泵设备。另外，反应器顶盖配备有光学观测孔，适合对生长过程进行原位（in-situ）测量，便于对生长过程即时监测，从而能够及时调控生长参数。MOCVD 生长设备众所周知，商用 MOCVD 生长设备的龙头企业有德国半导体设备制造公司AIXTRON 和美国精密仪器有限公司 VEECO，这两家公司的产品几乎涵盖了全球 90%的 MOCVD 生长设备。它们两家的生长设备外观分别如图 1-2（a）和（b）所示。
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文排放标准以下。通常去除毒性的装置有液槽、喷淋塔或者活性炭过滤器等，量较大时，优先采用燃烧或者热解的方式使其转化为氧化物粉末，最后进行。最后，生长反应室子系统是 MOCVD 生长系统中最重要的一部分，它能直接出外延片的好坏。生长反应室子系统通常由石墨基座、旋转部件、加热器、、水冷装置和不锈钢腔体构成。反应室结构设计主要需要考虑：在气体进入不产生涡流，保持层流流动；确保腔体内压力的稳定性和温度的均匀性；保持续供给，不会发生沿程耗尽现象；保持生长室没有杂质，不会污染外延片据以上几点准则，工程师设计出了几种不同类型的反应室结构，如图 1-3 所
【参考文献】：
期刊论文
[1]MOVPE生长GaN的表面反应机理[J]. 辛晓龙,左然,童玉珍,张国义. 发光学报. 2015(07)
[2]GaN材料的应用及研究进展[J]. 任孟德,秦建新,王金亮,陈超,张昌龙. 超硬材料工程. 2013(04)
[3]垂直式MOCVD反应器中热泳力对浓度分布的影响分析[J]. 于海群,左然,徐楠,何晓崐. 人工晶体学报. 2012(04)
[4]一种多喷淋头式MOCVD反应器的设计与数值模拟[J]. 于海群,左然,陈景升. 人工晶体学报. 2011(04)
[5]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]. 于海群,左然,陈景升,彭鑫鑫. 人工晶体学报. 2011(04)
[6]GaN-MOCVD系统反应室流场的数值仿真[J]. 白俊春,李培咸,郝跃,杜阳. 电子科技. 2009(05)
[7]基于数值模拟的MOCVD反应器设计与优化[J]. 胡晓宇,陈海昕. 电子工业专用设备. 2008(07)
[8]MOCVD反应器的最佳输运过程及其优化设计[J]. 左然,李晖. 半导体学报. 2008(06)
[9]GaN基材料及其外延生长技术研究[J]. 刘一兵,黄新民,刘国华. 微纳电子技术. 2008(03)
[10]GaN MOCVD生长速率及表面形貌随生长参数的变化[J]. 符凯,张禹,陈敦军,韩平,谢自力,张荣. 稀有金属. 2008(01)
博士论文
[1]一种新型MOCVD反应腔体多物理耦合分析与实验研究[D]. 胡少林.华中科技大学 2016
[2]氮化镓MOCVD化学反应动力学分析及其数值模拟研究[D]. 于海群.江苏大学 2012
硕士论文
[1]MOVPE生长GaN的表面吸附和扩散研究[D]. 唐斌龙.江苏大学 2017
本文编号：3101047
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