氮化物薄膜生长机理的数值计算研究

发布时间：2023-10-29 17:26

　　氮化物薄膜主要是指氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、铝镓氮(AlGaN)第三代半导体薄膜材料,它们具有较高的禁带宽度、较大的击穿场强、高热导率、耐高压等优良的电气特性。因此,氮化物薄膜在制备新型大功率半导体器件方面有广阔的应用前景。金属有机化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,简称MOCVD)是大规模生产氮化物半导体薄膜的主要技术。由于MOCVD生长氮化物薄膜过程的复杂性,虽然已有一些研究成果,但是目前对利用MOCVD生长氮化物薄膜过程的理解仍然不够清晰,需要对利用MOCVD生长氮化物薄膜进一步研究。对氮化物薄膜生长机理的研究有助于了解氮化物薄膜的生长过程进而生长出高质量的氮化物半导体薄膜。本文研究目的是借助仿真软件,通过建立MOCVD氮化物薄膜生长模型对氮化物薄膜的生长过程进行数值计算模拟,研究反应室相关参数变化对不同氮化物生长时中间产物的浓度变化及其空间分布的影响,并考虑这些参数变化对衬底薄膜的生长率和均匀性影响,探究相关氮化物生长机理,最终得到高质量氮化物薄膜的生长条件。研究所得成果对提高实际生长氮化物薄膜的质量有着重要指...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 氮化物材料研究背景与意义
    1.2 氮化物薄膜生长技术
    1.3 研究现状
        1.3.1 GaN薄膜生长研究进展
        1.3.2 AlN薄膜生长研究进展
        1.3.3 AlGaN薄膜生长研究进展
    1.4 研究目的和内容
    1.5 本文内容及安排
第二章 MOCVD反应室多物理场建模及计算方法
    2.1 物理模型设定
    2.2 控制方程
    2.3 边界条件设定
    2.4 数值计算方法
        2.4.1 划分网格
        2.4.2 有限元法与SIMPLEC算法
    2.5 本章小结
第三章 MOCVD氮化物薄膜生长的化学反应模型
    3.1 生长氮化镓薄膜化学反应模型
        3.1.1 氮化镓气相化学反应模型
        3.1.2 氮化镓表面反应模型
    3.2 生长氮化铝薄膜化学反应模型
        3.2.1 氮化铝气相化学反应模型
        3.2.2 氮化铝表面反应模型
    3.3 生长铝镓氮薄膜化学反应模型
    3.4 本章小结
第四章 电磁加热式MOCVD反应室影响氮化物薄膜生长因素的数值计算研究
    4.1 模型验证
    4.2 GaN薄膜生长数值计算仿真
        4.2.1 反应室温度与热解反应
        4.2.2 自由基反应
        4.2.3 不同加热温度下的反应物浓度变化分析
    4.3 影响AlN薄膜生长因素的数值仿真
        4.3.1 加热电流和频率对衬底薄膜生长率的影响
        4.3.2 载气组成成分对衬底薄膜生长率的影响
        4.3.3 进气口温度对衬底生长率和均匀性的影响
        4.3.4 边界层寄生反应的影响
    4.4 MOCVD生长高Al组分AlGaN薄膜的数值仿真
        4.4.1 温度对生长率,均匀性,以及Al组分的影响
        4.4.2 压强对生长率、均匀性和Al组分的影响
        4.4.3 载气组成对生长率,均匀性,以及Al组分的影响
        4.4.4 Ⅴ/Ⅲ比对生长率、均匀性和Al组分的影响
    4.5 本章小结
第五章 大尺寸MOCVD反应室中影响氮化铝薄膜生长因素的数值计算研究
    5.1 8英寸反应室高度对氮化铝薄膜生长的影响
    5.2 8英寸反应室中进气口温度对氮化铝薄膜生长的影响
        5.2.1 进气口温度对生长率的影响
        5.2.2 衬底上方1mm处,加合路径产物随进气口温度的变化
    5.3 8英寸反应室中压强对氮化铝薄膜生长的影响
        5.3.1 压强对生长率的影响
        5.3.2 压强对加合路径中间产物的影响
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 后续展望
参考文献
致谢
附录



本文编号：3858527