基于CFD的MOCVD反應(yīng)室數(shù)值模擬.pdf

1、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(簡(jiǎn)稱(chēng)MOCVD)是制備微電子和光電子器件的關(guān)鍵技術(shù),尤其在制備GaN基LED方面具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。反應(yīng)室是整個(gè)MOCVD系統(tǒng)的核心,它直接影響到外延生長(zhǎng)后薄膜材料的質(zhì)量。然而,由于反應(yīng)室內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,氣體流動(dòng)和熱場(chǎng)分布具有不可觀測(cè)性,對(duì)MOCVD反應(yīng)室進(jìn)行數(shù)值模擬,掌握氣體流動(dòng)和傳熱規(guī)律對(duì)MOCVD反應(yīng)室的設(shè)計(jì)有非常重要的理論指導(dǎo)意義。
　　本文針對(duì)自主研發(fā)的61×2″MOCVD設(shè)備,采用CF

2、D技術(shù)(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)稱(chēng))FLUENT軟件對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行了溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的數(shù)值模擬,主要研究工藝參數(shù)(如入口流量、操作壓強(qiáng)、基座溫度、基座旋轉(zhuǎn)、入口與基座間距等)對(duì)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn),增大入口流量使基座表面的高溫層變薄,會(huì)有效的抑制熱浮力的作用,然而,增大入口流量的同時(shí)也會(huì)在基座外角處產(chǎn)生渦旋。操作壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)室溫度場(chǎng)和流場(chǎng)不敏感?；鶞囟壬?使得基座與入口之間溫度梯度加大,高溫層變薄,有利于提高薄膜沉積速率。基座旋

3、轉(zhuǎn)能使氣流更貼近基座表面,反應(yīng)物在反應(yīng)室分布更加合理。入口與基座間距增大,反應(yīng)室豎直方向上速度梯度減小,基座上方的速度值較小,抑制熱浮力效應(yīng)的能力弱,基座表面高溫層變厚,從而不利于薄膜的生長(zhǎng)。
　　本文結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行分析并提出改進(jìn)方案,研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)室拐角處光滑過(guò)渡處理能夠消除渦旋,穩(wěn)定流場(chǎng);改變?cè)瓉?lái)的均勻入口,增大反應(yīng)室軸心處雷諾數(shù)能有效抑制熱浮力效應(yīng),從而優(yōu)化基座上方的流場(chǎng)分布;實(shí)現(xiàn)反應(yīng)室高度可調(diào)可加快薄膜沉積的速率,