CaN-MOCVD垂直噴淋式反應(yīng)室的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、金屬有機化學(xué)氣相沉積MOCVD技術(shù)涉及到許多方面，主要包括熱力學(xué)、動力學(xué)、流體力學(xué)、物理化學(xué)等，研究難度很大且MOCVD反應(yīng)器中氣體流動和溫度分布具有復(fù)雜與不可觀測的特點，通過CFD模擬反應(yīng)室內(nèi)熱流場，為MOCVD反應(yīng)室優(yōu)化設(shè)計和GaN薄膜材料生產(chǎn)提供有價值的參考，最終節(jié)省工業(yè)研發(fā)成本，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。本文主要針對兩種不同型號的垂直噴淋式MOCVD反應(yīng)室開展的優(yōu)化設(shè)計工作，利用CFD對GaN-MOCVD反應(yīng)室氣體沉積過程進行仿真，將部

2、分結(jié)論與實驗對比。研究的目標(biāo)導(dǎo)向是討論不同生長條件下反應(yīng)室流態(tài)，壁面沉積，襯底表面TMG均勻性及TMG利用率等等。
　　本文針對實驗型MOCVD設(shè)備的小容量垂直噴淋式反應(yīng)室優(yōu)化設(shè)計研究，通過調(diào)試噴淋頭高度及操作壓強找出較佳的生長工藝條件。研究發(fā)現(xiàn)噴淋頭高度越高，沉積均勻性越好，生長速率越慢，上壁沉積度越低，當(dāng)噴淋頭達到一定的高度，上壁沉積的濃度基本保持不變。另外通過對高噴淋式反應(yīng)室微調(diào)壓強，觀察壓強對GaN外延的生長影響，提出了生

3、長最佳壓強范圍。發(fā)現(xiàn)減小壓強有利于薄膜的均勻性，壓強較大時，平均生長速率大，但壓強較大時極易引起流場不穩(wěn)。針對生產(chǎn)型MOCVD設(shè)備的大容量垂直噴淋式反應(yīng)室優(yōu)化設(shè)計研究，首先研究壓強及石墨盤旋轉(zhuǎn)速度大幅調(diào)節(jié)對反應(yīng)室內(nèi)的流場的影響。繪制“壓強-旋轉(zhuǎn)速度”的層流圖譜，研究不同工藝參數(shù)條件下的三種臨界流態(tài)的特點及差別，并且得到“提高流量，可以擴大GaN薄膜生長窗口”這一結(jié)論。接著描述了反應(yīng)室噴淋高度的優(yōu)化設(shè)計，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)室噴淋高度較低時，襯底表面