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

1、金屬有機(jī)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(dòng)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(dòng)和溫度分布具有復(fù)雜與不可觀測(cè)的特點(diǎn)，通過CFD模擬反應(yīng)室內(nèi)熱流場(chǎng)，為MOCVD反應(yīng)室優(yōu)化設(shè)計(jì)和GaN薄膜材料生產(chǎn)提供有價(jià)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(duì)兩種不同型號(hào)的垂直噴淋式MOCVD反應(yīng)室開展的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，利用CFD對(duì)GaN-MOCVD反應(yīng)室氣體沉積過程進(jìn)行仿真，將部

2、分結(jié)論與實(shí)驗(yàn)對(duì)比。研究的目標(biāo)導(dǎo)向是討論不同生長(zhǎng)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(duì)實(shí)驗(yàn)型MOCVD設(shè)備的小容量垂直噴淋式反應(yīng)室優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，通過調(diào)試噴淋頭高度及操作壓強(qiáng)找出較佳的生長(zhǎng)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(zhǎng)速率越慢，上壁沉積度越低，當(dāng)噴淋頭達(dá)到一定的高度，上壁沉積的濃度基本保持不變。另外通過對(duì)高噴淋式反應(yīng)室微調(diào)壓強(qiáng)，觀察壓強(qiáng)對(duì)GaN外延的生長(zhǎng)影響，提出了生

3、長(zhǎng)最佳壓強(qiáng)范圍。發(fā)現(xiàn)減小壓強(qiáng)有利于薄膜的均勻性，壓強(qiáng)較大時(shí)，平均生長(zhǎng)速率大，但壓強(qiáng)較大時(shí)極易引起流場(chǎng)不穩(wěn)。針對(duì)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(jì)研究，首先研究壓強(qiáng)及石墨盤旋轉(zhuǎn)速度大幅調(diào)節(jié)對(duì)反應(yīng)室內(nèi)的流場(chǎng)的影響。繪制“壓強(qiáng)-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(diǎn)及差別，并且得到“提高流量，可以擴(kuò)大GaN薄膜生長(zhǎng)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(jì)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)室噴淋高度較低時(shí)，襯底表面