湍流型CVD反應器中生長晶體Si的數(shù)值模擬研究與探索.pdf

1、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)是制備化合物半導體光電器件，如太陽能電池、藍光LED和大功率激光器等材料生長的重要方法。隨著我國低碳環(huán)保政策的實施及產(chǎn)業(yè)化需求的提高，反應系統(tǒng)的壓力將由低壓升至常壓，且沉積的晶片尺寸逐漸增大，這使得反應器內的混合流動將由層流向湍流轉捩。但是，湍流流動非常復雜且運動沒有規(guī)律可循，所以相比層流型反應器來說，在湍流型反應器方面的研究相對較少。然而，研究表明湍流型反應器的

2、對流換熱量等參數(shù)在一段時間內的平均值較為均勻，可見探究在湍流型反應器內能否生長出均勻晶體就變得十分重要。本文采用數(shù)值模擬的方法，基于最簡單的硅烷(SiH4)氣相沉積過程，分別研究了不同的Rayleigh數(shù)(Ra)和Reynolds數(shù)(Re)對晶體沉積速率及均勻性的影響;運用離散坐標(DO)輻射模型探索輻射換熱對反應器內部流動的影響，并尋找最佳的外壁面強制對流換熱系數(shù)。通過對計算結果的分析，主要得到以下結論:
　　(1)通過對湍流型

3、水平式反應器的模擬發(fā)現(xiàn)，當Ra數(shù)較低時，反應器內部會形成較多縱向卷筒渦胞，破壞了Si沉積速率的橫向均勻性，且沉積速率較小。增大Ra數(shù)后，自然對流相對增強，羽流能夠較為自由的隨機分布，使得時均沉積速率分布更加均勻，且明顯增大。
　　(2)通過改變入口速度來改變Re數(shù)的大小。當Re數(shù)較低時，適當增大Re數(shù)可以彌補反應物的沿程損耗，明顯增大基座下游的沉積速率。但Re數(shù)的增大會使強制對流增強，抑制羽流的隨機分布，導致沉積速率橫向分布不均勻

4、。
　　(3)壁面輻射換熱對反應器內部流場及溫度場都有較大的影響，進而破壞晶體的沉積均勻性，因此需要對壁面進行強制冷卻。當外壁面的對流換熱系數(shù)達到80W/m2·K時，反應器上、側壁面溫度分布較為均勻，在310K左右，且波動很小，不足以影響反應器內部的流場和溫度場，此時反應器壁面溫度可視為恒定低溫。
　　特別需要指出的是，國內外對湍流型反應器的研究比較少，對在湍流型反應器內進行晶體生長的研究文獻更是屈指可數(shù)。本文從仿真模擬的角