發(fā)布時間：2017-11-10 23:10

  本文關鍵詞：GaN-MOCVD垂直噴淋式反應室的優(yōu)化設計

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【摘要】：金屬有機化學氣相沉積MOCVD技術涉及到許多方面,主要包括熱力學、動力學、流體力學、物理化學等,研究難度很大且MOCVD反應器中氣體流動和溫度分布具有復雜與不可觀測的特點,通過CFD模擬反應室內(nèi)熱流場,為MOCVD反應室優(yōu)化設計和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。本論文主要針對兩種不同型號的垂直噴淋式MOCVD反應室開展的優(yōu)化設計工作,利用CFD對GaN-MOCVD反應室氣體沉積過程進行仿真,將部分結論與實驗對比。研究的目標導向是討論不同生長條件下反應室流態(tài),壁面沉積,襯底表面TMG均勻性及TMG利用率等等。本文的主要研究內(nèi)容分為兩大部分:針對實驗型MOCVD設備的小容量垂直噴淋式反應室優(yōu)化設計研究,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室微調(diào)壓強,觀察壓強對GaN外延的生長影響,提出了生長最佳壓強范圍。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設備的大容量垂直噴淋式反應室優(yōu)化設計研究,首先研究壓強及石墨盤旋轉速度大幅調(diào)節(jié)對反應室內(nèi)的流場的影響。繪制“壓強—旋轉速度”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”這一結論。接著描述了反應室噴淋高度的優(yōu)化設計,發(fā)現(xiàn)反應室噴淋高度較低時,襯底表面的TMG沉積均勻性得到了明顯改善但這樣的結構改造雖提高了均勻性,卻犧牲了TMG利用率。本文結尾提到一種針對TMG進口的優(yōu)化設計,將TMG源集中釋放,有利于提高TMG利用率,提高利用率的同時,沉積均勻性受到較小影響。本文旨在對MOCVD反應室內(nèi)的流場與濃度場更深入的學習研究,并將相關理論運用到模擬仿真中,給予生產(chǎn)型MOCVD技術指導,從而得到滿足均勻性的條件下使得TMG利用率盡可能高且側壁零沉積的生長工藝條件。
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.055

【參考文獻】

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本文編號：1168746