氮化鎵薄膜制備過程多物理場研究及優(yōu)化
發(fā)布時間：2021-03-26 05:34
隨著現代社會對電子設備的依賴和更高要求,傳統的硅材料已經越來越難以滿足人們的需求。氮化鎵作為第三代半導體材料的代表,憑借其優(yōu)異的力學、熱學、電學和光學特性,廣泛的應用在能源動力、交通運輸、信息技術以及智能制造等現代文明的核心領域。金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）是氮化鎵薄膜制備中最常用的方法之一,以其具有高度的靈活性、能夠量產高質量外延片的特點受到人們的青睞。氮化鎵薄膜的制備過程是將三甲基鎵或有機鎵源通過載氣與氨氣分別送入反應室中,在氣相和表面發(fā)生一系列化學反應,最終在高溫襯底上沉積為氮化鎵晶體的工業(yè)過程。為了提高氮化鎵薄膜的質量,有必要充分理解氮化鎵薄膜制備過程中各階段多物理場的基本物理現象,并建立生長條件和工藝參數與多物理場和生長指標的關系。本論文采用理論分析、數值模擬和實驗驗證的方法相結合,針對氮化鎵薄膜制備過程中的多物理場以及生長質量進行了系統地研究,主要包括:建立了MOCVD生長氮化鎵詳細化學反應機理,對工藝參數對反應路徑的影響及各種組分的變化做了詳細分析,并通過裂解實驗研究了不同溫度下三甲基鋁裂解的產物。建立了多物理場耦合模型,給出多組分物性詳細計算方法,并對模型進行了...
【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：162 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
氮化鎵的晶體結構（a）纖鋅礦型（b）閃鋅礦型（c）巖鹽礦型
華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文物原料和對工藝參數微調，而不需要改變系統結構、搭建新的管路結構或者較大調整；（6）由于大多 MOCVD 生長條件在常壓或者低壓（~100 mbar），所以反應器對真空度的要求不高，不需要特殊設計以及后端的真空泵、分子泵設備。另外，反應器頂蓋配備有光學觀測孔，適合對生長過程進行原位（in-situ）測量，便于對生長過程即時監(jiān)測，從而能夠及時調控生長參數。MOCVD 生長設備眾所周知，商用 MOCVD 生長設備的龍頭企業(yè)有德國半導體設備制造公司AIXTRON 和美國精密儀器有限公司 VEECO，這兩家公司的產品幾乎涵蓋了全球 90%的 MOCVD 生長設備。它們兩家的生長設備外觀分別如圖 1-2（a）和（b）所示。
華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文排放標準以下。通常去除毒性的裝置有液槽、噴淋塔或者活性炭過濾器等，量較大時，優(yōu)先采用燃燒或者熱解的方式使其轉化為氧化物粉末，最后進行。最后，生長反應室子系統是 MOCVD 生長系統中最重要的一部分，它能直接出外延片的好壞。生長反應室子系統通常由石墨基座、旋轉部件、加熱器、、水冷裝置和不銹鋼腔體構成。反應室結構設計主要需要考慮：在氣體進入不產生渦流，保持層流流動；確保腔體內壓力的穩(wěn)定性和溫度的均勻性；保持續(xù)供給，不會發(fā)生沿程耗盡現象；保持生長室沒有雜質，不會污染外延片據以上幾點準則，工程師設計出了幾種不同類型的反應室結構，如圖 1-3 所
【參考文獻】：
期刊論文
[1]MOVPE生長GaN的表面反應機理[J]. 辛曉龍,左然,童玉珍,張國義. 發(fā)光學報. 2015(07)
[2]GaN材料的應用及研究進展[J]. 任孟德,秦建新,王金亮,陳超,張昌龍. 超硬材料工程. 2013(04)
[3]垂直式MOCVD反應器中熱泳力對濃度分布的影響分析[J]. 于海群,左然,徐楠,何曉崐. 人工晶體學報. 2012(04)
[4]一種多噴淋頭式MOCVD反應器的設計與數值模擬[J]. 于海群,左然,陳景升. 人工晶體學報. 2011(04)
[5]MOCVD水平式反應器中熱泳力對沉積過程中反應前體濃度分布的影響分析及數值模擬[J]. 于海群,左然,陳景升,彭鑫鑫. 人工晶體學報. 2011(04)
[6]GaN-MOCVD系統反應室流場的數值仿真[J]. 白俊春,李培咸,郝躍,杜陽. 電子科技. 2009(05)
[7]基于數值模擬的MOCVD反應器設計與優(yōu)化[J]. 胡曉宇,陳海昕. 電子工業(yè)專用設備. 2008(07)
[8]MOCVD反應器的最佳輸運過程及其優(yōu)化設計[J]. 左然,李暉. 半導體學報. 2008(06)
[9]GaN基材料及其外延生長技術研究[J]. 劉一兵,黃新民,劉國華. 微納電子技術. 2008(03)
[10]GaN MOCVD生長速率及表面形貌隨生長參數的變化[J]. 符凱,張禹,陳敦軍,韓平,謝自力,張榮. 稀有金屬. 2008(01)
博士論文
[1]一種新型MOCVD反應腔體多物理耦合分析與實驗研究[D]. 胡少林.華中科技大學 2016
[2]氮化鎵MOCVD化學反應動力學分析及其數值模擬研究[D]. 于海群.江蘇大學 2012
碩士論文
[1]MOVPE生長GaN的表面吸附和擴散研究[D]. 唐斌龍.江蘇大學 2017
本文編號：3101047
【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：162 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
氮化鎵的晶體結構（a）纖鋅礦型（b）閃鋅礦型（c）巖鹽礦型
華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文物原料和對工藝參數微調，而不需要改變系統結構、搭建新的管路結構或者較大調整；（6）由于大多 MOCVD 生長條件在常壓或者低壓（~100 mbar），所以反應器對真空度的要求不高，不需要特殊設計以及后端的真空泵、分子泵設備。另外，反應器頂蓋配備有光學觀測孔，適合對生長過程進行原位（in-situ）測量，便于對生長過程即時監(jiān)測，從而能夠及時調控生長參數。MOCVD 生長設備眾所周知，商用 MOCVD 生長設備的龍頭企業(yè)有德國半導體設備制造公司AIXTRON 和美國精密儀器有限公司 VEECO，這兩家公司的產品幾乎涵蓋了全球 90%的 MOCVD 生長設備。它們兩家的生長設備外觀分別如圖 1-2（a）和（b）所示。
華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文排放標準以下。通常去除毒性的裝置有液槽、噴淋塔或者活性炭過濾器等，量較大時，優(yōu)先采用燃燒或者熱解的方式使其轉化為氧化物粉末，最后進行。最后，生長反應室子系統是 MOCVD 生長系統中最重要的一部分，它能直接出外延片的好壞。生長反應室子系統通常由石墨基座、旋轉部件、加熱器、、水冷裝置和不銹鋼腔體構成。反應室結構設計主要需要考慮：在氣體進入不產生渦流，保持層流流動；確保腔體內壓力的穩(wěn)定性和溫度的均勻性；保持續(xù)供給，不會發(fā)生沿程耗盡現象；保持生長室沒有雜質，不會污染外延片據以上幾點準則，工程師設計出了幾種不同類型的反應室結構，如圖 1-3 所
【參考文獻】：
期刊論文
[1]MOVPE生長GaN的表面反應機理[J]. 辛曉龍,左然,童玉珍,張國義. 發(fā)光學報. 2015(07)
[2]GaN材料的應用及研究進展[J]. 任孟德,秦建新,王金亮,陳超,張昌龍. 超硬材料工程. 2013(04)
[3]垂直式MOCVD反應器中熱泳力對濃度分布的影響分析[J]. 于海群,左然,徐楠,何曉崐. 人工晶體學報. 2012(04)
[4]一種多噴淋頭式MOCVD反應器的設計與數值模擬[J]. 于海群,左然,陳景升. 人工晶體學報. 2011(04)
[5]MOCVD水平式反應器中熱泳力對沉積過程中反應前體濃度分布的影響分析及數值模擬[J]. 于海群,左然,陳景升,彭鑫鑫. 人工晶體學報. 2011(04)
[6]GaN-MOCVD系統反應室流場的數值仿真[J]. 白俊春,李培咸,郝躍,杜陽. 電子科技. 2009(05)
[7]基于數值模擬的MOCVD反應器設計與優(yōu)化[J]. 胡曉宇,陳海昕. 電子工業(yè)專用設備. 2008(07)
[8]MOCVD反應器的最佳輸運過程及其優(yōu)化設計[J]. 左然,李暉. 半導體學報. 2008(06)
[9]GaN基材料及其外延生長技術研究[J]. 劉一兵,黃新民,劉國華. 微納電子技術. 2008(03)
[10]GaN MOCVD生長速率及表面形貌隨生長參數的變化[J]. 符凱,張禹,陳敦軍,韓平,謝自力,張榮. 稀有金屬. 2008(01)
博士論文
[1]一種新型MOCVD反應腔體多物理耦合分析與實驗研究[D]. 胡少林.華中科技大學 2016
[2]氮化鎵MOCVD化學反應動力學分析及其數值模擬研究[D]. 于海群.江蘇大學 2012
碩士論文
[1]MOVPE生長GaN的表面吸附和擴散研究[D]. 唐斌龍.江蘇大學 2017
本文編號：3101047
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