本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)值模擬的HVPE反應(yīng)器設(shè)計(jì)與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 氮化鎵襯底 數(shù)值模擬 氫化物氣相外延

【摘要】：氮化鎵(GaN)材料因其優(yōu)良的特性以及巨大的應(yīng)用市場,近二十年來始終為國內(nèi)外研究者廣泛關(guān)注。對(duì)GaN基光電器件質(zhì)量和效率日益提高的需求,促使GaN襯底材料的研究逐漸成為熱點(diǎn),氫化物氣相外延(HVPE)方法是目前公認(rèn)最為可行的GaN襯底制備技術(shù)。為了獲得高質(zhì)量的GaN單晶,論文基于計(jì)算流體力學(xué),采用有限元分析法,對(duì)自制的立式大尺寸HVPE系統(tǒng)反應(yīng)腔進(jìn)行了二維和三維模型的數(shù)值模擬。在HVPE系統(tǒng)中,GaCl、NH3在進(jìn)氣管口的提前反應(yīng)對(duì)反應(yīng)腔的污染和損害是一大難題,本文所仿真的立式系統(tǒng)創(chuàng)新地通過在GaCl、NH3之間添加分隔氣解決了這一問題。二維、三維模型的仿真結(jié)果顯示,分隔氣流量大小對(duì)GaCl、NH3在襯底上的濃度分布都有一定的影響,分析得到最佳分隔氣流量為500sccm。通過改變?cè)礆怏wV/III比,論文分析了GaN生長分布的變化趨勢。隨著V/III比增大,二維模型中GaN生長相對(duì)均勻性先變好然后變差;三維模型中,GaN生長相對(duì)均勻性雖然越來越好,但由于很高的V/III比對(duì)于GaN膜的晶體質(zhì)量有不利影響。我們?nèi)钥傻玫骄C合各種因素的最佳V/III比為70。論文還在三維模擬中研究了分隔氣出氣口從豎直改為向內(nèi)傾斜對(duì)GaN生長的影響,發(fā)現(xiàn)該傾角增大時(shí)GaN的均勻性有改善,但角度很大時(shí)GaN生長速率急劇下降,在實(shí)驗(yàn)中建議采取小角度。此外針對(duì)主載氣流量,本文也進(jìn)行了二維仿真,得到了9500sccm的優(yōu)化參數(shù)。本文在進(jìn)行各主要工藝參數(shù)優(yōu)化后獲得的4英寸襯底面內(nèi)相對(duì)均勻性小于6%。以上數(shù)值仿真結(jié)果為大尺寸HVPE反應(yīng)腔腔體、工藝條件的優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ),對(duì)實(shí)際生產(chǎn)高質(zhì)量大尺寸GaN有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：氮化鎵襯底 數(shù)值模擬 氫化物氣相外延
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-19
• 1.1 引言8-11
• 1.2 GaN材料的性質(zhì)11-13
• 1.2.1 GaN材料的基本性質(zhì)11
• 1.2.2 GaN的晶體結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.3 GaN的化學(xué)性質(zhì)12
• 1.2.4 GaN的光學(xué)特性12
• 1.2.5 GaN的電學(xué)特性12-13
• 1.3 GaN晶體的制備方法13-16
• 1.3.1 GaN晶體制備歷程13
• 1.3.2 外延生長技術(shù)及襯底材料13-15
• 1.3.3 HVPE生長GaN的研究歷程15-16
• 1.4 晶體的表征手段16-17
• 1.4.1 掃描電子顯微鏡（SEM）16
• 1.4.2 拉曼光譜儀16
• 1.4.3 光致發(fā)光譜16-17
• 1.4.4 X射線衍射17
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 計(jì)算流體力學(xué)和HVPE生長系統(tǒng)19-28
• 2.1 流體力學(xué)基礎(chǔ)19-20
• 2.1.1 流體基本性質(zhì)19-20
• 2.1.2 流體運(yùn)動(dòng)的描述方法20
• 2.2 計(jì)算流體力學(xué)20-22
• 2.2.1 計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展歷程20
• 2.2.2 流體力學(xué)中的基本方程20-21
• 2.2.3 計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬以及步驟21-22
• 2.3 Fluent軟件群[52,53]22-24
• 2.3.1 Gambit簡介23-24
• 2.3.2 Fluent6.0 簡介24
• 2.4 HVPE生長系統(tǒng)24-27
• 2.4.1 HVPE生長系統(tǒng)分類24-26
• 2.4.2 本課題模擬研究的立式大尺寸HVPE生長系統(tǒng)26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 HVPE系統(tǒng)反應(yīng)腔的二維數(shù)值模擬28-45
• 3.1 HVPE系統(tǒng)反應(yīng)腔二維模型建立28-29
• 3.1.1 反應(yīng)腔幾何模型和網(wǎng)格劃分28
• 3.1.2 邊界條件28-29
• 3.2 V/III比的數(shù)值模擬與優(yōu)化29-34
• 3.2.1 仿真模型29-30
• 3.2.2 流場分布30-32
• 3.2.3 分析與優(yōu)化32-34
• 3.3 主載氣流量的數(shù)值模擬與優(yōu)化34-39
• 3.3.1 仿真模型35
• 3.3.2 流場分布35-38
• 3.3.3 分析與優(yōu)化38-39
• 3.4 分隔氣流量的數(shù)值模擬與優(yōu)化39-44
• 3.4.1 仿真模型40
• 3.4.2 流場分布40-42
• 3.4.3 分析與優(yōu)化42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 HVPE反應(yīng)腔的三維數(shù)值模擬45-64
• 4.1 HVPE系統(tǒng)反應(yīng)腔三維模型建立45-46
• 4.1.1 反應(yīng)腔幾何模型和網(wǎng)格劃分45-46
• 4.1.2 邊界條件46
• 4.2 分隔氣流速的模擬與優(yōu)化46-52
• 4.2.1 仿真模型46-47
• 4.2.2 流場分布47-50
• 4.2.3 分析與優(yōu)化50-52
• 4.3 V/III比對(duì)氣流濃度場分布的影響52-58
• 4.3.1 仿真模型52-53
• 4.3.2 流場分布53-56
• 4.3.3 分析與優(yōu)化56-58
• 4.4 分隔氣出氣口角度的模擬58-62
• 4.4.1 仿真模型58
• 4.4.2 流場分布58-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第五章 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69

【相似文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 景杰;基于數(shù)值模擬的HVPE反應(yīng)器設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D];南京郵電大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：955045