MOCVD设备反应室的设计与分析

论文摘要

金属有机物化学气相淀积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,简称MOCVD)自20世纪60年代首次提出以来,经过70年代至80年代的发展,90年代已经成为砷化镓、磷化铟等半导体材料外延生长制备的核心技术。到目前为止,从材料和器件性能及生产成本综合来看还没有其它方法能与之相比。因为MOCVD在制备GaN蓝光LED等方面具有广泛的应用前景和显著的市场需求。在产业化规模加大的同时,也导致国际性相互之间严重的技术保密和封锁,严重阻碍了研究的进展速度。从III族氮化物半导体研究的现状和发展趋势看,这种情况短时期内不会有大的改变。由于进口设备价格和维护费用非常昂贵,我国必须要进行该领域研究,必须要有自己的核心工艺和核心设备,尤其是MOCVD设备,必须尽快实现技术突破和产业化。我国现阶段MOCVD设备研制尚处于起步阶段,很多核心技术都不成熟。尚未解决的问题很多,比如自主知识产权,成本控制,计算机模拟仿真等,都与国际水平相差甚远。大多数研究机构由于种种原因,甚至于完全没有能力自主制造MOCVD设备。本文即在此背景下对MOCVD设备的结构,尤其是反应室设计与改进等内容进行了较深入的研究。主要研究结果如下:1.成功地参与了GaN晶体生长用MOCVD系统研制。本人所在课题组在西电第一代MOCVD设备研制的基础上经过深入研究,提出第二代MOCVD系统设计方案。并着重在第一代反应室设计的基础上进行完善与优化,设计一个可满足3片2英寸基片生长的反应室。解决的关键技术问题有:石墨基座转动机构的设计、三个石墨基座的同步加热、生长的准确测量与控制、反应室气流分布和石墨基座温度分布的设计。2.共同合作将MOCVD设备反应室优化设计后的温度场和气体流场进行了模拟分析。通过ANSYS有限元建模分析的方法,模拟得到MOCVD反应室和石墨基座内的电磁场分布、感应焦耳热分布及反应室内气体流场压力图和流速图。从理论上证明了本设备设计具有明显的优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 MOCVD 设备介绍
• 1.2 MOCVD 系统的组成及特点
• 1.2.1 MOCVD 技术简介
• 1.2.2 MOCVD 系统的基本组成
• 1.2.3 目前国内外的 MOCVD 设备
• 1.3 本论文研究内容及安排
• 第二章 MOCVD设备反应室的结构设计
• 2.1 MOCVD 设备整机的体系结构
• 2.1.1 MOCVD 设备整机的机械系统框图
• 2.1.2 MOCVD 设备整机的控制系统框图
• 2.1.3 MOCVD 设备整机的气路图
• 2.2 反应室结构研究
• 2.2.1 目前常见的几种反应室结构
• 2.2.2 西电MOCVD 反应室结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 MOCVD设备反应室的温度场和流场分析
• 3.1 西电MOCVD 设备反应室基于有限元分析的建模
• 3.1.1 MOCVD 反应室和石墨基座的几何结构
• 3.1.2 MOCVD 反应室有限元分析的基本原理和分析模型
• 3.2 MOCVD 反应室的温度场及流场分析
• 3.2.1 MOCVD 反应室的温度场分析
• 3.2.2 MOCVD 反应室的流场分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果