本文主要研究内容
作者孙秀秀（2019）在《HVPE生长GaN的气相反应研究及反应器设计优化》一文中研究指出：GaN是一种重要的宽禁带半导体材料,广泛应用于半导体照明和大功率电力电子器件。氢化物气相外延（Hydride Vapour Phase Epitaxy,HVPE）具有生长速率高、可控性强等特点,是制备GaN同质外延衬底的理想方法。由于HVPE生长GaN过程中存在严重的气相寄生反应,因此了解气相反应路径对控制和优化薄膜生长至关重要。本文利用量子化学的密度泛函理论,对HVPE生长GaN的气相反应路径进行了系统的研究。在优化气相反应分子构型的基础上,计算分子的频率和能量,分析反应前后的Gibbs自由能变和焓变,从热力学上判断反应能否自发进行。同时利用CFD模拟,对垂直式HVPE反应器进行优化设计,讨论不同喷头结构和工艺参数对GaN生长输运的影响。主要研究结果如下:1、在GaN的HVPE生长中,对于GaCl与NH3可能发生的六种反应,均有ΔG>0,表明GaCl不能与NH3直接发生反应。GaCl3:NH3的分子内消去和分子间消去反应,仅分子内消去HCl的反应在T>1240 K时,能够自发进行。其余反应均不能自发进行。2、利用热力学相平衡理论,计算HVPE反应器中镓舟处Ga的蒸气压随温度变化,发现Ga蒸汽压随温度的升高明显增大,当T=1300 K时,Ga的蒸气压为1.15 Pa。因此在气相反应中不能忽略气态Ga的影响。3、气态Ga将与HCl反应生成H自由基。H自由基易与NH3反应生成NH2自由基。NH2将进一步与GaCl反应,生成GaClNH2、GaCl（NH2）2。两个GaClNH2聚合生成（GaClNH2）2,随后（GaClNH2）2可依次与NH2反应,生成（GaCl）2（NH2）3和（GaCl）2（NH2）4。Ga可以连续与NH2反应生成GaNH2、Ga（NH2）2、Ga（NH2）3。4、利用过渡态理论计算了气态Ga与HCl反应、NH3与H反应的速率常数,结合计算流体力学模拟发现,气态Ga与HCl的反应、H自由基与NH3的反应都非常迅速。因此只要有气态Ga进入反应腔,就会产生NH2,而NH2活性强,导致系列的寄生反应。5、通过CFD模拟,对HVPE反应器进行优化设计发现,减小III、V族进口面积,能提高衬底上方NH3和GaCl的浓度。在GaCl进口中心增加一组N2进口,能优化NH3和GaCl的浓度均匀性。随着N21进口速率和NH31进口中NH3流量的增加,GaCl、NH3的浓度均匀性提高。
Abstract
GaNshi yi chong chong yao de kuan jin dai ban dao ti cai liao ,an fan ying yong yu ban dao ti zhao ming he da gong lv dian li dian zi qi jian 。qing hua wu qi xiang wai yan （Hydride Vapour Phase Epitaxy,HVPE）ju you sheng chang su lv gao 、ke kong xing jiang deng te dian ,shi zhi bei GaNtong zhi wai yan chen de de li xiang fang fa 。you yu HVPEsheng chang GaNguo cheng zhong cun zai yan chong de qi xiang ji sheng fan ying ,yin ci le jie qi xiang fan ying lu jing dui kong zhi he you hua bao mo sheng chang zhi guan chong yao 。ben wen li yong liang zi hua xue de mi du fan han li lun ,dui HVPEsheng chang GaNde qi xiang fan ying lu jing jin hang le ji tong de yan jiu 。zai you hua qi xiang fan ying fen zi gou xing de ji chu shang ,ji suan fen zi de pin lv he neng liang ,fen xi fan ying qian hou de Gibbszi you neng bian he han bian ,cong re li xue shang pan duan fan ying neng fou zi fa jin hang 。tong shi li yong CFDmo ni ,dui chui zhi shi HVPEfan ying qi jin hang you hua she ji ,tao lun bu tong pen tou jie gou he gong yi can shu dui GaNsheng chang shu yun de ying xiang 。zhu yao yan jiu jie guo ru xia :1、zai GaNde HVPEsheng chang zhong ,dui yu GaClyu NH3ke neng fa sheng de liu chong fan ying ,jun you ΔG>0,biao ming GaClbu neng yu NH3zhi jie fa sheng fan ying 。GaCl3:NH3de fen zi nei xiao qu he fen zi jian xiao qu fan ying ,jin fen zi nei xiao qu HClde fan ying zai T>1240 Kshi ,neng gou zi fa jin hang 。ji yu fan ying jun bu neng zi fa jin hang 。2、li yong re li xue xiang ping heng li lun ,ji suan HVPEfan ying qi zhong jia zhou chu Gade zheng qi ya sui wen du bian hua ,fa xian Gazheng qi ya sui wen du de sheng gao ming xian zeng da ,dang T=1300 Kshi ,Gade zheng qi ya wei 1.15 Pa。yin ci zai qi xiang fan ying zhong bu neng hu lve qi tai Gade ying xiang 。3、qi tai Gajiang yu HClfan ying sheng cheng Hzi you ji 。Hzi you ji yi yu NH3fan ying sheng cheng NH2zi you ji 。NH2jiang jin yi bu yu GaClfan ying ,sheng cheng GaClNH2、GaCl（NH2）2。liang ge GaClNH2ju ge sheng cheng （GaClNH2）2,sui hou （GaClNH2）2ke yi ci yu NH2fan ying ,sheng cheng （GaCl）2（NH2）3he （GaCl）2（NH2）4。Gake yi lian xu yu NH2fan ying sheng cheng GaNH2、Ga（NH2）2、Ga（NH2）3。4、li yong guo du tai li lun ji suan le qi tai Gayu HClfan ying 、NH3yu Hfan ying de su lv chang shu ,jie ge ji suan liu ti li xue mo ni fa xian ,qi tai Gayu HClde fan ying 、Hzi you ji yu NH3de fan ying dou fei chang xun su 。yin ci zhi yao you qi tai Gajin ru fan ying qiang ,jiu hui chan sheng NH2,er NH2huo xing jiang ,dao zhi ji lie de ji sheng fan ying 。5、tong guo CFDmo ni ,dui HVPEfan ying qi jin hang you hua she ji fa xian ,jian xiao III、Vzu jin kou mian ji ,neng di gao chen de shang fang NH3he GaClde nong du 。zai GaCljin kou zhong xin zeng jia yi zu N2jin kou ,neng you hua NH3he GaClde nong du jun yun xing 。sui zhao N21jin kou su lv he NH31jin kou zhong NH3liu liang de zeng jia ,GaCl、NH3de nong du jun yun xing di gao 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自江苏大学的孙秀秀，发表于刊物江苏大学2019-09-19论文，是一篇关于密度泛函理论论文,氮化镓论文,氢化物气相外延论文,气相反应论文,数值模拟论文,江苏大学2019-09-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自江苏大学2019-09-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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