化学气相沉积设备尾气过滤系统的研究与分析

摘要

第一、二代半导体材料为工业进步、社会发展做出了贡献，如今第三代新型半导体材料以SiC、GaN为代表凭借优异的性能正在迅速崛起。关于新型半导体材料的相关制备工艺是学术及工业界的关注热点，与制备工艺密切有关的化学气相沉积（CVD）设备的研发同样受到重视。由于制备反应过程中复杂的气体流动及尾气系统对反应腔内部压力的控制直接影响着材料的生长质量、厚度均匀性等，且发生的复杂的气体化学反应及砷、磷等氢化物具有较强的毒性，对设备气路系统尤其是尾气系统提出了很高的要求。
　　本文首先简要介绍了MOCVD设备在LED半导体产业中的应用，以及设备整体组成系统。重点介绍了气路系统及其子系统尾气系统，结合气路工作原理图，通过对尾气系统工作原理进行分析，提出关键技术：尾气处理、对反应腔内部压力有影响的相关元件选取和设计。
　　其次，对尾气处理的关键部件--颗粒过滤器进行仿真分析。基于计算流体力学（CFD）的基本理论，建立颗粒过滤器滤芯数学模型，分析滤芯内部气体流场分布情况。并在此模型的基础上，计算颗粒过滤器滤芯相关结构参数（褶数、夹角、褶宽等）对过滤器压损的影响，提出减小颗粒过滤器中滤芯部分产生的压力损失的方案。
　　最后，根据颗粒过滤器的壳体结构，建立相应模型，利用有限元法对壳体内部的流场进行模拟仿真分析，通过改变壳体结构进行优化设计，提高流场分布均匀性，进一步减小颗粒过滤器造成的压损。

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1绪 论

1.1 概述

1.2尾气系统

1.3国内外研究现状

1.4研究内容和论文安排

2计算流体动力学基本理论

2.1流体基本特性

2.2流体动力学基本方程

2.3湍流数值模拟

2.4多孔介质模型

2.5 CFD数值计算

3平板式褶状滤芯仿真研究及分析

3.1滤纸数值计算模型建立

3.2滤芯数值计算模型建立

3.3计算结果与分析

4圆柱式褶状滤芯仿真研究及分析

4.1滤芯数值计算模型建立

4.2计算结果与分析

5颗粒过滤器结构模拟及优化设计

5.1颗粒过滤器外壳流场模拟

5.2颗粒过滤器外壳结构优化设计

6总结和展望

6.1本文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文