MOCVD与HVPE双腔体设备源气输送系统的研究与设计

摘要

随着半导体技术的不断发展，半导体材料已经发展到了第三代，GaN单晶体材料凭借其优越的性能，成为第三代半导体材料中迄今理论上电光转换效率最高的材料体系。MOCVD技术主要用于生长高质量的GaN薄膜材料。氢化物气相外延（HVPE）技术是制备GaN衬底的主要方法，研究HVPE技术，并将其与MOCVD技术结合，从而实现同质外延，是一项比较迫切并且有意义的研究工作。
　　本文首先介绍了MOCVD和HVPE技术在LED半导体产业中的应用，以及发展HVPE进行氮化镓制备的意义。简单介绍了HVPE技术原理进行，并对实现氮化镓衬底批量生产问题，介绍了本课题组设计的新型HVPE反应腔体。提出了将该新型HVPE反应腔和MOCVD反应腔结合的双腔体设备方案，以实现氮化镓衬底制备和LED结构生长的流水线式生产。
　　其次，对MOCVD源气输送系统设计提出了分离式管路设计思路，以满足大腔体和多腔体设备对大流量源气的设计要求。并且对MOCVD和HVPE双腔体源气输送系统进行了分离式设计。
　　最后对MOCVD和HVPE双腔体源气输送系统各部分子系统进行了着重介绍了，包括MO源供应管路、RUN-VENT主管路，载气纯化管路、氨气纯化管路以及HCl稀释管路。提出了零死区MO源供应管路方案以及零死区RUN-VENT管路方案，同时利用流体力学和稀物质传输方面的知识，对管路进行了相关的计算，提供优化设计方向。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究概况

1.2.3 国内研究概况

1.3 研究内容和论文安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 论文安排

2 流体力学和稀物质传输基础

2.1 流体力学基础知识

2.1.1 牛顿内摩擦定律

2.1.2 伯努利方程

2.1.3 层流和紊流

2.2 稀物质传输基础知识

2.2.1 质量平衡方程

2.2.2 物质扩散系数

3 MOCVD和HVPE双腔体方案

3.1 HVPE原理及新型反应腔介绍

3.2 HVPE和MOCVD双腔体设计方案

4 MOCVD和HVPE双腔体源气输送系统设计

4.1 双腔体源气输送系统

4.1.1 分离式管路系统设计

4.1.2 双腔体源气输送系统总成

4.2 MO源供应管路系统

4.2.1 MO源供应管路原理

4.2.2 双腔体MO源供应管路

4.2.3 MO源供应管路零死区设计

4.3 RUN-VENT主管路系统

4.3.1 管路压差控制

4.3.2 MO源切换管路和自动补偿控制

4.3.3 RUN-VENT管路零死区设计

4.4 流场控制气路系统

4.4.1 共用的载气管路

4.4.2 共用的氨气供应管路

4.4.3 HVPE独立的HCl气体供应管路

4.5 管路仿真计算

4.5.1 多支路管流态控制

4.5.2 稀释管路气体混合程度计算

4.5.3 管路死区残留气体分析

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录