MOCVD反应室感应加热装置的研究

摘要

金属有机化合物化学气相沉积（英文简写 MOCVD）是制备半导体器件或部件的重要技术，已成为现今半导体照明材料使用最广泛的薄膜制备技术。反应室是制造MOCVD设备的关键和难点，它的设计直接决定着半导体薄膜材料的最终质量；而半导体材料的生长厚度与反应室的温度分布密切相关，因此对反应室加热系统的研究具有非常重要的意义。
　　本文针对自主研发的MOCVD设备，为了减少其反应室内加热装置的制造成本，提出了一种安全、低价的中频感应加热系统，用于替代以往设备中价格昂贵的直流电阻炉加热器。
　　根据感应加热的原理及感应加热式 MOCVD设备的特点，本文在ANSYS环境下建立了其反应室的3D模型，并通过有限元法对其简化二维模型的感应电磁场和温度场进行了耦合仿真分析，重点研究了反应室石墨基座表面的温度场分布情况。
　　论文研究了电流强度、电流频率对磁场分布、基座中焦耳热分布及温度场分布的影响，发现电参数与加热效率成正比，与温度均匀性成反比，同功率下温度的均匀性随着电流频率的增大而降低。
　　论文还研究了结构参数对感应加热的影响，发现了线圈匝数、线圈厚度、线圈形状、线圈相对位置、石墨厚度与其磁场、温度场结果的关系，并根据关系的变化情况寻找到相关经验数据。
　　利用以上分析的结论及部分经验数据，本文对感应加热装置的结构进行了优化，设计并制作了合理的感应器样机，通过实验验证可得到较为均匀的温度场，基本满足MOCVD设备对温度的需求。

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第1章 绪论

1.1 MOCVD设备概述

1.2 MOCVD国内外研究现状

1.3 MOCVD加热系统概述

1.4 研究目的和意义

1.5 本文研究工作及结构安排

第2章 感应加热装置的建模

2.1 感应加热原理

2.2 感应加热的控制方程

2.3 感应加热的边界条件

2.4 感应加热的仿真软件

2.5 本章小结

第3章 电参数对感应加热装置的影响

3.1 感应加热的ANSYS模型和仿真

3.2 电流大小对感应加热装置的影响

3.3 电流频率对感应加热装置的影响

3.4 同功率下电参数对感应加热装置的影响

3.5 本章小结

第4章 结构参数对感应加热装置的影响

4.1 线圈匝数对感应加热的影响

4.2 线圈形状对感应加热的影响

4.3 线圈厚度对感应加热的影响

4.4 线圈相对位置对感应加热的影响

4.5 石墨厚度对温度场的影响

4.6 本章小结

第5章 感应加热装置的优化及样机实验

5.1 感应加热样机设备简介

5.2 感应加热装置优化方案一

5.3 感应加热装置优化方案二

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献