PMOCVD生长InAlN的计算流体动力学模拟研究

摘要

当In含量为17.6％时,InAlN晶格可与GaN晶格实现晶格匹配无应力状态,因此可避免由于晶格失配产生的一系列问题。但是由于InN和AlN两种材料的生长特性差异较大,使得高质量高In含量InAlN材料的生长成为目前国际性难题。
　　PMOCVD(脉冲金属有机物化学气相淀积)是西安电子科技大学提出的生长高质量高In含量InAlN材料的一种新工艺方法,其工艺特征是反应源脉冲分时通入反应室,能很好的控制InAlN的生长,其研究报道受到广泛关注。
　　本文采用流体动力学模拟软件 FLUENT,对PMOCVD生长InAlN的流体动力学行为进行系统的仿真分析研究。根据西安电子科技大学宽紧带半导体实验室自制的120-MOCVD反应室结构,建立了反应室的 FLUENT仿真模型;通过FLUENT软件的用户自定义模块(UDF),用 C语言编写了 PMOCVD的脉冲文件;采用FLUENT软件,对常规MOCVD的连续流量和PMOCVD的脉冲流量的流体动力学行为进行对比分析。仿真结果表明,PMOCVD可以降低各气源在反应室腔体内的混合,从而能有效的降低预反应,达到提高材料质量的目的。基于上述研究结果,对PMOCVD法生长InAlN材料的工艺模拟参数进行优化,反应室压强、生长温度和脉冲时间的优化结果分别为200torr、973K和18s。与实验结果相对比,得到了一致的结论。这既说明了模型的可适用性,同时可为以后的实验预先进行模拟,优化出生长范围,提供一些有价值的参考。

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第一章 绪论

1.1 InAlN材料研究背景及潜在优势

1.2 InAlN材料的研究进展

1.3 CFD仿真的研究意义和现状

1.4 本文研究内容

第二章 InAlN材料特性与生长技术

2.1 InAlN材料基本特性

2.2 材料生长的关键技术

2.3 InAlN生长的PMOCVD技术

2.4 本章小结

第三章 计算流体动力学理论基础

3.1 CFD的基本方程

3.2 FLUENT仿真软件

3.3 UDF模块

3.4 本章小结

第四章 PMOCVD生长InAlN的FLUENT模拟仿真

4.1 PMOCVD反应室

4.2 脉冲波形的实现

4.3 模拟的基准条件

4.4 连续与脉冲的FLUENT模拟结果对比分析

4.5 单工艺参数变量的FLUENT模拟研究

4.6 本章小结

第五章 本文的工作总结

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间的研究成果