SiC化学气相沉积反应器内温度场模拟

摘要

随着电子设备如大功率照明设备(LEDs)等向小型化、大功率、高温及高频应用方向的发展,硅的地位逐渐被宽带隙材料如碳化硅(SiC)等取代。 化学气相沉积作为SiC生长的重要方法,由于反应器中气体流动具有复杂与不可观察的特点,国内对反应器内部流场研究只处在起步阶段。已有研究表明温度是影响SiC生长质量和速度的主要因素之一。为了得到合理的温度场分布,在实际生产中常采用“试错法”逐步控制晶体生长质量,时间和经济耗费巨大。 本文通过建立立式CVD的三维模型,采用数值模拟方法分析CVD内部的流场和温度场。通过建立CVD的计算模型,输入反应气体的流体力学和热力学参数,通过ANSYS/CFX进行数值计算,最终得到CVD的温度场。 在计算中,考虑了石墨基座的旋转速度影响。分别得到了无旋转、低速旋转、高速旋转下的温度场,并将结果进行了比较。结果表明基座转速对CVD内的温度场影响非常明显,这一结论仅通过二维模拟是难以得出的。 论文结果为SiC的CVD生长过程控制或CVD设备的研制提供有益参考。

目录

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第1章绪论

1.1碳化硅(SiC)材料与晶体附生生长

1.3化学气相沉积及生长模拟

1.3研究现状

1.4研究内容

1.5研究方法

1.6研究意义

第2章流体有限体积法

2.1计算流体力学简介

2.2流体运动控制方程

2.3求解流体运动的数值计算方法

2.3.1有限体积法的通用变量方程

2.3.2有限体积法

2.3.3有限体积法的求解步骤

2.4边界条件处理

2.5小结

第3章OVD流场模型

3.1 ANSYS/CFX简介

3.2 CVD物理模型

3.3流场物理模型

3.4划分网格

3.5边界条件

3.5.1入口、出口边界条件

3.5.2壁面条件

3.6流体性质

3.7求解设置

3.8 CFX命令语言(CCL)

3.9小结

第4章绝热流场模拟

4.1 SiC在CVD的工作气体特性

4.2 SiC在CVD生长的反应原理

4.3基座固定时的流场特性

4.4基座旋转时的流场特性

4.5小结

第5章CVD温度场模拟

5.1固定基座温度场

5.2基座低速旋转的温度场

5.3基座中速旋转的温度场

5.4基座高速旋转的温度场

5.6小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢