GaN-MOCVD设备反应室流场的CFD数值仿真

采用计算流体力学方法对生长半导体材料GaN的重要设备MOCVD(金属有机物化学气相沉积)反应室中的流场结构进行了三维数值仿真.数值模拟采用基于非交错网格系统的SIMPLE算法,用有限体积方法对控制方程进行离散,并采用改进的压力-速度耦合方法进行求解.数值仿真给出了具有复杂几何结构和运动方式的GaN-MOCVD反应室中的流场结构,研究了改变几何尺寸和运行参数对MOCVD反应室流场结构的影响,对正在试制开发中的MOCVD设备的几何结构的改进和运行参数的优化提出了指导性建议.     

GaN-MOCVD系统反应室流场的数值仿真

针对某高校自主研发的120型GaN-MOCVD系统反应室的流场,进行了计算流体力学(CFD)数值模拟.在模拟过程中,讨论分析了运行参数和反应室结构尺寸的变化对反应室内流场、压力场和温度场的影响及对工艺条件的优化.模拟结果表明,数值仿真对MOCVD设备的结构设计及调试运行具有重要的指导和辅助作用.     

MOCVD生产GaN气相、表面反应的数值模拟

采用计算流体力学方法对生长GaN的立式行星结构金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应室中的流场、空间气相反应和载片表面沉积速率进行了三维数值模拟,研究了载片旋转、反应室高度、氨气流量和基座不同温度布局方式对反应产物浓度分布和载片表面沉积速率等物理参数的影响,并对主要运行参数提出了优化建议,例如采用较低反应室高度、基座中心附近采用较低温度等.     

MOCVD生产GaN气相、表面反应的数值模拟

采用计算流体力学方法对生长GaN的立式行星结构金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应室中的流场、空间气相反应和载片表面沉积速率进行了三维数值模拟,研究了载片旋转、反应室高度、氨气流量和基座不同温度布局方式对反应产物浓度分布和载片表面沉积速率等物理参数的影响,并对主要运行参数提出了优化建议,例如采用较低反应室高度、基座中心附近采用较低温度等.     

ALD反应室流场分析及优化研究

为解决用于钙钛矿SnO₂电子传输层镀膜工艺的原子层沉积(ALD)设备存在的镀膜均匀性问题,基于计算流体力学(CFD)仿真软件Fluent,从流场的角度对设备反应腔体进行了分析。根据流场分析的结果,进行了反应室结构优化设计。并通过工艺试验,验证了流场的改善对镀膜均匀性有明显帮助作用;对ALD设备流场分析及相关设备的设计优化具有一定参考意义。     

ZnO-MOCVD水平反应室几何结构的模拟

采用基于计算流体力学(CFD)的数值计算方法,对自制的生长ZnO的MOCVD(金属有机物化学气相淀积)反应室内的流场进行了三维数值模拟和分析.数值模拟采用有限体积差分方法对系统的控制方程进行离散.通过解决流体的能量、动量、质量和物种守恒方程,研究了气体入口的倾斜角度对衬底表面淀积的ZnO分布的影响,并研究了不同的衬底位置对生长速率的影响.计算结果对ZnO-MOCVD系统结构的优化提供了一个有力的参考依据.     

ZnO-MOCVD水平反应室几何结构的模拟

采用基于计算流体力学(CFD)的数值计算方法,对自制的生长ZnO的MOCVD(金属有机物化学气相淀积)反应室内的流场进行了三维数值模拟和分析.数值模拟采用有限体积差分方法对系统的控制方程进行离散.通过解决流体的能量、动量、质量和物种守恒方程,研究了气体入口的倾斜角度对衬底表面淀积的ZnO分布的影响,并研究了不同的衬底位置对生长速率的影响.计算结果对ZnO-MOCVD系统结构的优化提供了一个有力的参考依据.     

MOCVD生长GaN材料的模拟

基于计算流体力学在三维空间中模拟了水平行星式金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应器生长GaN材料的流场、热场、反应物与生成物的分布以及材料生长速率等重要物理参数.计算结果与同样条件下的实验结果吻合程度相当高,表明化学反应机理和计算方法是非常可靠的,能够以此来模拟和指导GaN基材料的MOCVD生长工艺.研究并讨论了GaN的MOCVD生长中输入Ⅴ/Ⅲ比、进气口双束流上下比、总流量、反应室压力等工艺条件对局域Ⅴ/Ⅲ比的影响.     

基于回归正交设计的ICP刻蚀机工艺腔室流场特性分析

为研究感应耦合等离子体(IcP)刻蚀机工艺腔室结构对流场特性的影响,采用回归正交设计方法对腔室半径、腔室高度、进气口半径以及进气流量4个设计参数进行试验设计,利用商业软件CFD-AcE+建立IcP刻蚀机工艺腔室二维流场仿真模型.定义了静电卡盘上方气压分布均匀性评价函数,通过对试验结果的回归分析,确定了关键参数对气压分布均匀性影响程度的定量关系,并由此建立了拟合度较高的二次回归方程.结果表明腔室高度为最显著影响因素.经过验证可见,回归方程的计算结果与仿真分析结果保持了较高的一致性,可以为结构与工艺条件相近的刻蚀机、化学气相沉积(CVD)设备以及氧化/扩散系统的结构研究与设计提供参考.     

基于回归正交设计的ICP刻蚀机工艺腔室流场特性分析

为研究感应耦合等离子体(IcP)刻蚀机工艺腔室结构对流场特性的影响,采用回归正交设计方法对腔室半径、腔室高度、进气口半径以及进气流量4个设计参数进行试验设计,利用商业软件CFD-AcE 建立IcP刻蚀机工艺腔室二维流场仿真模型.定义了静电卡盘上方气压分布均匀性评价函数,通过对试验结果的回归分析,确定了关键参数对气压分布均匀性影响程度的定量关系,并由此建立了拟合度较高的二次回归方程.结果表明腔室高度为最显著影响因素.经过验证可见,回归方程的计算结果与仿真分析结果保持了较高的一致性,可以为结构与工艺条件相近的刻蚀机、化学气相沉积(CVD)设备以及氧化/扩散系统的结构研究与设计提供参考.     

Reactor design considerations for MOCVD growth of thin films

Metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) performance is optimized for growing titanium dioxide (TiO₂) thin films. Different gas flow directions and susceptor rotation, along with reactor geometry and shape variations are considered. Gravity proves to be an important parameter in changing the flow pattern in the reaction chamber. However, since film uniformity is not improved by changing the flow direction, modifying the reactor geometry is also proposed. Among the different geometrical parameters, the susceptor-inlet distance, inlet tube diameter, and susceptor size are considered. To minimize the occurrence of recirculation cells in the reaction chamber, modifications in the reactor shape are also suggested. Acceptable results are achieved by changing the cylindrical reactor to a diamond shape     

径向三重流MOCVD反应器壁面温度的数值模拟

将研究辐射换热问题的区域法引入壁面间的辐射换热计算,建立了MOCVD壁面温度的计算模型,应用该模型计算了径向三重流MOCVD反应器的壁面温度分布.结果表明,在反应器的不同部位,壁面温度分布的规律有所不同.当径向三重流MOCVD反应器处于自然对流的环境时,壁面的最大温差可达123K,如此大的温差将会对反应器内的气体流动和沉积过程产生影响;为了使反应器的温度保持在较为恒定的低温,外壁面的强制对流换热系数应大于84W/(m 2·K).     

Design of a three-layer hot-wall horizontal flow MOCVD reactor

A new three-layer hot-wall horizontal flow metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) reactor is proposed.When the susceptor is heated,the temperature of the wall over the susceptor also increases...     

基于激光雷达数据的首都机场风场模拟

低空风效应是指在特定的风况条件下,机场建筑物或其他位于跑道附近的人工结构对气流 造成显著扰动的现象,该效应易引起湍流甚至是出现风切变,进而给飞机的升降过程带来困难。 采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对首都机场进行风场模拟, 并基于CFD在输入风速设置上的局限性,提出一种将高精度、高分辨率的激光雷达测风数据 导入CFD的方法,来研究这些地物对首都机场风速的影响。通过对模拟结果的分析,在风速 为11~15 m/s的西北风条件下的东跑道以及在同等风速的东南风条件下的西跑道与中间跑道均受到较大影响。     

Mass transport analysis of a showerhead MOCVD reactor

The mass transport process in a showerhead MOCVD reactor is mathematically analyzed.The mathematical analysis shows that the vertical component velocity of a point over the substrate is only dependent on vertical distance and is independent of radial distance.The boundary layer thickness in stagnation flow is independent of the radial position too.Due to the above features,the flow field suitable for film growth can be obtained.The ceiling height of the reactor has important effects on residence time and the mass transport process.The showerhead MOCVD reactor has a short residence time and diffusion plays an important role in axial transport,while both diffusion and convection are important in radial transport.     

Model development of GaN MOVPE growth chemistry for reactor design

The metalorganic vapor phase epitaxy of GaN is complicated by the extensive and pervasive complex gas phase chemistry within the growth system. This gas phase chemistry leads to the high sensitivity of the material properties on the detailed fluid dynamics within the system. Computational fluid dynamics (CFD) based reactor modeling combined with gas phase kinetics studies was used to determine the transport and reaction behavior within a high performance vertical MOVPE reactor. The complexity of the growth chemistry model was increased in a step-wise fashion. At each step, the concentration profiles were determined using available recent kinetic data. The high gas flow rate typically employed in GaN MOVPE results in a very thin high-temperature flow sheet above the growth front, leading to an extremely high thermal gradient. Within this thin high-temperature flow sheet, a stratified chemical structure is formed as a result of the unique thermal fluid environment. This stratified structure is closely related to the transport and reaction behavior within GaN MOVPE processes and forms part of the engineering guidelines for GaN MOVPE reactor design.     

基于数值模拟的MOCVD反应器设计与优化

介绍了垂直喷淋式MOCVD反应器的最新计算机模拟仿真结果,并根据仿真结果对反应器的结构和参数进行了优化设计,应用在自行研制的用于GaN和四元化合物材料生长的设备中。     

MOCVD系统的气体流量自动控制研究

研究了金属有机物化学气相沉积(MOCVD)系统中气体流量的自动控制方法。研究分析了基于质量流量控制器、可编程序控制器和触摸屏的自动控制系统气体流量自动控制方法。该方法提高了MOCVD系统的自动化控制水平,确保了工艺的重复性和稳定性,使得MOCVD系统气体流量控制水平有显著提高。     

Operator dependence of 3-D ultrasound-based computational fluid dynamics for the carotid bifurcation

The association between vascular wall shear stress (WSS) and the local development of atherosclerotic plaque makes estimation of in vivo WSS of considerable interest. Three-dimensional ultrasound (3DUS) combined with computational fluid dynamics (CFD) provides a potentially valuable tool for acquiring subject-specific WSS, but the interoperator and intraoperator variability associated with WSS calculations using this method is not known. Here, the accuracy, reproducibility and operator dependence of 3DUS-based computational fluid dynamics were examined through a phantom and in vivo studies. A carotid phantom was scanned and reconstructed by two operators. In the in vivo study, four operators scanned a healthy subject a total of 11 times, and their scan data were processed by three individuals. The study showed that with some basic training, operators could acquire accurate carotid geometry for flow reconstructions. The variability of measured cross-sectional area and predicted shear stress was 8.17% and 0.193 N/m/sup 2/ respectively for the in vivo study. It was shown that the variability of the examined parameters was more dependent on the scan operators than the image processing operator. The range of variability of geometrical and flow parameters reported here can be used as a reference for future in vivo studies using the 3DUS-based CFD approach.