垂直式MOCVD反应器中热泳力对浓度分布的影响分析

从分子动力学理论出发,推导出垂直式MOCVD反应器中热泳力和热泳速度与温度、温度梯度、压强、粒子直径的关系式,以及热泳速度与扩散速度、动量速度平衡时的关系式.在典型的生长条件下,计算得到在温度T=605K时,热泳速度与扩散速度、动量速度动量平衡,TMGa浓度达到最大.然后在不考虑化学反应和考虑化学反应两种情况下,针对垂直式MOCVD反应器内的热泳力对粒子浓度分布和沉积的影响进行数值模拟,模拟给出反应粒子在反应器不同进口温度、衬底温度时的温度分布、浓度分布和反应速率.并与文献中的实验值进行对比,模拟结果与实验值有很好的吻合.     

多片式热壁 MOCVD 反应器的设计与数值模拟分析

本文提出一种多反应腔并联的水平热壁 MOCVD 反应器,反应器上下(左右)壁面都采用高温,减少了热泳力的排斥作用,提高了衬底上方的 TMG 浓度.由于取消了传统反应器的冷壁,减少了寄生产物的凝结,提高了反应前体的利用率和 GaN 的生长速率.可以多个反应腔并联生长,从而实现反应器的扩容.针对这种热壁式反应器,结合 GaN 的 MOCVD 生长进行了二维数值模拟,计算了不同流速、高度、长度和压力时反应器内流场、温场、浓度场分布以及生长速率,发现存在一个最佳的气体流速、反应器高度和长度条件,在此条件下,反应前体的产生与沉积达到平衡,从而有效抵消反应前体的沿程损耗,实现均匀的 GaN 生长.     

反向流动垂直喷淋式MOCVD反应器生长GaN的化学反应数值模拟

本文提出了MOCVD生长GaN的表面循环反应模型,将该反应模型应用于作者新近提出的反向流动垂直喷淋式反应器,进行三维数值模拟.得出反应器内流速、温度和TMGa浓度分布,以及GaN的生长速率分布.将此计算结果与传统的反应器情况进行对比,发现在相同参数情况下,两种反应器的衬底上方温度分布都比较均匀,近衬底处温度梯度较大,高温区域被压制在离衬底较近的区域,流线均比较平滑,在衬底上方没有明显的旋涡;新型反应器内反应气体在近衬底处的浓度均匀性以及GaN在基片表面的沉积均匀性都优于传统反应器,但沉积速率小于后者,大约只有后者的1/2.     

西门子反应器中硅棒热电行为数值模拟与分析

改良西门子法制备多晶硅过程中,化学气相沉积所需能量全部由电流加热硅棒提供.本文考虑多晶硅还原炉中辐射和对流热量传递形式,耦合频率控制的焦耳电加热方程,建立了12对棒多晶硅还原炉热场-电磁场耦合模型,并通过工业数据验证了其模拟结果的合理性.分析了硅棒半径、交流电频率以及反应器壁发射率对西门子还原炉内、外硅棒内部温度及电流密度分布的影响.结果表明:当硅棒半径增长到所用交流电频率引起的趋肤深度时,交流电趋肤效应开始显著影响硅棒内部温度梯度;交流电频率的增大,硅棒内部温度梯度逐渐减小;反应器壁发射率增加,低频时硅棒内部温差增大,而高频时发射率对硅棒内部温度分布影响不再显著.     

西门子反应器中硅棒的热传递模型

考虑西门子反应器中对流、辐射以及化学反应热三种热传递形式,建立了硅棒的二维轴对称热传递模型.相比于对流和化学反应热,辐射是最主要的传热方式.基于此模型分析了12对棒西门子反应器中硅棒辐射位置和反应器壁发射率对硅棒内部径向温度分布以及电流密度分布的影响.结果表明:直流电加热时,硅棒内部径向方向上形成了明显的温度梯度,且外环硅棒内部温度梯度要大于内环硅棒温度梯度;降低反应器壁发射率,外环硅棒温度梯度减小,电流密度分布更为均匀.     

垂直转盘式MOCVD反应器中GaN化学反应路径的影响研究

对垂直转盘式MOCVD反应器生长GaN的气相化学反应路径进行研究.结合反应动力学模型,分别采用预混合进口但改变反应腔高度,以及采用环形分隔进口,对反应器的温场、流场和浓度场进行CFD数值模拟,由此确定反应器结构参数对化学反应路径的影响.通过观察主要含Ga粒子的浓度分布以及不同反应路径对生长速率的贡献,判断该反应器可能采取何种反应路径.研究发现,RDR反应器的主要反应路径是TMG热解为DMG,DMG为薄膜沉积的主要前体.反应腔高度变化对反应路径影响较小,但生长速率略有增大;当从预混合进口改为环形分隔进口时,生长更倾向于TMG热解路径,同时生长速率增大,但均匀性变差.     

泡生法蓝宝石单晶不同生长阶段的数值模拟研究

针对泡生法蓝宝石单晶生长的不同生长阶段的温场、流场和固液界面形状进行数值模拟研究.并分析了加热器相对坩埚的轴向位置和不同生长速率对蓝宝石单晶生长的影响.结果表明:在蓝宝石单晶生长中,在靠近坩埚壁面和固液界面的熔体内,等温线密,温度梯度较大;在靠近坩埚底部的熔体内,等温线稀疏,温度梯度较小.随着晶体高度的增加,熔体对流由放肩阶段的两个涡胞变成等径阶段的一个涡胞,熔体平均温度有小幅度下降;加热器相对坩埚的轴向位置对晶体生长炉内温场和固液界面形状影响很大,随着加热器位置上移,晶体内平均温度升高,温度梯度减小;熔体内平均温度降低,温度梯度增大.同时固液界面凸度增大.随着晶体生长速率增大,固液界面凸度增大,界面更加凸向熔体.     

大尺寸HVPE反应器寄生沉积的数值模拟研究

在氢化物气相外延(HVPE)生长GaN厚膜中,反应腔壁面总会产生大量的寄生沉积,严重影响薄膜生长速率及质量.本文针对自制的大尺寸垂直式HVPE反应器,通过数值模拟与实验对比,研究了反应腔壁面沉积以及GaN生长速率的分布规律,特别是寄生沉积分布与载气流量的关系.研究发现:在基准条件下,顶壁寄生沉积速率由中心向边缘逐渐降低,与实验结果吻合;侧壁沉积出现8个高寄生沉积区域,对应喷头边缘处排布的GaCl管,说明沉积主要取决于GaCl的浓度输运;模拟得出的石墨托表面生长速率低于实验速率,但趋势一致.保持其他条件不变,增大NH3管载气N2流量,顶壁和侧壁的寄生沉积速率及分布区域均随之增大,石墨托表面生长速率随之减小而均匀性却随之提高;增大GaCl管载气N2流量,顶壁和侧壁的寄生沉积速率及分布区域均随之减小,石墨托表面生长速率随之增大而均匀性却随之降低.研究结果为大尺寸HVPE反应器生长GaN的工艺优化提供了理论依据.     

硅烷热分解生产多晶硅的三维模拟

本文建立了硅烷和氢气体系中气体动量、热量和质量同时传递,并且耦合硅烷热分解反应的多晶硅气相沉积模型,选择适宜的物理模型和边界条件通过流体力学软件Fluent 6.3.26进行数值模拟.之后模拟了进气组成、反应温度、反应压力及进口速度等因素对沉积特性的影响,得到结论:当进气组成、反应温度和反应压力增大时,硅的沉积速率增大、单位能耗降低;当进气速度增大时,硅的沉积速率和单位能耗均呈增大趋势;在进口区域硅沉积速率随着硅棒延伸增大,在离进口较远的区域,硅沉积速率随着硅棒延伸而减小.     

氧分压与沉积速率对ITO薄膜性能的影响

本文侧重研究利用电子束蒸发技术制备ITO透明导电薄膜过程中氧分压、沉积速率对其性能的影响.研究发现,随着氧分压的增大,样品透光性和导电性均呈现先增大后减小的趋势;通过计算得出禁带宽度随着氧分压的增大也呈现先增大后减小的趋势.对沉积速率对样品性能的影响进行了研究,结果表明沉积速率降低有利于样品性能的改善.     

金刚石表面化学镀铜的研究

为了改善金刚石与金属基体的润湿性,利用化学镀的方法在金刚石粉体表面成功的进行了镀铜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段研究了pH值及添加剂对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,没有反应发生;pH值在10.5～12.5时,镀速随pH值的增大而增大,XRD图谱中开始有铜的衍射峰出现,且衍射峰随pH值的增大而增强;pH值大于12.5时,镀速开始随pH值增大而下降,衍射峰开始随pH值增大而减弱.当pH值为11时,金刚石基体有裸漏现象,镀层较薄;pH值为12时,镀层表面较为致密、结合较好、有一定厚度且包覆严实;pH值为13时,镀层开始变得粗糙,有卷边、起皮及脱落现象.当向镀液中分别添加适量的亚铁氰化钾及二联吡啶时,能够提高镀液的稳定性,两种添加剂对铜的化学沉积都有阻化作用,降低铜的沉积速率,使镀层光亮致密.     

人造金刚石表面电镀镍工艺研究

采用电镀工艺对人造金刚石表面镀镍.用扫描电镜及X射线衍射方法表征不同增重率的电镀金刚石的形貌和物相;用金刚石单颗粒抗压强度测定仪测试不同增重率的单颗金刚石的抗压强度.结果表明:电镀镍金刚石表面粗糙度随镀层增重率的增大而增大;400℃处理30 min的电镀镍金刚石样品较未热处理样品的XRD图谱中,金刚石和镍均出现了峰位蓝移的现象;通过电镀方法制得的不同增重率的电镀镍金刚石样品,平均抗压强度较未镀镍金刚石有很大提高,且平均抗压强度随镀层增重率的增大而增大,经400℃处理30 min的电镀镍金刚石平均抗压强度比未热处理的电镀镍金刚石也有略微增大.     

氨气浓度对碳纳米管生长影响的研究

利用等离子体增强化学气相沉积系统,用CH4、NH3和H2为反应气体,在沉积有100nm厚Ta过渡层和60nm厚NiFe催化剂层的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构.结果表明当氨气浓度为20;、40;和60;时,碳纳米管的平均长度分别为3.88μm、4.52μm和6.79μm,而其平均直径变化不大,均在240nm左右.最后,分析讨论了氨气浓度对碳纳米管生长和结构的影响.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

固化剂对磷酸盐粘结剂固化行为的影响研究

本文以H3PO4和Al(OH)3为原料制备磷酸铝粘结剂,探讨了不同固化剂ZnO、CuO、Cr2O3对其固化行为的影响.采用XRD、邵氏硬度仪、TG-DSC等分析手段研究了磷酸盐粘结剂的物相组成、硬度、吸湿率及其固化机理等.结果表明:当P/Al摩尔比为3∶1.3时,磷酸铝粘结剂的理论固化温度为262℃,固化后产物为AlH2P3O10·H2O.固化剂的加入可以有效地缩短固化时间和提高涂层性能,以CuO为最佳.当CuO添加量不低于8wt;时,磷酸盐粘结剂固化时间最短,为2.5 h;吸湿率最低,为4.21wt;.当CuO添加量为6wt;时,涂层硬度最大,为99.2 HA.其对应的理论固化温度为145℃,固化产物为Al4(PO4)3(OH)3·xH2O和少量的Cu4P2O9·H2O.     

介质环境对TGFB晶体生长的影响

本文精确测定了pH值在1.4～3.0,温度在300.15～319.15K范围内氟铍酸三甘肽(简称TGFB)的溶解度,拟合出溶解度与pH值的经验方程.用静态体视显微法测定了溶液的pH值,溶液中杂质离子(FeF-36,SiF2-6)浓度及表面活性剂(十二烷基磺酸钠,十六烷基三甲基溴化铵)浓度与TGFB(110)晶面生长速率的关系曲线,并进一步讨论了它们的影响机理.     

退火处理对DKDP晶体光学均匀性的影响研究

分别对不同生长速度的DKDP晶体进行了退火处理.结果表明,适当温度的退火处理能有效地提高晶体的光学均匀性,尤其是对快速生长的晶体质量提高更为显著.在实验温度范围内,退火温度越高,质量改善越明显.对退火机理进行了初步讨论.     

组分挥发对CBO晶体生长影响研究

非线性光学晶体CsB3O5(简称CBO)在生长过程中,原料组分的挥发影响了单晶的生长.本文利用XRD,DTA等手段对挥发物的成分进行表征,结果表明挥发物的主要成分是Cs2O,并探讨了原料组分的挥发对结晶状况的影响,以期探索和优化晶体生长工艺.     

硫酸盐对KDP晶体完整性的影响

本文利用高分辨X射线衍射技术,在"点籽晶"陕速生长法基础上,研究了掺杂K2SO4对KDP晶体锥面及柱面扇形结构完整性的影响.结果表明,在5×10-5的掺杂条件下,K2SO4对KDP晶体不同扇形区域的影响略有不同,其原因主要在于[SO42-]与KDP晶体各扇形相互作用不同有关.     

电场对氧化镍电子结构的影响

采用超软赝势电子平面波密度泛函理论的方法研究了立方相氧化镍不同外电场下的电子结构.结果表明,立方相氧化镍的晶格参数和对称性保持不变,共价键的成分增强;体系总能在外电场下增大;其间接带隙宽度在外电场下减小.费米能级附近的态密度和电子浓度在外电场下有增大的趋势.电场作用下,立方相氧化镍价带顶的电子有效质量增大,Ni的d态贡献电子能力减弱,O的p态贡献电子能力有所增强,Ni-O结合键强度增大.