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过程中回流现象的数值模拟

在金属有机物化学汽相淀积过程中，反应器中的回流现象严重影响生长层的界面陡峭性．本文从关于ＭＯＣＶＤ的流体力学基本方程出发，用二维有限差分和流函数涡量法求解方程，取得了不同条件下气流场的流谱．计算结果表明，减小反应器坛强、增加运载气体流量等方法可以消除回流．本文所用的流函数－涡量法具有简单、明了，运算速度快等优点．     

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.     

卧式MOCVD反应器内涡旋分布数值模拟

本文用有限元法,通过求解耦合的动量、能量微分方程组,对卧式冷壁MOCVD反应器内气体流动出现的涡旋分布进行了数值模拟,文中考虑了热浮力及反应器几何参数对涡旋分布的影响,同时讨论了涡旋发生与无量纲参数Gr、Re的比值Gr/Re~2的关系。计算结果表明,适当控制比值Gr/Re~2可以避免涡旋产生,从而为获得均匀生长速率提供了理论指导。本文的方法可用于类似地二维或轴对称流动涡旋分布的数值模拟。     

径向三重流MOCVD反应器输运过程的数值模拟

对径向三重流MOCVD反应器的输运过程进行了二维数值模拟研究.在模拟计算中,分别改变反应腔几何尺寸、导流管位置、流量、压强、温度等条件,得到反应器流场、温场、浓度场的相应变化.根据对模拟结果的分析,发现反应腔内涡旋首先在流动的转折处产生,上下壁面温差的加大使涡旋增大,中管进口流量的增加对涡旋产生抑制作用,内管和外管流量的增加对涡旋产生扩大作用.得出输运过程的优化条件为:反应腔上下壁靠近,导流管水平延长,中管进口流量尽量大于内、外管流量,压强尽量低于105Pa,上下壁面温差尽量减小等.     

径向三重流MOCVD反应器输运过程的数值模拟

对径向三重流MOCVD反应器的输运过程进行了二维数值模拟研究．在模拟计算中，分别改变反应腔几何尺寸、导流管位置、流量、压强、温度等条件，得到反应器流场、温场、浓度场的相应变化．根据对模拟结果的分析，发现反应腔内涡旋首先在流动的转折处产生，上下壁面温差的加大使涡旋增大，中管进口流量的增加对涡旋产生抑制作用，内管和外管流量的增加对涡旋产生扩大作用．得出输运过程的优化条件为：反应腔上下壁靠近，导流管水平延长，中管进口流量尽量大于内、外管流量，压强尽量低于10.5Pa，上下壁面温差尽量减小等．     

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).     

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).     

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.     

水平式隧穿磁强计的建模与仿真

隧穿磁强计是一种基于量子力学中隧道效应原理的新型磁强计，该文给出了两种隧穿磁强计方案，一种是洛伦次力方向和敏感元件平面相互垂直的垂直式方案，另一种是洛伦次力方向和敏感元件平面相互重合的水平式方案，分析了垂直式方案的加工难点。建立了水平式隧穿磁强计的敏感元件——质量弹簧系统的模型，推导了系统刚度和1阶固有频率的计算式，应力仿真图、静力变形仿真图和1阶振型仿真图均符合设计要求，结果证明模型是正确的。     

几何横向比例对金属孔阵列强透射特性的影响

设计了三种不同的几何横向比例(孔直径与晶格间距的比值)来研究其对金/二氧化硅/硅圆孔阵列组成的光子晶体强透射特性的影响。采用平面波展开法模拟了在三个不同的几何横向比例(0.4;0.5;0.6)条件下硅光子晶体的光子带隙。理论模拟结果发现比例为0.5、由正三角形晶格组成的硅光子晶体能够得到一个较好的具有两个宽带隙且大的中间频率的光子带隙。采用微机电(MEMS)技术制作了比例分别为0.4、0.5和0.6的正三角形晶格圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。实验结果表明,比例为0.5时,该结构能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。     

倒装焊中复合SnPb焊点形态模拟

本文给出了倒装焊(flip-chip)焊点形态的能量控制方程,采用Surface Evolver软件模拟了倒装焊复合SnPb焊点(高Pb焊料凸点,共晶SnPb焊料焊点)的三维形态.利用焊点形态模拟的数据,分析了芯片和基板之间SnPb焊点的高度与焊点设计和焊接工艺参数的关系.研究表明:共晶SnPb焊料量存在临界值,当共晶SnPb焊料量小于临界值时,焊点的高度等于芯片上高Pb焊料凸点的半径值;当共晶SnPb焊料量大于临界值时,焊点的高度随共晶SnPb焊料量的增加而增加.另外,采用无量纲的形式给出了焊点高度与共晶焊料量、焊盘尺寸、芯片凸点的尺寸,芯片重量之间的关系模型,研究结果对倒装焊焊点形态的控制、工艺参数的优化和提高焊点可靠性具有指导意义.     

大尺寸HVPE反应室生长GaN的数值模拟

利用有限元法对单片6英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底用氢化物气相外延(HVPE)生长系统的工艺参数进行了数值模拟和优化.通过建立反应室二维几何模型,依次改变HVPE系统中的GaCl,NH3和分隔气(N2)流速等主要参数进行数值模拟,研究分析了反应室内各反应物的浓度分布和衬底上GaN的生长速率变化,同时考虑了涡旋分布以及GaCl出口管壁上寄生沉积等对衬底上GaN生长的影响,并给出了HVPE系统高速率均匀生长GaN的优化参数.模拟分析还表明,适当降低HVPE反应室内的压强可以改善衬底上GaN生长的均匀性.     

插入式超声化学反应器的设计与仿真研究

超声辅助水样消解技术实现了水质多参数检测的快速性、准确性,而声化学反应器在超声消解法中起到了关键性作用。从理论方面分析了影响超声波在声化学反应器中能量传播的主要因素是反应器结构和几何尺寸;采用ANSYS软件仿真,设计了一种变幅杆插入式声化学反应器。通过MATLAB软件进行声场仿真分析,与槽式相比,插入式具有降低能量损耗,提高传播效率的优势。设计实验证明,基于插入式化学反应器的超声辅助快速检测方法测得标准邻苯二甲酸氢钾(KHP)溶液的化学需氧量(COD)值同国标法测得的COD值非常接近,准确度在-9.2%~4.4%,且测量重复性好,周期较短。该方法更有利于水质在线检测技术。     

竖直式HVPE反应系统的理论模拟与GaN厚膜生长

根据流体动力学模型,研究了反应气体在反应室内的浓度分布,以及反应室的温场分布.NH3浓度在衬底附近分布均匀,而GaCl浓度在衬底中心区域较大,周边较小.实验结果表明,外延层在中心区生长速率为260μm/h,周边为140/μm/h.X射线摇摆曲线半高宽为141".O杂质的引入,使得样品具有较强的黄光发射.