多片式衬底HFCVD系统沉积金刚石颗粒物理场的仿真优化

探索热丝化学气相沉积(hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)合成高效优质的金刚石已成为研究热点。采用可提高金刚石颗粒单次沉积产量的新型多片式栅状衬底,应用FLUENT流体仿真软件,在原有单个出气口数量及进气总流量保持不变的情况下,优化传统模型,将单个进气口拆分成5个大小相等的进气口,对影响金刚石单晶颗粒均匀性的进气口数量和排布方式工艺参数进行仿真,对比分析HFCVD系统内气体的物理场。结果显示:4组优化模型均提高了衬底温度及流速的均匀性,有利于金刚石单晶颗粒的均匀生长,但对其沉积速率影响不显著;进一步分析优化模型的温度场,发现5个进气口及单个出气口分别位于反应腔体顶部和底部的中间位置时系统的温度差最低,最满足金刚石单晶颗粒在多片式硅衬底上均匀生长的条件。HFCVD金刚石单晶颗粒沉积试验验证了仿真结果的正确性。

吹油器进气口排布方式的仿真优化设计

磨削加工后复杂形状工件表面易附有磨削液、切屑等杂质,气枪对其难以起到较为理想的清洗作用。机械吹油器利用机械运动与高压气体相结合,可对工件内外表面进行全面清理,但该设备对工件的清理效果、效率主要依赖于高压进气口的排布方式。因此,通过利用FLUENT流体分析软件,对多组不同进气口排布方式的吹油器进行模拟计算,并对吹油器工作时设备内部压力场与流速场进行分析,可得出较优的进气口排布方式:当吹油器设有7个进气口,进气口距工件水平距离65 mm、与底面呈45°夹角时,或当吹油器设有9个进气口,进气口距工件水平距离65 mm、与底面呈60°夹角时,设备清洗效果、效率最佳。仿真优化结果可用以指导设备结构改进。