多晶硅CVD反应器中新型热管的开发与仿真

基于已有的新型多晶硅CVD反应器,设计出有利于获得理想速度场和温度场的特殊热管结构,并对其进行了有限元强度分析和结构改进。对不同壁面发射率和不同壁面温度的热管进行了CFD仿真,计算得出:随着热管壁面温度的升高,多晶硅还原炉内环境温度也随之升高,但是多晶硅棒的总能耗与辐射能耗却随之降低;壁面温度从423 K上升至623 K时,硅棒总能耗和辐射能耗分别下降了2.84%和3.87%;随着发射率的降低,多晶硅还原炉内的环境温度、硅棒总能耗和辐射能耗都呈现下降趋势;硅棒的总能耗和辐射能耗分别下降了21.75%和24.42%。

CVD反应器中成膜与成核竞争机制的实验研究

利用管式热化学气相淀积反应器,研究了化学气相淀积过程中成核与成膜的竞争机制。结果表明,增加反应器操作压力、提高反应温度和反应物浓度,有利于粒子的生成而不利于薄膜淀积。在反应器中,淀积薄膜的表面形态各不相同。

大面积微波CVD反应腔中电磁场分布的研究

根据大面积微波 CVD反应腔的简单模型 ,采用 FIT算法计算了腔内的电磁场 ,并用计算机模拟了反应腔中电磁场的分布 ,寻找影响腔内电磁场分布的参数 。

基于CAD/CFD理论对连续制备SiC一维纳米材料CVD反应室结构的设计与模拟优选

根据自主研制的用于制备SiC一维纳米材料的可控气氛炉内的空间尺寸以及通气方式,设计了4种不同结构的化学气相沉积(CVD)反应室("S"型结构,"三角"型结构,"双三角"型结构,"回"型结构),并基于CFD原理,使用Fluent软件对这4种反应室内的温度场及气流场进行了模拟,得到了各反应室内温度及气体流速的分布云图。通过比较分析发现,在达到稳态后,4种结构反应室内气孔附近的温度均比较低;但气流场模拟结果显示,"回"型结构CVD反应室内,在产物生长的基片表面附近存在气体流量最多且层流面积最大,适于SiC纳米线生长的面积最大,最适用于SiC一维纳米材料的连续制备,其结果已被实验验证。

CVD反应器传输过程的三维数学模型

提出了一个同时表示CVD过程的气体流动、温度分布和物质传输的三维数学模型。应用这个模型预报了在含有SiCl_4的氢气流中沉积出Si的锥台式反应器中的速度场、温度场和浓度场。所得的结果有助于增进对这类反应器中的传输过程的认识,模型亦可用于设计参数的最优化,诸如入口流量,锥台倾角等。

利用量子化学方法研究CVD反应机理

详细介绍了通过量子化学结合统计及经典热力学对CVD体系进行的化学反应热力学研究,阐述了国内外相关的研究进展,指出了研究CVD反应机理目前存在的问题以及未来研究的重点,介绍了如何通过可靠的理论计算建立CVD体系相对完整的热力学数据库,以及对CVD体系反应机理的理论预测方法。

截锥附面层及其在桶式CVD反应器中的应用

在半导体材料工业与科研中,对气相外延反应器(即CVD反应器)中硅外延层生长速率的研究提出了计算截锥速度与质量附面层的问题.桶式CVD反应器是一种先进的反应器,其剖面简图如图1所示,基座为截锥形,含硅气体自上而下流过。对基座上外延层的生长均匀性要求很高,它与各点生长速率有关,而在质量转移控制过程中,生长速率取决于气相质量转移系数。其中(?)为质量(浓度)附面层厚度。为此,本文给出截锥纵向绕流时的速度和质量附面层厚度的计算方法,并考虑了器壁效应的影响,为桶式CVD反应器的研究与设计提供了理论依据。

浮动催化气相沉积反应器内温度与流场动力学模拟

通过流体动力学模拟(CFD)计算确定了反应器内涡流的形成,研究了涡流的形成原因并通过改变管式反应器的内径和材质使涡流消失。涡流的判断可以通过格拉斯霍夫数(G_(r))表示,数值模拟结果表明:管反应器的内径由70 mm减小到50 mm,G_(r)数趋于稳定,反应器内涡流的形成明显减弱,气流偏离中心幅度减小直至消失。通过改变管反应器的材质,减小表面温度θ_(s)和炉内温度θ_(∞)之间的差值也可以达到涡流消失的目的。

区熔用多晶硅棒制备技术浅析

区熔多晶硅产品纯度要达到13N以上,同时硅棒要满足各项性能指标要求。由于研制周期长、制备难度大,国外工艺技术完全封锁,而国内多晶硅产业起步较晚,对高纯度产品质量的过程管控、工艺技术路线及检测分析方法等基础性研究薄弱。本文重点分析了硅烷CVD法和改良西门子法制备区熔用多晶硅的技术路线,从产品原料控制、核心设备结构、关键材料、反应机理等方面进行了综合分析,在总结不同工艺路线特点的基础上对区熔多晶硅相关领域的发展前景进行了展望。

基于数值模拟电子级多晶硅还原炉流动结构改进研究

针对现役电子级多晶硅还原炉炉内气体循环不强、硅棒桥接处沉积质量较差的问题,提出了调整喷嘴直径的优化方案,并利用建模工具建立了原有设计和优化设计的物理模型,对炉体内部的混合气体流动、硅芯电阻加热、辐射传热等进行了数值模拟计算,计算结果收敛,经后处理得到不同设计下炉体内部流速、温度及硅棒表面温度分布云图。实验表明,在其他工艺条件不变的情况下,优化设计可以提供比原有设计更高的沉积速率和致密料比例。

硅烷热分解方法中温度对硅棒质量的影响

针对采用CVD反应器的硅烷热分解工艺制备棒状高纯多晶硅的过程进行了研究。理论上研究了硅烷受热分解的过程,以及温度梯度对硅沉积的影响。从应用角度出发,研究了制备过程中棒状多晶硅致密性、能耗、硅烷转化率等方面的影响因素。通过降低杂质和改善硅棒外观,使生产的多晶硅棒达到了区熔级的标准,并成功区熔成晶。提出了在制备工艺中尚待优化的问题,指出采用侧面间接进气方式有利于沉积的均匀性和致密性。

化学气相沉积法制备石墨烯过程中温度及压力分布研究

采用计算流体力学软件(CFD)对化学气相沉积法制备石墨烯过程中CVD反应器内温度场及压力场进行模拟,分别研究了两种初始压力下反应器内温度及压力变化情况。研究结果表明在初始的常压条件下反应器内温度分布及压力分布均匀性较差,导致气体流动性也较为紊乱,而在低压条件下反应器内温度及压力分布较为均匀,甲烷气体平稳流经过反应加热区,从而有助于石墨烯整个合成过程的稳定进行。