mocvd生长ain的化学反应——输运过程数值模拟研究

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1、MOCVD生长AIN的化学反应Numericalstudyonchemicalreaction-．transportofAINMOCVDgrowth2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：步锭钿》午年

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3、细哗年<月，占日⋯⋯：侈f孕年厂月f占日江苏大学硕士学位论文摘要AIN是一种ITI—V族半导体材料，广泛用于制备蓝紫光发光二极管和半导体激光器。金属有机化学气相沉积(MOCVD)是制备A1N的主要方法。由于在MOCVD生长A1N的过程中，存在极其严重的寄生反应，在反应器中会产生大量的纳米颗粒，严重影响了晶体薄膜的质量和生长效率。因此，抑制寄生反应和纳米形核，成为提高A1N薄膜生长质量的关键因素。本文针对A1N的MOCVD生长进行数值模拟研究，特别研究了寄生反应过程及其对薄膜生长的影响。主要内容如下：(1)建立了输运一化学反应模型，主要包

4、括6个气相化学反应和5个表面反应。之后利用数学模拟方法，结合反应动力学知识，利用FLUENT软件对反应器中的流场、温场、组分浓度场和生长速率进行了对比观察和分析。(2)针对垂直转盘式MOCVD反应器生长A1N的化学反应一输运过程进行数值模拟研究，特别探讨了反应室高度、操作压强和加合物衍生的三聚物对AIN生长的化学反应路径的影响。研究结果表明，A1N在MOCVD生长中以AI(CH3)3和NH3的加合路径为主，AI(CH3)3的热解路径很弱；加合路径衍生的二聚物是薄膜生长的主要前体，三聚物是纳米粒子的主要前体；降低反应室高度，寄生反应减弱，

5、热解路径加强，使生长速率增大；增大压强，寄生反应加剧，使生长速率下降；添加由三聚物参加的表面反应后，生长速率提高了近4倍，证明三聚物不参加薄膜生长，只是提供纳米粒子前体。(3)针对水平式反应器生长A1N的化学反应一输运过程进行数值模拟的研究。发现水平式反应器中寄生反应要强于垂直式反应器，而水平式反应器薄膜生长速率要比垂直式反应器略低；采用分隔进口能获得更加均匀的A1N薄膜，同时降低了A1N的生长速率。(4)为了更准确地模拟A1N生长的寄生反应，我们对以上化学反应模型进一步改善，增加了。通过观察同等条件下垂直转盘反应器新反应模型中各组分的

6、浓度分布，发现在垂直反应器衬底上方随着聚合物粒子直径的增大，浓度越来越大；纳米粒子主要来自聚合物，AIN粒子提供的纳米粒子只是占据小部分；改进后模型的生长速率更加接近实验值。垂直喷淋式反应器内的流动相对强烈，其中聚合TMOCVD生长A1N的化学反应一输运过程数值模拟研究物粒子浓度在上壁面下方以三聚物和二聚物最高，A1N粒子在反应器中分布较为均匀；垂直喷淋式反应器模拟的生长速率比文献实验数据偏低。关键词：MOCVD，化学反应，寄生反应，A1N，反应器，数值模拟II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTAluminumnitrideisaII

7、I—Vsemiconductormaterial，Widelyusedinthepreparationoflight—emittingdiodevioletandsemiconductorlasers．Metalorganicchemicalvapordeposition(MOCVD)isthemainmethodofpreparingthealuminumnitride．BecauseoftheextremelyseriousparasiticreactionsduringMOCVDgrowthofAIN，thiswillproduc

8、elargeamountsofnanoparticlesinthereactor,whichseriouslyaffectthequalityandefficiencyofcrystalgrowthofth