一种新型薄膜制备设备的研制.pdf

Basic Science 基础科学 一种新型薄膜制备设备的研制 植成杨，甘志银，潘建秋 华中科技大学微系统研究中心，湖北武汉 430074 摘 要 氮化镓（GaN）等第三代半导体材料有着广阔的应用前景。鉴于气相淀积生长法易于控制薄膜的厚度、 组分和掺杂，从事这些新型半导体材料研究的单位多采用气相淀积生长法系统。GaN 的气相淀积生长法主要有 MOCVD 法和 HVPE 法。本文提出一种 MOCVD 与 HVPE 相结合的薄膜制备设备 ，通过多物理场耦合有限元模拟分析，探 讨两种方法在设备结构上兼容共享的可行性。 关 键 词 MOCVD；HVPE；氮化镓 中图分类号 TK124 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2013）83-0115-03 0 引言 在 comsol multiphysics 中构建三维温度场有限元模型。该 GaN 材料具有良好的电学特性 [1]，如宽带隙 (3.39 eV)、高 模型中设定反应腔体侧壁与下底盘为水冷恒温体。能量交换方 电子迁移率 ( 室温 1 000 cm 2 /V·s)、高击穿电压 (3×106 V/ 式考虑加热系统与衬底基座的辐射换热 ， 衬底基座内部的热传 cm) 等 ，其优良的特性 ，诱人的应用前景和巨大的市场潜力 ， 导 ，辅助加热系统与衬底基座及镓源支撑的辐射换热 ，镓源支 [2] 撑与衬底基座的辐射换热 ，气体和衬底基座的对流换热 ，加热 引来各国激烈的研究热潮 。 气相淀积生长法易于控制薄膜的厚度、组分和掺杂 ，是目 片与热屏蔽板的辐射换热 ，冷却水与腔体内壁及底座的对流换 前制备 GaN 薄膜的主流方法 ，其中主要有金属有机物化学气 热。各材料的热物性参数取值于文献 [6]。 相沉积（MOCVD）法和氢化物气相外延（HVPE）法。 本文充分考虑了气体密度、导热系数、比热容、粘性系数 GaN 的 MOCVD 法工艺是液态的 TMGa 由载气 (H2 或 N2) 等参数与温度的关系 ， 计算模型中采用的氢气热物性参数与温 携带进腔体与另一路由载气携带的 NH3 在温度 1100℃左右的 度有如下关系 (P=2.5kPa) ： 衬底上反应沉积得到 [3] 。MOCVD 系统的设计思想 ，通常要考 Cp = 13961+ 1. 421T （1） 虑系