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多片式衬底HFCVD系统沉积金刚石单晶颗粒的仿真优化

摘要

本篇论文的核心目标在于通过采用多片式栅状衬底，显著提升热丝化学气相沉积法（HFCVD）在合成金刚石单晶微粉方面的产量和品质。为了实现这一目标，研究团队首先利用GAMBIT软件构建了一个简易的网格模型，该模型专门针对HFCVD反应容器进行设计。随后，借助ANSYS公司旗下的FLUENT仿真软件，研究者们对衬底温度和气体温度进行了详尽的仿真分析。

在研究过程中，本文对模型的进出气口位置进行了细致的优化，并对模型内部的多个关键参数进行了调整和优化。这些内部参数包括热丝的数量、热丝的直径、热丝与衬底顶部之间的距离、热丝之间的间距以及新型多片式栅状衬底的高度等。通过这些优化措施，研究者们旨在在提高HFCVD单晶金刚石颗粒产量的同时，努力获得高品质的金刚石颗粒。

最终，通过对仿真结果的深入比较和分析，本文得出了两组最佳的改进方案。第一组方案是优化模型二，该模型特别针对进出气口进行了优化设计。具体而言，优化模型二的进气口被设置在模型的顶部，而出气口则位于模型的底部，这种设计有助于气体流动的优化，从而提高反应效率和颗粒品质。第二组方案是a9方案，该方案的具体参数如下：热丝的数量为6根，热丝的直径为0.8毫米，热丝与衬底顶部的距离为3毫米，热丝之间的间距为18毫米，而新型多片式栅状衬底的高度则设定为30毫米。通过这些参数的优化，a9方案旨在实现更高的产量和更优质的金刚石颗粒。

综上所述，本论文通过综合运用仿真软件和优化设计，不仅提高了HFCVD法合成金刚石单晶微粉的产量，还显著提升了其品质，为相关领域的研究和应用提供了新的思路和方法。

关键词：热丝化学气相沉积法；多片式栅状衬底；金刚石单晶微粉；气体温度；衬底温度；仿真；

SimulationOptimizationofDiamondMonocrystallineParticlesDepositioninMulti-WaferHFCVDSystem

Abstract

Thecoreobjectiveofthispaperistosignificantlyenhancetheyieldandqualityofdiamondmonocrystallinemicropowdersynthesisusingthehotfilamentchemicalvapordepositionmethod(HFCVD)byemployingamulti-wafergridsubstrate.Toachievethisgoal,theresearchteamfirstconstructedasimplegridmodelusingGAMBITsoftware,specificallydesignedfortheHFCVDreactionchamber.Subsequently,withthehelpofFLUENTsimulationsoftwarefromANSYS,researchersconducteddetailedsimulationanalysisonthesubstratetemperatureandgastemperature.

Duringtheresearchprocess,thispapermeticulouslyoptimizedthepositionsofthemodelsgasinletandoutletandadjustedandoptimizedseveralkeyinternalparameters.Theseinternalparametersincludethenumberoffilaments,thediameterofthefilaments,thedistancebetweenthefilamentsandthetopofthesubstrate,thespacingbetweenthefilaments,andtheheightofthenewmulti-wafergridsubstrate.Throughtheseoptimizationmeasures,theresearchersaimtoincreasetheyieldofHFCVDdiamondmonocrystallineparticleswhilest