碳化硅单晶生长炉内感应加热及氩气流场的数值模拟

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随着微电子技术的发展，传统的Si和GaAs半导体材料由于本身结构和特性的原因，在高频率、大功率、高温等方面越来越显示出其不足和局限性。一系列新型的半导体材料如SiC(碳化硅)、金刚石等引起人们的重视。其中SiC材料以其特有的宽带隙、高临界电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。目前，SiC材料特别是SiC单晶体制备设备及工艺，已经被欧美等国所掌握，并生产出了适用于器件制造的商业化SiC晶圆，根据研究文献表明国内对于SiC单晶体的生长研究还处于实验室阶段。世界上生长大尺寸SiC晶体的主要方法是PVT(物理气相传输)。就PVT法而言，国内仍然还有很多技术问题没有得到实际解决，主要问题是石墨坩埚内的生长腔温度无法得到精确测量，及其温度场的分布难以精确控制。
　　本文从SiC材料的特性出发，介绍了碳化硅单晶体的几种生长方法，并且重点以PVT法SiC晶体生长系统为例，对生长炉的三维实体模型进行合理简化，利用ANSYS多物理场耦合分析软件，建立了适合于模拟分析软件中分析运用的有限元模型，根据PVT法晶体生长特点，设计了晶体生长所用的石墨坩埚结构、感应线圈的结构以及达到生长温度所需电流和频率的大小，并使用ANSYS中的电磁和热分析模块对上述影响晶体生长系统的因素进行了分析和讨论，提出了优化后的石墨坩埚模型、生长腔模型以及感应线圈的位置，同时首次分析了腔体内惰性气体氩气的流动情况及其在不同流速下的分布，并得出了整个模型的功率损耗。
　　本文的分析结果可以作为PVT法生长大尺寸SiC晶体实验进行时的重要参考指标，并可作为将来深入研究分析PVT法SiC单晶生长机理的基础。

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作者
徐伟;
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作者单位

太原理工大学;

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授予单位太原理工大学;
学科
授予学位硕士
导师姓名李子杰;
年度 2009
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.12;TN304.054;
关键词
半导体材料; SiC晶圆; 单晶制备; 晶体生长; 数值模拟;

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