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| 宽带隙半导体材料碳化硅由于其优越的性能,被认为是制备高温、高频和大功率器件的理想材料。目前,制备高质量碳化硅主要采用化学气相沉积法。由于沉积过程复杂,影响沉积速率的因素较多,通过传统的实验方法优化和改进沉积过程昂贵且费时。利用计算机对化学气相沉积法制备碳化硅过程进行模拟,不仅可以缩短工艺参数的优化周期、降低成本,还可以深入理解沉积过程,对沉积过程的实验研究具有重要的指导意义。本文耦合流体流动、传热传质、化学反应等物理模型,建立了化学气相沉积法制备碳化硅过程的三维模型。使用商用计算流体力学软件Fluent,对以H2为载气,以SiH4和C3H8作为反应气体,水平热壁式化学气相沉积反应器中制备碳化硅的过程进行了仿真模拟,并对沉积过程的速控步骤进行了分析,研究了基座高度、C/Si比、气体流速、倾斜基座壁面等参数对生长速率的影响,所得结果主要如下：(1)高温下H2刻蚀现象显著,温度越高,刻蚀速率越大,而且Si<s>的刻蚀速率大于C<s>的刻蚀速率。(2)沉积过程中硅沉积源主要为SiHH2和Si,碳沉积源主要为C2H2和Si2C,沉积速率由碳组分的沉积控制。(3)传质阻力大于反应阻力,沉积过程速控步骤为质量输运步骤。(4)降低基座高度有利于沉积。(5)气体流量对沉积均匀性有重要影响,而且基座高度越低,得到均匀沉积时的气体流量越大,生长速率越高。(6)增大入口C3H8流量提高C/Si比,基座前端的生长速率增长较大,基座末端的生长速率增长较小,甚至出现随C/Si增大而减小的情况,这是由于前端生长速率较大,造成源气体的严重消耗。(7)将基座壁面由水平改为倾斜,可提高基座末端的生长速率。这一方面是由于在组分质量输运中引入了对流输运,另一方面是由于倾斜基座降低了扩散高度。 |
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