CN109207964A - 一种用于电阻加热式mocvd反应室的加热装置 - Google Patents

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赵丽丽
过润秋
张进成
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Abstract

本发明的一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，包括基座，基座包括圆柱形的导热体，导热体内底部开有若干个同心且深度不同的环形卡槽，每个环形卡槽内均设置有一个环形的加热电阻，环形卡槽和加热电阻的排布采用自带流体与热传导方程的多物理场仿真软件进行仿真，并将热传导模型与流体模型进行耦合计算得出。本发明的有益效果是：本发明通过调节加热电阻的产热量，并调节环形卡槽的尺寸，使导热体表面的温度分布均匀性提高。

Description

一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置。
背景技术
目前MOCVD是Metal-organic Chemical Vapor Deposition的英文缩写，即金属有机化学气相淀积。它是一种制备半导体薄膜材料的重要技术之一，其突出优点是既克服了卤化物法CVD的气相腐蚀问题，又能大大提高薄膜的质量和产能。其中衬底温度分布的均匀性是影响所生长薄膜质量优劣的重要因素，在传统的电阻加热式MOCVD反应室中，基座温度分布不均匀，从而导致衬底温度分布的不均匀。特别是当衬底尺寸较大时(如直径达八英寸以上的衬底)，这种现象尤为突出。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，它显著提高了导热体表面的温度分布均匀性。
本发明是通过以下措施实现的：
本发明的一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，包括基座，所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部开有若干个同心且深度不同的环形卡槽，每个环形卡槽内均设置有一个环形的加热电阻，所述环形卡槽和加热电阻的排布采用自带流体与热传导方程的多物理场仿真软件进行仿真，并将热传导模型与流体模型进行耦合计算，最终得到温度的分布；其包括以下步骤：步骤1，按照反应室的尺寸建立二维轴对称几何模型；步骤2，设置反应室的各边界条件和初始条件，包括在反应室的入口气体的速度值、温度和反应气体的浓度值，气体出口压强设为常数；步骤3，当反应室内各部件温度达到热平衡后，得到反应室内各部件的温度分布，包括导热体上表面的温度分布；步骤4，根据温度分布结果调整环形卡槽和加热电阻的位置和大小，提高导热体上表面的温度分布均匀性。
上述环形卡槽的顶面和加热电阻的顶面相互平行的平面，所述加热电阻的外表面与环形卡槽的内表面之间留有空隙或接触，所述空隙内为真空或者填充有惰性气体。
上述基座的高度为H、基座半径为R，当基座的高度是H为25.4毫米、基座直半径R是152.7毫米，从左到右镶嵌的环形卡槽分别为卡槽A、卡槽B、卡槽C、卡槽D、卡槽E、卡槽F、卡槽G；其中卡槽A截面的对角线坐标为((0.07*R，0)，(0.14*R，0.43*H))，卡槽B截面的对角线坐标为((0.2*R，0)，(0.26*R，0.39*H))，卡槽C截面的对角线坐标为((0.33*R，0)，(0.4*R，0.39*H))，卡槽D截面的对角线坐标为((0.46*R，0)，(0.52*R，0.39*H))，卡槽E截面的对角线坐标为((0.62*R，0)，(0.69*R，0.35*H))，卡槽F截面的对角线坐标为((0.75*R，0)，(0.84*R，0.31*H))，卡槽G截面的对角线坐标为((0.91*R，0)，(0.99R，0.73*H))；加热电阻从左到右分别为环体A1、环体B1、环体C1、环体D1、环体E1、环体F1、环体G1；其中环体A1截面的对角线坐标为((0.09*R，0.08*H)，(0.12*R，0.4*H))，环体B1截面的对角线坐标为((0.21*R，0.06*H)，(0.25*R，0.35*H))，环体C1截面的对角线坐标为((0.34*R，0.06*H)，(0.38*R，0.35*H))，环体D1截面的对角线坐标为((0.47*R，0.06*H)，(0.51*R，0.35*H))，环体E1截面的对角线坐标为((0.64*R，0.06*H)，(0.67*R，0.35*H))，环体F1截面的对角线坐标为((0.78*R，0)，(0.82*R，0.3*H))，环体G1截面的对角线坐标为((0.93*R，0.39*H)，(0.97R，0.69*H))。
上述导热体采用石墨材质，加热电阻采用钨，加热电阻的外表面与环形卡槽的内表面之间的空隙内填充的气体为氩气。
上述加热电阻的底部中心下方设置有氧化铝陶瓷支架，所述支架的宽度为2mm。
本发明的有益效果是：本发明通过调节加热电阻的产热量，并调节环形卡槽的尺寸，使导热体表面的温度分布均匀性提高。
附图说明
图1是本发明整体的纵剖面结构示意图。
图2是本发明立体结构示意图。
图3是本发明与传统加热效果对比图。
其中：1导热体，2加热电阻，3环形卡槽，4支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：
如图1、2、3所示，本发明的一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，包括基座，基座包括圆柱形的导热体1，所述导热体1内底部开有若干个同心且深度不同的环形卡槽3，每个环形卡槽3内均设置有一个环形的加热电阻2，所述环形卡槽3和加热电阻2的排布采用自带流体与热传导方程的多物理场仿真软件进行仿真，并将热传导模型与流体模型进行耦合计算得出，其包括以下步骤：步骤1，按照反应室的尺寸建立二维轴对称几何模型；步骤2，设置反应室各边界条件，包括在反应室入口的速度值、温度和反应气体的浓度值，并把出口的气体压强设为常数；步骤3，当反应室内各部件温度达到热平衡后，得到反应室内导热体1上表面的温度分布；步骤4，根据温度分布结果调整环形卡槽3和加热电阻2的位置和大小，使反应室内导热体1上表面的温度均匀分布。环形卡槽3的顶面和加热电阻2的顶面相互平行，所述加热电阻2的外表面与环形卡槽3的内表面之间留有空隙或接触，所述空隙内为真空或者填充有惰性气体。导热体1采用石墨材质，加热电阻2采用钨，加热电阻2的外表面与环形卡槽3的内表面之间的空隙内填充的气体为氩气。加热电阻2的底部中心下方设置有氧化铝陶瓷支架4，所述支架4的宽度为2mm。
基座的高度为H、基座半径为R，当基座的高度是H为25.4毫米、基座直半径R是152.7毫米，从左到右镶嵌的环形卡槽3分别为卡槽A、卡槽B、卡槽C、卡槽D、卡槽E、卡槽F、卡槽G；其中卡槽A截面的对角线坐标为((0.07*R，0)，(0.14*R，0.43*H))，卡槽B截面的对角线坐标为((0.2*R，0)，(0.26*R，0.39*H))，卡槽C截面的对角线坐标为((0.33*R，0)，(0.4*R，0.39*H))，卡槽D截面的对角线坐标为((0.46*R，0)，(0.52*R，0.39*H))，卡槽E截面的对角线坐标为((0.62*R，0)，(0.69*R，0.35*H))，卡槽F截面的对角线坐标为((0.75*R，0)，(0.84*R，0.31*H))，卡槽G截面的对角线坐标为((0.91*R，0)，(0.99R，0.73*H))；加热电阻2从左到右分别为环体A1、环体B1、环体C1、环体D1、环体E1、环体F1、环体G1；其中环体A1截面的对角线坐标为((0.09*R，0.08*H)，(0.12*R，0.4*H))，环体B1截面的对角线坐标为((0.21*R，0.06*H)，(0.25*R，0.35*H))，环体C1截面的对角线坐标为((0.34*R，0.06*H)，(0.38*R，0.35*H))，环体D1截面的对角线坐标为((0.47*R，0.06*H)，(0.51*R，0.35*H))，环体E1截面的对角线坐标为((0.64*R，0.06*H)，(0.67*R，0.35*H))，环体F1截面的对角线坐标为((0.78*R，0)，(0.82*R，0.3*H))，环体G1截面的对角线坐标为((0.93*R，0.39*H)，(0.97R，0.69*H))。
工作时，加热电阻2产生热量并在周围传递。而环形卡槽3和环形卡槽3内的真空气体改变了加热电阻2热量的传递方向和热传导速率。又因加热电阻2和导热体1各个位置点的厚度不均匀，导致每个加热电阻2环体产生的热量不同，从而调整导热体各位置点处获得的热量分布，最终使衬底各点温度分布趋于均匀。
以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，包括基座，其特征在于：所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部开有若干圈同心且深度不同的环形卡槽，每个环形卡槽内均设置有一个环形的加热电阻，所述环形卡槽和加热电阻的排布采用自带流体与热传导方程的多物理场仿真软件进行仿真，并将热传导模型与流体模型进行耦合计算得出，其包括以下步骤：步骤1，按照反应室的尺寸建立二维轴对称几何模型；步骤2，设置反应室内部的边界条件，包括在反应室入口的速度值、温度和反应气体的浓度值，并把气体出口的气体压强设为常数；步骤3，当反应室内各部件温度达到热平衡后，通过求解计算，得到反应室内导热体上表面的温度分布；步骤4，根据温度分布结果调整环形卡槽和加热电阻的位置和大小，使反应室内导热体上表面的温度均匀分布。
2.根据权利要求1所述用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：所述环形卡槽的顶面和加热电阻的顶面相互平行，所述加热电阻的外表面与环形卡槽的内表面之间留有空隙或者接触，所述空隙内为真空或者填充有惰性气体。
3.根据权利要求1所述用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：基座的高度为H、基座半径为R，当基座的高度是H为25.4毫米、基座直半径R是152.7毫米，从左到右镶嵌的环形卡槽分别为卡槽A、卡槽B、卡槽C、卡槽D、卡槽E、卡槽F、卡槽G；其中卡槽A截面的对角线坐标为((0.07*R，0)，(0.14*R，0.43*H))，卡槽B截面的对角线坐标为((0.2*R，0)，(0.26*R，0.39*H))，卡槽截面C的对角线坐标为((0.33*R，0)，(0.4*R，0.39*H))，卡槽D截面的对角线坐标为((0.46*R，0)，(0.52*R，0.39*H))，卡槽E截面的对角线坐标为((0.62*R，0)，(0.69*R，0.35*H))，卡槽F截面的对角线坐标为((0.75*R，0)，(0.84*R，0.31*H))，卡槽G截面的对角线坐标为((0.91*R，0)，(0.99R，0.73*H))；加热电阻从左到右分别为环体A1、环体B1、环体C1、环体D1、环体E1、环体F1、环体G1；其中环体A1截面的对角线坐标为((0.09*R，0.08*H)，(0.12*R，0.4*H))，环体B1截面的对角线坐标为((0.21*R，0.06*H)，(0.25*R，0.35*H))，环体C1截面的对角线坐标为((0.34*R，0.06*H)，(0.38*R，0.35*H))，环体D1截面的对角线坐标为((0.47*R，0.06*H)，(0.51*R，0.35*H))，环体E1截面的对角线坐标为((0.64*R，0.06*H)，(0.67*R，0.35*H))，环体F1截面的对角线坐标为((0.78*R，0)，(0.82*R，0.3*H))，环体G1截面的对角线坐标为((0.93*R，0.39*H)，(0.97R，0.69*H))。
4.根据权利要求1所述用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：所述导热体采用石墨材质，加热电阻采用钨，加热电阻的外表面与环形卡槽的内表面之间的空隙内填充的气体为氩气。
5.根据权利要求1所述用于电阻加热式MOCVD反应室的加热装置，其特征在于：所述加热电阻的底部中心下方设置有氧化铝陶瓷支架，所述支架的宽度为2mm。
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