MOCVD是當(dāng)前業(yè)界生產(chǎn)微波器件及半導(dǎo)體光電器件等的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備。而作為MOCVD 系統(tǒng)的重要組成部分之一的加熱系統(tǒng)，其設(shè)計對于整個 MOCVD 系統(tǒng)的設(shè)計起著至關(guān)重要的作用。MOCVD 設(shè)備腔體內(nèi)部的物應(yīng)對于溫度有著嚴(yán)格要求，所以必須研制出具有溫度均勻性好、升溫降溫速度快、整體溫度的穩(wěn)定快等特點(diǎn)的高性能加熱系統(tǒng)。

目前市場上已有的MOCVD 加熱體各式各樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但關(guān)鍵技術(shù)多掌握在國外手中，國內(nèi)相對于這方面的研發(fā)相對落后，且其開發(fā)手段多是傳統(tǒng)的研發(fā)方式。通過CFD模擬仿真，掌握反應(yīng)腔體內(nèi)部的熱場流動情況，可以更合理地優(yōu)化或設(shè)計出新的加熱體，不僅對我國MOCVD 生產(chǎn)廠商降低成本、減少能源損耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量有直接關(guān)系，而且對我國的整個半導(dǎo)體行業(yè)都有著重大的意義。

案例分析：旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)腔類型MOCVD加熱片仿真研究

在MOCVD生長GaN的工藝中，要求外延襯底快速升溫和降溫，因而加熱器的核心部件發(fā)熱體材料必須具有急熱、急冷、耐高溫等特性。 

加熱系統(tǒng)是 MOCVD 系統(tǒng)的重要組成部分。每個新穎的反應(yīng)室設(shè)計，都需要與之相匹配的加熱裝置和控制技術(shù)。加熱系統(tǒng)對反應(yīng)發(fā)生的基底進(jìn)行加熱，提供反應(yīng)發(fā)生所需要的溫度，并滿足加熱均勻、升溫降溫速度快、溫度穩(wěn)定時間短等工藝要求。

而旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)腔MOCVD設(shè)備的加熱方式是通過電阻式片狀加熱器利用紅外熱輻射進(jìn)行加熱的。而這種加熱方式通常存在發(fā)射率有限加熱效率較低，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電阻絲流體阻力也較大等缺點(diǎn)，加熱片表面輻射率的大小會影響加熱片整體的加熱效果，會嚴(yán)重影響生長出的GaN薄膜的質(zhì)量。可以通過調(diào)整石墨盤與加熱片的垂直距離、在加熱片拐角處使用波浪式處理，對加熱片的溫度分布進(jìn)行精準(zhǔn)把控，指導(dǎo)半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)。

應(yīng)用CFD等仿真手段的優(yōu)勢

1） 數(shù)據(jù)全面：利用CFD技術(shù)比通過實驗方法可以獲得更加全面的數(shù)據(jù)，而且還可以獲取一些通過實驗難于得到的數(shù)據(jù)；

2） 靈活性高：CFD模擬技術(shù)是基于基本物理定律的，當(dāng)缺乏經(jīng)驗關(guān)系型和實驗數(shù)據(jù)時可以利用CFD進(jìn)行設(shè)計、預(yù)測和解決工程問題，加快進(jìn)程，從而節(jié)省大量人力、物力和財力；

3） 優(yōu)化設(shè)計：CFD模擬技術(shù)不僅可獲得對過程機(jī)理的深入理解，而且可判斷過程的故障根本原因，進(jìn)而提出各種改造、優(yōu)化方案；

4） 技術(shù)創(chuàng)新：在傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境中，設(shè)計者對于大量的創(chuàng)新思路或設(shè)想難以進(jìn)行驗證，而在利用CFD輔助模擬技術(shù)，可直接進(jìn)行驗證其新設(shè)想或思路，因此有利于技術(shù)創(chuàng)新。

（來源：氫芯智能科技）