《氮化鎵MOCVD生長中的化學反應與反應器設計的關係研究》是依託江蘇大學，由左然擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氮化鎵MOCVD生長中的化學反應與反應器設計的關係研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：左然
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從理論分析、數值模擬、實驗測量三方面，研究MOCVD生長GaN薄膜的化學反應路徑及其與反應器操作參數和幾何參數的關係。套用分子運動論、反應動力學和流體力學理論，推導反應前體在高溫邊界層內的駐流時間，估計寄生反應發生的機率和反應前體的利用率。利用量子化學的密度泛函理論，計雅應迎算GaN生長的棗葛殼最低能壘，確定反應路徑。結合計算流體力學和反應動力學，建立MOCVD反應器的反應-輸運模型，對典型的MOCVD反應器生長GaN的流場、溫場、濃度場進行數值模擬，找出反應器結構、進氣和加熱方式對生酷諒芝棕長速率和反應路徑的影響。研製多功能的MOCVD反應器試驗台，進行紫外吸收光譜等氣體濃度原位測量和壁面沉積化學分析。實驗結果將與理論分析和模擬互相驗證。研究結果將豐富III族氮化物生長的反應動力學理論，並為提高GaN薄膜生長質量和國產MOCVD反應器的研發提供理論指導。
結題摘要
金屬有機化學氣相外延（MOCVD）是製備氮化物薄膜的最主要的方法，也是目前國際上高技術領域競爭的熱點。本項目研究MOCVD生長GaN/AlN的化學反應機理及其與反應器幾何參數和生長參數的關係，從而人為地控制反應路徑，最佳化生長過程。項目針對GaN的MOCVD化學反應路徑，開展了結合反應動力學、計算流灶鴉虹體力學、以及量子化學的密度泛函章烏方法的理論計算和數值模擬研究。項目在以下幾方面取得進展： 1、發現在MOCVD反應室內，中低溫和快速混合有利於加合反應路徑，高溫以及推遲混合有利於熱解路徑；以CH3和H為主的自由基，取決於V/III比的大小，將分別促進熱解反應或氨基物的產生。勸紙厚付 2、探討了TMAl/NH3/H2體系的MOCVD氣相反應路徑，發現(AlN)2和(AlN)3都在熱力學不利於產生，並且動力學上面臨著高能壘。因此提出：Al(NH2)3、(MMAlNH)2、(MMAlNH)3是AlN 的MOCVD生長中最可能的三種氣相反應產物。 3、發現反應動力學參數（活化能和指前因子）的偏差對模擬結果有重要影響。不同的指前因子和活化能給出不同的反應前體，反應走不同的路徑。在不考慮三聚物反應時，預測的生長速率值都與實驗值接近。原因在於到達襯底的含Ga粒子的總量變化不大，從而很好地解釋了不同文獻採用不同的動力學參數進行模擬，都與實驗基本吻合的原因。 研究結果將能豐富III族氮化物MOCVD生長的整霉罪化學反應機理，也將為改進GaN薄膜生長質量、提高生長效率提供重要的理論指導。
