一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，基座包括圆柱形的导热体，导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术调节了由基座产生的热量在基座各方向上的热传导速率，并调节衬底边缘的温度，使衬底的温度分布均匀性提高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置
本专利技术涉及一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置。
技术介绍
目前MOCVD是Metal-organicChemicalVaporDeposition的英文缩写，又称MOVPE即金属有机气相外延。它是一种制备氮化物半导体材料的重要技术，其突出优点是既克服了卤化物法CVD的气相腐蚀问题，又能大大降低淀积温度。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，在电磁加式MOCVD反应室中，由于感生电流的集肤效应，使得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（如直径达六英寸以上的衬底），这种现象尤为突出。
技术实现思路
为解决以上技术上的不足，本专利技术提供了一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，提高了衬底的温度分布均匀性。本专利技术是通过以下措施实现的：本专利技术的一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心，感应产热传热体的底部表面与导热体的底部表面平齐，感应产热传热体设置有与导热体紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体的顶部表面，感应产热传热体的热导率低于导热体的热导率。上述感应产热传热体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，其包括以下步骤：步骤1，按照基座的尺寸建立二维轴对称几何模型并设置电磁线圈的电流强度和频率；步骤2，设置反应室内部的边界条件，包括在反应室的输入入口的速度值、温度和反应气体的浓度值，并把气体出口的气体压力设为常数；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感应产热传热体的位置和面积大小，使反应室内导热体上表面的温度均匀分布。上述当基座的高度为H、基座半径为R，从左到右镶嵌的感应产热传热体分别为环体A、环体B、环体C、环体D、环体E、环体F、环体G；其中环体A的对角线坐标为（（0,0）,（0.07*R,0.55*H））,环体B的对角线坐标为（（0.13*R,0），（0.2*R,0.16*H））,环体C的对角线坐标为（（0.36*R,0），（0.39*R,0.12*H））,环体D的对角线坐标为（（0.51*R,0），（0.54*R,0.08*H））,环体E的对角线坐标为（（0.75*R,0），（0.78*R,0.16*H））,环体F的对角线坐标为（（0.84*R,0），（0.87*R,0.12*H））,环体G的对角线坐标为（（0.93*R,0），（R,0.67*H））。上述感应产热传热体采用石墨材质，导热体采用碳化硅材质。上述电磁线圈成同心圆分布，电磁线圈匝数为17匝，线圈中心与最外层线圈的距离与基座半径相等。本专利技术的有益效果是：本专利技术调节了由基座产生的热量在基座各方向上的热传导速率，并调节衬底边缘的温度，使衬底的温度分布均匀性提高。在相同条件下，衬底温度分布均匀性比传统单一的感应产热传热基座提高9.1%。附图说明图1是本专利技术整体的纵剖面结构示意图。图2是本专利技术立体结构示意图。图3是本专利技术与传统加热效果对比图。其中：1感应产热传热体，2导热体，3电磁线圈。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述：如图1、2所示，本专利技术的一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈3，基座包括圆柱形的导热体2，导热体2内底部嵌入有若干可与电磁线圈3相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体1，若干感应产热传热体1直径不同且感应产热传热体1横截面所在的圆与导热体2的横截面所在的圆同心，感应产热传热体1的底部表面与导热体2的底部表面平齐，感应产热传热体1设置有与导热体2紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体2的顶部表面，感应产热传热体1的热导率低于导热体2的热导率。由于电磁线圈3加热过程中，感应产热传热体1受热并不均匀，因此根据受热的特性，结合感应产热传热体1和导热体2的导热特点，设计出感应产热传热体1镶嵌在导热体2内部时的各处位置、厚度不一，从而调节由感应产热传热体1产生的热量在基座各方向上的热传导速率，最终达到顶部衬底受热均匀的目的。仿真实验采用的是多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics，由于COMSOLMultiphysics内自带流体与热传导方程，计算时我们将热传导模型与流体模型进行耦合计算。首先我们按照反应室设备的尺寸建立二维轴对称几何模型并设置电磁圈的电流强度和频率。然后设置反应室内部边界条件：在反应室入口输入入口的速度值、温度和反应气体的浓度值;在气体气体出口:把压力设为常数;接下来通过求解计算，反应室内各部件温度达到热平衡后，我们可以得到反应室内衬底表面的温度分布。根据实验结果，观察当调整石墨环体在基座内的面积大小和位置时，反应室内衬底温度的变化规律，并以此为根据进一步优化基座结构，使反应室内衬底的温度均匀性得到进一步提高。以下通过具体实施例加以说明：以加热衬底半径r为152.4毫米(12英寸)、基座的高度是H为25.4毫米、基座直半径R是152.7毫米为例，进行说明。感应产热传热体1采用石墨，导热体2采用碳化硅基座。从左到右镶嵌的感应产热传热体1分别命名为环体A、环体B、环体C、环体D、环体E、环体F、环体G。其中环体A的对角线坐标为（（0,0）,（0.07*R,0.55*H））,环体B的对角线坐标为（（0.13*R,0），（0.2*R,0.16*H））,环体C的对角线坐标为（（0.36*R,0），（0.39*R,0.12*H））,环体D的对角线坐标为（（0.51*R,0），（0.54*R,0.08*H））,环体E的对角线坐标为（（0.75*R,0），（0.78*R,0.16*H））,环体F的对角线坐标为（（0.84*R,0），（0.87*R,0.12*H））,环体G的对角线坐标为（（0.93*R,0），（R,0.67*H））。碳化硅基座下表面的尺寸与各石墨环体上表面相配合即可。其中各项数据是经过大量计算和仿真出来的，其效果如图3所示。呈同心圆分布的线圈位于基座下方，电磁线圈3匝数为17匝。电磁线圈3中心与最外层线圈的距离和基座半径近似相等。工作时，电磁线圈3内通入高频交变电流后，感应产热传热体1由于电磁感应产生涡旋电流，从而使其加热。因感应产热传热体1和碳化硅基座厚度不均匀，以及碳化硅的热导率高于石墨的热导率，石墨环体产生的热量在各方向传热速率不一，从而传至衬底各点的热量趋于一致。这样，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
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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，其特征在于：所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心，感应产热传热体的底部表面与导热体的底部表面平齐，感应产热传热体设置有与导热体紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体的顶部表面，感应产热传热体的热导率低于导热体的热导率。

【技术特征摘要】
1.一种用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，包括基座和设置在基座底部下方的电磁线圈，其特征在于：所述基座包括圆柱形的导热体，所述导热体内底部嵌入有若干可与电磁线圈相配合产生热量的圆环形的感应产热传热体，若干感应产热传热体直径不同且感应产热传热体横截面所在的圆与导热体的横截面所在的圆同心，感应产热传热体的底部表面与导热体的底部表面平齐，感应产热传热体设置有与导热体紧密贴合的顶部环形平面，该顶部环形平面低于且平行于导热体的顶部表面，感应产热传热体的热导率低于导热体的热导率。2.根据权利要求1所述用于电磁加热MOCVD反应室的加热装置，其特征在于，所述感应产热传热体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，其包括以下步骤：步骤1，按照基座的尺寸建立二维轴对称几何模型并设置电磁线圈的电流强度和频率；步骤2，设置反应室内部的边界条件，包括在反应室的输入入口的速度值、温度和反应气体的浓度值，并把气体出口的气体压力设为常数；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感应产热传热体的位置和面积大小，使反应室内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志明，赵丽丽，过润秋，张进成，冯兰胜，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37