【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种分析α-ga2o3生长情况的氢化物气相外延系统及方法，属于半导体材料。
技术介绍
1、传统的宽带隙半导体材料，如gan(eg＝3.39ev)、4h-sic(eg＝3.28ev)等的研究和产品已日趋饱和。与上述材料相比，ga2o3(氧化镓)具备非常明显的宽带隙优势(4.5～5.3ev)，相对来说具有极高的临界击穿电场(8mv/cm)、更高的巴利加优值和优异的热稳定性等特点。ga2o3作为特点突出的超宽禁带半导体，其渐渐以制备新型功率器件的优先序列身份成为当今的研究热点。
2、随着研究的推进，ga2o3的一种亚稳态相——α相因其与其它亚稳态相相比最宽的带隙，且拥有与氮化镓和蓝宝石相似的六角晶格而备受瞩目。由于α-ga2o3是氧化镓的一种亚稳态，暂且没有规模化、商业化的衬底问世，想要实现同质外延生长非常困难。通过目前现有的实验研究可以得知，通过氢化物气相外延(hvpe)这一方法，在高速旋转的衬底上生长α-ga2o3晶体是一种取得α-ga2o3材料薄膜的有效途径。
3、相比于mist-cvd、pld或mbe系统，hvpe的装置构成更加简单，在安装和维护设备成本方面更加低廉，同时在hvpe设备中材料生长的速率更高，相对能耗更低。目前已有的实验研究通常以生长gan材料为主，在生长大尺寸的α-ga2o3薄膜方面还具有非常多的问题。因此，想方设法提升α-ga2o3样品的生长质量和均匀性是目前研究的热点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、一方面，本专利技术提供一种分析α-ga2o3生长情况的氢化物气相外延系统，所述氢化物气相外延系统为立式反应腔，其上端口设有进气口，所述进气口用于通入n2、o2和gacl，其中，所述n2作为载气用于运送gacl，下端口设有生成物出气口；所述氢化物气相外延系统内部设有衬底，且外部围设有加热器，所述加热器用于对立式反应腔的壁面进行加热。
4、进一步的，所述氢化物气相外延系统由两个直径大小不同的圆柱形管道连接而成，其中，直径小的圆柱形管道设于直径大的圆柱形管道的上方。
5、进一步的，所述衬底与立式反应腔底部旋转连接。
6、另一方面，本专利技术提供一种分析α-ga2o3生长情况的方法，所述方法通过上述任一项所述的分析α-ga2o3析生长情况的氢化物气相外延系统实现。
7、进一步的，包括以下步骤：
8、对氢化物气相外延系统进行三维建模，得到三维腔体模型；
9、对三维腔体模型进行网格划分，得到网格划分文件；
10、将网格划分文件导入计算流体力学仿真软件，设定三维腔体模型的边界条件和材料参数，并选定计算模型、流场模型和求解器；
11、设置求解器控制参数，利用求解器对仿真反应过程进行迭代求解，得到计算结果；
12、根据计算结果对α-ga2o3生长情况进行分析，得到α-ga2o3生长情况的分析结果。
13、进一步的，所述边界条件包括壁面类型、壁面温度、旋转面类型、入口类型和出口类型，其中，所述壁面类型设置为光滑无摩擦，所述壁面温度范围为600～680k，所述旋转面类型设置为旋转ami，所述入口类型设置为速度入口，所述出口类型设置为自由出口。
14、进一步的，所述材料参数为n2，o2、gacl的气体属性及其浓度比例，所述气体属性包括摩尔质量、定压比热容、生成焓、运动粘度以及普朗特数。
15、进一步的，所述流场模型为采用湍流模型，并加入旋转控制，在三维腔体模型中划定旋转域、旋转面以及固定域，并将旋转域与固定域相贴合。
16、进一步的，所述控制参数包括初始时间步长、仿真时间、时间间隔、最大库朗数以及最大时间步长。
17、进一步的，所述计算结果包括衬底上反应气体的速度矢量分布、反应气体的浓度分布、反应气体分布随衬底旋转速度的变化量。
18、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
19、本专利技术采用计算流体力学(cfd)仿真方法对氢化物气相外延系统进行三维网格建模，在cfd中融合多相流连续性方程并设置边界条件，通过设置反应物gacl(氯化镓)的热力学及反应动力学参数，分析其流场和反应物分布，并深入研究壁面温度等参数对α-ga2o3薄膜生长质量及均匀性影响参数的影响，进而对实现大面积均匀外延提供优化参数；
20、本专利技术通过计算流体力学仿真软件实现了对α-ga2o3的氢化物气相外延生长系统的建模及多相流仿真，使得可以通过计算机模拟仿真实际实验过程，实现对氢化物气相外延系统生长α-ga2o3薄膜过程中的流体动力学研究。
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1.一种分析α-Ga2O3生长情况的氢化物气相外延系统，其特征在于，所述氢化物气相外延系统为立式反应腔，其上端口设有进气口，所述进气口用于通入N2、 O2和GaCl，其中，所述N2作为载气用于运送GaCl，下端口设有生成物出气口；所述氢化物气相外延系统内部设有衬底，且外部围设有加热器，所述加热器用于对立式反应腔的壁面进行加热。
2.根据权利要求1所述的分析α-Ga2O3生长情况的氢化物气相外延系统，其特征在于，所述氢化物气相外延系统由两个直径大小不同的圆柱形管道连接而成，其中，直径小的圆柱形管道设于直径大的圆柱形管道的上方。
3.根据权利要求1所述的分析α-Ga2O3生长情况的氢化物气相外延系统，其特征在于，所述衬底与立式反应腔底部旋转连接。
4.一种分析α-Ga2O3生长情况的方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1~3任一项所述的分析α-Ga2O3析生长情况的氢化物气相外延系统实现。
5.根据权利要求4所述的分析α-Ga2O3生长情况的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的分析α-Ga2O3生长情
7.根据权利要求5所述的分析α-Ga2O3生长情况的方法，其特征在于，所述材料参数为GaCl的热力学参数及其与N2的浓度比例，所述气体属性包括摩尔质量、定压比热容、生成焓、运动粘度以及普朗特数。
8.根据权利要求5所述的分析α-Ga2O3生长情况的方法，其特征在于，所述流场模型采用湍流模型，并加入旋转控制，在三维腔体模型中划定旋转域、旋转面以及固定域，并将旋转域与固定域相贴合。
9.根据权利要求5所述的分析α-Ga2O3生长情况的方法，其特征在于，所述控制参数包括初始时间步长、仿真时间、时间间隔、最大库朗数以及最大时间步长。
10.根据权利要求5所述的分析α-Ga2O3生长情况的方法，其特征在于，所述计算结果包括衬底上反应气体的速度矢量分布、反应气体的浓度分布、反应气体分布随衬底旋转速度的变化量。
...【技术特征摘要】
1.一种分析α-ga2o3生长情况的氢化物气相外延系统，其特征在于，所述氢化物气相外延系统为立式反应腔，其上端口设有进气口，所述进气口用于通入n2、 o2和gacl，其中，所述n2作为载气用于运送gacl，下端口设有生成物出气口；所述氢化物气相外延系统内部设有衬底，且外部围设有加热器，所述加热器用于对立式反应腔的壁面进行加热。
2.根据权利要求1所述的分析α-ga2o3生长情况的氢化物气相外延系统，其特征在于，所述氢化物气相外延系统由两个直径大小不同的圆柱形管道连接而成，其中，直径小的圆柱形管道设于直径大的圆柱形管道的上方。
3.根据权利要求1所述的分析α-ga2o3生长情况的氢化物气相外延系统，其特征在于，所述衬底与立式反应腔底部旋转连接。
4.一种分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1~3任一项所述的分析α-ga2o3析生长情况的氢化物气相外延系统实现。
5.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋少清，郭方正，吴诗颖，高玮辰，陈琳，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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