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1、MCVD熱區(qū)-沉積區(qū)分析一、沉積原理一熱泳MCVD中沉積的主耍原理是熱泳力的作用，熱泳的基本原理是：在溫度梯度的作用下，懸浮粒子沿著溫度降低的方向受到凈力的作用。粒子的熱泳速度VT可表示如下：咕-K瀘T⑴其中，V是動力學(xué)粘度，T是絕對溫度，K是熱泳系數(shù)。K二0.9最適合MCVD'11的沉積。增加熱泳過程111的溫差A(yù)T可提高熱泳速度。MCVD沉積效率可近似表示為⑴E=0.8[1-g)]⑵其屮，Te為加熱后氣流與管壁的平衡溫度，Tr為反應(yīng)溫度。為了提高沉積效率，可改變Te和T“對于特定的產(chǎn)品，其反應(yīng)溫度Tr是固定的
2、，因此，降低平衡溫度可達(dá)到捉高沉積效率的目的。另外，沉積效率還與氣體流量、流速有關(guān)。MCVD氫氧焰熱區(qū)分布及對應(yīng)沉積區(qū)1.SUZANNER.NAGEL等人的研究結(jié)果〔11MCVD氫氧焰熱區(qū)分布示意圖如圖1,圖2為對應(yīng)溫度場下的微粒運(yùn)動軌跡示意圖。(cm)圖2對應(yīng)溫度場下的微粒運(yùn)動軌跡示意圖2.S.JOH等人的研究結(jié)果⑵:成分條件對應(yīng)微粒生成效率對應(yīng)微粒沉積效率最高溫度/°c流量/L?min-1SiCl416001100%61%3100%66%537%89%19001100%57%3100%65%589%69%Ge
3、CLi1600145%67%345%71%524%83%1900140%63%343%65%540%65%通入襯管內(nèi)氣體流量的不同會帶來不同的結(jié)果：氣體流量過小吋，反應(yīng)氣體充滿整個(gè)襯管，襯管屮部生成的微粒容易被帶出襯管；氣體流量大，熱區(qū)上游溫度低，下游溫度高，氧化反應(yīng)主要發(fā)生在氫氧焰附近貼近管壁的位置，因此生成的微粒不易被帶出管外，沉積效率相對較高。3.竺逸年的研究結(jié)果⑶：三、MCVD沉積過程分析：(1)溫度分布：MCVD制棒過程中的熱量傳遞是通過熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種方式實(shí)現(xiàn)的，氫氧焰的熱量依次傳遞給襯管和管內(nèi)氣體
4、。襯管受到氫氧焰的加熱，隨之將熱量向管內(nèi)傳遞。因此，襯管截面方向的溫度由管壁到襯管屮軸逐漸降低，由此產(chǎn)生了指向襯管中軸的溫度梯度，襯管軸向的溫度在氫氧焰處最高，氫氧焰左右兩側(cè)溫度較低。反應(yīng)氣體由氫氧焰左側(cè)流向右側(cè)，達(dá)到溫度較高的反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)化為細(xì)小微粒。在氫氧焰右側(cè)，襯管壁和帶有細(xì)小微粒的氣流的溫度都下降，襯管導(dǎo)熱性能差，溫度下降速度快，而SiO2和GeO2的生成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，一定程度上延緩了氣流的溫度下降速度，以致在某點(diǎn)襯管壁的溫度與氣流溫度相等，產(chǎn)生了一個(gè)等溫點(diǎn)，如圖3,即公式(2)中的Teo氣流繼續(xù)
5、流動，產(chǎn)生了一個(gè)與反應(yīng)區(qū)左側(cè)反向的溫度梯度。(2)沉積過程：在未到達(dá)氫氧焰位置處時(shí)，反應(yīng)氣體在溫度梯度的作用下向中軸區(qū)遷移,遷移過程沿著等溫線的法向。氣體繼續(xù)沿著軸向運(yùn)動，到達(dá)反應(yīng)區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)。帶有SiO2和GcO?微粒的氣流在等溫點(diǎn)To右方區(qū)域受到了反向溫度梯度的作用，沿著等溫線法向遷移至襯管內(nèi)壁，Si()2和Ge02微粒即沉積在襯管內(nèi)壁。此遷移過程即為熱泳，微粒遷移的驅(qū)動力即為熱泳力。(1)玻璃化過程沉積在襯管內(nèi)壁的細(xì)小微粒，在隨后到來的氫氧焰的高溫下發(fā)生玻璃化反應(yīng)，形成透明的玻璃。氫氧焰結(jié)束一個(gè)行程，即完
6、成了一層的沉積、玻璃化工藝。(2)簡要模型MCVD沉積效率可表示為提高沉積效率可通過降低Te實(shí)現(xiàn)，那么就需要迅速降低管壁或者氣流的溫度。MCVD沉積時(shí)，反應(yīng)氣體在氣流上游受到指向中軸方向的熱泳力而向襯管中心遷移，到達(dá)氫氧焰熱區(qū)位置，在溫度達(dá)到1600°C時(shí)，幾乎所冇氧化反應(yīng)均可在1微秒內(nèi)完成。反應(yīng)生成的微粒在氣流在作用下被吹離熱區(qū)。離開熱區(qū)的氣流、微粒和襯管內(nèi)壁形成了一個(gè)與上游反向的溫度梯度，從而使得微粒受到一個(gè)指向管壁的熱泳力，在此熱泳力的作用下，微粒沉積在襯管內(nèi)壁,形成沉積區(qū)，寬度大概150mm,沉積區(qū)與熱區(qū)
7、的距離50伽左右，沉積速度為0.3-1.5g/mino當(dāng)氫氧焰繼續(xù)移動，沉積在襯管內(nèi)壁的微粒在高溫下玻璃化。四、參考文獻(xiàn)L1JSUZANNER.NAGEL,J.B.MAcCHESNEY,ANDKENNETHL.WALKER,AnOverviewoftheModifiedChemicalVaporDeposition(MCVD)ProcessandPerformance,IEEEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICS,VOL.QE-1&NO.4,APRIL,1982[2]S.JOH,ANDR.GRI
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