مدل سازی و شبیه سازی اثر دمای زیر لایه بر واکنش های سطحی در رشد فیلم نازک GaAs به روش تبخیر شیمیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی

2 کارشناس

چکیده

در این کار، شبیه سازی رشد لایه ی نازکGaAs به کمک روش تبخیر شیمیایی در محیط نرم افزار COMSOL Multiphysics انجام گردیده است. به منظور مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی، تمامی جزییات شبیه سازی و واکنش های مربوط به تشکیل GaAs بر مبنای یک آزمایش تجربی و نتایج آن صورت گرفت.جزئیات مراحل تعریف واکنش ها، طراحی محفظه، مطالعه روابط شیمیایی و ترمودینامیکی مربوطه و تحلیل مش ها شرح داده شد. پارامتر هایی از قبیل سرعت شار بخار، فشار آن و توزیع دما درون محفظه لایه نشانی مورد بررسی قرار گرفته و به منظور مطالعه و تحلیل، نتایج آن به صورت نمودارهای مناسب ارائه گردید. همچنین وابستگی دمای زیر لایه روی نرخ رشد ماده و الگوی توزیع جرم در نمونه لایه نازک بررسی گردید. با مقایسه ی نتایج شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی، علاوه بر بررسی دقت مدل ارائه شده می توان توصیفی مناسب از ارتباط بین نرخ تشکیل لایه با دمای زیر لایه را یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and simulation of Substrate temperature effect on surface reaction kinetics in GaAs thin films growth prepared via Chemical Vapor Deposition method

نویسندگان [English]

  • Mohammadhosein Ehsani 1
  • Mahmoud Jalali Mehrabad 2
چکیده [English]

In this paper, using COMSOL Muliphysics software, GaAs فاهد film growth prepared by the chemical vapour deposition Method was simulated. A mixed multiphysics model was used for this purpose. In order to compare the simulation results with those of from experiment, all of the steps and details regarding the GaAs growth reactions were utilized on the basis of an experimental research. Simulation steps including model designing, mesh analysis, chemical and thermodynamic relations and complete sets of chemical Reactions were investigated. Crucial parameters such as the flow rate, pressure and the temperature distribution within the chamber were studied and the graphical results were presented for analyzing.Then, the effect of substrate temperature on growth rate and mass distribution of thin film was investigated. Comparison between the simulation result and experimental data determines the accuracy of the represented model and also provide a promising description for dependency of film growth on substrate temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CVD Method
  • Growth Rate
  • Thin film
  • Simulation
[1] H. O. Pierson; “Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD) Principles, Technology and Applications”; 2th Ed, Noyes Publications Park Ridge, (2001).
[2]J .H. Park, T. S. Sudarshan - ‎2001 “Chemical vapor deposition (Surface Engineering Series, V. 2)-ASMI ” 1th edition.
[3]D. DobkinM. K. Zuraw - ‎2003 "Principles of Chemical Vapor Deposition Kluwer Academic" Springer Netherlands.
[4] K.S. Lau, J. A. Caulfield, K. K. Gleason,; "Structure and Morphology of Fluorocarbon Films Grown by Hot Filament Chemical Vapor Deposition".Chemistry of Materials 12 (10): (2000) 3032-3037.
[5]H. Kräutle; H. Roehle; A. Escobosa; H. Beneking; D. H. Reep andS. K. Ghandhi; “Investigations on low temperature mo-cvd growth of GaAs”;Journal of Electronic Materials 12, (1983) 215-222.
[6]D. H. Reep andS. K. Ghandhi; “Deposition of GaAs Epitaxial Layers   by Organometallic CVD: Temperature and Orientation Dependence”; J. Electrochem. Soc 130, No (3) (1983) 675-680.
[7] N.K. Ingle; C. Theodoropoulos; T.J. Mountziaris; R.M. Wexler and F.T.J. Smith; “Reaction kinetics and transport phenomena underlying the low-pressure metalorganic chemical vapor deposition of GaAs”; J. Crystal Growth 167, (1996) 543-556.
[8] C. Heyn and M. Harsdorff; “Simulation of GaAs growth and surface recovery with respect to galliumand arsenic surface kinetics”; Phys. Rev. B 55, (1997) 7034-7038.
[9] J. E. Moussa; S. M. Foiles; P. A. Schultz; “Simulation and modeling of the electronic structure of GaAs damage clusters”; Journal of Applied Physics 113, (2013) 093706-093710.
[10] https://www.comsol.com.
[11] J. B. Oliver, D. Talbot; “Optimization of Deposition Uniformity for Large-aperture National Ignition Facility Substrates in a Planetary Rotation System”. Appl. Opt. 45 (13)(2006) 3097-3105.
[12]E. N. Kotlikov, V. N. Prokashev, V. A. Ivanov, A. N. Tropin, “Thickness Uniformity of Films Deposited on Rotating Substrates”.J. Opt. Technol. 76, (2), (2009) 100-103.
[13]F.Wang,R. Crocker,R. Faber, “Large-area Uniformity in Evaporation Coating through a New Form of Substrate Motion”.Optical Interference Coatings (OIC) (2010).
[14]D. J. Woodland, E. Mack Jr, “The Effect of Curvature of Surface on Surface Energy. Rate of Evaporation of Liquid Droplets. Thickness of Saturated Vapor Films”, J. Am. Chem. Soc., 55 (8)( 1933) 3149–3161.
[15]R. Schmidt, M. Parlak,A.W. Brinkman, “Control of the thickness distribution of evaporated functional electroceramic NTC thermistor thin films”. Journal of materials processing technology, 199, (2008) 412–416.
[16] O. Piot, A. Malaurie, J. Machet, “Experimental and theoretical studies of coating thickness distributions obtained from high rate electron beam evaporation sources”. Thin Solid Films, 293, (1997) 124-132.
[17] D. J. Srolovitz, “Shadowing effects on the microstructure of obliquely deposited films”. Journal of applied physics, 91, (2002) 1963-1972.