TiO2沉积模拟研究汇报.pptVIP

关于TiO2沉积的模拟研究汇报 研究汇报内容 1 文献阅读 1.1 2 1.4 1.2 1.3 文献题目及来源 文献中模型设置描述 文献研究目的 文献中模拟结果及讨论 1.5 结论 自己的模拟研究 文献题目和来源 文献题目：Study of Atmospheric MOCVD of TiO2 Thin Films by Means of Computational Fluid Dynamics Simulations. 文章作者：Neyda Baguer,* Erik Neyts, Sake Van Gils, and Annemie Bogaerts 文章来源：Chem. Vap. Deposition 2008, 14, 339–346 文献研究目的 本文通过CFD模拟研究了使用TTIP作为前躯体和氮气作为载气的MOCVD沉积TiO2薄膜。 在大气压力下，研究了前躯体浓度、基底温度和水解反应对沉积的影响。 文献中 模型描述及求解设置 模型描述 入口气流（N2+TTIP）温度设为408K，速度为0.368m/s，TTIP的摩尔质量分数在10e-3和10e-5之间，反应器壁认为温度可控并且恒温等于408K。对不同TTIP浓度，基底温度在773K到973K之间。 文献中 模型描述及求解设置 化学反应及组分设置 文献中 模型描述及求解设置 求解设置 CFD计算中使用“Stiff-chemistry”解方程，它可以使求解过程对化学反应和传输方程在时间上进行分开求解。这个很有必要因为水解反应速率非常快，因此反应时间比对流及扩散时间快很多，这也使得很难得到传输方程的求解值。 文献研究结果与讨论 气流分布分析 在反应器内浓度边界层可认为等于速度边界层，因为，在边界层内气流开始停滞。因此我们可以认为反应物的传输到达基底表面不再通过对流而是扩散在边界层内。靠近基底的停滞边界层有利于薄膜的均匀度当气相中的单体没有时间形成颗粒在被气流载运离开之前。 文献研究结果与讨论 温度 除了在非常靠近基底的区域，反应器内温度基本保持恒定为408K，在靠近基底的区域有很大的温度梯度。因此前躯体的热分解被限制在这个区域内（fig.3b）所以气相中TTIP的减少就是因为热分解和水解反应。 文献研究结果与讨论 homogeneous反应率 TTIP的热分解使得水和TiO2单体的生成。一旦反应器内有水存在，由于其对TTIP的氧化，水解几乎在同一时间发生，增加了TiO2单体的量，在所有的研究工况下，水解反应成为主要的反应相对于热解，尤其在较高的前躯体浓度（fig.4） 文献研究结果与讨论 Homogeneous反应 从图5看，几乎整个反应器内TTIP的浓度都保持在入口浓度值（10e-5），因此没有任何单体的生成。在距基底大约1mm的距离内，前躯体的浓度开始降低，在基底表面上达到最低值5.7*10e-7（fig.5a）而单体的浓度增加，这个说明在较低的前躯体浓度和基底温度，TiO2的质量分数只有1%。随着温度及入口前躯体浓度的增加，TiO2 的浓度增加。 文献研究结果与讨论 表面沉积 图6为基底径向沉积率图 个从图7看，当前躯体浓度为1e-5时，TTIP的直接吸附成为了生成薄膜的主要原因(99%at 773K to 95%at 973K)。TTIP的浓度为7.5*1e-4时，在773K下总沉积率的54%为TiO2 的直接吸附，在973k时为83%。 文献研究结果与讨论 水解反应对沉积的影响 图8看，水解反应对绝对沉积率的影响不大。但水解促进了TTIP的减少因此增加了单体的浓度。 图9中，TTIP的摩尔浓度为1e-5时，考虑水解和不考虑的热解反应率相似，所以单体浓度和通过单体直接吸附的沉积率几乎相同； TTIP的摩尔浓度为7.5e-4时，热解反应率小水解反应率一个数量级左右。 文献总结 本文使用CFD模拟了大气压下MOCVD法生成TiO2 薄膜。研究了基底温度、前躯体浓度及水解反应对生成薄膜的影响。 在靠近基底附近区域温度梯度很大，所有工况下表面沉积均匀。 沉积率随前躯体浓度的增大和基底温度的降低而增大，TTIP的浓度为1e-5时，TTIP的直接吸附几乎是薄膜生成的唯一原因，当TTIP浓度为1e-3时，TiO2单体的沉积变得更重要。 TTIP的水解反应增加了单体产生。 自己的模拟研究 a. Particle tracks(colored by residence time(s)) b. contous of velocity(m/s) c.Contous of temperature(K) d.contous of mass fraction