توضیحات
پروژه شبیه سازی رسوب دهی شیمیایی بخار گالیوم-آرسنید(GaAs) در راکتور یا واکنشگاه CVD در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT)
رسوب دهی شیمیایی بخار(CVD):
رسوب دهی شیمیایی بخار(chemical vapor deposition) شامل تجزیه و واکنش های شیمیایی مواد گازی در یک محیط فعال – گرما، نور و پلاسما و در ادامه شکل گیری محصول جامد پایا می باشد. رسوب، شامل اندرکنش های همگن فاز گازی که در فاز گازی اتفاق می افتد و اندرکنش های شیمیایی ناهمگن که بر روی یا نزدیک یک سطح گرم برای شکل گیری پودرها یا فیلم ها اتفاق می افتد. از CVD در تولید پودرهای بسیار رقیق و صاف و خوب استفاده می شود.
CVD یک فرآیند اندرکنش شیمیایی گازها در نزدیکی زیر لایه ها برای رسوبن مواد مختلف می باشد. در یک نمونه از فرایند CVD، زیر لایه ها در معرض یک یا چند ماده تشکیل دهنده گازی فرار قرار می گیرند که با واکنش و یا از هم پاشیدن آنها بر روی سطح زیر لایه، مواد رسوبی تولید می کند. معمولاً محصولات فرار نیز تولید می شود(گازهای تولید شده در اثر واکنش ها ) که توسط گردش و جریان گاز از راکتور(reactor) یا اتاق واکنش خارج می شوند.
CVD قادر به تولید هر جسم فلزی و غیر فلزی می باشد و به طور گسترده ای در صنعت نیمه رساناها مورد استفاده قرار می گیرد، در ساخت ابزار نیمه رسانا، پوشش فیلم های مختلف شامل: پلی کریستال شفاف و متبلور، سیلیکن بی شکل وهمبافته ، سیلیس، سیلیکن ژرمانیم، تنگستن، نیترید سیلیکون، اکسی نیترید سیلیکون و نیز در کاربردهای صنعتی جهت تولید و سنتز الماس و ترکیبات کربن استفاده می شود.
در سال ۱۹۷۰ موفقیت های قابل توجهی در رسیدن به ساخت نیمه رساناهای الکترونیکی و پوشش های محافظ برای جریان های الکترونیکی بدست آمد و باعث گسترش تکنولوژی CVD در تولید قطعات مختلف شده است. به طور خلاصه، کاربردهای تکنولوژی CVD را می توان در چهار دسته مجزا طبقه بندی نمود:
1-استخراج فلزات در اثر حرارت
۲-مواد اپتوالکترونیکی و الکترونیکی
٣-اصلاح سطوح پوشش ها
۴-رشته های سرامیکی و ماتریس های سرامیکی مرکب( CMCs ).
سیستم CVD:
تجهیزات CVD برای همه مواد یکسان و ثابت نمی باشد و تکنیک های مختلف CVD متناسب با پوشش های ماده مشخص و هندسه خاص می باشد. به طور کلی سیستم CVD شامل سه قسمت اصلی می باشد:
1-سامانه پشتیبانی پیش ماده ها (Precursors) و سیستم پخش کننده گازهای برهم کنشی.
2-واکنشگاه یا راکتور.
٣. سامانه خروجی شامل سیستم خروجی گازها، کنترل کننده فشار، پمپ خلا و سیستم چرخه ای واکنش دهنده ها.
واکنشگاه یا راکتور:
فرآیندهای مورد استفاده و شکل زیر لایه ها ونیز نگهدارنده ها در نوع راکتور و مشخصات آن سهم بسزایی دارند.واکنش های شیمیایی مربوط به صنایع شیمیایی، پتروشیمی و نفتی در تجهیزاتی به نام راکتور(Reactor) انجام می شوند. در این راکتورها با ایجاد شرایط تحت کنترل سعی می گردد تا محصولات مطلوب و یا اهداف واکنش در شرایط موردنظر به دست آیند. برای استفاده در طیف وسیعی از شرایط عملیاتی چه از نظر ویژگی های شیمیایی گونه ها (واکنش دهنده ها و محصولات) و چه از نظر شرایط فیزیکی تحت عملیات، راکتورهای بسیار متنوعی وجود دارند. فاکتور های عمده تاثیرگذار بر انتخاب راکتور این ها هستند: تعداد فازها، نیاز یا عدم نیاز به سیستم های آشفته، رسیدن و حفظ و نگهداری دما و فشار برای واکنش و مقیاس تولید که مدل عملیاتی پیوسته یا ناپیوسته را مشخص می کند. راکتور دستگاهی است که در آن فرآیندهای بیوشیمیایی و یا بیولوژیکی تحت شرایط محیطی کنترل شده (دما، pH، فشار، اختلاط، هوادهی، انتقال اکسیژن و غیره) انجام می شود. راکتورها درواقع تجهیزاتی هستند که در واحدهای کوچک آزمایشگاهی از جنس شیشه و درواحدهای بزرگ صنعتی معمولا از جنس استیل ساخته می شوند.
مثال های راکتور یا واکنشگاه های رسوب دهی شیمیایی بخار:
شکل مثال هایی از طراحی های مختلف واکنشگاه ها یا راکتورهای رسوب دهی شیمیایی بخار.
شرح پروژه:
در این پروژه شبیه سازی رسوب دهی شیمیایی بخار گالیوم-آرسنید(GaAs) در راکتور یا واکنشگاه CVD در نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT) انجام شده است.
هندسه مسئله:
به منظور ترسیم هندسه مسئله از نرم افزار انسیس دیزاین مدلر(ANSYS Design Modeler) استفاده شده است.
شبکه و مش:
شبکه و مش در نرم افزار فلوئنت مشینگ(Fluent Meshing) تولید شده است.
شبیه سازی و حل:
به منظور شبیه سازی از نرم افزار انسیس فلوئنت(ANSYS FLUENT) استفاده شده است.
حلگر:
حلگر مورد استفاده، حلگر فشار مبنا (Pressure based) در شرایط پایا است.
مدل لزجت:
مدل لزجت استفاده شده در این پروژه مدل جریان آرام است.
سیستم واکنش راکتور:
مدل انتقال گونه ها (species transport) استفاده شده است.
وابستگی سرعت-فشار:
الگوریتم حل کوپل برای حل معادلات وابستگی سرعت-فشار استفاده شده است.
نمونه نتایج شبیه سازی:
