CVD_II-VI_Edition｜結晶成長やデバイスのシミュレーション【STRJapan株式会社】

For Modeling of Bulk Crystal Growth and Epitaxy of II-VI Crystals by Chemical Vapor Deposition
化学気相蒸着法（CVD法）によるZnS、及びZnSe単結晶気相成長専用エディション

CVD II-VI Editionは、ZnS(硫化亜鉛、ジンクサルファイド)、及びZnSe(セレン化亜鉛、ジンクセレン)の化学気相成長(CVD)の専用のエディションです。ZnS、及びZnSeのバルク結晶、及びエピ成長プロセスに対応しています。
熱流体解析をベースに、化学気相成長法(CVD法)によるZnS、及びZnSe結晶成長をシミュレーションにより再現する事が出来ます。
原料ガスはZnSではZinc側ソースとして亜鉛ガス、Sulfide側ソースとしてH2Sガスを考慮しています。またZnSeではZincソースとして亜鉛ガス、SeleniumソースとしてHeSeガスを考慮しています。
また、原料である亜鉛融液表面で亜鉛ガスが発生する表面反応も考慮することが出来ます。　
また、基板での成長以外に、リアクター内壁（グラファイト壁 等）での寄生成長も考慮する事ができます。
CVD法による長時間バルク結晶成長の場合、時間経過による結晶形状変化が周囲環境(温度場、流れ場、濃度場)に与える影響を無視することは出来ません。Virtual Ractor CVD II-VI Editionでは、長時間成長における結晶形状変化と共に各時間の温度場や流れ場の計算が可能なため、より現実に近い現象をシミュレーションする事が出来ます。
成長カイネティクスとして基板、及び多結晶の寄生付着において、表面における付着係数アレニウス型の式にて設定することが出来ます。

CVD II-VI Editionではアドオンモジュールとして、以下をご用意しております。

・非定常解析モジュール：昇温工程(温度)、冷却工程(温度)の非定常解析が出来ます。

CVD II-VI Editionでは気相からのバルク、及びエピ成長プロセスを支配している物理現象を計算モデルとして実装しており、温度分布、対流パターン、化学種濃度分布等の結晶成長の最適化において重要な物理量を求める事が出来ます。
結晶表面近傍は熱力学的平衡状態と仮定した準熱平衡モデルを基本としており、拡散・脱離律速の温度領域を考慮する事が出来ます。

[出力結果]
CVD II-VI　Editionでは以下のような計算結果を出力する事が可能です。

・温度分布
・対流パターン
・気相中の化学種濃度分布 (ガス分圧、質量分率、モル分率 等)
・気相中、結晶表面におけるVI/II比分布
・結晶表面における成長速度分布、結晶形状
・誘導コイルによるジュール発熱分布
・ヒーターパワー電力量
・昇温中の温度分布の経時変化
・冷却中の温度分布の経時変化
など

[計算モデル]
CVD II-VI Editionでは、以下の様なリアクター内で起こっている物理現象をモデルとして実装しています。

・熱輻射、熱伝導、対流伝熱
　熱輻射は、形態係数を用いたSurface to Surfaceモデルを使用して計算を行います。
　また、熱伝導に関しては、固体の熱伝導率の異方性を考慮する事が出来ます。
・2波長バンドモデルにより石英などの固体内部輻射を考慮することが出来ます。
・抵抗加熱、または誘導加熱による加熱
・パワーの温度フィッティング
　指定座標の温度が指定温度になるようにパワーを自動的に制御する機能が実装されています。従って、
　より現実に近いプロセス制御を考慮する事が可能です。誘導加熱の場合は、実効電流の制御も可能です。
・化学種の多成分輸送(濃度拡散・対流による移流)
・結晶界面形状の経時変化、寄生付着多結晶形状の経時変化
　結晶形状変化は、擬定常近似モデルを考慮して計算されます。
・昇温、及び冷却プロセスにおける温度の変化　
など

図5. 結晶成長後のZnS結晶形状、及び用いたアルゴン流量のレシピ