Fluent仿真实例-表面化学反应半导体砷化镓GaAs的生成
案例描述：半导体砷化镓GaAs的生成，是利用一种化学气相沉积方法生成（chemical vapor deposition，CVD）。其反应装置如下：Ga(CH3)3和AsH3从顶部入口处进入反应器，293K，0.02189 m/s。气体将会经过加热旋转的反应台Wall4，80 rad/sec，化学反应生成的镓固体和生成砷固体不断在反应台沉积，生成砷化镓。反应台不断旋转迫使气体层流运动流向出口。化学反应如下：1、启动软件并导入网格启动Fluent软件，选择3D版本，单核Serial求解，双精度Double Precision计算。导入surface.msh网格文件，在文章末尾有下载。对网格进行缩放。 显示网格如下。2、模型设置2.1 开启能量方程。 2.2 启动物料输送和反应模型。在模型库中打开Species模型，设置如下。3、材料设置3.1 在Fluent的气体材料库中调出AsH3，Ga(CH3)3， CH3和 H2四种气体，英文名是arsenic-trihydride，hydrogen，methyl-radical和 trimethyl-gallium。分别点开这四种物料的属性，设置如下： 3.2 新建物料，气体site species物料Ga_s 和 As_s，固体物料Ga和As。物性参数如下： 3.3 创建混合物料。操作Materials –> mixture-template –> Create/Edit... 点击打开上面Mixture Species右边的Edit按钮，设置Selected Species，Selected Site Species和 Selected Solid Species。操作举例说明，例如一开始打开此面板时候，ga_s是在Available Materials的选择框中，用鼠标单击选择ga_s，然后可以看到另外三个空白选择框下面的Add按钮都变成了可以选择状态。点击Selected Site Species下方的Add按钮，可以看到ga_s已经选进了此选择框中，这样就指定了ga_s为Site Species。物料的分配如下图所示。 点击OK后，退出到上一级混合物性设置的面板，点击Reaction下拉菜单右边的Edit按钮，设置化学反应。化学反应有2个，所以需要设置两个化学反应。第一个化学反应设置如下。 当点击OK按钮后，将会推出到上一级的混合物料设置面板，再次点击Reaction下拉菜单右边的Edit按钮，添加第二个化学反应设置如下。第一步是先设置ID为2。 当点击OK按钮后，将会推出到上一级的混合物料设置面板，点击Mechanism下拉菜单右边的Edit按钮，设置反应机理。 当点击到Define按钮打开面板，设置如下。设置好后退出到混合物料设置面板，设置Thermal Conductivity和Viscosity如下图，其余参数设置保持默认。 到此，化学反应公式和机理到此已经输入到了Fluent中了。4、边界设置4.1 velocity-inlet边界。需要设置进口速度和进口物料。 4.2 outlet边界设置，类型选择outflow。保留默认设置。4.3 wall 1边界。 4.4 wall 2边界。 4.5 wall 4边界。 4.6 wall 5边界。 4.7 wall 6边界。 5、操作条件设置。 6、 求解设置6.1 离散方案设置。速度-压力采用Coupled，Pressure采用Standard，其余采用二阶迎风。 6.3 松弛因子。 6.4 残差收敛标准，质量continuity和能量energy都设置为1e-6，其余保持默认。6.5 初始化。 6.5 输入迭代步数1000，点击Calculate开始计算。7、后处理7.1 计算到310步计算收敛，保持case和data文件。收敛残差曲线如下图。 7.2 查看质量流量是否平衡，操作Reports → Fluxes → Set Up...。可以看到，进出口和沉积面的质量是守恒的。7.3 沉积面Wall 4上面的ga表面沉积率。 7.4 沉积面Wall 4上面的ga_s表面沉积率。 其他的物性后处理，根据需求显示和统计即可。 来源：CFD饭圈
