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研究生:陳昱安
研究生(外文):Yu-An Chen
論文名稱:三維有機金屬化學氣相沉積垂直腔體噴氣頭最佳化設計
論文名稱(外文):Three-Dimensional Design Optimization of Showerhead of Metal-organic Chemical Vapor Deposition Vertical Reactor
指導教授:吳俊瑩吳俊瑩引用關係
指導教授(外文):Chun-Yin Wu
口試委員:吳俊瑩
口試委員(外文):Chun-Yin Wu
口試日期:2014-07-25
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:機械工程學系(所)
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:有機金屬化學氣相沉積微分演化演算法噴氣頭最佳化
外文關鍵詞:Differential EvolutionShowerhead OptimizationMOCVD
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有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)是LED發光二極體與太陽能電池薄膜的原料磊晶(Epitaxy)之主要製程,而磊晶生長的均勻度會影響LED成品的效率與品質,為了要讓這一層半導體薄膜結晶可以均勻的沉積,MOCVD設備機台的噴頭大小位置、轉速與溫度控制就要精確的設計。
本研究使用電腦輔助分析軟體(CAE)搭配微分演化演算法進行自動化最佳設計,利用自己開發程式整合多個CAE軟體,首先產生參數,將參數帶入商用軟體ANSYS建出實體幾何,再經由程式打開ICEM CFD劃分網格,再匯入Fluent進行求解分析,最後分析結果經由微分演化演算法程式進行設計修改及最佳解搜尋,以最大代數為收斂條件找出最佳設計。本研究以噴氣頭的位置與孔徑為設計參數,設計目標為薄膜均勻沉積,最佳化後的結果,以薄膜沉積率平均值做基準設為1,最大沉積率為1.089 ,最小沉積率為0.887 。沉積率的變異約在10% 。
MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition) method is the main process to grow the epitaxy which can be used in light-emitting diodes(LED) and thin-film solar cells. The uniformity of the epitaxy film thickness is relevant to LED efficiency and quality. In order to make this layer of semiconductor crystalline film deposited uniformly, the rotation speed, temperature, air vent’s position and diameter must be seriously controlled in designing MOCVD equipment.
Computer-assisted engineering analysis (CAE) software and differential evolution(DE) algorithm are used to build an automatic design optimization process. Self-developed optimization program are integrated with several CAE softwares in this study. First, the program generated the values of design parameters. Second, the ANSYS Workbench script is used to modeling the geometry of design. Third, ICEM CFD software is applied to mesh the geometry model and the mesh result is imported into Fluent to simulate thin film deposition. Finally the developed DE optimization program is utilized to get the simulation results and generate new designs for optimum search. The procedures are repeated until the convergence condition is reached. In this study, the air vent’s position and diameter are used as the design parameters. The goal is to achieve the thin film deposition uniformly by adjusting the design parameter using DE algorithm. From results of optimization, the mean value of the thin film deposition rate is used for normalization as value of one. The maximum deposition rate is 1.089 and the minimum value is 0.887. The variation of deposition rate is about 10% of the mean value.
目錄
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2有機金屬化學氣相沉積法 MOCVD 1
1.3研究動機 4
1.4演算法 5
1.5文獻回顧 5
1.6論文架構 6
第二章 微分演化演算法 8
2.1簡介 8
2.2微分演化演算法基本架構 9
2.2.1個體族群初始化 9
2.2.2突變機制 10
2.2.3交配機制 11
2.2.4評估與選擇 12
2.2.5終止條件 13
2.3測試方程式驗證 15
第三章 整合CAE軟體 23
3.1簡介 23
3.2 ANSYS商用軟體介紹 24
3.2.1 ANSYS分析架構介紹 25
3.3整合網格劃分軟體ICEM CFD 28
3.3.1網格概述 28
3.3.2整合ICEM CFD 29
3.4流體模擬軟體 ANSYS Fluent 31
3.5整合ANSYS、ICEM、Fluent與DE 34
第四章 三維有機金屬化學氣相沉積噴氣頭最佳化 36
4-1垂直式腔體噴氣模型驗證 36
4.2三維MOCVD噴氣頭最佳化參數設定 38
4.2.1模型參數設定 38
4.2.2演算法參數設定 41
4.2.3最佳化結果與討論 42
第五章 結論未來展望 47
5.1結論 47
5.2未來展望 48
參考文獻 50
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