本发明涉及一种分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统及方法，属于半导体材料。
背景技术：
1、氧化镓作为第四代的超宽带隙半导体材料，由于其具有显著的超宽带隙和超高的临界击穿电场等优势，被广泛应用于新型功率器件和光电子器件中。众所周知的是，氧化镓分为α，β，γ，δ，ε五种晶体结构。其中，β-ga2o3的热力学性质比较稳定，并且近年来对β-ga2o3使用上的研究逐渐成熟。β-ga2o3通常可以由薄膜生长，提拉法，分子束外延和金属有机气相外延得到。
2、相比于β相的研究，对亚稳相α相的研究较少，但随着α-ga2o3的更多优越特性被发现，α-ga2o3逐渐成为研究热点。α-ga2o3比β-ga2o3有着更宽的带隙，约为5.3ev，以及更小的电子有效质量和更大的baliga值。从而，α-ga2o3在功率器件领域中有着广阔的应用前景。
3、α-ga2o3的亚稳态晶体结构导致其实现同质外延生长较为困难。但同时，又因为α-ga2o3与α-al2o3(蓝宝石)具有相同的刚玉结构，且两者在a轴和c轴方向的晶格失配率都小于5％，晶格失配小，使其易于在蓝宝石衬底上进行异质外延。α-ga2o3薄膜可以由金属有机气相外延(mocvd)，卤化物气相外延(hvpe)，雾化学气相沉积(mist-cvd)以及分子束外延(mbe)等方法制备。与上述制备方法相比，mist-cvd法的优势更加明显，例如mist-cvd设备无需真空环境并且具有较好的扩展性和较低的制备成本，从而能够提供廉价的平台去支持α-ga2o3的异质外延生长。同时，相较于mocvd或mbe系统，mist-cvd系统的效率更高，能耗更低。
4、但在mist-cvd系统连续生长亚稳定相α-ga2o3的初始成核过程中，存在生成物均匀性较差的问题，因此，如何提升生成物的均匀性是目前研究的难点。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统及方法，可以有效对α-ga2o3在雾化学气相沉积系统中的生长情况进行分析，促进生成物α-ga2o3的生长均匀性。
2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
3、一方面，本发明提供一种分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统，所述雾化学气相沉积系统为水平式反应腔，其包括三个直径大小不同的三维圆柱形管道，所述三维圆柱形管道按直径大小梯度依次连接，其中：直径最小的三维圆柱形管道的端部作为第一入口，所述第一入口用于输入n2，o2混合气体；
4、直径最大的三维圆柱形管道的端部作为出口，所述出口用于输出生成物，所述直径最大的三维圆柱形管道内部放置有衬底，且外部围设有加热器，所述加热器用于对管道壁面进行加热；
5、位于中部的三维圆柱形管道下方设有第二入口，所述第二入口用于输入乙酰丙酮镓溶液。
6、进一步的，所述雾化学气相沉积系统整体长度为1.44m，第一入口直径为0.04m，第二入口为直径为0.04m，长度为0.04m的圆柱形管道，所述出口直径为0.12m，所述加热器采用电阻式加热器，设于距离出口0.5m处，其长度为0.4m。
7、进一步的，所述乙酰丙酮镓溶液以雾滴形式通过载气n2由第二入口输送至系统内部，所述雾滴大小为微米级。
8、另一方面，本发明提供一种分析α-ga2o3生长情况的方法，所述方法通过上述任一项所述的分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统实现，其包括：
9、构建雾化学气相沉积系统的三维模型，对三维模型进行网格划分，生成网格文件；
10、将网格文件导入计算流体力学仿真软件中，设定三维模型的边界条件，并选定多相流求解器；
11、在多相流求解器中设置材料参数和控制参数，利用多相流求解器对三维模型内反应进行计算，得到计算结果；
12、根据计算结果对α-ga2o3生长情况进行分析，得到α-ga2o3生长情况的分析结果。
13、进一步的，所述雾化学气相沉积系统的三维模型构建采用icem软件，所述网格划分采用csdm软件。
14、进一步的，所述三维模型的边界条件包括壁面类型、壁面温度、入口类型和出口类型，所述壁面类型设置为无滑移，所述壁面温度范围为600～680k，且上壁面温度与下壁面温度高，所述入口类型设置为速度入口，所述出口类型设置为自由出口。
15、进一步的，所述多相流求解器采用reactingfoam，并在求解过程中采用pimple算法、拉格朗日离散液滴法以及decomposedict算法，其分别用于对仿真进行分块并行运算。
16、进一步的，所述材料参数包括气体参数和液体参数，所述气体参数为n2，o2，气化后的乙酰丙酮镓的气体属性，所述气体属性包括摩尔质量、定压比热容、生成焓、运动粘度以及普朗特数，所述液体参数为包括乙酰丙酮镓的液体属性以及乙酰丙酮镓雾滴进入系统时的基础属性，所述乙酰丙酮镓的液体属性包括液体密度、定压比热容、潜热、沸点以及汽化温度，所述乙酰丙酮镓雾滴进入系统时的基础属性包括雾滴初始温度、注入量、雾滴尺寸及分布。
17、进一步的，所述控制参数包括初始时间步长、仿真时间、时间间隔、最大库朗数以及最大时间步长。
18、进一步的，所述计算结果包括系统内部的温度场及速度场，衬底上方的反应物浓度，反应气体的浓度分布、雾滴的直径变化及颗粒数分布。
19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
20、本发明采用计算流体力学(cfd)仿真方法对雾化学气相沉积系统进行三维(mist-cvd)建模，在计算流体力学仿真软件openfoam中选用多相流求解器并设置边界条件，通过设置气体热物理模型以及前驱体溶液乙酰丙酮镓(ga(acac)3)雾滴物理属性，分析腔体内部流场和反应物分布，并深入研究入口速度以及壁面温度等参数对生成物在衬底生长均匀度的影响；
21、本发明实现了对α-ga2o3的雾化学气相沉积系统的建模及多相流生长仿真，使得可以通过计算机模拟仿真实际实验过程，实现对雾化学气相沉积系统制备α-ga2o3薄膜过程中的流体动力学研究。
1.一种分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统，其特征在于，所述雾化学气相沉积系统为水平式反应腔，其包括三个直径大小不同的三维圆柱形管道，所述三维圆柱形管道按直径大小梯度依次连接，其中：直径最小的三维圆柱形管道的端部作为第一入口，所述第一入口用于输入n2，o2混合气体；
2.根据权利要求1所述的分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统，其特征在于，所述雾化学气相沉积系统整体长度为1.44m，第一入口直径为0.04m，第二入口为直径为0.04m，长度为0.04m的圆柱形管道，所述出口直径为0.12m，所述加热器采用电阻式加热器，设于距离出口0.5m处，其长度为0.4m。
3.根据权利要求1所述的分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统，其特征在于，所述乙酰丙酮镓溶液以雾滴形式通过载气n2由第二入口输送至系统内部，所述雾滴大小为微米级。
4.一种分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1~3任一项所述的分析α-ga2o3生长情况的雾化学气相沉积系统实现，其包括：
5.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述雾化学气相沉积系统的三维模型构建采用icem软件，所述网格划分采用csdm软件。
6.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述三维模型的边界条件包括壁面类型、壁面温度、入口类型和出口类型，所述壁面类型设置为无滑移，所述壁面温度范围为600~680k，且上壁面温度与下壁面温度高，所述入口类型设置为速度入口，所述出口类型设置为自由出口。
7.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述多相流求解器采用reactingfoam，并在求解过程中采用pimple算法、拉格朗日离散液滴法以及decomposedict算法，其分别用于对仿真进行分块并行运算。
8.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述材料参数包括气体参数和液体参数，所述气体参数为n2，o2，气化后的乙酰丙酮镓的气体属性，所述气体属性包括摩尔质量、定压比热容、生成焓、运动粘度以及普朗特数，所述液体参数为包括乙酰丙酮镓的液体属性以及乙酰丙酮镓雾滴进入系统时的基础属性，所述乙酰丙酮镓的液体属性包括液体密度、定压比热容、潜热、沸点以及汽化温度，所述乙酰丙酮镓雾滴进入系统时的基础属性包括雾滴初始温度、注入量、雾滴尺寸及分布。
9.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述控制参数包括初始时间步长、仿真时间、时间间隔、最大库朗数以及最大时间步长。
10.根据权利要求4所述的分析α-ga2o3生长情况的方法，其特征在于，所述计算结果包括系统内部的温度场及速度场，衬底上方的反应物浓度，反应气体的浓度分布、雾滴的直径变化及颗粒数分布。
