Modelagem tridimensional de reator de filamento quente para crescimento de diamante

• Main Author: Viviane Ribeiro de Siqueira
• Other Authors: Jerônimo dos Santos Travelho
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2009
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2009/11.30.18.24

O filamento quente é parte primordial no processo de crescimento de filmes de diamante utilizando reatores de deposição química a vapor assistidos por filamento quente. Desta maneira, realizou-se o estudo da eficiência energética de filamentos de diferentes diâmetros, localizados a diferentes distâncias do substrato. Para a realização deste estudo foi empregado um aplicativo comercial de dinâmica dos fluidos computacional. Com a utilização deste software foram realizadas modelagens tridimensionais do reator HFCVD considerando o transporte de calor e massa, a química de fase gasosa e de superfícies para ambientes contendo somente hidrogênio e para ambientes com hidrogênio, metano e radicais precursores ao crescimento. Nessas modelagens foram utilizados parâmetros fixos e variáveis. Os parâmetros fixos foram a temperatura do filamento, temperatura do substrato, a temperatura da parede do reator e o fluxo de entrada do gás. Os parâmetros variáveis foram o diâmetro do filamento, o número de filamentos, a distância entre filamento e substrato, a distância entre filamentos e a pressão de trabalho do reator. Com a realização das modelagens foi possível obter a eficiência energética do filamento quente, os perfis de temperatura, a velocidade e a concentração de espécies. Isto permite uma análise dos resultados, de onde é possível indicar a melhor configuração de reator para obter a maior quantidade de hidrogênio atômico na região do filamento quente e na região do substrato, obter a melhor distância entre filamento e substrato e a melhor distância entre os filamentos. === The hot filament is a key part in the growth process of thin films of diamond using HFCVD reactors. Thus, the study of the energy efficiency of filaments of different diameters, located at different distances from the substrate was done. For this study, commercial software for computational fluid dynamics was used. By using this software, a three-dimensional modeling of the HFCVD reactor is done, considering heat and mass transport, gas-phase and surface chemistries, reactor environments containing only hydrogen and containing hydrogen, methane. These modeling used fixed and variable parameters. The fixed parameters were the filament temperature, substrate temperature, the wall temperature and the flow of the gas. The variable parameters were the filament diameter, the number of filaments, the filament-substrate deep, the filaments distance and the internal reactor pressure. With this modeling the energy efficiency of the hot filament, the profiles of temperature, speed and species concentration were obtained. The results analysis shows the best direction of reactor configuration.