Υπολογιστική μελέτη πολλαπλότητας χώρου λύσεων σε αντιδραστήρα περιστρεφόμενου υποστρώματος για απόθεση υμενίων από ατμό

Γάκης, Γεώργιος - Παύλος; Gakis, Georgios - Pavlos

dc.contributor.author	Γάκης, Γεώργιος - Παύλος	el
dc.contributor.author	Gakis, Georgios - Pavlos	en
dc.date.accessioned	2016-06-06T06:25:26Z
dc.date.available	2016-06-06T06:25:26Z
dc.date.issued	2016-06-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42622
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10546
dc.rights	Default License
dc.subject	Υμένιο	el
dc.subject	CVD	en
dc.subject	Solution multiplicity	en
dc.subject	Cfd	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη πολλαπλότητας χώρου λύσεων σε αντιδραστήρα περιστρεφόμενου υποστρώματος για απόθεση υμενίων από ατμό	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημικη Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-09-30
heal.abstract	Οι διεργασίες χημικής απόθεσης από ατμό χρησιμοποιούνται ευρέως στην σύγχρονη βιομηχανία, με κύριες εφαρμογές στην παραγωγή ημιαγώγιμων υλικών, στο πεδίο της παραγωγής προϊόντων της οπτικής και της μικροηλεκτρονική. Στόχος των διεργασιών χημικής απόθεσης από ατμό είναι η ανάπτυξη λεπτών φιλμ (υμενίων), των οποίων τα κύρια ποιοτικά χαρακτηριστικά είναι η ομοιομορφία πάχους του παραγόμενου υμενίου και η καθαρότητα της σύστασης του προϊόντος. Για την επίτευξη των στόχων αυτών, απαιτείται η εις βάθος κατανόηση των φαινομένων μεταφοράς που λαμβάνουν χώρα σε μια τέτοια διεργασία και των μηχανισμών τους. Σημειώνεται ότι η επίτευξη ομοιομορφίας (πάχους) του παραγόμενου υμενίου επηρεάζεται σημαντικά από τη ροή στο εσωτερικό του αντιδραστήρα. Τα τελευταία χρόνια η υπολογιστική διερεύνηση των διεργασιών αυτών, και η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων λειτουργίας τους στην ομοιομορφία του παραγόμενου υμενίου, γίνεται με τη βοήθεια λογισμικού υπολογιστικών φαινομένων μεταφοράς, τα οποία προσομοιώνουν ρεαλιστικά προβλήματα φυσικών και χημικών διεργασιών. Στα διάφορα είδη λογισμικού χρησιμοποιούνται κώδικες και υπολογιστικές μέθόδοι που έχουν εξελιχθεί αρκετά ώστε να μπορούν να επιλύσουν τα περισσότερα προβλήματα. Πολλές φορές όμως, χρειάζεται η σύζευξή τους με βοηθητικούς εξωτερικούς κώδικες, για να ανιχνεύσουν πληροφορίες και αποτελέσματα που δεν μπορούν να αποδόσουν μόνοι τους, όπως είναι η πολλαπλότητα λύσεων, ή η ανίχνευση ασταθών λύσεων του προβλήματος. Στην παρούσα εργασία, έγινε μια υπολογιστική μελέτη σε έναν εμπορικό αντιδραστήρα χημικής απόθεσης από ατμό, χρησιμοποιώντας το λογισμικό υπολογιστικής ρευστομηχανικής ANSYS -Fluent. Στόχος της διερεύνησης ήταν η ανίχνευση των διάφορων μορφών του πεδίου ροής στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, οι οποίες οδηγούν σε διαφορετικά αποτελέσματα στο παραγόμενο προϊόν. Τέλος, διενεργήθηκε υπολογιστική μελέτη για την ύπαρξη πολλαπλότητας λύσεων, δηλαδή πεδίων ροής, για ένα εύρος παραμετρικών τιμών. Η μελέτη αυτή έγινε με τη σύζευξη εξωτερικών συναρτήσεων στον κώδικα του Fluent. 2 Τα αποτελέσματα που προέκυψαν στην παρούσα διπλωματική εργασία, οδήγησαν στην κατηγοριοποίηση τριών μορφών λύσεων του πεδίου ροής, κάθε μία από τις οποίες ασκεί διαφορετική επίδραση στην ομοιομορφία του προϊόντος της διεργασίας. Η φύση των λύσεων που προέκυψαν από τους υπολογισμούς ποικίλει, τόσο σε σχέση με το πεδίο ροής στο οποίο οδηγούν, όσο και με τη δυναμική τους συμπεριφορά, δηλαδή τη μεταβολή τους ως προς το χρόνο. Έτσι, προκύπτουν λύσεις μόνιμης κατάστασης, αλλά και λύσεις περιοδικά μεταβαλλόμενες ως προς το χρόνο, ανάλογα με τις τιμές των παραμέτρων της διεργασίας. Τέλος, η διερεύνηση επιβεβαίωσε την ύπαρξη πολλαπλότητας λύσεων, για ένα εύρος των παραμετρικών τιμών. Συγκεκριμένα, εντοπίστηκαν δύο ευσταθείς κλάδοι λύσεων. Συνεπώς, για την ίδια τιμή παραμέτρων, ο αντιδραστήρας μπορεί να λειτουργήσει σε δύο διαφορετικές καταστάσεις σε καθεμιά από τις οποίες μπορεί να οδηγηθεί με την επιβολή κατάλληλης διαταραχής πεπερασμένης ενίσχυσης.	el
heal.abstract	Chemical vapor deposition processes are widely used in the industry, with major applications in the development of semiconductor materials, used in the field of optics and microelectronics. The aim of chemical vapor deposition processes is the development of thin films, whose main characteristics are the thickness uniformity and composition purity of the produced film. To achieve these objectives, an in-depth understanding of the transport phenomena and the mechanisms taking place in such a process is required. The flow regimes developed in the reactor, resulting from the effect of these phenomena, play a significant role for the deposition rate and thickness uniformity. In recent years, computational analysis with Computational Fluid Dynamics (CFD) software is used extensively, to determine the effect of various operating parameters on the uniformity of the produced film. The CFD codes and computational methods used have evolved enough to be able to solve efficiently most industrial scale, complex problems. However, these codes often require the conjugation with external codes developed by the user in order to obtain results that the code cannot compute itself, such as unstable solutions or the detection of solution multiplicity . In this thesis, a computational study is performed of a commercial chemical vapor deposition reactor, using the CFD ANSYS Fluent software. The aim of the investigation is to determine the different forms of flow fields and regimes in the reactor, which result in differences in product uniformity. Finally, a second computational study was performed to investigate the existence of solution multiplicity for the flow field, for a range of parameter values. This study required the conjugation of external functions in the Fluent code. Results obtained from this study led to the classification of three types of flow field solutions. The different solutions that occured from the calculations vary both in relation to the flow regime, as with their dynamic behavior. Thus, both steady-state and time periodic solutions are obtained, depending on the values of the process parameters. 4 Finally, the investigation confirmed the existence of multiple solutions for a range of parameter values. Specifically, two stable solution branches were identified. Thus, for the same operating conditions, the reactor can be led to two different flow field forms, by imposing a finite perturbation of a specific value to the system.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true