UCVD法を使用したグラフェンの合成のための高温マイクロホットプレートの設計とシミュレーション

UCVD（微小化学蒸気堆積）グラフェン成長システムは、科学的研究や実験的ニーズに適した改善されたCVDシステムであり、迅速で便利なコンパクトな、低コストの機能によって特徴付けられます。SOIウェーハに基づくマイクロホットプレートは、このシステムのコアコンポーネントです。マイクロホットプレート用のUCVDシステムの要件を満たすために、加熱チップ、片持ちカンチレバー、ブラケットで構成される吊り下げられたマルチキャンティレバー加熱プラットフォームを提案します。この記事では、熱伝達理論と熱電シミュレーションを使用して、シリコン抵抗率、電流入力断面積、および対流熱伝達係数がマイクロヒーティングプラットフォームの性能に大きな影響を与えることを示します。したがって、提案されたソリューションでは、選択的ドーピングプロセスを採用して、カンチレバーと加熱チップのシリコン抵抗率の分化した構成を実現し、加熱チップがグラフェン合成の要件を満たしながら、カンチレバーが損傷なしに高電流に耐えることができるようにします。さらに、ブラケットを追加することにより、マイクロホットプレートの表面は同じ対流熱伝達環境を持ち、表面温度差を減らし、冷却速度を改善します。シミュレーション結果は、マイクロホットプレート表面の温度が1050.8°Cに達することができることを示しており、表面上の異なるポイントでの最大温度差は2°C未満であり、CUを使用したグラフェンのCVD成長の要件を効果的に満たしていることを示しています。触媒として。

The uCVD (microchemical vapor deposition) graphene growth system is an improved CVD system that is suitable for scientific research and experimental needs, and it is characterized by its rapid, convenient, compact, and low-cost features. The micro-hotplate based on an SOI wafer is the core component of this system. To meet the requirements of the uCVD system for the micro-hotplate, we propose a suspended multi-cantilever heating platform composed of a heating chip, cantilevers, and bracket. In this article, using heat transfer theory and thermoelectric simulation, we demonstrate that the silicon resistivity, current input cross-sectional size, and the convective heat transfer coefficient have a huge impact on the performance of the micro-heating platform. Therefore, in the proposed solution, we adopt a selective doping process to achieve a differentiated configuration of silicon resistivity in the cantilevers and heating chip, ensuring that the heating chip meets the requirements for graphene synthesis while allowing the cantilevers to withstand high currents without damage. Additionally, by adding brackets, the surfaces of the micro-hotplate have the same convective heat transfer environment, reducing the surface temperature difference, and improving the cooling rate. The simulation results indicate that the temperature on the micro-hotplate surface can reach 1050.8 °C, and the maximum temperature difference at different points on the surface is less than 2 °C, which effectively meets the requirements for the CVD growth of graphene using Cu as the catalyst.