[發明專利]一種uCVD石墨烯制備加熱平臺設計方法及系統

在審

• 申請號: 202210108212.6
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114444359A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 閉呂慶
• 申請（專利權）人: 玉林師范學院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/392;G06F119/08
• 代理公司: 廣州海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 莫秀波

1.一種uCVD石墨烯制備加熱平臺設計方法，其特征在于，包括：

步驟S1.構建基于SOI晶圓的基礎加熱微芯片結構，所述基礎加熱微芯片結構包括自上而下依次連接的Cu層、SiO₂層、Si層；

步驟S2.對所述基礎加熱微芯片結構的Si層輸入電流，求解加熱曲線，根據加熱曲線分析Si層的電阻率對加熱的影響，并確定適當的Si層的電阻率，根據確定的Si層的電阻率確定Si層的摻雜；

步驟S3.在所述基礎加熱微芯片結構的各層厚度固定的前提下，分別改變長度和寬度，并求解對應的加熱曲線，根據兩個加熱曲線確定所述基礎加熱微芯片結構的長度和寬度；

步驟S4.在有限元分析軟件上對步驟S3得到的基礎加熱微芯片結構進行熱電仿真，以驗證其是否滿足要求。

2.根據權利要求1所述的一種uCVD石墨烯制備加熱平臺設計方法，其特征在于，在步驟S1中，通過UG或PRO/E或SolidWorks或CATIA構建基礎加熱微芯片結構。

3.根據權利要求1所述的一種uCVD石墨烯制備加熱平臺設計方法，其特征在于，在步驟S2中，將所述基礎加熱微芯片結構放入一個密封腔內并通電進行加熱，根據焦耳定律，基礎加熱微芯片結構產生的能量為：

Q＝I²Rt (1)

其中，I為通入的電流，t為加熱時長，R為Si層的電阻，

ρ為Si層的電阻率，L為基礎加熱微芯片結構的長度，S為電流輸入的有效橫截面積；

在真空退火前期，根據熱力學定律，通電產生的熱能，除了被基礎加熱微芯片結構本身吸收使得內能增加外，還有一部分因熱輻射和熱對流所損耗掉，

Q＝Q_A+Q_R+Q_C (2)

Q_A為所增加的內能，Q_R、Q_C分別為熱輻射和熱對流損耗的能量；由于基礎加熱微芯片結構體積小，所用材料的熱導率都較高，且各層間緊密接觸，因此可以近似認為基礎加熱微芯片結構整體溫度是均勻一致的，內能的增加為：

Q_A＝∑c_im_iΔT(t) i＝1，2，3 (3)

其中，c_i、m_i為各層材料的比熱容與質量，ΔT(t)為加熱前后的溫度差，熱輻射與熱對流可用如下公式描述：

σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數，ε_i、A_i分別為第i層材料的輻射率與外表面積，h為熱對流系數，T_S、T_∞分別為腔內壁和腔內氣體的溫度。

4.根據權利要求3所述的一種uCVD石墨烯制備加熱平臺設計方法，其特征在于，采用數值化的迭代法近似求解加熱曲線，取時間間隔為Δt，則公式(2)可近似為：

由此可得加熱的溫度公式如下：

式中，T_n-1、T_n分別為第n個加熱時間段的初始溫度和最終溫度，T₀＝T_S＝T_∞＝25℃。

5.根據權利要求1所述的一種uCVD石墨烯制備加熱平臺設計方法，其特征在于，在步驟S4中，通過ANSYS有限元分析軟件對所述基礎加熱微芯片結構進行熱電仿真。