샤워헤드 배플 형상에 따른 CVD 반응기 내부 유동장에 대한 수치해석적 연구

Q: 이 논문에서 정의한 균일성이란 무엇인가?

균일성은 CVD 반응기 내부 열 및 질량전달의 공간적 분포가 얼마나 일정한지를 나타내는 지표이다. 이는 서셉터 표면에서의 국소 열전달률(Nu 수)과 상대 질량 유속(RMF)의 표준편차를 기반으로 평가되며, 증착 필름의 품질과 공정 효율성을 결정하는 핵심 요소로 작용한다. 균일성이 높을수록 박막의 품질이 향상된다.

Q: CVD 반응기 샤워헤드 배플 설계가 유동 균일성에 어떤 영향을 미치는가?

연구 결과, 샤워헤드 배플 설계는 CVD 반응기 내부 유동장과 열 및 질량전달 균일성에 큰 영향을 미친다. 특히 30mm flat 배플은 배플이 없는 경우 대비 열전달 균일성을 25%, 질량전달 균일성을 22% 향상시키며 가장 우수한 성능을 보였다. 배플은 유동 분리 지점과 와류 형성 위치를 조절하여 전체적인 유동 균일성을 개선한다.

유민상; 정지홍; 손동기; 고한서

doi:10.3795/KSME-B.2025.49.8.477

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저자정보: 유민상 (성균관대학교) 정지홍 (성균관대학교) 손동기 (성균관대학교) 고한서 (성균관대학교)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 논문집 B권 대한기계학회논문집 B권 제49권 제8호(통권 제479호)

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Chemical vapor deposition(CVD) 반응기 유동 균일성은 설계에 따라 크게 달라지며, 균일한 열 및 질량전달은 박막 품질과 공정 효율성을 높이는 데 중요하다. 본 연구는 상용 코드 ANSYS Fluent를 활용해 수직형 CVD 반응기의 3차원 수치해석을 수행하여 배플 크기와 형상이 전달 균일성에 미치는 영향을 분석하였다. 해석 결과, 30 mm flat 배플은 no baffle 대비 균일성이 열전달 25%, 질량전달 22% 향상되며 가장 우수한 성능을 보였다. 20 mm 배플은 와류가 중간 지점에서 양쪽으로 형성돼 균일성을 저하시켰다. Flat 배플은 유동 방향성을 강화했고, curved 배플은 부드러운 전환을 유도하였다. 본 연구는 배플 설계가 반응기 최적화의 중요한 요소임을 보여준다.

#Chemical Vapor Depositon(화학기상증착) #Showerhead(샤워헤드) #Baffle(배플) #Susceptor(기판받침대) #Numerical Study(수치해석) #Uniformity(균일성) #Nusselt Number(너셀 수) #Mass Flux(질량 유속)

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