MOCVD设备是一种集精密机械、自动控制、流体力学、材料生长动力学、光学测量等多种学科于一体，同时在设计、制造、加工和调试等方面难度均较大的一类大型生产与科研设备。由于其在半导体薄膜材料的外延生长方面具有巨大的优势，已成为半导体行业不可或缺的关键设备之一。国内外一直对MOCVD设备投入较大的人力与物力去研发和制造。虽然近年来国内MOCVD厂商已经开始迎头赶上，但是绝大部分市场依旧牢牢掌控在国外两大巨头手里，并不断通过专利保护等手段狙击国内厂商的发展。研发和制造具有自主知识产权的国产MOCVD设备对我国信息产业的发展和安全具有十分重要的意义。　　本文围绕研制一次可生长5片4英寸（或6片3英寸）感应加热式高温MOCVD设备，对MOCVD设备最核心的反应室进行了系统性的建模仿真工作，并在此基础上进行了MOCVD的设计、搭建和加热实验等工作，所取得的主要研究成果如下:　　1、反应室内磁场对石墨托盘稳定性的影响研究　　自主研制的感应加热式MOCVD设备采用机械手进行石墨托盘和晶片的取放操作，提高了生产效率并减少对反应室的污染，但是这种方式下托盘不能固定从而带来了稳定性问题。石墨托盘作为导体位于感应线圈所产生的交变磁场中，会受到周期性变化的电磁作用力。感应线圈内的电流强度和电流密度越大，线圈与石墨托盘的间距越小，该电磁作用力越大。例如当线圈电流强度为800A，电流频率为20kHz，间距为8mm时，石墨托盘受到的电磁作用力超过托盘自身重力，托盘会掉落导致材料生长失败甚至损坏设备。基于对托盘的受力计算和分析，本文创新性地提出了一种在石墨托盘下表面附加陶瓷套的方案，不仅可以增加托盘的自重以抵消电磁力的不利影响，还可以起到将石墨托盘与感应线圈电学隔离的绝缘保护效果。　　2、陶瓷套结构对温度的影响研究　　石墨托盘的温度受热辐射和与陶瓷套之间的热传导过程影响，本文创新性地在陶瓷套上设计导热轨结构以调整石墨托盘的热传输路径。导热轨作为石墨托盘和陶瓷套之间的热传导“桥梁”，通过合理的布置其位置实现了改善石墨托盘表面温度均匀性的效果，同时也有效的提升了石墨托盘整体的温度从而实现了加热效率的提高。仿真结果表明，1500℃左右时，生长5片4英寸外延片的温差低于33℃，生长6片3英寸外延片的温差低于10℃。增加导热轨的设计可使石墨托盘整体温度提高50℃左右。　　3、感应线圈的设计和优化　　温度均匀性对材料的生长质量具有至关重要的影响。为了提高石墨托盘上表面的温度均匀性，进行了系统的研究并对感应线圈进行了设计和仿真。感应线圈为螺旋形，常见的为平面等间距，本文设计了平面非等间距和非平面等间距两种线圈结构。仿真结果表明，这两种设计均可以大幅提升温度均匀性。将这两种设计结合可得到非平面非等间距线圈，并增加了辐射加热片辅助加热旋转轴，创新性的将感应加热与辐射加热相结合，使得温度均匀性进一步改善。1500℃左右时，生长5片4英寸外延片的温差低于25℃，生长6片3英寸外延片的温差低于5℃。　　4、MOCVD设备反应室的研制和试验　　作为主要人员之一，参与了MOCVD设备反应室的研制过程。采用增加辐射加热片的优化方案，研制了一台感应加热式高温MOCVD设备，并进行了试验。将实际加热效果与仿真结果进行比较，证明了仿真模型的可靠性和精确性。该台MOCVD设备实际最高加热温度＞1500℃，最大升温速率＞3℃/s。　　5、反应室内流场与温场研究　　MOCVD反应室内的流场和温场分布关系到反应物气体的输运情况，进而关系到外延材料的生长质量。针对研制的MOCVD设备，对整个反应室内的流场和温场分布进行了系统的研究。研究了反应室内的流速分布、气体密度分布和温场分布等与生长输入参数的关系，对于实际外延生长实验参数的选取具有积极的指导作用。结果表明，当气体进入反应室流速低于0.1m/s时，石墨托盘表面附近易形成气流漩涡，不利于材料生长。而反应室压强越高，托盘转速越快，会导致托盘表面附近温度越低，但是气体密度反而更大。