半导体领域内新材料、新器件的技术与日俱增,位于其产业链上游的半导体装备技术日益重要。国内半导体起步较晚,与国外行业内领先水平存在一定差距,研发完全自主产权的国产半导体设备是发展我国半导体产业中最为重要一环。本文着眼于第三代半导体设备当中最为重要的分子束外延设备（MBE）,为实现其核心部件国产化,设计了一种应用于分子束外延设备的样品台装置。本文通过多物理场耦合数值模型,对样品台组件进行仿真设计,探究其结构参数和提高性能指标。首先,分析现有样品台构型,明确样品台重要指标为衬底温度均匀性,确定辐射加热代替感应加热,建立样品台构架。研究数值理论并建立三维仿真数值模型,细化模型各边界条件设定,对比网格划分方案确定高质量网格模型。其次,建立单、双区热源构架,探究样品台结构参数对衬底片温度均匀性影响。单区构架下,改变电阻截面形状和反射板反射率,明确温度均匀性与电阻扁平率、反射板反射率成正比;最优结构参数下温度极差:低温区26K、高温区79K。双区构架下,改变内区直径确定双区划分比例;改变衬底高度,均匀性随间距减小而增大;设立下反射板,均匀性随下反射板内径减小先减小后增大;通过分离双区间距减弱相邻区域功率叠加效应,得到较优结构参数。建立联合求解方案优化参数,使用优化拉丁方采样建立数据样本,利用响应面模型建立近似模型并校验其精度;使用多岛遗传算法优化参数,得到最优结构尺寸和其对应温度指标。875K低温区:温度极差5K,均匀面积率100%;1475K高温区:温度极差18K,均匀面积率87.9%,温度均匀性达到设计目标。再次,研究电阻热控性时间常数τ与尺寸关系,确定热控性与厚度成反比。验证电阻热应力分布并确定厚度数值,计算电阻阻值验证功率以匹配电源。考虑电磁场对RHEED组件的影响,研究电磁场分布大小。为探究磁场影响程度,建立电子偏转追踪模型,确定磁场干扰最小构型、电流引入方式和偏转补偿数值。确定电极材料并验证电极电阻、接触电阻和消耗功率。研究样品台框架结构应力分布,验证方案可行性。最后,对所设计样品台方案可行性进行验证,测试各温区温度均匀性指标和温度重复性。结果显示样品台实际温度指标与设计方案吻合,满足设计需求。