zrcl4分子層在羥化硅表面消去氯原子反應(yīng)機(jī)理的理論研究畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-10 09:23 本頁面
【正文】 ZrCL4分子層在羥化硅表面消去氯原子反應(yīng)機(jī)理的理論研究（第2,3個(gè)氯原子）摘要ZrCl4分子在羥化硅表面ALD的薄層中釋放cl原子的研究是建立在密度函數(shù)理論的基礎(chǔ)之上，現(xiàn)已有14種用來詳細(xì)的研究脫去cl原子的反應(yīng)途徑。實(shí)驗(yàn)表明，HCL自身消除在低溫下占有一定優(yōu)勢(shì)，脫去第二個(gè)cl原子的水解反應(yīng)在高溫下占優(yōu)勢(shì)。然而，計(jì)算表明升高溫度不會(huì)導(dǎo)致HCL自身的消除反應(yīng)處于不利地位。對(duì)于第三個(gè)和第四個(gè)cl原子，其在二聚物上的聚集反應(yīng)在低溫下更有利。但是，高溫下有利于第三個(gè)cl原子的釋放出現(xiàn)在鄰近的二聚物上，第四個(gè)cl原子的釋放出現(xiàn)在自身的二聚物。關(guān)鍵詞：密度函數(shù)理論，ZrCl4，薄膜，原子層沉積A density functional theory study on the reactions of chlorine loss in ZrCl4thin films by atomiclayer depositionAbstractThe chlorine loss reactions of ZrCl4 thin films of ALD on the hydroxylated silicon surface have been studied by the density functional theory. Fourteen possible pathways have been designed to investigate the detailed chlorine loss reaction mechanism. Based on the eExperiment shows that HCl selfelimination is the dominant reaction pathway at the low temperatures, and that hydrolysis is the dominant pathway at the high temperatures for the second chlorine loss , calculations show that find that raising temperature would not result in HCl selfelimination reaction to be unfavorable. For the third and the fourth chlorines loss, the reactions on the twodimer trench cluster are energetically more favorable at the low temperatures. However, the third chlorine loss occurs on the adjacent dimers, and the fourth chlorine loss occurs on the samedimer more easily at the high temperatures.Keywords: Density functional theory,ZrCl4, Thin film, Atomic layer deposition目錄 5 6 10 10 11 12 12 Gaussian軟件 12 Gaussian基本功能 13 Gaussian 03計(jì)算原理 13 14實(shí)驗(yàn)部分 15 16 21 24參考文獻(xiàn) 25致謝 27根據(jù)ZrO2高的介電常數(shù)，廣泛的能帶間隙，高的熱穩(wěn)定性，在highk材料的候選物中，ZrO2是替代二氧化硅的一種很有前景的應(yīng)用材料[1]。在發(fā)展中的眾多的組合hingk材料中，良好的整合性，精確的厚度控制直至納米級(jí)和在大的區(qū)域內(nèi)有統(tǒng)一的膜性能，原子層沉積顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在ALD中，材料可以一層層地基于交替自限性表面，因此，每個(gè)ALD周期單層沉積都能得以實(shí)現(xiàn)[2]。正如我們知道的增長機(jī)制包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱化學(xué)會(huì)有利于優(yōu)化工藝條件，因此當(dāng)前工作特別關(guān)注highk氧化物薄膜的原子層沉積反應(yīng)，從化學(xué)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)角度的觀點(diǎn)。近年來，人們大量的從實(shí)驗(yàn)和理論上研究highk氧化物薄膜（例如：Hfo2[1，2，3，4，5]，二氧化鋯[6，7，8]和三氧化鋁[9,10]）在硅表面上的原子沉積層反應(yīng)。二氧化鋯薄膜的原子層沉積反應(yīng)被廣泛用作四氯化鋯[6，7，11，12]和四碘化鋯[8,13]的金屬前驅(qū)物，其中的氧通常來自于水、過氧化氫，臭氧[8,13,14]。四氯化鋯被用作金屬前導(dǎo)具有明顯諸如氯和釋放的污染腐蝕物，如鹽酸副產(chǎn)品。因此獲得氯在二氧化鋯薄膜的原子沉積層的反應(yīng)途徑是十分重要的。實(shí)驗(yàn)[15]表明兩個(gè)氯原子配體在低溫下（如180℃）從四氯化鋯的脈沖中被釋放出來，剩下的二氯基團(tuán)在水的脈沖表面被釋放出來。然而，隨著物質(zhì)反應(yīng)溫度的上升，氯原子在四氯化鋯脈沖中的釋放逐漸減少。在400℃時(shí)，只有一個(gè)氯原子配體被釋放出來，剩余的三個(gè)氯原子在水的脈沖中被釋放出來。基于兩種不同的反應(yīng)模式，對(duì)于二氧化鋯的沉積四氯化鋯作為沉積金屬先導(dǎo)，水為氧源，總的來講四個(gè)氯原子的消去反應(yīng)被劃分為十四種途徑（R1aR7a and R1bR7b）來描述，第一組R1a到R7a二聚體的表面反應(yīng)發(fā)生在自身，R1b到R7b表面反應(yīng)發(fā)生在相鄰的兩個(gè)二聚體。R1a和R1b第一個(gè)氯原子消去反應(yīng)分別發(fā)生在自身的二聚體和相鄰的二聚體。R2a和R2b對(duì)于第二個(gè)氯原子的消去反應(yīng)顯示了兩個(gè)可能的途徑:A、R1a和R1b易于和它鄰近的氫原子發(fā)生反應(yīng)。B、ZrCl4的第二個(gè)氯原子失去也可以在水及其產(chǎn)物的前體R1a和R1b,也就是說,R3a和R3b處完成反應(yīng)。R2a ,R2b,R3a, R3b的產(chǎn)物跟水一起與ZrCl4的第三個(gè)氯反應(yīng)，由于經(jīng)過第一個(gè)第二個(gè)氯的反應(yīng)之后沒有足夠的能力和鄰近的參加反應(yīng)的氫氧根反應(yīng)，它們分別通過R4b R4a,R5a和R5b引入。R6a,R7a和R7b途徑同樣適用
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