cvd熱力學(xué)ppt課件(2)-資料下載頁
2025-05-05 12:06本頁面
【正文】 l o 7 0 5 0ex p [ ()/()(4123)(223)(41)()()(2432243jjjjjjIjAsjG a IjRTTTTKPPPKAsG a IIG a A s????????（ ） （ ） 32 GaAsI2系統(tǒng)的熱力學(xué)分析 (續(xù) ) ?按假定 (3)氣相中鎵和砷的 總原子數(shù)相等 ?以上 j＝ 1和 2，共有 6個(gè)方程，還需要 2個(gè)方程才能對(duì) 8個(gè)分壓值求解。這兩個(gè)方程， 一 個(gè)是按假定 (4)， 源區(qū)與淀積區(qū)的總壓相等 ?另 一 是 輸運(yùn)守恒方程 ，即封進(jìn)反應(yīng)管內(nèi)的總摩爾數(shù) 等于所有含碘分子的積分 34( ) ( ) ( )G a I G a I A s4j j jP P P??2 3 4 2 3 4( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 )I G a I G a I A s I G a I G a I A sP P P P P P P P? ? ? ? ? ? ?2IM2 3 2( ) ( ) ( )G a I G a I I1 1 3[]22j j jIM P P P d vRT ???＝式中 為體積元： 為各含碘物種分壓，它們是位置的函數(shù) dv()i jP（ ） 33 GaAsI2系統(tǒng)的熱力學(xué)分析 (續(xù) ) ? 在前述各條假定之下 近似地等于 2 3 2 3 2( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 )12G a I G a I I G a I G a I I1 3 1 3[ ] [ ]2 2 2 2IVVM P P P P P PR T R T? ? ? ? ?＝1V 2V 和 分別為 1區(qū)和 2區(qū)的體積。 以上 8個(gè)方程聯(lián)立可以解出 8個(gè)未知分壓值，代入式（ ）就得到了 GaAs的輸運(yùn)速率 3G a A s G a A s G a I G a I11()iii i i inm iiii iiiiP m P P m PDTn n n J JTR T L P m P?? ? ?? ? ? ? ? ???? ??2IM（ ） 11()iii i i inm iisii iiiiP m P P m PDTnTR T L P m P?? ? ?????? ??注意式 ()為 ： 34 GaAs0I2系統(tǒng)的熱力學(xué)分析 (續(xù) ) ? 圖 33表示在襯底溫度為650℃ ，源區(qū)溫度為 700℃ 時(shí)，封入的碘量與砷化鎵輸運(yùn)速率的關(guān)系。輸運(yùn)速率隨著封入的碘的濃度增加而減小，這是由于管內(nèi)總壓升高，擴(kuò)散被遏制的緣故。 圖 33 輸運(yùn)劑碘的用量對(duì) GaAs輸運(yùn)速率的影響 35 GaAs I2系統(tǒng)的熱力學(xué)分析 (續(xù) ) 圖 35 GaAs輸運(yùn)速率與襯底溫度 的關(guān)系 （ 源溫 700℃ ） 圖 34 輸運(yùn)速率與襯底溫度 的關(guān)系（源溫 800℃ ） 圖 34和圖 35分別表示源溫在 800℃ 和 700℃ 時(shí)，襯底溫度與 的關(guān)系。由圖可見，實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值都比較一致。實(shí)踐表明，上述處理方法及在氣態(tài)物種的輸運(yùn)一章中導(dǎo)出的輸運(yùn)速率表達(dá)式，對(duì)許多封管過程 (包括更復(fù)雜的系統(tǒng) )，都是適用的。 GaAsn36 4． 4 實(shí)驗(yàn)研究技術(shù) ? 化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)中所存在的氣態(tài)物種及其相互作用往往十分復(fù)雜。因而，若僅靠熱力學(xué)分析計(jì)算而不結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，則計(jì)算可能十分復(fù)雜，得到的結(jié)果也很難有實(shí)際意義。從前兩節(jié)的敘述可見，如果在 熱力學(xué)分析的同時(shí) ， 引入實(shí)測(cè)值 ，則不但 簡(jiǎn)化 了 計(jì)算 ，也 修正 了 理論模型 ，使 結(jié)果更為可靠 。另一方面，對(duì)于一個(gè) 淀積系統(tǒng) 的 完全描述 應(yīng)該 包括反應(yīng)器空間中各個(gè)氣相物種的濃度分布、溫度剖面以及流體力學(xué)模型 ，而 這 一切 只有基于實(shí)驗(yàn)測(cè)定 才能得到。 ? 過去一般僅根據(jù)尾氣分析結(jié)果來進(jìn)行某些推測(cè)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究困難。但利用現(xiàn)代檢測(cè)手段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)研究的嘗試愈來愈多，已見報(bào)道的有如下幾種技術(shù)： 37 高溫質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜 和 四極質(zhì)譜 已用于化學(xué)氣相淀積體系的研究。 圖 36是班恩（）用來研究 IIIV族化合物開管氣流淀積系統(tǒng)的示意圖。該裝置利用一根石英毛細(xì)管與反應(yīng)器相聯(lián)把氣樣抽取到質(zhì)譜電離室中，氣體隨之膨脹(106托 )、離化，經(jīng)質(zhì)譜計(jì)測(cè)量輸出。 質(zhì)譜技術(shù)可以定性、定量地檢定反應(yīng)器中的氣態(tài)物種，它不僅能用于反應(yīng)器空間分析，也有可能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。其特點(diǎn)是靈敏快速。但是毛細(xì)管取樣會(huì)影響反應(yīng)室狀況，也可能為淀積物所阻塞，從而產(chǎn)生誤差。 38 圖 36 質(zhì)譜儀 化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖 排空 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀取樣毛細(xì)管Ga舟不同的溫區(qū)2H HCl+2H HCl+圖 36 質(zhì)譜儀 化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖 39 ? 激光拉曼光譜 是利用一束聚焦的激光入射在要研究的氣態(tài)分子上，在垂直入射束的方向上收集來自取樣區(qū)的散射光，經(jīng)單色器分光偏轉(zhuǎn)后，用光電倍增管檢測(cè)，作為波長(zhǎng)的函數(shù)輸出。這是唯一不需抽出氣體樣品也不必在取樣區(qū)引入機(jī)械探頭的技術(shù)，從而可以 得到非常接近于實(shí)際生長(zhǎng)表面 (約 )的濃度數(shù)據(jù)。 拉曼散射也是唯一的可以同時(shí) 測(cè)定氣相溫度的技術(shù) 。但其檢測(cè)速率較慢，反應(yīng)器壁有可能干擾測(cè)量，也難于發(fā)現(xiàn)新物種的存在，其檢測(cè)靈敏度要比質(zhì)譜法差一些。 ? 熒光散射法是檢測(cè)經(jīng)激光照射后分子所發(fā)射出來的散射光，對(duì)散射截面大的分子有非常高的靈敏度，不過，它的散射譜寬，有可能遮蓋了其它分子的譜線，其檢測(cè)速率也較慢。此外，這兩種技術(shù)都有一個(gè)缺點(diǎn)就是激光束可能會(huì)引起光化學(xué)反應(yīng)。 40 圖 37是西澤等 用紅外光譜研究硅的氣相外延機(jī)理的裝置示意圖。它的工作原理是利用檢測(cè)氣相分子對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光的吸收強(qiáng)度來進(jìn)行定性、定量分析。 41 :圖 37(a)法用來測(cè)定這些氣態(tài)物種的空間濃度分布，但只在高溫下才存在的物種 (如SiCl2)則無法測(cè)得。一般認(rèn)為該技術(shù)的靈敏度比拉曼和熒光光譜法高，實(shí)際上也曾得到了一些有益的結(jié)果。 圖 37(a)取樣分析圖 氣體入口取樣毛細(xì)管（位置可移動(dòng)） 石英反應(yīng)管0x控溫系統(tǒng)電爐 廢氣接真空泵針閥（控制取樣速度）壓力計(jì)氣體管液氮冷阱42 :圖 37(b)法可以直接鑒定和定量測(cè)定高溫氣態(tài)物種； 檢測(cè)器入口入口出口出口KBr單色紅外光源（氫氣）（反應(yīng)氣體）參考管樣品管圖 3－ 7（ b） 高溫反應(yīng)管中氣態(tài)物種的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
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