【正文】 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定高溫氣態(tài)物種； 檢測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)場檢測 。 41 :圖 37(a)法用來測定這些氣態(tài)物種的空間濃度分布，但只在高溫下才存在的物種 (如SiCl2)則無法測得。 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。 ? 熒光散射法是檢測經(jīng)激光照射后分子所發(fā)射出來的散射光，對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，其檢測速率也較慢。 拉曼散射也是唯一的可以同時(shí) 測定氣相溫度的技術(shù) 。 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，作為波長的函數(shù)輸出。其特點(diǎn)是靈敏快速。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)測量輸出。但利用現(xiàn)代檢測手段進(jìn)行現(xiàn)場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。另一方面，對于一個(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)測定 才能得到。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。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，對許多封管過程 (包括更復(fù)雜的系統(tǒng) )，都是適用的。 圖 33 輸運(yùn)劑碘的用量對 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。 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。按前述的假定 (1)，源區(qū)和淀積區(qū)有如下化學(xué)平衡： ]/)l o 7 0 5 0e x p [ ()/()(4121)(121)(41)()()(14224jjjjjjIjAsjG a IjRTTTTKPPPKAsG a IIG a A s?????????]/)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 8個(gè)分壓值求解。鹵素，其中 碘 是常用的輸運(yùn)劑，所以我們以 GaAsI2系統(tǒng) 為例介紹這類體系處理的一般方法。 封管過程的熱力學(xué)處理，仍根據(jù)前述的假定（前提）。 )(1060 04G a C lG a C lG a C lG a NG a N PPRThMx ???? ＝（ ） 30 ?在氣態(tài)輸運(yùn)一章里，我們導(dǎo)出了質(zhì)量輸運(yùn)控制的過程速率表達(dá)式。另外，反應(yīng)產(chǎn)物 (氫氣和氯化氫 )對淀積速率的影響規(guī)律與實(shí)驗(yàn)不符，這表明生長表面上并非處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，而是一個(gè)正反應(yīng)為主導(dǎo)、逆反應(yīng)可以忽略的動(dòng)力學(xué)過程，這可由淀積過程的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究證明。 M ?、計(jì)算值與大部分文獻(xiàn)值大致相符，這表明在淀積條件范圍內(nèi)，這些實(shí)際體系基本上是質(zhì)量轉(zhuǎn)移控制的，而以往的作者將其歸于動(dòng)力學(xué)控制是不恰當(dāng)?shù)?。按?()求出參數(shù) ，其中涉及到的各個(gè)物理量可由有關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及前所介紹的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。外延生長達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡時(shí)，鎵和氮的原子流量相等，生長面上不產(chǎn)生氯和氫的積累。 200H C l H/ 0 .0 2ff ?3200A s H H/ 0 .0 1 4ff ? 3300P H A s H/ 0 .1 9ff ?33A sC l P Cl0 .4 0 .0 2x ??1 x xG aA s P? 2 GaHClNH3Ar系統(tǒng) （ 孟廣耀，國外發(fā)光與電光 12(1979)102） 該系統(tǒng)的熱力學(xué)分析可以作為應(yīng)用 “ 擴(kuò)散控制 —界面層模型 ” 的例子。 Ban[.,118(1971)1473]的質(zhì)譜研究指出，氯化氫對鎵的輸運(yùn)反應(yīng)和第 V族氫化物的熱解反應(yīng)嚴(yán)重偏離平衡 。這種處理方法應(yīng)用于 系統(tǒng)，也同樣得到了滿意的結(jié)果。 33ooP H A s H/ff2ooH C l H/ff圖 32 固定 ， 情況下，為獲得 所需要的 進(jìn)氣流速比 （生長溫度 790℃ ，實(shí)線為計(jì)算值，符號(hào)為實(shí)驗(yàn)值 ) From ―,21(1974)85‖ 200HCl H/ff 3300PH AsH/ff ??3300PH AsH/ff1 x xG a A s P?