Курсовая работа Физика Химические основы. Курсовой. Химическое осаждение из газовой фазы
![]()
|
ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 1. Газотранспортные химические реакции в системе GaAs – H2O –H2 Термодинамические данные системы GaAs – H2O – H2
Для арсенида галлия GaAs роль транспортного агента могут выполнять пары воды H2O. Основной газотранспортной реакцией при этом является следующая реакция с образованием летучего окисла Ga2О : ![]() Закон действующих масс для этой реакции имеет вид: ![]() Обычно процесс проводится в открытой проточной системе, при атмосферном суммарном давлении. Парциальное давление паров воды ![]() ![]() где ![]() ![]() В изучаемой системе, наряду с основной газотранспортной реакцией (1.1), возможно протекание конкурирующих реакций, препятствующих транспорту арсенида галлия в газовой фазе с помощью паров воды. Это происходит вследствие "связывания" галлия в форме новой конденсированной фазы. Такими фазами являются нелетучий окисел Ga2O3 и жидкий галлий Ga. Следовательно, конкурирующие реакции имеют вид: ![]() ![]() ![]() ![]() Конкурирующие реакции подавляются, если их изобарный потенциал, вычисленный по уравнению изотермы Вант-Гоффа (1.19) имеет положительный знак (G > 0). В этом случае реакции (1.4) и (1.5) смещены влево, так что образование твердого окисла Ga2O3 не происходит. Начальным этапом термодинамического анализа является определение температурного хода констант равновесия. 2. Расчет констант химического равновесия В справочной литературе часто термодинамические величины приводятся в связи с их абсолютными значениями, ![]() ![]() Термодинамический потенциал ФТ позволяет записать стандартный изобарный потенциал реакции ![]() ![]() Константа химического равновесия kp(T) связана с величиной ![]() ![]() Стандартная теплота реакции ![]() ![]()
![]() 3. Расчет состава газовой фазы Общее давление, при котором происходит газотранспортный химический процесс равен Р, тогда сумма парциальных давлений газовых компонентов будет равна: ![]() В наиболее применимом на практике случае, давление Р равно атмосферному. В химические реакции вступает только часть молей присутствующих реагентов. Если на входе в реактор находится ![]() ![]() Полное число газовых молей по аналогии с (1.9) имеет следующий вид: ![]() Парциальные давления для каждого компонента, рассчитанные по формуле ![]() ![]() Приближенные равенства в системе выражений (2.5) получены с учетом малости величины = 10-2 10 -4. Подставляя выражения (2.11) в (2.9) , получаем уравнение для нахождения степени превращения как функции температуры и относительной влажности х: ![]() Решение уравнения представим следующим выражением: ![]() После вычисления степени превращения (Т,х) выполняется расчет равновесных парциальных давлений pAs2 , pH2O, и pGa2O как функции температуры Т относительной влажности х по формулам (1.11).
![]()
![]() 4. Область стехиометричности газовой фазы Для термодинамической оценки возможности подавления конкурирующих реакций необходимо рассчитать их изобарный потенциал для реальных давлений в системе, полученных из предыдущего расчета для основной реакции (1.1). Уравнения изотермы Вант-Гоффа для конкурирующих реакций имеет следующиц вид: для реакций (1.4) и (1.5), соответственно: ![]() ![]()
![]()
![]() В ![]() За пределами этой области, наряду с реакцией (1.1), происходит, с одной стороны, реакция (1.3) с образованием Ga2O3 (тв), а с другой стороны - реакция диссоциации арсенида галлия с образованием Gа (ж). ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ 1.Расчет и построение зависимости коэффициента диффузии от температуры: Закон Аррениуса: ![]() ![]() ![]() ![]() 2.Определение профиля легирующей примеси для каждого этапа диффузии и глубины p-n перехода: а) Загонка-легирование из источника с постоянной концентрацией примеси. Источник с постоянной концентрацией - источник, в котором количество примеси, уходящей из поверхностного слоя в объем полупроводниковой пластины, равно количеству примеси, поступающей в приповерхностный слой. начальные и граничные условия: C(x,t)=0 при t=0 C(x,t)=Cs, при x=0 граничные условия: ![]() Диффузионная задача становится одномерной; 2ой закон Фика принимает вид: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Распределение примеси в полупроводнике ![]() Количество внедренных атомов примеси под каждой единицей поверхности: ![]() tз1 = 2 мин. ![]() tз2 = 5 мин. ![]() tз3 = 10 мин. ![]() б) Разгонка-легирование из бесконечно тонкого источника с отражающей границей. Начальные и граничные условия записываются: C(x,t)=Qδ(x) при t=0 граничные условия J(t)= ![]() C(x,t)=0 при t>0, x→∞ Решением уравнения диффузии является выражение вида: ![]() ![]() 1) ![]() Распределение концентрации примеси из бесконечно тонкого слоя. ![]() ![]() Определение глубины p-n-перехода: tз1 = 2 мин. - ![]() tз2 = 5 мин. - ![]() tз3 = 10 мин - ![]() 2) ![]() Распределение концентрации примеси из бесконечно тонкого слоя. . ![]() ![]() Определение глубины p-n-перехода: tз1 = 2 мин. - ![]() tз2 = 5 мин. - ![]() tз3 = 10 мин - ![]() 3) ![]() Распределение концентрации примеси из бесконечно тонкого слоя. ![]() ![]() Определение глубины p-n-перехода: tз1 = 2 мин. - ![]() tз2 = 5 мин. - ![]() tз3 = 10 мин - ![]() |