Курсовая работа Физика Химические основы. Курсовой. Химическое осаждение из газовой фазы
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
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 :  (1.1)Закон действующих масс для этой реакции имеет вид:  (1.2)Обычно процесс проводится в открытой проточной системе, при атмосферном суммарном давлении. Парциальное давление паров воды  определяется точкой росы – давлением насыщенного пара. Относительная влажность вводимого в систему водорода можно выразить следующим параметром: , (1.3)где  и  число молей водорода и паров воды, подаваемых на вход реактора, и которые определяются исходными парциальными давлениями. 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:  ; (1.4) ; . (1.5)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,  , полученными на основе спектроскопических данных. В частности, используется функция: ,Термодинамический потенциал ФТ позволяет записать стандартный изобарный потенциал реакции  в следующем виде: . (1.6)Константа химического равновесия kp(T) связана с величиной  аналогичным соотношением (1.8), и с учетом (2.6) получаем . (1.7)Стандартная теплота реакции  вычисляется, как и ранее, по формуле (1.12), а величина ФТ – по общему правилу: , (1.8)
 3. Расчет состава газовой фазы Общее давление, при котором происходит газотранспортный химический процесс равен Р, тогда сумма парциальных давлений газовых компонентов будет равна:  (1.9)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 молей паров воды, то в реакцию вступило n0H2O молей, где - степень превращения. Равновесное количество молей газов, присутствующих в химической системе, с учетом соотношения (1.3), определяется следующим образом: (1.10)Полное число газовых молей по аналогии с (1.9) имеет следующий вид:  (1.11)Парциальные давления для каждого компонента, рассчитанные по формуле  , имеют соответствующие выражения: (1.11)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:  (1.12)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:  (1.13) (1.14)
 В  выражения (1.13) и (1.14) входят парциальные давления компонентов стехиометрической газовой смеси pH2, pH2O, pAs2, записанные в виде (1.5). Равенства G2(Т,x) = 0 и G3(Т,x) = 0 задают границы области стехио-метричности газовой фазы, построенные на плоскости (Т, x). Указанные границы определяют область, где G2(Т,x) > 0 и G3(Т,х) > 0, т.е. формируется только требуемая твердая фаза. 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:  C(x,t)=0 при t>0, x→∞Диффузионная задача становится одномерной; 2ой закон Фика принимает вид:  , решение:    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)=  при x=0C(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 -  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
