Осаждение из парогазовой смеси (ПГС)

Осаждение из парогазовой смеси (ПГС)

Пример 8.4

Проводится осаждение реагента из парогазовой смеси, растворяемого в 2% кислороде - газе-носителе, при температуре 490oC. Определить число молекул в 1м3 объема газа-носителя. Изменение давления в процессе незначительно.

Решение:

Мы можем следовать алгоритму, описанному выше, начав с 3го Шага для нахождения объема газа-носителя при температуре 490оС, используя закон идеального газа:

P1V1P2V2=T1T2

Предположим, что V1=22.4*10-3м3/моль - количество газа в нормальных условиях (при атмосферном давлении и температуре 20оС)

Так как P1≈P2 и T2= 490 + 273 = 763, объем V2=V1*T2T1=58.33*10-3м3/моль

Молярная плотность d2=1V2 = 17.1433 моль/м3

Концентрация NG, определяемая как количество молекул в единице объема равна:

NG=NA*d2 = 6.022*1023*17.1433 = 103.24*1023молекул/м3,

где NA - число Авогадро

Так как процесс осаждения из парогазовой смеси происходит с двойной диффузией и химической реакцией, смесь газа-носителя и газа-реагента, которые могут диффундировать сквозь пограничный слой таким образом, окажет значительное влияние на скорость осаждения.

Предположим, что N - поток смеси газа-носителя и газа-реагента,

N=Ks*Ns, где

Ns - концентрация смеси газа-носителя и газа-реагента на поверхности подложки

Ks - константа скорости реакции на поверхности подложки, которая может быть определена

Ks=K'exp⁡(-EAkT)

где K' - константа, относящаяся к реакции и концентрации реагента

EA - энергия активации

k - постоянная Больцмана

T - абсолютная температура химической реакции.

В поток газа-носителя и газа-реагента:

N=Dδ(NG-NS)

может быть учтена поверхностная скорость реакции, Ks заменяем на N=Ks*Ns:

N=D*NG*KsD+δ*Ks

где, δ - средняя толщина пограничного слоя.

Темпы роста в тонкой пленке над поверхностью подложки, r (м/с), можно оценить по с помощью следующих выражений:

В случае когда δKs≥D; r=D*NGγ*δ,

а когда δKs≪D; r=KS*NGγ, где γ - число атомов или молекул в единице объема тонкой пленки.

Значение γ может быть определено если предположить, что в тонкой пленке атомы или молекулы “густо” упакованы в сферы с радиусом , определяемым, в зависимости от выбранного материала, из таблицы.

Расчет числа атомов или молекул в единице объема тонкопленочных:

γ=1ν=143πa3

где ν - объем сферы в тонкой пленке с радиусом a, который приведен в таблице.

Пример 8.5

Осаждение из парогазовой смеси используется для осаждения SiO2 пленки на кремниевой подложке. Кислород используется в качестве газа-носителя в реакции:

SiH4+ O2→SiO2+ 2H2

Другие условия идентичны приведенным в примере 8.4 (т.е. реагент SiH4 разбавляют в 2% кислороде - газе-носителе при температуре подложки 490оС)

Осаждение из парогазовой смеси осуществляют в горизонтальном реакторе, который изображен на рисунке ниже:

Поступающий газ-носитель имеет поток молекул N=1024 молекул/м2*с

Определить:

Плотность газа-носителя (ρ)

Число Рейнольдса для газового потока (Re)

Толщину пограничного слоя над поверхностью подложки (δ)

Коэффициент диффузии газа-носителя и реагента для кремниевой подложки (D)

Константу скорости реакции (KS)

Скорость осаждения покрытия (r)

Решение:

Нам известна молярная плотность газа-носителя d2=17.1433 моль/м3, полученная в примере 8.4, и молекулярная масса О2 равная 32г. Исходя из этого мы можем определить плотность как:

ρ=32г/моль * 17.1433моль/м3 = 548.5856г/м3

Нам известны величины: диаметр трубы реактора D=0.2м; скорость потока V=50мм/с; динамическая вязкость μ=400*10-6P=0.04г/м*с. Эти значения позволяют рассчитать число Рейнольдса:

Re = ρDVμ = 548.586*0.2*0.050.04 = 137.147

Пользуясь длинной подложки рассчитанной ранее L=0.15м, можно рассчитать толщину пограничного слоя над поверхностью подложки:

δ = LRe = 0.15137.147 = 0.01218м

Значение этой величины может быть получено из уравнения 8.19, учитывая коэффициент растворения (разбавления) η, который в данном случае равен 2%:

D = δNη(NG-NS)

где, N - учитывает поток газа-носителя; 1024 молекул/м2*с

NG- эквивалентная плотность молекул газа 103.24*1023 молекул/м3

NS=0 - значение принятое для полной диффузии в пленку

Таким образом мы можем вычислить коэффициент диффузии D смеси газа-носителя и газа-реагента как:

D=0.01281*10240.02*103.24*1023 = 0.062м2/с

Мы можем воспользоваться формулой 8.22 для расчета KS

KS = DNDNG-δN = 0.062*10240.062*103.24*1023-0.01281*1024=0.0988м/с

Можно воспользоваться либо формулой 8.23а либо 8.23б, что бы спрогнозировать темпы осаждения реагента из парогазовой смеси в зависимости от значения δKS. В данном случае мы имеем δKS=0.0013<<D=0.062. Таким образом следует воспользоваться примером 8.23б для расчета скорости осаждения с коэффициентом разбавления η:

r=ηNGKSγ

Плотность SiO2 в тонкой пленке γ это:

γ=1ν=143π(aSiO2)3 = 4.3074*1028молекул/м3

с радиусом атома кислорода aO2=0.06нм + радиус кремния aSi=0.117нм радиус молекулы оксида кремния будет aSiO2=0.177*10-9м

Следовательно, мы имеем скорость осаждения покрытия из парогазовой смеси:

r=ηNGKSγ = 0.02103.24*1023*0.098844.3074*1028 = 0.4738*10-6м/с

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Осаждение из парогазовой смеси.docx

Осаждение из парогазовой смеси.docx
Размер: 101.5 Кб

.

Пожаловаться на материал

Пример и Решение. Проводится осаждение реагента из парогазовой смеси, растворяемого в кислороде - газе-носителе. Определить число молекул. Изменение давления в процессе незначительно.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Этика долга Канта

Для Канта долг — чистота нравственного мотива и твердость нравственных убеждений. Об абсолютности морали и доброй воле.

Наследственные болезни легких

Экзаменационные тесты электива наследственные болезни легких на казахском языке. Ответы

Договор морской перевозки грузов

Курсовая работа Тема этой работы: «Договор морской перевозки грузов» является на данный момент актуальной, так как международными перевозками занято более 90% мирового флота; свыше 80% мировой внешней торговли осуществляется морем.

Понятие о мышлении. Формы и операции мышления

Есть два основных понимания мышления: философское и психологическое. Мыслительная деятельность людей. К формам мышления относятся понятие, суждение и умозаключение. Развитие мышления в онтогенезе. Четыре стадии когнитивного развития детей

Зошит самостійної роботи з дисципліни Екологія (Основи екології)

Ознайомитися з сутністю проблеми, що постала перед людством в 21 ст.. Проаналізувати причини розвитку глобальної екологічної кризи. Визначити наслідки демографічного, промислового, енергетичного вибухів.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok