Кинетика осаждения из газовой фазы

Как и в случае эпитаксии существует граничный слой толщиной d. Реагирующие газы должны пройти через него (продиффундировать). Осаждение будет идти на всех нагретых поверхностях до которых доходят газы. Результирующая скорость реакции может ограничиваться либо диффузией через граничный слой, либо скоростью реакции на поверхности (некоторый аналог модели Дила-Гроува, однако в этом случае нет твердотельной диффузии). F₁ - поток молекул, диффундирующих через слой d.

F₂ - поток молекул, реагирующих у поверхности Si:

,
F₂ = k_SC_S , где

D - коэффициент диффузии реагирующего вещества через газовую фазу (слабо зависит от Т), k_S - коэффициент скорости реакции у поверхности,

k_s=k_s0exp(-E_a/kT)

в установившемся состоянии F₁= F₂ = F, тогда:

,
т.е.

Скорость осаждения R_d=F/N, где N - число атомов в единице объема осаждающейся пленки:

d/D - отражает зависимость скорости осаждения от диффузии в газовой фазе
1/K_s - отображает зависимость скорости осаждения от реакции у поверхности

Реакции, ограниченные процессами на поверхности сильно зависят от K_S, они обычно определяют процессы химического осаждения, при низких температурах. Однако K_S с ростом температуры быстро растет и перестает ограничивать результирующий процесс, тогда ограничивающим фактором становится диффузия в газовой фазе через граничный слой.

Выбор подходящего рабочего диапазона зависит от геометрии реактора. В реакторах, работающих при атмосферном давлении с газовым потоком, параллельным пластинам, легко управлять поведением потока газа, зато трудно температурой. Следовательно для таких реакторов выбирается диффузионное ограничение, т.к. D слабо зависит от Т.

Напротив, если поток перпендикулярен пластинам (для обеспечения большего числа загружаемых пластин) трудно регулировать газовый поток, и, если скорость осаждения ограничивается диффузией, толщина пленки будет неоднородной. В реакторах такого типа температура может регулироваться очень точно, так что целесообразно выбирать режим, когда скорость осаждения ограничивается реакцией у поверхности. Чтобы снизить роль диффузии, процессы ведут при пониженном давлении.

Дата добавления: 2014-12-27