1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Транспортные реакции происходят в тех случаях, когда прямая реакция является окислительной, а обратная — восстановительной: 26а(конденс, сост.)+ НаО(газообр, фаза) — ~ ОааО(газообр. фаза)+ + На (газообр. фаза), Ое (конденс. сост.] + НаО (газообр. фаза) ~и ОеО (газообр. фаза) + + Н,(газообр.
фаза). Можно отметить, что транспортные реакции позволяют проводить газовое травление (например, германия или кремния парами НС! !111, 112] и А!зОз фторированными углеводородами [98]) для устранения загрязнений и поврежденного слоя поверхности подложки перед осаждением эпитаксиальных пленок, а также для утоньшения слоя конденсата с целью получения тонкой пленки 1108]. 2.3.4.2 Физические аспекты 2.8.4.2а. Типы систем. Основные функции систем химического осаждения тонких пленок из паровой фазы состоят в следующем: 1) генерация химически активных паров; 2) подвод, контроль расхода и продолжительности поступления в реактор разбавителя и реакционноспособных газов; 3) подвод энергии для активации реакции, в результате которой образуется тонкая пленка необходимого материала; 4) выведение из высокотемпературной зоны побочных продуктов реакции и нх нейтрализация.
Существуют различные типы систем химического осаждения из паровой фазы, от очень простых лабораторных установок ~оо Глава 2 до сложных, полностью автоматизированных промышленных реакторов, снабженных электронными системами управления и вычислительной техникой.
Существуют системы осаждения как замкнутого типа, в которых химически активные вещества полностью регенерируют и используются повторно, так и открытого типа, требующие постоянного подвода извне материала источника извлечения продуктов реакции.
Наиболее важной частью системы химического осаждения из паровой фазы является реактор. Реакторы можно классифицировать по следующему принципу: 1) низкотемпературные реакторы, применяемые при температурах ниже 500'С и нормальном давлении; 2) высокотемпературные реакторы, используемые при температурах, превышающих 500 "С, н нормальном или пониженном давлении.
В соответствии с характером течения газа и принципом действия низкотемпературные реакторы в свою очередь подразделяются на четыре основных класса: 1) проточный реактор с горизонтальным расположением трубы; 2) ротацнонный вертикальный реактор периодического действия; 3) реактор непрерывного действия, в котором поток предварительно смешанных газов пропускается через диспергирующую пластину с крупными отверстиями; 4) реактор непрерывного действия с раздельными потоками разбавленного азотом кислорода и гидрида основного вещества, направляемыми к подложке через патрубки, которые обеспечивают ламинарное течение газов. Высокотемпературные реакторы подразделяются на 1) реакторы с «горячими стенками», применяемые в том случае, когда процесс осаждения является экзотермическим, и 2) реакторы с «холодными стенками», используемые при проведении эндотермических реакций.
Различные типы реакторов подробно рассмотрены Керном и Бэном 1114]. Для получения высококачественных пленок с воспроизводимыми свойствами необходим точный контроль параметров процесса осаждения, среди которых наиболее важными являются: !) температура внутри реактора (одно- или многозонного), 2) количество и химический состав всех газов или паров, поступающих в реактор, 3) моменты времени, когда необходимо изменить энергетические характеристики системы или химический состав среды, 4) давление газов.
Температура измеряется либо с помощью термопар, либо пирометрически. Выходной сигнал датчика температуры поступает в терморегулятор, который поддерживает температуру на определенном уровне с погрешностью от:"1 до -~-5'С. Скорость потока газа определяется и регулируется расходомером-ротаметром илн электронным датчиком контроля массы. Ротаметр имеет класс точности 5, а электронный расходомер — 2. При использовании электронных расходомеров возможно создание автоматизированных систем осаждения с программным управлением и получение с их МетодЫ осаждения тонких пленок Зч ииюцшии Выкай чис Зсис1з а,н, Рис. 2.1В.
Блок-схема системы для химического осаждения из паровой фазы, применяемая для изготовления тонкопленочных кремниеиых солнечных элементов 11151. ! — перекрывающие вентили, 3 — доаирующие ееятили, А, В. С, О, Е, Н вЂ” расходоиеры. помощью сложных тонкопленочных структур при точном контроле состава и толщины осаждаемых слоев, которые зависят от концентрации газообразных реагентов и продолжительности процесса. Активация химических реакций чаще всего осуществляется термическим методом. Подложку при этом нагревают с помощью наружной печи или же используют какой-либо внутренний источник тепла. Для нагрева подложки через нее пропускают электрический ток (если оиа изготовлена из проводящего материала), подложку помешают на пластину с высоким сопротивлением или на токоприемник, нагреваемый индукционным методом, применяют инфракрасные излучатели илн мощные лампы накаливания, а также проводят электронную бомбардировку.
Токоприемники обычно изготовляют из графита, покрытого плотным слоем карбида кремния. Для изготовления трубы реактора используют плавленый кварц. На рис. 2.18 приведена схема системы химического осаждения нз паровой фазы, применяемой для получения структур с р — и-переходом на основе кремния [115). Керн и Бэн [114], анализируя процессы химического осаждения тонких неорганических пленок из паровой фазы, отмечают, что, несмотря на большие успехи в разработке и создании реакторов, необходимо их значительное усовершенствование для сокращения потребления химических реактивов и энергии, уменьшения тепловых потерь и повышения степени полезного использования реактивов.
ьоз Глава 2 2.3.4.26. Термодинамика и кннетика реакций, На основе законов термодинамики могут быть рассчитаны основные параметры процесса осаждения, которые позволяют определить предельное теоретическое количество осажденного вещества и парциальные давления всех компонентов паровой фазы при конкретных экспериментальных условиях.
Однако изучение термодинамических характеристик процессов не дает информации о скорости протекания реакций при химическом осаждении из паровой фазы. Кроме того, при расчете термодинамических параметров система считается химически равновесной, что может не соответствовать действительности. Тем не менее такие расчеты полезны для оценки возможности осаждения пленок с использованием тех или иных реакций. Изменение свободной энергии Л6„а термодинамической системы в результате химической реакции можно рассчитать с использованием соотношения Л6~ = 2, Л6~! (продукть! реакции) — 2, Л6! (реактивы), где Л6!а — свободная энергия химического соединения.
Величину Лб„а можно представить в виде Л6г 2 ЗКТ1ай где Йр — термодинамическая константа равновесия, связанная с парциальными давлениями Р; компонентов системы соотношением й„= Ц Р, (продукты реакции)!П Р; (реактивы). 1=! !=1 Для определения параметров многокомпонентных и многофазных систем в условиях термодинамического равновесия при химическом осаждении пленок из паровой фазы применяется оптимизационный метод (116] или метод [117], основанный на решении нелинейных уравнений. В первом случае свободнаи энергия 6 системы, содержащей т компонентов в газообразной и твердой фазах, представляется в виде 6= ~~ (пх!Л6~1, +ТкТ1пР+ 2Т!п — "' )-(-~~ (а!ЛО~, ), !=а.
!=1 ! где а!е и а — количество молей различных компонентов соответственно газообразной и твердой фазы, Л'е — общее количество молей газообразных веществ, Р— общее давление, Лба /! и Лба — свободные энергии соответственно газообразных и г!! твердых веществ при температуре осаждения. Оптимизационные расчеты позволяют найти набор значений пь при которых величина 6 минимальна. С помощью специальной программы Методы осаждения тонкик пленок 103 )116) для ЭВМ можно рассчитать состав газообразной и твердой фаз в состоянии равновесия при заданных параметрах процесса осаждения, таких, как температура, давление и концентрация исходных веществ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
