Химическое осаждение из газовой фазы
Изучение газотранспортных химических реакций в системе арсенид галлия – вода – водород. Расчет констант химического равновесия и состава газовой фазы. Изучение диффузионных процессов. Расчет и построение зависимости коэффициента диффузии от температуры.
| Рубрика | Химия |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.06.2022 |
| Размер файла | 312,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
1. Газотранспортные химические реакции в системе GaAs - H2O -H2
Термодинамические данные системы GaAs - H2O - H2
|
Функции |
T, K |
Вещество (состояние) |
||||||||
|
Н2 (г) |
Н2О (г) |
As2 (г) |
As4 (г) |
Ga2O (г) |
Ga2O3 (т) |
Ga (ж) |
GaAs (т) |
|||
|
ФТ |
700 |
33,15 |
27,41 |
59,60 |
80,34 |
73,03 |
25,63 |
19,90 |
16,27 |
|
|
800 |
33,72 |
48,09 |
60,29 |
81,88 |
74,07 |
27,38 |
20,79 |
16,76 |
||
|
900 |
34,25 |
48,75 |
60,95 |
83,34 |
75,08 |
29,07 |
21,57, |
17,20 |
||
|
1000 |
34,76 |
49,38 |
61,58 |
84,76 |
76,04 |
30,71 |
22,27 |
17,65 |
||
|
1100 |
35,24 |
49,99 |
62,17 |
86,11 |
76,96 |
32,30 |
22,90 |
18,10 |
||
|
1200 |
35,69 |
50,58 |
62,74 |
87,35 |
77,83 |
33,82 |
23,48 |
18,43 |
||
|
1300 |
36,13 |
51,14 |
63,28 |
88,36 |
78,66 |
35,24 |
24,01 |
18,88 |
||
|
298 |
0 |
57,8 |
48,0 |
34,5 |
19,7 |
240 |
1,34 |
17,7 |
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)
|
T, K |
1 реакция |
2 реакция |
3 реакция |
||
|
DФ |
700 |
105,83 |
23,30333 |
66,86 |
|
|
800 |
86,47 |
3,68 |
68,35 |
||
|
900 |
87,13 |
4,04 |
69,69 |
||
|
1000 |
87,7 |
4,376667 |
70,82 |
||
|
1100 |
88,18 |
4,673333 |
71,77 |
||
|
1200 |
88,82 |
5,01 |
72,84 |
||
|
1300 |
89,17 |
5,243333 |
73,54 |
||
|
DH |
298 |
121,5 |
5,6 |
86,08 |
|
T, K |
Kp1(T) |
Kp2(T) |
Kp3(T) |
|
|
700 |
0,000288217 |
6,306346 |
0,001168 |
|
|
800 |
0,000381791 |
0,670643 |
0,008886 |
|
|
900 |
0,003149444 |
0,769048 |
0,044013 |
|
|
1000 |
0,017122041 |
0,863111 |
0,159399 |
|
|
1100 |
0,068532259 |
0,950992 |
0,458255 |
|
|
1200 |
0,22407192 |
1,042181 |
1,142447 |
|
|
1300 |
0,596646409 |
1,119175 |
2,41433 |
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).
|
? |
x |
||||||
|
T, K |
0,005 |
0,014 |
0,023 |
0,032 |
0,041 |
0,05 |
|
|
700 |
4,80181E-07 |
2,87E-07 |
2,24E-07 |
1,9E-07 |
1,68E-07 |
1,52E-07 |
|
|
800 |
5,63934E-05 |
7,29E-05 |
8,26E-05 |
8,97E-05 |
9,54E-05 |
0,0001 |
|
|
900 |
1,49462E-05 |
1,31E-05 |
1,24E-05 |
1,19E-05 |
1,15E-05 |
1,12E-05 |
|
|
1000 |
6,76906E-05 |
7,22E-05 |
7,45E-05 |
7,6E-05 |
7,72E-05 |
7,82E-05 |
|
|
1100 |
6,36355E-05 |
6,16E-05 |
6,07E-05 |
6E-05 |
5,96E-05 |
5,92E-05 |
|
|
1200 |
0,000118672 |
0,000121 |
0,000122 |
0,000122 |
0,000123 |
0,000123 |
|
|
1300 |
0,000141802 |
0,000141 |
0,00014 |
0,00014 |
0,000139 |
0,000139 |
|
Ph2o |
x |
||||||
|
T, K |
0,005 |
0,014 |
0,023 |
0,032 |
0,041 |
0,05 |
|
|
700 |
2499,9988 |
6999,998 |
11500 |
16000 |
20500 |
25000 |
|
|
800 |
2499,859017 |
6999,489 |
11499,05 |
15998,56 |
20498,04 |
24997,49 |
|
|
900 |
2499,962635 |
6999,908 |
11499,86 |
15999,81 |
20499,76 |
24999,72 |
|
|
1000 |
2499,830774 |
6999,495 |
11499,14 |
15998,78 |
20498,42 |
24998,05 |
|
|
1100 |
2499,840911 |
6999,569 |
11499,3 |
15999,04 |
20498,78 |
24998,52 |
|
|
1200 |
2499,70332 |
6999,156 |
11498,6 |
15998,05 |
20497,49 |
24996,92 |
|
|
1300 |
2499,645494 |
6999,015 |
11498,39 |
15997,76 |
20497,14 |
24996,52 |
|
Pga2o=Pas2 |
x |
||||||
|
T, K |
0,005 |
0,014 |
0,023 |
0,032 |
0,041 |
0,05 |
|
|
700 |
6249996,999 |
48999986 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
|
|
800 |
6249647,541 |
48996426 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
|
|
900 |
6249906,587 |
48999356 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
|
|
1000 |
6249576,934 |
48996463 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
|
|
1100 |
6249602,278 |
48996981 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
|
|
1200 |
6249258,3 |
48994091 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
|
|
1300 |
6249113,735 |
48993107 |
1,32E+08 |
2,56E+08 |
4,2E+08 |
6,25E+08 |
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)
|
DG2 |
x |
||||||
|
T, K |
0,005 |
0,014 |
0,023 |
0,032 |
0,041 |
0,05 |
|
|
700 |
-25883,15669 |
-27879,6 |
-28842,2 |
-29482,5 |
-29963,1 |
-30347,9 |
|
|
800 |
-14681,83602 |
-16963,4 |
-18063,5 |
-18795,2 |
-19344,4 |
-19784,2 |
|
|
900 |
-17541,27218 |
-20108,1 |
-21345,7 |
-22169 |
-22786,9 |
-23281,6 |
|
|
1000 |
-20448,8991 |
-23300,9 |
-24676 |
-25590,8 |
-26277,3 |
-26827 |
|
|
1100 |
-23380,14705 |
-26517,4 |
-28030,1 |
-29036,3 |
-29791,5 |
-30396,2 |
|
|
1200 |
-26418,33996 |
-29840,8 |
-31490,9 |
-32588,7 |
-33412,5 |
-34072,1 |
|
|
1300 |
-29389,70168 |
-33097,4 |
-34885 |
-36074,2 |
-36966,7 |
-37681,3 |
|
DG3 |
x |
||||||
|
T, K |
0,005 |
0,014 |
0,023 |
0,032 |
0,041 |
0,05 |
|
|
700 |
130302,9485 |
142281,5 |
148057,1 |
151899,1 |
154782,4 |
157091,2 |
|
|
800 |
135428,1408 |
149117,9 |
155718,4 |
160109,3 |
163404,4 |
166043 |
|
|
900 |
140390,9684 |
155792 |
163217,7 |
168157,5 |
171864,6 |
174833,1 |
|
|
1000 |
145295,0822 |
162407,3 |
170658,1 |
176146,7 |
180265,7 |
183564 |
|
|
1100 |
150171,6275 |
168995,1 |
178071 |
184108,5 |
188639,4 |
192267,5 |
|
|
1200 |
154713,5902 |
175248,3 |
185149,2 |
191735,6 |
196678,4 |
200636,3 |
|
|
1300 |
159522,8061 |
181768,8 |
192494,8 |
199630 |
204984,8 |
209272,5 |
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 стехиометричности 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. газотранспортный галлий химический диффузия
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)=Qд(x) при t=0
граничные условия
J(t)= при x=0
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 -
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Молекулярное и надмолекулярное строение полимеров и их влияние на относительно элементарные процессы осаждения металлического покрытия. Осаждение тонких полимерных покрытий из активной газовой фазы. Размерные эффекты в тонких полимерных покрытиях.
реферат [204,7 K], добавлен 05.01.2010Характеристика химического равновесия. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры, величины поверхности реагирующих веществ. Влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на состояние равновесия.
лабораторная работа [282,5 K], добавлен 08.10.2013Изучение понятия упругости диссоциации соединения - равновесного парциального давления газообразного продукта гетерогенных реакций. Взаимодействие углерода с кислородосодержащей газовой фазой. Восстановление оксида железа оксидом углерода и водородом.
контрольная работа [355,6 K], добавлен 13.02.2012Изучение понятия выращивания искусственных кристаллов – сложного физико-химического процесса, течение которого зависит от многих самых разнообразных факторов, и в котором четко прослеживается атомная природа вещества. Рост из растворов, из газовой фазы.
презентация [983,4 K], добавлен 13.11.2011Протекание химической реакции в газовой среде. Значение термодинамической константы равновесия. Расчет теплового эффекта; ЭДС гальванического элемента. Определение массы йода; состава равновесных фаз. Адсорбция растворенного органического вещества.
контрольная работа [747,3 K], добавлен 10.09.2013Определение состава продуктов полного сгорания газа. Расчет адиабатной температуры горения газовой смеси при постоянном объеме и при постоянном давлении. Кинетические константы реакции самовоспламенения природного газа. Предел воспламенения газовой смеси.
курсовая работа [724,4 K], добавлен 19.02.2014Рассмотрение превращения энергии (выделение, поглощение), тепловых эффектов, скорости протекания химических гомогенных и гетерогенных реакций. Определение зависимости скорости взаимодействия веществ (молекул, ионов) от их концентрации и температуры.
реферат [26,7 K], добавлен 27.02.2010Квантово-химический расчет термодинамических данных при полной оптимизации геометрии и оценка количественного содержания наиболее стабильных таутомерных форм молекулы нитрогуанидина при стандартных условиях в газовой фазе с помощью программы GAUSSIAN-03.
курсовая работа [937,6 K], добавлен 08.06.2012Предмет термохимии, изучение тепловых эффектов химических реакций. Типы процессов химической кинетики и катализа. Энтальпия (тепловой эффект) реакции. Скорость реакции, закон действующих масс. Константа химического равновесия, влияние катализатора.
презентация [2,2 M], добавлен 19.10.2014Закономерности образования и роста покрытий, формируемых из газовой фазы, закономерности роста вакуумных покрытий. Адсорбция и образование зародышей конденсированной фазы. Взаимодействие частиц конденсированной фазы, их срастание (коалесценция).
реферат [96,4 K], добавлен 21.01.2011Экспериментальное определение состояния равновесия в системах "оксианионы хрома (+6)–вода" и "роданид-анион–ионы железа" в зависимости от влияния различных факторов: увеличения концентрации исходных веществ и продуктов реакции, повышения температуры.
лабораторная работа [23,0 K], добавлен 07.12.2010Зависимость химической реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре. Скорость химических реакций в гетерогенных системах. Влияние концентрации исходных веществ и продуктов реакции на химическое равновесие в гомогенной системе.
контрольная работа [43,3 K], добавлен 04.04.2009Характеристика химического равновесия в растворах и гомогенных системах. Анализ зависимости константы равновесия от температуры и природы реагирующих веществ. Описания процесса синтеза аммиака. Фазовая диаграмма воды. Исследование принципа Ле Шателье.
презентация [4,2 M], добавлен 23.11.2014Прямое азотирование кремния. Процессы осаждения из газовой фазы. Плазмохимическое осаждение и реактивное распыление. Структура тонких пленок нитрида кремния. Влияние поверхности подложки на состав, структуру и морфологию осаждаемых слоев нитрида кремния.
курсовая работа [985,1 K], добавлен 03.12.2014Понятия химической кинетики. Элементарный акт химического процесса. Законы, постулаты и принципы. Закон сохранения энергии. Принцип микроскопической обратимости, детального равновесия, независимости химических реакций. Закон (уравнение) Аррениуса.
реферат [74,3 K], добавлен 27.01.2009Понятие о химической кинетике. Взаимодействие кислорода с водородом. Механизмы химических реакций. Влияние температуры на скорость реакций. Понятие об активном комплексе. Влияние природы реагирующих веществ на скорость реакций. Закон действия масс.
реферат [237,9 K], добавлен 27.04.2016Общие сведенья о понятии "кластер". Методы исследования свойств и поведения кластеров различных типов. Пути получения неравновесных кластеров в газовой среде. Строение и свойства кластеров. Фазовые переходы в кластерах. Кластеры в химических превращениях.
реферат [34,9 K], добавлен 25.01.2010Понятие и расчет скорости химических реакций, ее научное и практическое значение и применение. Формулировка закона действующих масс. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Примеры реакций, протекающих в гомогенных и гетерогенных системах.
презентация [1,6 M], добавлен 30.04.2012Методы построения кинетических моделей гомогенных химических реакций. Расчет изменения концентраций в ходе химической реакции. Сравнительный анализ численных методов Эйлера и Рунге-Кутта. Влияние температуры на выход продуктов и степень превращения.
контрольная работа [242,5 K], добавлен 12.05.2015Описание процесса химического никелирования и состава гипофосфитных растворов никеля. Определение возможности получения покрытий Ni-P из пирофосфатных электролитов. Расчет толщины покрытия Ni-P и оценка его зависимости от концентрации соли в растворе.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.06.2014
