Массоперенос в процессе химического осаждения

Массоперенос в системе CDV связан с диффузией, химической кинети-

кой и динамикой потока. Диффузионный рост выводится из химической ки-

нетики и описывается уравнением:

K_р=Аexp(-∆E/RT) (6.3)

где ΔЕ – энергия активации,

R – универсальная газовая постоянная,

Т – температура.

С увеличением температуры подложки скорость роста претерпевает изменение при температуре перехода из кинетической области в диффузионную (рис. 6.1), в которой массоперенос является решающим фактором.

Существуют несколько моделей объясняющих процесс массопереноса.

При рассмотрении моделей массопереноса делаются следующие значительные допущения:

1 процесс определяется только кинетическими зависимостями первого порядка.

2 перенос рассматривается в рамках диффузии и массопереноса и, следовательно, потока через пограничный слой на поверхности раздела подложка-пар.

3 характер течения вблизи критической точки (ламинарное, турбулентное конвекционное и т.д.) – важный параметр, поскольку определяет пограничный слой.

Наибольшее распространение получила теория пограничного слоя.

В теории пограничного слоя Хэммонда рассматриваются простейшие реакторы для эпитаксии как горизонтальные реакторы с плоской подложкой. В теории пограничного слоя принимается, что скорость газа равна нулю на некотором расстоянии от поверхности подложки, а затем она мгновенно повышается до средней скорости. Область нулевой скорости определяется пограничным слоем. Изменения скорости диффузии реагентов и продуктов по сечению пограничного слоя подчиняются следующим закономерностям:

1 пропорциональны Т^3/2 (Т – температура);

2 обратно пропорциональны полному давлению Р

3 прямо пропорциональны градиентам парциальных давлений р_р.

Толщина пограничного слоя, через который реагенты и продукты должны диффундировать:

1 прямо пропорциональна х^1/2 (х – расстояние);

2 обратно пропорциональна скорости газа V.

При наклоне держателя подложка размещается параллельное по отношению к пограничному слою х^0,5; увеличение скорости основного газа делает пограничный слой тоньше, особенно по отношению к нижней части потока, а увеличение температуры вблизи держателя подложки будет компенсировать снижение парциального давления, или истощение реагентов. Наклон выгоден для обоих реакторов; и горизонтального ленточного и барабанного. При очень низких давлениях (порядка 10 Па) скорость диффузии газа очень высока, и кремниевые пластины могут располагаться параллельно стенке реактора вертикальными пакетами. Увеличение полной скорости потока газа приводит к росту толщины осадка вниз по течению, а повышение полного давления –

вверх по течению. Изменения толщины можно устранить вращением.