说明影响氧化速率的因素。
题目
说明影响氧化速率的因素。
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参考答案和解析
正确答案:
1）氧化剂分压因为平衡情况下，SiO2中氧化剂的浓度C0=HPg，而抛物型速率常数B=2DSiO2C0/N1，所以气体中的氧化剂分压Pg是通过氧化剂的浓度对速率常数B产生影响，B与Pg成正比关系。A与氧化剂分压无关。因为B、B/A均与Pg成正比，那么在一定氧化条件下，通过改变氧化剂分压可达到改变二氧化硅生长速率的目的。2）氧化温度对抛物线性速率系数B的影响是通过氧化剂在SiO2中扩散系数DSiO2C0/N1产生的。由B＝2DSiO2C0/N1可知，B与温度之间也是指数关系。对线性速率系数B/A的影响线性速率常数B/A与温度的关系如图，对于干氧氧化和水汽氧化都是指数关系，激活能分别为2.00eV和1.96eV，其值接近Si-Si键断裂所需要的1.83eV的能量值，说明支配线性速率常数B/A的主要因素是化学反应常数ks，ks与温度的关系为：ks=ks0exp（-Ea/kT）其中，ks0为实验常数，Ea为化学激活能。3）晶向抛物型氧化速率常数B，与硅衬底晶向无关，这是因为在氧化剂压力一定的条件下，B的大小只与氧化剂在SiO2中的扩散能力有关.线性氧化速率常数B/A则强烈地依赖于晶面的取向，因为在氧化剂分压不是很低时气相质量输运系数h>>ks，在这种情况下线性氧化速率常数的大小主要由化学反应常数ks决定，即由硅表面处的原子经化学反应转变为SiO2的速率决定。表面化学反应速率是与硅表面的原子密度，也就是与表面的价键密度有关。（111）面上的硅原子密度比（100）面上大。因此，（111）面上的线性氧化速率常数应比（100）面上大。4）杂质影响掺磷/硼掺氯在干分子氧中加入少量（1%~3%）卤素能够显著改善SiO2特性：①加速反应Si-O键能为4.25eV，Si-Cl键能为0.5eV。氯气与Si反应生成的SiCl4可以与氧气反应生成SiO2，这里氯气起到了催化剂的作用。②Cl-能够中和积累在表面的电荷。③氯气能够与大多数重金属原子反应生成挥发性的金属氯化物，起到清洁作用。