Файл: Дорфман В.Ф. Газофазная микрометаллургия полупроводников [Текст] 1974. - 190 с.pdf

Рис. 7. Диапазоны температур и давлении, в которых реализуется эпитаксиальный рост кремния (У), герма­ ния '(2), фосфида (3) и арсенида і(4) галлия иодндным методам: мижние наклонные линии отвечают началу конденсации иодидов, верхние горизонтальные — плав­ лению 'полупроводников. Для кремния и германия ука­ заны линии, разграничивающие области переноса и вы­ сокотемпературную зону (направление А) и а низко­

температурную зону (направление В)

зон допустимых темлератур столь широк, что оказывает­ ся 'возможным в одинаковых условиях выращивать кристаллы весьма различных материалов.

Степень отклонения системы от равновесия определя­ ется прежде всего выбранным методом: в замкнутых

системах и сэидвнч-'методе пересыщение ограничено ус­ ловиями .массообмена. В динамических системах с-'внеш­ ним синтезом исходных реагентов в зону кристаллизации можно вводить газовую фазу сильно неравновесного сос­ тава; целесообразность интенсификации процессов этим способом определяется соотношением энергий активации гомогенной (£гом) и гетерогенной (Егет) реакций, а также величинам и Е гет для подложек и стенок аппаратуры. Н е­ посредственно для процессов газофазной металлургии эти измерения .провести трудно, 'поскольку здесь протека­ ют не собственно гомогенные, а квазигомогенные реакции: после выделения в объеме газовой фазы микрокристал­ ликов последние служат гетерогенным катализатором; с другой стороны, при гетероэпитакспи уже начальная ста­ дия изменяет характер поверхности подложки. В качест­ ве иллюстрации в табл. 2 приведены значения Е гом— £Ѵет для некоторых хорошо исследованных реакций [47].

34

Как видно из табл. 2, 'понижение, энергии активации при гетерогенных реакциях весьма специфично по отно­ шению к природе катализатора. Эта закономерностьнмеет іпервосте.пеніное значение для ГМ П , поскольку на ней основано избирательное протекание кристаллизации на подложках ‘(вместо (Неуправляемого осаждения .на стей­ ках), а также селективная эпитаксия.

Скорость гетерогенных реакций и, следовательно, ско­ рость кристаллизации из газовой фазы определяются также плотностью активных центров. Последняя сущест­ венно зависит от качества подготовки поверхности. Эти обстоятельства необходимо учитывать при выборе и под­ готовке материалов для элементов внутренней конструк­ ции ГМ П , ів особенности контактных масок.

Термодинамика процессов переноса

Термодинамические особенности процессов ГМП проявляются в системах с конденсированным источни­ ком. Движущей силой переноса является разность пар­ циального давления компонентов в реакционных зонах (за исключением некоторых специальных случаев, рас­ смотренных ниже). В реакторе всегда имеется «нейтраль­ ная» область (в предельном случае — сечение), распо­ ложенная между зонами, в которой состав газовой фазы совпадает с равновесным. По обе стороны от нейтраль­ ной области парциальное давление каждого из компо­ нентов газовой фазы отличается от равновесного, причем знаки отклонения противоположны в зонах источника в подложки (недосыщение— у источника, пересыщение — у осадка); схематически это показано на рис.8. Очевид­ но, что при не слишком больших разностях температур источника (Гц) и подложки (Т„) можно полагать темпе­

ратуру нейтральной области (Г) равной Ѵ2 (Гц+Гп). Количество вещества, переносимого в единицу време­

ни, в равной степени определяется степенью насыщения газовой фазы в зоне источника и истощения при кристал­ лизации в зоне подложек. Из простейших соображений симметрии ясно, что наиболее благоприятные с точки зрения скорости переноса и выхода процесса условия достигаются в том случае, когда концентрации компо­ нентов в нейтральной области газовой фазы пропорцио­ нальны .стехиометрическим коэг1 ' а они участвуют в реакции

Например, парциальное давление компонента С, рс в нейтральном сечении при оптимальных условиях опре­ делится выражением Рс = c P s/(6 + с -|- . ..) .

Отсюда для каждого выбранного значения полного давления газовой фазы Pz оптимальное значение сред-

Рис. 8. Температурный про­ филь реактора (а) и изменение парциального давления актив­ ного (насыщенного) компонен­ та газовой фазы по длине ре­

актора (б):

то же, но лимитирует диффузия в

газовой фазе. Пунктиром показана теоретическая (равновесная) кри­

вая

Источник Подложка

ней температуры определяется из уравнения константы равновесия Кр для нейтрального сечения:

с. 13]), не дают существенных уточнений по сравнению с этой простой формулой. Из приведенного уравнения сле­ дует, в частности, что для транспортных реакций, в кото­

независимо от общего давления Pz', при с+...Ф Ь+... огь

.тимально К Р (Т) < 1 при Р 2 С 1 ат и К Р (Т)~>\ при

1 ат.

36

центов. Аналогично определится и концентрация тран­ спортирующего реагента /: р) — Zvjpj. Тогда параметр

щена транспортируемым 'веществом и, если величина пе­ ресыщения выше 'критической, происходит кристаллиза­

38