Giáo trình Oxy hóa nhiệt 1

Ôxit SiO2 là chất vô định hình Là chất cách điện lý tưởngĐiện trở suất 1E20 Ohm-cm Độ rộng vùng cấm ~ 9 eV Khối lượng riêng = 2,2 gm/cm3 , trong khi của SiO2 (thạch anh) = 2.65 gm/cm3 Mật độ phân tử = 2,3E22 phân tử / cm3
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Oxy hóa nhiệt 1Ô xy hóa nhiệt xy (đối với Si) TS. Lê Tuấn Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (đối với Silic) xy Tính chất chung của ôxit Silic (SiO2) Ôxit SiO2 là chất vô định hình Khối lượng riêng = 2,2 gm/cm3 , trong khi của SiO2 (thạch anh) = 2.65 gm/cm3 Mật độ phân tử = 2,3E22 phân tử / cm3 Là chất cách điện lý tưởng Điện trở suất > 1E20 Ohm-cm Độ rộng vùng cấm ~ 9 eV Có giá trị điện trường đánh thủng cao Ebr > 10 MV/cm Có bề mặt phân cách Si/SiO2 ổn định và dễ lặp lại Có lớp ôxit mọc bao quanh bề mặt tiếp xúc với bên ngoài của Si Là mặt nạ rất tốt đối với khuếch tán các tạp chất thông dụng Có tính ăn mòn phân biệt rất tốt với Si Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà1/1/2007 2 Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy Tiêu hao chiều dày Si khi tạo SiO2 bằng ô xy hóa nhiệt Tính toán chiều dày lớp ô xit: Bề mặt ban đầu Mật độ Si N Si X ox = X Si × Mật độ SiO2 N ox Xox = XSi.( NSi / Nox ) Cứ 1 µm Si bị ô xy hóa tạo nên 2,17 µm SiO2 Động học quá trình ô xy hóa nhiệt Si Luồng chất ô xy hóa Khô: O2 Ẩm: H2O hoặc O2 + H2O Lớp chuyển tiếp luồng khíKhuếch tán khíKhuếch tán rắn Lớp SiO2 được tạo raHình thành SiO2 Đế Si Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 3 Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy Mô hình ô xy hóa nhiệt Deal - Grove Giả thiết: Thông lượng khí vận chuyển Thông hG – hệ số vận chuyển khối, đơn vị cm/s đơ Thông lượng khuếch tán Thông Định luật Fix khuếch tán trong thể rắn ⎛ C − Ci ⎞ ∂C ≈ − D⎜ o ⎟ F2 = − D ⎜X ⎟ ∂x ⎝ ⎠ ox D – hệ số khuếch tán , đơn vị cm2/s đơ Liên hệ Co và Cs theo định luật Henry: Thông lượng tham gia phản ứng Thông C o = H ⋅ Ps = H ⋅ (kT ⋅ C s ) tạo SiO2 tại mặt phân cách F3 = k s × Ci H – hệ số Henry; Ps – áp suất riêng phần của chất ô xy ks – hệ số tốc độ phản ứng bề mặt, đơn vị cm/s đơ hóa (ở dạng khí) tại bề mặt phản ứng khí Ta lấy , ,suy ra: Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà1/1/2007 4 Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy hG Gọi C A ≡ (HkT ⋅ CG ) , ta xác định F1 = (C A − Co ) ≡ h(C A − Co ) HkT Ở điều kiện trạng thái dừng, các giá trị thông lượng phải như nhau, ta có hai phương trình F1 = F2 và F2 = F3, với hai ẩn số Co và Ci. Giải hệ phương trình, ta có kết quả: Nếu gọi N1 là mật độ chất ô xy hóa cần thiết để tạo ra 1 đơn vị thể tích đơ SiO2, ta có theo định nghĩa (N1= 2,3E22 cm-3 cho ô xy hóa khô với O2, và = 4,6E22 cm-3 cho ô xy hóa ẩm với H2O) cho Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà1/1/2007 ...