Kỹ thuật tổng hợp vật liệu vô cơ - Chương 10

Ứng dụng: - tinh chế -chế tạo đơn tinh thể, màng đơn tinh thể, màng đa tinh thể chế tạo các thiết bị bán dẫn.Tổng hợp bằng phản ứng vận chuyển trong pha hơi,Tính chất: SiC-Có tỉ trọng 3,2 g/cm3-Chịu nhiệt độ cao (2700oC)-Có tính bán dẫn
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật tổng hợp vật liệu vô cơ - Chương 10 CHƯƠNG 10 - TỔNG HỢP BẰNG PHẢN ỨNG TRONG PHA KHÍ 1. Cơ sở lý thuyết 2. Kỹ thuật tiến hành 3. Tổng hợp màng Epitaxi các chất bán dẫn bằng phản ứng trong pha khí.12/7/2010 604006 - chương 10 1 1.Phương pháp thăng hoa – ngưng tụỨng dụng: - tinh chế -chế tạo đơn tinh thể, màng đơn tinh thể, màng đa tinh thể chế tạo các thiết bị bán dẫn…. I II T thấp T cao 12/7/2010 604006 - chương 10 2 VD: SiCTính chất: SiC-Có tỉ trọng 3,2 g/cm3-Chịu nhiệt độ cao (2700oC)-Có tính bán dẫn12/7/2010 604006 - chương 10 3 3.Tổng hợp bằng phản ứng vận chuyển trong pha hơi A. Để tinh chế chất rắnKhái niệm: T AB (k) A(r) + B(k) Phản ứng có ΔH Chất vận chuyển B thường là:Halogen (F2, Cl2, Br2, I2) hydro halogenua và halogenuakim loại dễ bay hơi (HgCl2, SiCl4, AlCl3…) Phản ứng vận chuyển 12/7/2010 604006 - chương 10 5 B. Để tổng hợp vật liệuỞ nhiệt độ T2: A (r) + B (k) AB (k)Ở nhiệt độ T1: AB (k) + C (r) AC (r) + B (k)Cộng hai phản ứng: A (r) + C (r) AC (r) B (k) đóng vai trò chất chuyển A thành AB (k) đểtăng sự tiếp xúc với rắn C tạo sản phẩm AC mongmuốn. 12/7/2010 604006 - chương 10 6 VD. Tổng hợp gốm Ca2SnO4Bằng phương pháp gốm truyền thống rất khó thực hiện vì phản ứngsau đây xảy ra rất chậm chạp:2CaO + SnO2 → Ca2SnO4Nhưng trong khi hỗn hợp có mặt khí CO thì phản ứng xảy ra mộtcách nhanh chóng. Đó là do phản ứng vận chuyển sau:SnO2(r) + CO (k) → SnO(k) + CO2 (k)rồi khí SnO phản ứng với CaO và CO2 để tạo thành Ca2SnO4SnO(k) + 2CaO + CO2 → Ca2SnO4 + CO 12/7/2010 604006 - chương 10 7Tổng hợp NiCr2O4Tương tác giữa NiO và Cr2O3 xảy ra rất chậm chạp, nhưngkhi có mặt oxi thì phản ứng tiến hành một cách nhanhchóng. Điều này có thể giải thích dựa theo cơ chế củaphương pháp vận chuyển:Trước hết: Cr2O3(r) + 3/2 O2 → 2CrO3(k)Sau đó pha khí CrO3 bao phủ dễ dàng các hạt NiO và phảnứng:2CrO3(k) + NiO(r) → NiCr2O4(r) + 3/2 O2 12/7/2010 604006 - chương 10 84.Phương pháp hơi – lỏng - rắn (VLS) Đặc điểm: quá trình kết tinh từ pha hơi qua một vùng lỏng Hơi Giọt nóng Tinh thể Si chảy Si Si có khả năng hòa tan trong Đế giọt nóng chảy12/7/2010 604006 - chương 10 9 5.Phương pháp tổng hợp hóa học trong pha hơiChemical vapour deposition (CVD) Kết tủa hơi hóa học haylắng đọng hơi hóa họcNguyên tắc: phun khí hay khí tiền chất vào trong buồng chứamột hay nhiều các đế được nung nóng phản ứng hóa học xảyra ở pha hơi kết tinh (lắng đọng trên bề mặt đế)Để chuyển các chất phản ứng thành thể hơi người ta có thể sửdụng các phương pháp già nhiệt khác nhau như: lò cảm ứng, bứcxạ laze, plasma hồ quang, plasma cao tần nhiệt độ thấp…12/7/2010 604006 - chương 10 1012/7/2010 604006 - chương 10 11Tùy thuộc vào phản ứng tổng hợp mà phản ứng được tổng hợptrong buồng kín với môi trường khí trơ, oxi hóa hay khửPhương pháp CVD được sử dụng rộng rãi để chế tạo các chấtbán dẫn, các chất cách điện dưới dạng màng hay đơn tinh thể.Đây cũng là phương pháp quan trọng để điều chế các nguyênliệu dạng bột siểu mịn của các kim loại, oxit, cacbua, nitrua…Các tiền chất sử dụng trong CVD phải là các chất dễ bay hơi12/7/2010 604006 - chương 10 12 Bảng 1 – Sản phNm và chất đầu trong một số quá trình tổng hợp pha khí Sản phNm kết tinh Chất đầu Al (CH3)3Al Ga (CH3CH-3)3Ga GaAs (CH3)3Ga + AsH3 InP (CH3)In + PH3 Si SiCl4 + H2 SiO2 SiH4 + O2 SixN y SiH4 + N 2 SiC SiH2Cl2 + C2H412/7/2010 604006 - chương 10 13 ...