- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Расчет состава газовой фазы
- •1.3. Расчет констант равновесия
- •1.4. Расчет окисляемости металлов
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Газотранспортные химические реакции в системе GaAs – h2o –h2
- •2.3. Расчет констант химического равновесия
- •2.4. Расчет состава газовой фазы
- •3.1. Уравнения диффузии
- •2.5. Область стехиометричности газовой фазы
- •Диффузионная задача с неограниченным источником
- •3.3. Диффузия из ограниченного и полуограниченного источника
- •3.4. Расчет распределения примеси после двухстадийной диффузии
- •3.5. Расчёт распределения примеси в случае двойной последовательной диффузии
- •1. После определения коэффициентов диффузии необходимо сопоставить произведения Da tа и Datд.
- •4.1. Задания к разделу 1
- •4.2. Задания к разделу 2
- •Исходные данные, требуемые для расчета диффузионных задач
- •1.1. Общие сведения…………………….………………………………….....3
- •2.1. Общие сведения…………………………………………………………..8
2.5. Область стехиометричности газовой фазы
Для термодинамической оценки возможности подавления конкурирующих реакций необходимо рассчитать их изобарный потенциал для реальных давлений в системе, полученных из предыдущего расчета для основной реакции (2.1). Уравнения изотермы Вант-Гоффа для конкурирующих реакций, согласно (1.19), имеет следующиц вид:
для реакций (2.4) и (2.5), соответственно:
(2.13)
(2.14)
В
выражения (2.13) и (2.14) входят парциальные
давления компонентов стехиометрической
газовой смеси pH2,
pH2O,
pAs2,
записанные в
виде (2.5). Равенства G2(Т,x)
= 0
и G3(Т,x)
= 0
задают границы области стехио-метричности
газовой фазы, построенные на плоскости
(Т,
x)
(рис.
2.2). Указанные границы определяют область,
где G2(Т,x)
> 0 и G3(Т,х)
> 0, т.е.
формируется
только требуемая твердая фаза.
За пределами этой области, наряду с реакцией (2.1), происходит, с одной стороны, реакция (2.3) с образованием Ga2O3 (тв), а с другой стороны - реакция диссоциации арсенида галлия с образованием Gа (ж).
3. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
3.1. Уравнения диффузии
Внешней фазой по отношению к кристаллу твердого тела является паровая фаза, жидкость или твердое тело, состав которых может отличаться от состава кристалла. На межфазной границе протекает химическая реакция и скорость суммарного процесса определяется явлениями переноса, к которым относится диффузия компонентов. Диффузионный массоперенос обусловлен разностью концентраций компонентов. При постоянной температуре концентрация любого компонента зависит от места и от времени: С = С(r,t), где r - координата точки. Обычно рассматривают одномерную, т.е. линейную модель диффузии, и поэтому в качестве координаты рассматривают x. Плотность потока вещества, проходящего через произвольную точку А - jA, соответствует определенному количеству единиц массы, диффундирующих в единицу времени через единицу поверхности рассматриваемого сечения. Значение jA выражается в (атом/м2с), и определяется первым законом Фика:
(3.1)
Величина
представляет собой изменение концентрации
в направлении х. Знак в правой части
формулы (3.1) определяется направлением
диффузионного процесса. Концентрация
измеряется в атом/м3, плотность
потока – атом/м2с,
следовательно коэффициент диффузии
имеет размерность м2/с. Динамика
процесса диффузии описывается вторым
законом Фика, который для линейного
режима имеет следующий вид:
(3.2).
Коэффициент диффузии D имеет термоактивационную природу и выражается в соответствии с законом Аррениуса:
, (3.3)
где k – постоянная Больцмана; D0, Ea – постоянные значения коэффициента диффузии при стандартной температуре и энергия активации, которые приводятся в справочной литературе. Некоторые значения для легирующих элементов в кремнии представлены в таблице 5 (см. разд. 4). В таблице приводятся значения максимального содержания элемента, т.е. предельная растворимость примеси (Сmax), и соответствующая этому температура.
Профиль распределения концентрации C(x,t) на каждой стадии процесса получают, решая уравнение (3.2), при заданных краевых условиях. На начальной стадии осуществляется предварительная загонка требуемого количества примеси, а на последующей стадии происходит разгонка примеси до необходимого уровня легирования.
