论文部分内容阅读
在常压下，SiHCl3／H2体系在Si衬底表面上进行的气相外延生长是目前生长单晶硅最广泛、最重要的方法。本论文将量子化学与分子反应动力学相结合，采用密度泛函理论方法，依据过渡态理论，首次全面系统地对此反应体系的微观反应机理进行了理论研究。 根据实验检测到的产物以及由Hitoshi Habuka等人所提出的SiHCl3／H2反应体系的外延生长过程，首先设计了该反应体系在气相中的可能反应通道和在Si衬底表面上的可能反应通道。 siHcl尹l:外延生长单晶硅反应机理的理论研究 1.采用Guassian98程序中的密度泛函B3LYP/6一31】G，方法优化计算得到了各反应通 道中的反应物、过渡态和产物的构型，给出一I每个反应通道的反应活化能。 2.分析气相反应的反应机理，结果表明，通道d是气相‘一卜的卜反应通道，其产物别（:l若 再进一步在气相中和衬底卜发生反应。气十l=I反应中没有生成Sj，而在51辛.l）戊表面 上反应才能生成51。 3.分析51衬底表面L的反应机理，发现SjllCI，!百接吸附分解的活化能很低，且吸附 分解后的产物与11:反应的活化能因51衬底加入而降低。由此可以推断，Si衬底在 反应过程中起到催化剂的作用。在计算中，当以Si原子簇模拟51衬底表面时， Si原子簇越人，亦即越接近真实衬底表面，则衬底表面吸附分解后的产物与HZ 之间的反应活化能越低。 4.综上，S州C13/fl:反应体系在气相中不能生成Sj，只有在51衬底表面上才’能生成 51。这与实验工作者的结论是一致的。Si“Cl:，在51衬底表面上的直接吸附分解反 应是该体系反应的t反应通道。 5.对所有过渡态的虚频振动模式进行了分析，并进一步作IRC（内察反应坐标）路径 分析，来最终确认我们所找的过渡态是准确的。 6.用TST方法计算了在600一1450K温度范围内各反应的速率常数。从计算结果可以 看出:随温度升高，反应速率常数增人;吸附分解的反应速率很快，而衬底表面 吸附分解后的产物与H:间的反应比较慢，是反应的决速步。 本论文很好地解释了该体系气相外延生长单晶硅的一些实验现象，从理论1几给出了化学反应的徽观反应机理，为实验l:作者设计实验厂艺以及提高f作效率，提供了动力学信息。