PCl-,3--H-,2-外延生長(zhǎng)N型硅反應(yīng)機(jī)理的理論研究.pdf

1、本論文采用 Gaussian98 程序，密度泛函 B3LYP/6-311G**方法，首次在理論上對(duì)以PCl<,3>為磷源，在常壓氫氣氛下外延生長(zhǎng)N型硅的整個(gè)過程的微觀反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了理論研究。計(jì)算得到了各反應(yīng)通道中的反應(yīng)物、過渡態(tài)和產(chǎn)物的構(gòu)型，給出了每個(gè)反應(yīng)通道的反應(yīng)活化能。對(duì)所有過渡態(tài)的虛頻振動(dòng)模式進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步作IRC(內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo))路徑分析，來(lái)最終確認(rèn)我們所找的過渡態(tài)是準(zhǔn)確的，并通過各步反應(yīng)的能量關(guān)系來(lái)確認(rèn)主反應(yīng)通道。

2、 本文分別研究了PCl<,3>/H<,2>在氣相中和在硅襯底表面上的微觀反應(yīng)機(jī)理，以期為半導(dǎo)體N型摻雜技術(shù)提供必要的理論依據(jù)。 PCl<,3>/H<,2>在氣相中的反應(yīng)是一個(gè)多步驟多通道的反應(yīng)，在氣相初始反應(yīng)中存在四條反應(yīng)通道，得到的主要產(chǎn)物為PCl<,2>H和HCl。PCl<,2>H進(jìn)一步和H<,2>反應(yīng)中，存在五條反應(yīng)通道，得到的主要產(chǎn)物為PClH<,2>、PCl、和HCl。PClH<,2>、PCl進(jìn)一步和H<,2>反應(yīng)，存

3、在六條反應(yīng)通道，得到的主要產(chǎn)物為PH<,3>、PH和PCl。PH<,3>、PH和PCl之間存在三種反應(yīng)，由PH+PCl反應(yīng)最終得到了磷。其主反應(yīng)通道為：a1-a2-a3，而a1-e2-e3是競(jìng)爭(zhēng)激烈的反應(yīng)通道，最后由PH+PCl反應(yīng)經(jīng)反應(yīng)通道a6、b6得到了磷。分別用Si<,2>、Si<,3>、Si<,4>原子簇來(lái)模擬硅襯底，在硅襯底上PCl<,3>；首先發(fā)生解離吸附，活化能較小，反應(yīng)易于發(fā)生。然后吸附產(chǎn)物與H<,2>經(jīng)四步驟多通道的反

4、應(yīng)，最后吸附產(chǎn)物中的Cl原子與H<,2>中的一個(gè)H原子結(jié)合成HCl而脫附，而H<,2>分子中的另一個(gè)H原子單獨(dú)析出，得到了PSi<,n>原子簇。 PCl<,3>吸附后的產(chǎn)物與H<,2>反應(yīng)的前三步活化能比氣相反應(yīng)中所需的活化能低，而最后得到PSi<,n>原子簇那步的活化能比氣相主反應(yīng)通道的活化能都要高，反應(yīng)很難進(jìn)行。因此，就目前所作的工作而言認(rèn)為，PCl<,3>/H<,2>外延生長(zhǎng)N型硅主要是氣相中得到的磷沉積到硅表面從而完成晶