SiCl-,4--H-,2-外延生長(zhǎng)單晶硅反應(yīng)機(jī)理的理論研究.pdf

1、本論文采用Guassian98程序，密度泛函B3LYP/6-311G*方法，首次在理論上對(duì)以SiCl4作為硅源，在常壓氫氣氛下實(shí)際外延生長(zhǎng)單晶硅的整個(gè)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)渡態(tài)是準(zhǔn)確的。 計(jì)算得到整個(gè)氣相反應(yīng)的主反應(yīng)通道為：SiCl4

2、與H2反應(yīng)生成SiHCl3和HCl，SiHCl3自行熱分解生成SiCl2和HCl，SiCl2與H2繼續(xù)反應(yīng)直至最后生成SiH4。但在氣相中不能生成硅原子。分別用Si2、Si4、Si9H12原子簇模擬硅襯底，計(jì)算結(jié)果表明：在氣相中不能直接生成的Si原子可以在硅襯底上生成并吸附于襯底上，從而完成晶體生長(zhǎng)。SiCl4吸附后的產(chǎn)物與H2的反應(yīng)均要低于其在氣相反應(yīng)中所需的活化能，因此反應(yīng)主要在襯底上發(fā)生，且襯底在反應(yīng)中起到了一定的催化作用。用TS

3、T方法計(jì)算了在900-1600K溫度范圍內(nèi)各反應(yīng)的速率常數(shù)，可以得到：整個(gè)氣相反應(yīng)的決速步為反應(yīng)的前兩步。而SiCl4在襯底表面吸附過(guò)程速率常數(shù)很大，反應(yīng)很快。硅襯底表面吸附分解后的產(chǎn)物與H2間的反應(yīng)速率相比之下慢很多，是反應(yīng)的決速步，但比在SiCl4與H2在氣相中直接反應(yīng)的反應(yīng)速率要大的多。 本論文能解釋該體系氣相外延生長(zhǎng)單晶硅的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從理論上給出了化學(xué)反應(yīng)的微觀反應(yīng)機(jī)理，為實(shí)驗(yàn)工作者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工藝以及提高工作效率，提供