יישום חוקי הריבית ב Semiconductor Surface Reactions

תגובות פני השטח של Semiconductor הן בסיסיות לתפעול של מכשירים אלקטרוניים, חיישנים וזרזים.הבנת ההשלכות האלה להמשיך עוזר למדענים לייעל ביצועים ולפתח טכנולוגיות חדשות.כלי מפתח אחד להבנה זו הוא יישום חוקי קצב, המתארים כיצד שיעורי התגובה תלויים בגורמים שונים.מודלים מתמטיים אלה חיוניים למנגנוני תגובה קוונטיים, המאפשרים התנהגות תחת תנאים שונים, ועיצוב תהליכים המשמשים במיקרו-דלקתיות, heterousalysis ו-pericial מנגנונים כגון קידוד חומרים.

עקרונות של חוקי רמת הכימיה

חוקי הריבית הם ביטויים מתמטיים המתייחסים למהירות התגובה הכימית לריכוזים של מגיבים – ולפעמים למשתנים נוספים כגון טמפרטורה, לחץ או כיסוי פני השטח. בתגובות הומוגניות, חוק הריבית בדרך כלל מתבטא כמוצר של תנאי ריכוז המוגדלים לסמכויות המציינות את סדר התגובה ביחס לכל תגובה.

(ב) ויקרא י"ד: "א' א'" (ב)

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א)

(ב) ,(ה) ,0) ,(א) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

במערכות heterogeneous - שבו תגובות מתרחשות בממשק בין משטח מוצק לבין גז או נוזל - מושג ריכוז חייב להיות מורחב לכלול ריכוזים משטח או כיסויים.זה מוביל לנגמיר-הילווד ו- Eley-Rideal קינטיקה, אשר הם אבני דרך של סמי מוליכים למחצה כימיה.העקרונות היסודיים נשארים זהים: השיעור הוא פרופורציונלי למספר של התחדשות פעילה, אך ורק לאחר מכן מציג מחסומים מולקולריים על פני השטח של הסביבה המורכבת, כמו אלה.

חוקי מחירים ב Semiconductor Surface Reactions

על פני השטח למחצה, התגובות בדרך כלל כרוכות במודעות של מגיבים, דיפוזיה על פני השטח, המרה כימית, והתאמה של מוצרים.כל צעד יכול להיות חוק שיעור משלו, ואת השיעור הכולל הוא לעתים קרובות מוגבל על ידי הצעד האיטי ביותר - הצעד שנקבע מראש על פני השטח, למשל, בדלקת נגד זיהום כימי (CVD) של סיליקון (Si, שיעור המימן, את קצב הפחתת אמצעי בקרה אופטימלית או ירידה על פני השטח.

מודעות Kinetics

אדמירפורציה היא הצעד הראשון ברוב התגובות על פני השטח.שיעור המודעות תלוי בשטף של מולקולות המרשימות את פני השטח ואת ההסתברות כי מולקולה מקלה על התנגשות. מודל מודעות פשוט לנגמיר מניח כי אתרי מודעות הם שווה ערך וכי כל אתר יכול להחזיק ברוב המודעות אחת.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) כאשר הוא מכיל את ה-FLT:0 (הכולל לעיתים קרובות coefficienting coefficient), FLT:2PigFLT 3: 3 הוא הלחץ החלקי של המשיב, ו-FLT:4 ⁇ FLT:5 הוא כיסוי פני השטח השברירי של מינים שכבר מחסנים.

בפועל, מקלות מקלות יכול להיות קטן מאוד עבור כמה מבשרים, הדורש לחץ גבוה או פעמים ארוכות כדי להשיג כיסוי מונושכבתי.טמפרטורות גם ממלא תפקיד, כמו טמפרטורות גבוהות יותר יכול להגדיל את השבריר של מולקולות עם מספיק אנרגיה כדי להתגבר על מכשולים הפעלה עבור מודעות.

המונחים: Kinetics

דיסאופורציה היא הפוך של מודעות ועוקב אחר קינטיקה תלויה בכיסוי של מינים מעומקים.רוב העיוותים של משטחים מוליכים למחצה מצייתים לקינטיקה מסדר הראשון כאשר המינים desorb מולקולרית (למשל, CO מ Si):

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עבור הפחתה חוזרת (למשל, שני אטומי מימן המשלבים לצורה H2), השיעור הוא הזמנה שנייה בכיסוי:

קבוע שיעור המחיקה גם עוקב אחר התנהגות ארנזיוס, עם אנרגיות הפעלה בדרך כלל החל מעשרות עד מאות kJ / mol. Desorption קינטיקה נלמדת באמצעות הפחתה של טמפרטורה (TPD), שבו הדגימה מחומם בקצב מבוקר בעת ניטור מינים desorbing.

תגובה על Kinetics

לאחר פרסום, מינים יכולים להתפוגג על פני השטח ולהגיב עם מינים אחרים של מודעות (Langmuir-Hinshlwood מנגנון) או ישירות עם מולקולות של שלב הגז (מנגנון Eley-Rideal) עבור תגובה דומולקולרית Langmuir-Hinshlwood שבו A ו- B הם פרסומות, השיעור הוא:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אם A הוא פרסומות ו B תוקף בשלב הגז (Eley-Rideal), השיעור הוא:

ביטויים אלה מניחים התנהגות אידיאלית של Langmuir - לא אינטראקציות בין פרסומות לבין משטח אחיד.במשטחים מוליכים למחצה אמיתיים, שלבים, טרסות, פגמים ליצור אתרים עם תגובתיות שונה.בנוסף, פרסומות עלולות להדוף או למשוך זה את זה, גורם אנרגיות הפעלה עצמאיות סיקור עצמאיות.מודלים מתוחכמים יותר, כגון Temkin או Frumkin הוא אחרms, חשבון עבור לא-mualides, אבל את החוקים המבוססים על סף סיקור נשאר עדיין ניתוחי.

תלות טמפרטורה וארוניוס אקוו

טמפרטורה משפיעה עמוקות על שיעורי התגובה פני השטח, במיוחד בעיבוד למחצה. משוואה Arrhenius קוונטית אפקט זה ומשמשת כדי לחלץ אנרגיות הפעלה מהנתונים הניסויים.עבור שיעור קבוע של FLT:0kekFLT:1, ln(k) לעומת 1 / T מניב קו ישר עם מדרון - Ea / R מופעל אנרגיה גבוהה מרמזת רגישות חזקה - פחמן - בתהליכים איטיים או ירידה נמוכה מדי, כאשר מעבדים אלה עלולים להשתמש בטמפרטורה נמוכה מדי.

(ב) תגובות על פני השטח, הגורם לפני-ההשפעה:0.18 (AFLT:1) מכיל מידע על החסמים הטרופיים ועל צפיפותם של אתרים תגובתיים.לדוגמה, גדול גדול:2AFLT 3:3 עשוי להצביע על מצב מעבר נייד, בעוד ש-FLT:4AFreave:5 מציע גיאומטריה גדולה מאוד.

יישומים אמיתיים ב Semiconductor Technology

ההשלכות המעשיות של חוקי הריבית בתגובות משטחים למחצה הן עצומות.למטה הן אזורים מרכזיים שבהם מודלים קינטיים משפיעים ישירות על ייצור המכשיר וביצועים.

פלאסמה גרד

ב פלזמה גרד, מינים תגובתיים כגון אטומי chlorine או פלואורין לתקוף את פני השטח הסיליקון כדי ליצור מוצרים תנודתיים כמו SiCl4 או SiF4. קצב ההשינג לעתים קרובות עוקב אחר מודל Langmuir-Hinshlwood: השיעור הוא פרופורציונלי לכיסוי של מינים וכו 'hant ו- incoming flux. A טיפוסי עבור כלור של סיליקון הוא:

(ב) ⁇ =0=(k1 P Cl2) / (1 + k2 P Cl2)ureFLT 1

צורה זו של משיכה מסבירה מדוע שיעורי הגרד מתיישרים בלחץ עתיר.הפגזה איון במהלך פלזמה מושכת עוד יותר את הקינטיקה על ידי הסרת מוצרי תגובה ויצירת אתרי נזק, אבל מסגרת הליבה של חוק נותר בתוקף.

המונחים: CVD

CVD משמש להפקיד סרטים דקים של פחמן דו חמצני, סיליקון nitride, מתכות, ו- high-FuaLT:0 ;kFLT:1 dielectrics.שיעור ההנפקה תלוי ריכוז, טמפרטורה וזמינות אתר פני השטח. לדוגמה, את קורות החיים של מונוגנט מ WF6 ו- H2 עוקב אחר חוק כי הוא לעתים קרובות סדר ראשון ב-H2 ומחצית סדר ב- WF6 מאפשר ירידה עצמית מורכבת של חומרים סטנדרטיתיקים של חומרים כימיים.

Doping ו Diffusion

ביצוע של מוליכים למחצה - שתלים בורון, זרחן, או ארסן - בתוך זמן רב נשימה כדי להפעיל dopants ותיקון נזק.הדיפוזיה של dopants בסיליקון עוקב אחר חוקי Fick עם diffusivs עצמאי ריכוז עצמאיות דיפרנציות.עם זאת, על פני השטח, תגובות כגון dopantevapation, תחמוצת חמצני, צמיחה וקצבה, כדי לנבאת של תכונות של סיליקון, כגון ניתוח נוגדנים, לחץ דם, כגון ניתוח, אינטראקציה, ואפקטיביות.

קביעת חוקי הריבית ל- Surface Reactions

קביעת חוקי הריבית באופן ניסיוני דורשת שליטה מדויקת של תנאי התגובה וב ניטור של מינים על פני השטח או מוצרי גז-phase. טכניקות מסוימות מועסקות בדרך כלל במדעי משטח למחצה.

טמפרטורות-Programmed Desorption (TPD)

TPD היא שיטה קלאסית ללמוד קינטיקה desorption. A מדגם הוא עשה עם כמות ידועה של מודעות בטמפרטורה נמוכה, ולאחר מכן מחומם ליניארית בעוד רשומות ספקטרום המוני desorbing מינים. שיעור desorption (FLT:0-d ⁇ / dFLT:1 הוא מוקרן נגד טמפרטורה.

טכניקות מדע Surface Science

טכניקות כמו X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger אלקטרוני ספקטרוסקופיה (AES), סריקה microscopy מנהרה (STM) מאפשר מדידה של הרכב משטח וכיסוי במהלך התגובות.זמן-resolved XPS יכול לעקוב אחר הכיסוי של מגיבים ומוצרים כתפקוד של זמן, המאפשרת החילוץ של קבועות.

לחץ ו Flow Modulation

בכורי זרימה, התגובה הטרנסנדנטלית לשינוי צעד בריכוז מגיב יכולה לחשוף פרמטרים קינטיים.על ידי מדידה של הזמן האבולוציה של היווצרות המוצר (למשל, באמצעות ספקטרומטריה המונית), החוקרים יכולים להתאים ביטויים בקצב ולמבדיל בין מנגנונים שונים.גישה זו נפוצה בהערכה של תהליכי ALD ו- CVD, שבו הדופק אורך עם ריצוף משטח.

אתגרים והתנהגות לא-עסקית

משטחים של מוליכים למחצה אמיתיים הם לעתים נדירות אידיאליים.צעדים, kinks, ומומים נקודה ליצור הפצה של אתרים מחייבים, המוביל לכיסוי אנרגיות הפעלה עצמאיות. אינטראקציות מאוחרות יותר בין מודעות לפרסומות גורם חום של מודעות להשתנות עם כיסוי, מפר את ההנחה Langmuir.בנוסף, פיזור תת-קרקעי, שחזור פני השטח, וחיזוק התגובה של יישום של חוקים פשוטים כדי לטפל בטכניקות מורכבות של למידה הם לעתים קרובות משלבים של מודלים של טכנולוגיות חישוביות.

חשיבות ודרכים עתידיות

חוקי הריבית אינם רק פורמולות אקדמיות - הם כלים חיזוי כי בבסיס כל תעשיית ייצור המוליכים למחצה.כפי מכשירים ניגשים לממדי אטומיים (למשל, טרנסיסטורים השער-סביב, 3D NAND), היכולת לשלוט תגובות על פני השטח עם דיוק מונושכבות הוא ראשוני.

חומרים מתעוררים כגון מעבר מתכת dichalcogenides (MoS2, WS2) ו גרפן מציגים אתגרים חדשים.פני השטח שלהם הם לעתים קרובות אינפורמטיבי כימי, הדורשים פעולות הפעלה כגון preטיפול פלזמה או פונקציונליזציה. חוקי שיעור עבור מערכות אלה חייב לקחת בחשבון עבור physisorption חלש ואחריו chemisorption מופעלת, גבוה-FLT:0kalphalralrallowericerdation 1electrics כמו פיתוח של תהליכים מורכבים של IO.

במבט קדימה, השילוב של התיאוריה התפקודית של הצפיפות הראשונה (DFT) עם קינטיקה ניסיונית מבטיח הבנה עמוקה יותר של תגובות פני השטח.DFT יכול למקם אנרגיות הפעלה ונתיבי תגובה עבור שלבים יסודיים, אשר יכול להיות מחובר לחוקים לשיעור כדי לחזות התנהגות מאקרוסקופית. גישה זו, לפעמים נקראה FLT:0ab inioFLT:1, כבר משמש כדי להתאים את רמת הבקרה של מערכות בקרה אנושית, סביר יותר, כדי להתאים את רמת התקני בקרה מינימלית, כגון זרז של זרז, ואפקטים של זרז של זרזים של מערכות בקרה מינימלית, ואפקטים של זרזים של זרזים של זרזים של זרזים של זרזים של מערכות בקרה של זרזים של זרזים של מערכות בקרה של תאים של תאים מלאכותיים של חומר זרזים של זרזים של זרזים של מערכות בקרה של תאים של תאים מלאכותיים של זרזים של מערכות בקרה.

מסקנה

היישום של חוקי הריבית בתגובות משטח מוליכים למחצה מספק מסגרת חזקה להבנה ושליטה תהליכים אלה.ממודעות והתאמה לייצוג מורכב וכימאים גירוד, חוקים לשיעור מציעים שפה כמותית כדי לתאר כיצד פני השטח מתפתחים. על ידי שליטה בעקרונות של סדר תגובה, סיקור, הפעלה טמפרטורה, מדענים ומהנדסים יכולים לייעל טכנולוגיות קיימות ולהמציא טכנולוגיות חדשות.