Роль активации примеси в процессах хемостимулированного термического окисления InP Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 542.943

РОЛЬ АКТИВАЦИИ ПРИМЕСИ В ПРОЦЕССАХ ХЕМОСТИМУЛИРОВАННОГО ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ 1пР © И .Я. Мнттова, В.В. Сошников, Г.Г. Бубнова, Н.А. Меркулова

Воронеж, Воронежский госу дарственный университет

Исследование химически активированных процессов термического окисления 1пР показали, что предыстория [1] активирующего реагента является одним из наиболее фундаментальных параметров, определяющих способ его участия в процессе.

Нами были исследованы процессы термического окисления 1пР в присутствии в системе окисления ТЮ; и 2Ю;. Способы введения их в систему определяли свойствами оксидов. Свойства 2гО; (см. ниже) не позволили вводить его в собственном виде, поэтому в рассматриваемой системе окисления был использован ZгO(NOз): в качестве источника активного в момент выдетения 7лОг. При этом в сфере реакции происходит разложение исходного вводимого хемостимулятора [2]:

гюоюзмтв) = гю2( г) + гыо^г) + 'ло:. (1)

В исследуемом температ\рном интервале (500-600 °С, табл . 1) N02 необратимо переходит в инертный N0, который не способен >частвовать в дальнейшем в процессе окисления подложки.

Прямой эксперимент по введешпо ТЮ2 в собственном виде в систему окисления 1пР показал возможность его участия в результирующем процессе, поэтому данное соединение вводилось в собствешюм виде.

В табл. 1 приведены кинетические параметры процессов окисления 1пР в присутствш! 2г0(Ы03): (ZЮ2) и ТЮ2. Расчет величины /»ср проводился по степенному \ равнению </ = •т'1 (3), величины эффективной энер-

гии активации - по уравнешоо Арренилса.

Приведешые в табл. 1 ВеЛИЧШОЛ позволяют говорить о том. что во всех рассматриваемых системах определяющую роль играет хтомеское взаимодействие.

ЗТЮ2(Г.) 61п (ТВ.) = 31п203(ТВ.) З'П (ТВ.)

°^оо = -1024 кДж/моль /1/

Таблица I.

Параметры процессов термического окислешія 1пР в присутствии ТІО; и ZгO:

При- месное соеди- нение Температурный интервал проведения процесса окисления. °С Показа- тель степени Лер Эффективная энергия активации. кДж моль Ускорение 110 сравнению с беспримесным процессом |3|. раз

ПО | по времени толщине

ТІСЬ 500-575 0.17 293 7-7.5 | 1.5-2

500-600 0.10 219 9 : 1.5-2

5ТЮ2(г.) + 4Р (тв.) = 2Р20<і(тв.) + 5Ті (тв.)

^О°8оо = -1234 кДж/моль (2)

5гЮ: (г.) + 4Р (тв.) = Р205 (тв)+ 5Zr (тв.)

^С°8оо =-1158 кДж/моль (3)

ЗZг02 (г)+ 41п (тв.) = ІіьОз (тв.) + ЗZдтв.)

АС°8оо= -991 кДж/моль (4)

Таким образом, в обеих рассматриваемых системах мы имеем анатогичный примесно-транзитный механизм передачи кислорода компонентам подтожки от вводимого хемостимулятора, характеризуемый едшчы-N01 кшіетическими закономерностям: определяющим является процесс образования 1пР04, лимитируемый массопереносом в твердой фазе [3]. Это подтверждается, во первых, данными независимых физикохимических методов исследования состава и свойств фор\оіруемьіх оксидных слоев, а во вторых. - значением //ср, которое дтя рассматриваемых систем существенно меньше 0,5 (табл. 1) [3].

Отличия, характерные для рассматриваемых примесных процессов (табл. 1), по всей видимости, обусловлены именно способом введенш активатора в систему окисления 1пР.

Zг02 является значительно более устойчивым соединением [4], в то же время участие его приводит к юггененфикашш процесса роста пленки. В общем случае, влияние Zг02 на процесс более существенно - по-лучешше в его присутствии в системе окислешія оксидные сюи характеризуются значительно более высоким содержашіем кислорода по сравнешоо с образцами. иолучешплми в ходе «ТЮ2»-окисления. В первом случае 1пР04 присутствует \же в пленках, вырашешых в наиболее мягких режимах окислешія. в то время как дтя системы с участием Ті02 данное соединение отмечено лишь в образцах, полученных в наиболее жестких условиях, и достоверным его присутствие в шее можно считать :шшь на внутренней границе раздела (о чем свидетельствуют данные рентгеноспектратьного анализа) В результате диэлектрические свойства полученных стр>хтур отличаются весьма значительно (2,8-6.8105 В/см и ~104 В/см дтя систем с участием ZrO: и ТіО; соответственно). Необходимо отметить, что существенное различие в величине давления паров примесных оксидов [4] еще более «усиливается» присутствием в системе с Zґ02 инертного N0. снижающего поверхностную концентрацию активатора вследствие участия его в конк>ренцші за активные центры на поверхности 1пР.

Таким образом, предыстория вводимого примесно-го соединения, его активация в «2гО: «-системе, оказывают существенное воздействие на участие примеси в процессе формирования результирующей структуры на поверхности 1пР. В данном случае аналогичность механизма протекают процесса в рассматриваемых примесных системах окисления позволяет ярче выделить зависимость влияния хемостимулятора от его свойств и физико-химического состояния, в котором он принимает участие в процессах, которые не в последнюю очередь определяются способом введения окислителя в сферу реакции.

ЛИТЕРАТУРА

1 Третьяков Ю.Л Твердофазные реакций М Химия. 1978 359 с

2 Рябин В..4.. Остроумов-\(.А.. Свит Г. А Термодинамические свойства веществ Л Химия. 1977 590 с

3 Рост собственных оксидных слоев на !пР И Я Миттова. Г 3 Бор-ззкова. В А Терехов. О Н Мнттов. В Р Пшестанчик. В .41 Кашка-ров Изв АН СССР Неорганич материалы 19'*1 Т 27 .V» 10 С 2047-2051

-I АимсгмЛ/.. Аноерко К. Сгрукт\~ры двойных сплавов В 2т М Ме-таллл-ргиздат. 1962

УДК 542.943:546.681 19

ВЛИЯНИЕ СМЕСИ ОКСИДОВ-АКТИВАТОРОВ НА ПРОЦЕСС ТЕРМООКСИДИРОВАНИЯ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ В КИСЛОРОДЕ

© В.Ф. Костркжов, И.Я. Миттова, В.Р. Пшестанчик

Воронеж. Воронежский государственный университет

Полупроводниковые соединения А^'В' и среди них. в первую очередь. ОаАя, представляют исключительный интерес не только как перспективные мате-риаты дтя различных отраслей совремешюй техники, но и как важный класс объектов химии полупроводников. на примере которых возможно развитие представлений химии твердого тела, термодинамики и кинетики сложных гетерогенных процессов

Одним из таких модельных процессов является термооксидирование полупроводников в присутствии специальным образом подобранных примесей. "_>гот процесс достаточно подробно из>чен дія сл\чая. когда в качестве примеси выступает одно соединение-активатор. Однако особый интерес представляет изучение совместного воздействия двух и более СОЄДИНЄ-ний-активаторов. что позволит не только более гибко управлять составом и свойствам образующихся тонких многокомпонентных диэлектрических слоев, но и по-новому взглянуть на проблему сопряженности дв\л •.параллельных» процессов, протекающих в единой системе одновременно.

Таблица I.

Значения относительной интеїратьной іГ .г, :/ и парциатьных сґ, (х. г) толщин, параметра взаимодействия И Ух. п при 530° С дтя 30 мші\т

Состав примеси. МОЛ. "о ВІ;0>

ВІЛИ-

чина • О 0 1 л О і 30 і 40 ; 50 | о0 1 70 І 80 90 1100

Лс.:і • 0 -о01-9б! -11 І-122І-112І-961-73 І-52 1-26 і 0

Vя гдг.т >*| -13|-40| —187^-322 -801—131}—175І—214*—237^-246) И9 Н09І-50І-18І -3 ! -4 ҐЗІ:

Чіх.х) | - Г-0691-6021 1-54 І-510М50М02І-347г-327к:9 і -

*- верхнее значение для БЫО». нижнее - для Ві:0,.

Было изучено термическое окисление арсенида гаглия под воздействием смесей 5Ь:03 - Вь03 и РЬО + + Вь03 рагтичных составов. Для обнаружения эффекта совместного воздействия смеси оксидов построены диаграммы типа «состав-свойство», где в качестве свойства выстуната толщина оксидного слоя, достигнутая к определенному моменту времени. Для количественной юггерпретации обнаруженных ~>ффектов использованы представления об относительных парциальных величинах, интегральных величинах и параметре взаимодействия. Полученные результаты дтя наиболее типичных температур и времен окисления приведены в таблицах 1 і дтя смеси БЬч)? - Ві;0? ) и 2 (дтя смеси РЬО + Ві;Оз).

Полученные зависимости относительных интеграіь-ных танцин от состава примеси, для всех режимов окисления. в присутствии смеси + Віч)>, показывают натичие слріщательного отктонеіоія полученной толщины пленки от той величины, которая была бы достигнута при условии независимого и парапетьного воздействия БЫОз и Ві;0?. Для случая совместного воздействия

Таблица 2.

Значения относительной интегральной </(х. г.

и парциатьных іР, /1с.ті толщин, параметра взаимодействия НУхл) при 530° С дтя 30 \oof\T

Изч. ВЄЛИ- 1 І Состав примеси, мол. % Ві;0.

0 ] 10 20 1 30 | 40 50 і 60 О ос 0 1 90 100

0*іх. п 0 1—261 1-391-40 і—34 -181 *1 -17 і-27 ! -:ь о

0х ,(Х. пі 1 - і -в 1 -23 І -47 ] -791 - І-1931-102І-22 і -32 -104М12І і-67!-77, —90 ; -15 -оЗ -371 -140! --14 і -

і I V.г. п | 1 т 1^ ос * |-247|-191|-144| 1-73 -7 І -81 -177! 1—2891 -

• - верхнее значение для РЬО. нижнее - ДЛЯ ВІ;0».