ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамическая устойчивость различных соединений германия и кремния из "Физика и химия полупроводников" Для технологии полупроводников и в первую очередь для решения задач, связанных со стабилизацией параметров полупроводниковых приборов, чрезвычайно важным является вопрос об устойчивости различных соединений германия и кремния. [c.101] Согласно формальным уравнениям химических реакций могут быть получены самые разнообразные соединения изучаемых элементов. На практике, однако, происходят далеко не все реакции, а многие из полученных соединений впоследствии разлагаются. [c.101] В 2 было показано, что мерой устойчивости данного соединения может служить величина полной термодинамической работы ДФ, выделяющейся при образовании этого соединения из исходных продуктов. Величина термодинамической работы зависит, как мы видели, от температуры окружающей среды и концентраций реагирующих частиц. Поэтому, говоря об устойчивости тех или иных соединений, всегда следует иметь в виду конкретные условия, в которых находятся изучаемые нами элементы. [c.101] задача, связанная с определением устойчивости различных соединений, сводится к вычислению полной термодинамической работы, выделяющейся при образовании этих соединений. В свою очередь, термодинамическая работа является суммой теплового эффекта и концентрационного члена для данного процесса. [c.101] Например, для образования двуокиси кремния (или германия) необходимо разрушить химические связи между атомами кремния в кристалле и атомами кислорода в молекуле этого элемента, а затем получить новые химические связи между атомами кремния и кислорода. Из сказанного понятно, что сами по себе энергии химической связи никоим образом не характеризуют устойчивость или прочность данного соединения. Так, энергия связи между германием и кислородом равна 3,8 эв, а между германием и водородом 3,3 эв, в то время как тепловые эффекты образования двуокиси и гидрида равны соответственно 6,08 и 0,3 эв. [c.102] Уменьшение концентрации воды или увеличение концентрации водорода способствует процессу восстановления, а обратные изменения в концентрациях — процессу окисления германия. [c.103] При создании полупроводниковых приборов многие технологические операции производятся в печах с восстановительной средой. Температура в таких печах 600—900° К, а в качестве восстановительной среды обычно используется водород. Приведенный выше расчет определяет максимальный допустимый процент находящейся в водороде воды. При температуре 600—700° К эта величина составляет 0,01% (что соответствует точке росы —40° С). [c.103] При содержании Н.2О в меньше, чем 0,01% величина АФ положительна и (ДФ + ДФ ) ДФ. Поэтому в этих условиях протекает реакция окисления водорода, а пе германия. [c.103] Таким образом, окисляющее действие водородной среды определяется в основном присутствием паров воды. Поскольку, однако, примесный кислород, связываясь с водородом, образует воду, то наиболее надежным критерием, определяющим качество водорода, является суммарный процент обеих примесей, который должен быть не больше 10 . Для того чтобы водород работал как восстановитель, суммарный процент этих примесей должен быть меньше 10 . [c.103] Напомним, что реакция разложения гидрида часто используется для получения чистого германия. [c.104] Для протекания обратного процесса, т. е. для разложения двуокиси германия и образования хлорида необходимо, чтобы концентрация хлора в атмосфере значительно превосходила концентрацию кислорода. [c.105] При выполнении полученного неравенства становится возможной эффективная очистка поверхности германия от покрывающих ее окислов. Из сказанного понятно, что введение в водородную печь сравнительно небольших добавок хлора или соляной кислоты обезвреживает содержащиеся в водороде примеси воды и кислорода и способствует восстановлению поверхностных окислов германия. [c.105] Длительное существование каких-либо других соединений германия и кремния возможно только в атмосфере с весьма малой концентрацией молекул воды и кислорода. [c.105] Операции химического травления широко применяются при изготовлении любых полупроводниковых приборов. Возможность употребления того или иного травителя связана со скоростью его взаимодействия с кристаллом. Травление, протекающее с чрезвычайно малой, или очень большой скоростью крайне неудобно и практически в производстве не применимо. [c.106] Внешний вид поверхности протравленного кристалла, а также ее физико-химические свойства существенно зависят не только от состава применяемого травителя, по и от скорости травления, которая, в свою очередь, определяется такими факторами, как температура, перемешивание, освещенность и т. д. [c.106] СО —энергия активации реакции травления а —энергия активации обратной реакции. [c.106] Кроме селективного известно и часто применяется полирующее травление. Особенностью этого травления является то, что оно почти не выявляет кристаллической структуры данного тела, но сглаживает имевшиеся до обработки шерохова- тости и неровности, например острые углы, выступы, углубления, сколы и т. д. [c.107] Таким образом, скорость реакции в полирующем травителе не зависит от кристаллической структуры, т. е. от энергии активации — (О. С другой стороны, необходимо выявить причину повышенной скорости травления острых углов и выступов. [c.107] Для объяснения полирующего травления необходимо рассмотреть процесс диффузии молекул травителя из глубины раствора к поверхности кристалла. Следует сказать, что диффузионная теория в математическом отношении достаточно громоздка и требует решения некоторых дифференциальных уравнений. Многие важные выводы этой теории могут быть понятны только после такого решения. Что касается этих выводов, то они приведены ниже почти бездоказательно, сама же причина, вызывающая полирование поверхности при травлении, может быть пояснена следующими рассуждениями. [c.107] Так как энергия активации на различных участках поверхности имеет различные значения, то и концентрация молекул травителя С вблизи этих участков также будет неодинакова. Последнее означает, что после установления диффузионного равновесия результирующая скорость травления уже не будет являться однозначной функцией энергии активации. [c.108] Вернуться к основной статье