化学气相沉积过程的热力学 CVD过程热力学分析 ■一方面,它使我们可预测某个CVD过程是否可 能发生 ■另一方面,热力学分析具有局限性,它不能确 保相应的过程一定要发生 ■即使存在局限性,热力学分析对于选择、确定 个实际的CVD过程仍具有很大的意义
化学气相沉积过程的热力学 CVD过程热力学分析 ◼ 一方面，它使我们可预测某个CVD过程是否可 能发生 ◼ 另一方面，热力学分析具有局限性，它不能确 保相应的过程一定要发生 ◼ 即使存在局限性，热力学分析对于选择、确定 一个实际的CVD过程仍具有很大的意义
化学气相沉积过程的热力学 CVD过程的一般形式为: aa+bb=cc 其自由能的变化为 AG=CGc-aGA-bGB 其中a、bc是反应物和反应产物的摩尔数。由此 △G=△G°+RTln aAaB a为物质的活度,它相当于其有效的浓度
化学气相沉积过程的热力学 其自由能的变化为 CVD过程的一般形式为： aA+bB=cC ai为物质的活度，它相当于其有效的浓度。 G = cGC −aGA −bGB 其中a、b、c是反应物和反应产物的摩尔数。由此 G G RT a a a c a b = + ln C A B
各种氧化物的 标准生成自由 能随温度的变 化曲线 △G<0,即反应可沿正 方向自发进行。反 △G>0,反应可沿反方 向自发进行
各种氧化物的 标准生成自由 能随温度的变 化曲线 G<0，即反应可沿正 方向自发进行。反之， G>0，反应可沿反方 向自发进行
化学气相沉积过程的热力学 改写自由能的表达式为 △G°=-R/nK 例如,由下述的CVD过程 (4/3)AO2→(2/3)A2O 可对A在1000℃时的蒸发过程中被氧化的可能性予以估计。 由于Al2O3和A都是纯物质,其活度为1。同时,O2的活度值 就等于其分压p。令p表示氧的平衡分压,则有 △G= RTInpo 由其AG°=-846kJ/mol,可得出氧的平衡分压为po=2×1030Pa 从技术方面来讲,尚不可能获得这样高的真空度。因而根据热力学的计算结 果,A在1000℃蒸发时一定要将被氧化 ◆但上述的计算结果并不意味着实际蒸发沉积A薄膜时,只能获得其氧化物
化学气相沉积过程的热力学 改写自由能的表达式为： G RT K = − ln0 G = RTlnp 例如，由下述的CVD过程 (4/3)Al+O2(2/3)Al2O3 可对Al在1000C时的蒸发过程中被氧化的可能性予以估计。 由于Al2O3和Al都是纯物质，其活度为1。同时，O2的活度值 就等于其分压p。令p0表示氧的平衡分压，则有 由其G= -846kJ/mol，可得出氧的平衡分压为p0 =210-30Pa ◆ 从技术方面来讲，尚不可能获得这样高的真空度。因而根据热力学的计算结 果，Al在1000C蒸发时一定要将被氧化 ◆ 但上述的计算结果并不意味着实际蒸发沉积Al薄膜时，只能获得其氧化物
特定CVD过程的热力学考虑 考虑特定薄膜材料沉积的可能性,以及可供选择的反应路径 ◆设想,我们想在S或SO2衬底上由WF6沉积W薄 膜 为此,需要使相应的CVD反应的△G<0 ■在700K时,下列反应 WF6(g)+3/2SO2(s)→W(s)+3/2SiF4(g)+3/2O2(g) WF6(g+3/2Si(s)W(s)+3/2SiF4g 的自由能变化ΔG°=420kJ/mol、-707kJ/mol 上述两个反应合在一起,构成了利用WF在Si 底上选择性沉积W薄膜的一种可能的途径
◼ 在700K时，下列反应 WF6 (g)+3/2SiO2 (s)W(s)+3/2SiF4 (g)+3/2O2 (g) WF6 (g)+3/2Si(s)W(s)+3/2SiF4 (g) 的自由能变化G=420kJ/mol、-707kJ/mol ◼ 上述两个反应合在一起，构成了利用WF6在Si衬 底上选择性沉积W薄膜的一种可能的途径 特定CVD过程的热力学考虑 考虑特定薄膜材料沉积的可能性，以及可供选择的反应路径 ◆ 设想，我们想在Si 或SiO2衬底上由WF6沉积W薄 膜 ◆ 为此，需要使相应的CVD反应的G<0