化学气相沉积钽的动力学

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.04.011 北京钢铁学院学报 1983年第4期 化学气相沉积钽的动力学 稀有金属物化教研室张长鑫· 摘 要 应用绝对反应速度理论和统计力学到化学气相沉积(CVD)但上，建立了反 应速度模型。实验表明，测定值与计算值间吻合较好。证实了用绝对反应速度理 论建立的速度樸型的正确性，而且证实了化学气相沉积但的速度控制环节为表面 化学反应。 金属钽不仅在物理上而且在化学上都具有许多优良的特性，如高的熔点，高温强度 高、低温可锻，在一定温度下抗化学介质及腐蚀气氛的侵蚀能力强，另外并具有好的阳极 情性、吸气性、低的二次电子发射等。所以它在宇航、化工、治金、石油及电子工业上都 得到了广泛地应用。目前在不同金属、合金上用化学气相沉积(CVD)方法徐覆钽取代 纯钽获得较大成功，因此该法得到飞快地发展1一3)，但钽的沉积动力学及机理研究很少 ‘,5),尤其是应用绝对反应速度理论来研究但沉积动力学就更少。 自从1932年Pelzer,,Wiguer提出绝对反应速度理论以来，经Eyring和Polanyi等的 发展，日趋完善。其主要特点是：把化学反应速度模型用数学式表达出来，最后借助于统 计力学计算出速度的绝对值。 Haskall,,Cheung等(6-9》把绝对反应速度理论应用到钨、钼的化学气相沉积里，获 得较大的成功。苏联学者O·M·KopoeB等(1o)首次把绝对反应速度理论应用到TaF。一 H,系里，描述了化学气相沉积钽的动力学，也得到比较满意的结果。但把该理论应用到 TaCl。一H.系化学气相沉积钽目前还未发现。鉴于当前在氯化物系统里，化学气相沉积 难熔金属已非常普遍，但用绝对反应速度理论研究动力学的不多，所以本文初步尝试把绝 对反应速度理论应用来研究氯化物系里钽的沉积动力学，先由统计力学推导出反应速度表 达式，最后再用实验来验证其正确性。 动力学方程的推导 由文献(4,5,10)了解，化学气相沉积钽过程进行在动力学区，因此本文假设CVD钽也在 该区进行。化学气相沉积钽可以认为整个反应由下列几个步骤组成： 2H,气)+s(Hs (1) 76届赵树壮、77届张源、朱化等同学参加了部分实验工作 106

北 京 钢 铁 学 院 学 报 ￾￾￾￾年策 ￾期 化学气相沉积担 的动力学 稀有金 属物 化 教研 室 张 长鑫 ￾ 摘 要 应 用绝对反应 速度 理论 和 统 计力 学到 化 学气相 沉 积 ￾￾￾￾￾ 担 上 ， 建立 了反 应速度 模型 ￾ 实脸表明 ， ￾ 定位 与计葬位 间吻 合 较好 ￾ 证 实 了用绝对反 应速度 理 论建立 的速度 模 型 的正 确 性 ， 而 且 证 实 ￾化 学气相 沉 积担 的速 度 控制环 节为表 面 化 学反应 ￾ 金属 担不仅在物理上而且在化学上都具有许多优 良的特性 ， 如高的熔 点 ， 高 温 强 度 高 、 低温可锻 ， 在一定温度下抗化学介质及腐蚀气氛的侵蚀能力强 ， 另外并具有好的阳极 惰性 、 吸气性 、 低的二 次 电子 发射等 。 所 以它在宇航 、 化工 、 冶金 、 石油及 电子工业上都 得到了广泛地应用 。 目前在不 同金属 、 合金上用化学气相沉积 ￾￾￾￾￾ 方法涂筱 担 取 代 纯祖获得较大成功 ， 因此该法得到飞快地发展 ￾一￾￾， 但祖的沉积动力学及 机理研 究 很 少 勺 ， ￾ ， 尤其是应用绝对反应速度理论来研究担沉积动力学就更 少 。 自从￾￾￾￾年￾￾￾￾￾￾， ￾￾￾￾ ￾￾ 提 出绝对反应 速度理论 以来 ， 经￾￾￾￾￾ ￾和￾￾ ￾￾￾ ￾￾等 的 发展 ， 日趋完善 。 其主要特点是 ￾ 把化学反应 速度模型用数学式 表达 出来 ， 最后借助 于统 计力学计算出速度的绝对值 。 ￾￾ ￾￾￾， ￾￾￾￾ ￾ ￾等￾一”￾把绝对反应速度理论应用到钨 、 铂 的化学气相 沉 积里 ， 获 得较大 的成功 。 苏联学者 ￾ · ￾ · ￾￾ ￾。 二 ￾￾ 等￾￾ 首次把 绝对反应 速度理论应用到 ￾￾ ￾ 。一 ￾ ￾系里 ， 描述 了化学气相沉积担的动力学 ， 也得到比较满意 的结果 。 但把该理 论 应 用到 ￾￾￾￾ 。一￾ ￾ 系化学气相沉积担 目前还未 发现 。 鉴于 当前在氯化物系统里 ， 化学气 相 沉 积 携妙 属 已非常普遍 ， 但用绝对反应速度理论研究动力学的不多 ， 所 以本文初步尝试把绝 对反应速度理论应用来研究氯化物系里钮 的沉积动力学 ， 先 由统计力学推导 出反应速度 表 达 式 ， 最后再用实验来验证其正 确性 。 动力学方程的推导 由文献￾’ ，￾， ￾￾了解 ， 化学气相沉积 担过程进行在动力学 区 ， 因此 本文假设￾￾￾钮 也在 该 区进行 。 化学气相沉积担可 以认 为整个反 应 由下 列几个 步骤组 成 ￾ 合 ￾ ￾ ‘气，￾ ￾” ‘￾ ’￾ ￾￾￾ ￾届 赵树壮 、 ”届张源 、 朱化等同学参加了部分实验工作 ￾￾￾ ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．１９８３．０４．０１１

TaC1.(气)+S号(TaC1。)s 2) 吉(Tac1s与吉T+(C3 (3) (H)s+(Cl)s(HC1)s (4) (HC1)s←号HC1(气) (5) S一吸附点，()s一吸附态。假设表面反应(4)是过程速度限制性环节。按照绝对反 应速度理论的基本假设11)，可把(4)式改写为： (H)5+(CI)s≥M*→(HC1)s (6) M·一活化络合物。认为在能量顶点的活化络合物和吸附态的(H)s和(C1)s处于统计 平衡，而且还认为活化络合物沿反应坐标，以频率ν振动（即垂直于表面）分解为产物。 若C·为单位而积上活化络合物的个数，则反应速度可写为： r=VC* (7) 若令C(H)、C()分别为H、CI原子吸附态的浓度（单位面积上个数）。由于反应物和活 化络合物处于平衡，则有：( K*=C*/C(H)C(CI) (8) 根据统计热力学，平衡常数的表达式为： K*=f*/f (H).f(CI).exp (-E/RT) C*=C(H)C(cI).f*/f(H).f(CI)exp (-E/RT) (9) f'、f(H、fC)一分别为活化络合物，氢、氯原子吸附态的配分函数，exp（-E/RT) 为上边三配分函数的另点能项，其另点能为E=E·一E(H)-E(C)。 活化络合物的一个自由度是沿着反应坐标以频率ⅴ进行振动，此振动恢复力很差，也即 频率很低。通常振动配分函数用一维谐振子的配分函数来描述。一维简谐振动子的能级为： e=(n+】)hv 2 n=0,1,2,… 对于一个单一的简谐振动子其振动配分函数为： 0 fv=Σexp(-e./kT) n=0 把上式展开并保留第一项最后得到活化络合物沿反应坐标的振动配分函数： lim [1-exp (-hv/kT]-1=[1-(1-hv/kT)]-1=kT/hv (10) 7*0 活化络合物的配分函数「*中分离出一个一维振动配分函数后的配分函数用「·'表示，则(9) 式为： CCOmCC G(E/ f*1 (11) 由等式(7)我们得到速度方程： kT r=C(H)C(CI)hv" i(H(ci exp(-E/RT) f*/ .V kT =C(H)C(CI) f* f(H f(CD .exp (-E/RT) (12) 107

￾￾ ￾￾ 。 ￾气￾ ￾ ￾‘旨二 ￾丫￾ ￾￾。 ￾￾ 翻》 吸了 ￾内口勺￾月﹃ ‘声产、、声、，、 ￾ 气口、矛、 ， ￾ 。 ， 、 下￾ 气￾ ￾ ‘ 灿 ￾乃 ￾ 全燕苏 勺 一￾言 ￾ 一 ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾‘￾笋 ￾ ￾￾ ￾气￾ ￾一 吸 附点 ， ￾ ￾￾ 一 吸 附态 。 假 设 表面 反应 ￾￾ 是过程速度 限制性环节 。 按照绝 对 反 应 速 度理论 的基本假设 ￾￾， 可 把 ￾￾ 式 改写 为 ￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾三二，￾ 子 ， ￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ‘ 一 活 化络合物 。 认 为在能量顶 点 的活化络合物和 吸 附 态 的 ￾￾ ￾￾和 ￾￾￾￾处于 统 计 平衡 ， 而 且还认 为活化络合物沿反应坐标 ， 以频 率 、 振动 ￾即垂直于 表面￾ 分解为产物 。 若￾ 沪 为 ￾ 单位而 积上 活化络合物的个数 ， 则反应速 度 可 写 为 ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ 笋 ￾￾￾ 若令￾￾￾ 、 ￾￾￾￾ 分别为￾ 、 ￾原 子 吸 附态 的浓度 ￾单位面积上个数￾ 。 由于 反应物 和 活 化络合物处于平衡 ， 则有 ￾ 孤 ‘ ￾ ￾ 呐 ￾￾￾￾￾ · ￾￾￾￾￾ ￾￾￾ 根据统计热力学 ， 平衡常数 的表达式为 ￾ ￾ 呐 ￾ ￾ 呐 ￾￾￾￾￾ 一 ￾￾￾￾￾ · ￾ ￾ ￾ ￾一 ￾￾￾￾￾ ， ￾ 沪 ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ · ￾ 护 ￾￾￾￾ ￾ · ￾￾￾一￾ · ￾￾ ￾ ￾一 ￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ’ 、 ￾￾￾￾、 ￾￾￾￾￾一 分别为 活 化络合物 ， 氢 、 氯原 子 吸 附态 的配分 函 数 ， ￾￾ ￾ ￾一 ￾￾￾￾￾ 为 上边 三配 分 函数 的另点能 项 ， 其 另点能为￾ ￾ ￾ ‘ 一 ￾￾￾ 一 ￾￾￾ ￾。 活 化络 合物的一个 自由度是沿着反应 坐标 以频率￾ 进行振动 ， 此 振动恢复力很差 ，也 即 频率很低 。 通常振动配分 函数用 一 维谐 振子 的配分 函数来描述 。 一维简谐 振动子 的能级为￾ ￾ 、 艺。 ￾ 气￾ 十 二厂 少 ￾ ￾ 艺 ￾ ￾ ￾￾ ￾， ￾￾ 对于一个单一 的简谐振动子其 振动配 分 函数为 ￾ ￾口 ‘ ￾￾ ￾ 艺 ￾￾ ￾ ￾一 。￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾ 把上式展开 并保 留第一项最后 得到活 化络合物沿 反应坐标的振动配分 函数 ￾ ￾￾￾ 〔￾一 ￾￾ ￾ ￾一 ￾￾ ￾￾￾〕 一 ‘ ￾ ￾￾一 ￾￾一 ￾￾￾￾￾￾〕 一 ‘ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ 丫￾￾ 活化络合物的配分 函数￾ 价 中分离出一个一 维 振动配 分 函数后 的配分 函数用 ￾ 护 了表示 ，贝呀￾￾￾ 式为 ￾ 、， 口 ￾ 今，‘￾、矛 八甘﹃立二￾￾召，￾￾上、产 ‘ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾兴 ￾ 叻 ， ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾一 ￾￾￾￾￾ 由等式 ￾￾ 我们得到速度方程 ￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ 功 ， ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾一 ￾￾￾￾￾ ， ￾ 二 ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ 解 ， ， 一 ， 一 ￾ 、 ￾￾而石面 ￾￾ ￾ ‘一 七￾￾ ‘￾

应用Langmuir等温方程[12]， C(H)= 2Lapu, 1+an,寸pmn士+arG1。寸pGa,于 5Laen寸pnG+ (13) C(Cl)= 1+am,寸pm,士，anc。寸pm0g寸 而且由统计力学推导出： a,No/fH:exp (-eH:/RT)1 aTacl=No/fTaCIexp(-eTacIs/RT) (14) 其中L一单位面积上吸附点总数，计算出为1×1015cm~2,aH2、ac6一分别为氢气及五 氯化钽的吸附常数，PH:、PTcI6一分别为H,和五氯化钽的分压，No一阿佛加德罗常数， EHz、ec15一分别为氢气，五氯化钽的吸附热，R一气体常数。 若原子氢和氯是弱吸附[8]，则 Ch=2LaH±pH,+ Ccn (15) 最后由方程(11)得到速度表达式为： 10TLNoex(-AE/RT) (16) hfHf(CfH2±cb专 其中 △E=(10E+5eH2+2emc15)/10 结果与讨论 婴获得反应速度值必须解方程(16)，若要解此方程必须知道各种配分函数值。因而按照 统计力学和吸附理论下面分别对各种配分函数的计算方法加以讨论，最后并算出其数值。 因为氢气是双原子分子，所以按照统计力学有三个平动自由度，二个转动自由度，一 个振动自由度。而原子核和电子的配分函数f核，「。分别为1而省略去[11)（今后凡讨论到 其它配分函数时，其中f核，，都为1而略去，就不再赘述)。这样氢分子的配分函数为： fHa=f3.f2.fy (17) 「、、「v一分别为氢气的平动、转动、振动配分函数。把各种配分函数的表达式代入(17) 式，最后得到氢分子的配分函数表达式为： fu:=(2xmkT)/2 T [1-exp (-0v/T)] (18) h2 其中g=2,Θ，=85.38K,8v=5987K,mH,=3.34×10-27Kg,k一波尔兹曼常数，h 一普朗克常数。 由于五氯化钽是多原子分子，根据统计力学推导它应有三个平动自由度，三个转动自 由度，(3-6)个振动自由度。按照上述求五氯化钽振动配分函数的方法很繁琐而且也 很难求出，所以-一般可以近似把c16的振动配分函数看为五个Ta一CI双原子分予组成的一 108

应用￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾等温方程￾￾二」￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾。￾ 十￾。￾ 十 ￾￾ ￾，￾士￾，￾ 十 ￾ ￾介￾￾。李 ￾几￾￾。含 ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾‘￾一。 含￾介￾一。￾ ￾￾￾￾ ￾￾ 。。￾ 于￾。 ￾ 十 ， ￾‘￾￾。 食￾‘￾一。含 而 且 由统计力学推导 出 ￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾。￾ · ￾￾ ￾ ￾一 。￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾‘￾一。 ￾ ￾￾￾￾‘￾￾。 ￾ ￾￾ ￾￾一 。介￾￾。￾￾￾￾ 其 中￾一 单位面 积上吸 附点总数 ， 计算出为￾￾ ￾ ‘’￾￾ 一 ’， ￾￾￾ 、 氯化祖的吸 附常数 ， ￾￾￾ 、 ￾￾￾ 。一分 别为￾ ￾ 和五氯 化祖的分压 ， ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾。一 分别为 氢气 及五 ￾。 一 阿佛加德罗 常数 ， 。‘￾￾。一分别为 氢气 ， 五氯化祖的吸 附热 ， ￾一气体常数 。 若原子氢和氯是弱吸附〔幻 ， 则 ￾￾￾，二 ￾￾·。￾ 十￾，￾ 士 飞 ￾￾ 一￾￾ ￾￾￾介￾￾。含 ￾‘￾￾。含 ￾ 最后 由方程 ￾￾￾￾ 得到速度 表达式为 ￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾。 ’￾ ‘。 ￾一 ￾￾￾ 专￾、￾￾。 李一 ， 、 二 ，。 ￾ 、 ‘ 一一下而雨瓜万瓦淤￾一 一 “ 、 一 ￾ ￾、 ￾ ， △￾ 二 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾“￾ ￾ ￾。‘￾￾￾￾ 八￾ ￾￾￾少 ￾其卜中 结果与讨论 要 获得反 应速 度值必须解方程 ￾￾￾￾ ， 若要解此方程必须知 道各种配 分 函数值 。 因而 按照 统 计力学 和吸 附理 论 下面分别对各种配分函数 的计算方法加 以讨论 ， 最后并算出其数值 。 因为氢气是双 原子 分子 ， 所 以按照统计力学有三下平动 自由度 ， 二个转动 自由度 ， 一 个 振动 自由度 。 而 原 子核和 电子 的配分 函数￾核， ￾ ￾ 分别为 ￾而 省略去 ￾ ￾〕 ￾今后 凡 讨 论 到 其它 配 分 函数时 ， 其 中￾核， ￾都为 ￾而 略去 ， 就不 再赘述 ￾ 。 这 样氢分子 的配分 函数为 ￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾· ￾ ￾￾· ￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾、 ￾ ￾ 、 ￾一 分别为 氢气的平动 、 转动 、 振动配 分 函数 。 把各种配分函数的表达 式代 入 ￾￾￾ 式 ， 最后 得到氢 分子 的祝分 函数表达式为 ￾ ￾“￾ ￾￾二 ￾￾￾￾ ’￾ ￾￾ ￾ ， ‘ ， 八 ， 甲 、 一 ￾百奋￾￾ 一 “￾ ￾ 叹一 妙 ￾ ￾‘ ， ￾ 一 ‘ ￾￾￾￾ 其 中￾ ￾ ￾， ￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾， ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾， ￾”￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾￾ 一。 一 ￾，￾￾， ￾一波 尔兹曼 常 数 ， ￾ 一 普朗克常数 。 由于 五氯 化祖是多原 子分 子 ， 根据统计力学推导 它应 有三个 平动 自由度 ， 三个转动 自 由度 ， ￾￾ 一 ￾ 个 振动 自由度 。 按照上述 求五氯 化祖振动配分 函数 的方 法很繁琐而 且 也 很难求出 ， 所 以一般 可 以近 似把￾￾ 。 的振动配分 函数看为五个 ￾￾一￾双原子分子组 成 的一 ￾￾￾

维谐振子的振动配分函数。在高温一维谐振子的振动配分函数为： fy=kT/hy ,所以五氯化钽的振动配分函数为： fv(T:cl5)=5kT/hv 求出其数值为： V.-c1=8.90×1012/秒 则五氯化钽的配分函数为： fc6=(2πmkT/h2)3/2(8π2kT)3/2(IAIplc))±/oh.5kT (19) Ia1lc一转动惯量的三个主组元，求出为1.110×10-132Kg3.M,σ=6，m=5.9479 ×10-25Kg 对于吸附整的配分函数，认为它们是二维非定位的弱吸附，则其配分函数仅有平动而 无转动及振动，所以吸附整的氢、氯原子的配分函数分别为： f(H)=2元mHkT/h2) (20) f (CI)=2xmcikT/h2 m,mc一分别为氢、氯原子的质量。而且活化络合物仅有平动及转动、无振动配分函数， 则其配分函数为： f+=2πm*kT/h2.T/⊙.* (21) m牛一是氢、氯原子的折合质量，©，*一 活化络合物的转动特征温度，求出为 2.7496K。 我们采用了氯化一还原联合的实验装 置（见图1）。在此装置中，于1238~ 1373K温度范围内测定了四个不同温度下 的反应速度值，用最小二乘法，得到反应 活化能为28.028千卡/克分子(117.15千 焦耳/克分子)，该值和文献[5]测的数值 吻合较好。由获得的活化能数值充分证明 化学气相沉积组的过程是进行在动力学区 氢气瓶，2如气瓶，3氯气瓶，4净化器， (活化能大于4.18千焦/克子)，这说明 5.6,7流量计，8反应器，9加热炉 我们开始假设“化学气相沉积钽的反应进 图1化学气相沉积钽的试验装置图 行在动力学区”是正确的。 把(18)(19)(20)(21)等式代入方程(16)，进行合并整理，最后得到化学气 相沉积但的速度方程为： 1,5859×1020PH:+Pc5寸 (1238°K) r= 7.0515×102P:子Pc,+ (22) (1373°K) 为了检验用绝对反应速度理论推导的方程(22)的正确性，我们在镍基合金上(GH 128),在不同的条件下，进行了化学气相沉积钽的实践，至于其实验的详细情况可见文 献1)。经过实验获得的沉积速度值和用方程(22)计算值都列于表内，而且并相应地绘 109

维谐振子的振动配分 函数 。 在高温一维谐振子的振动配分 函数为￾ ￾ 二 ￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ， 析以五抓化祖的振动配分函数为 ￾ ￾， ￾￾ 。￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ 求出其数值为 ￾ ￾‘ 一 ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾’￾￾秒 则五抓化祖的配分 函数为 ￾ 一 。 ￾ ， 。 ￾ ￾ ￾ ￾￾ 甲 ，￾ ， 、 ￾￾￾， 。 ￾ ， ，￾ 。 、 ”￾￾ ￾ ￾ ， ， ￾ 、 专 ，￾ ￾ ， ￾￾￾ ￾、￾￾。 ￾ ￾￾二 ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾二 ，￾￾￾ ￾ ￾ ￾二 ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ · 竺会冬 ￾￾￾￾ 二 、 ￾ ， ￾ ， ￾ ￾ 一 一 ’ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾一‘￾转动惯 量的三个主 组 元 ， 求出 为 ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾ 一 ’￾ ￾￾￾”· ￾￾， ￾ ￾ ￾， ￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾ 一 ￾ ，￾￾ 对于吸附整 的配分 函数 ， 认为它们是二维非定位 的弱 吸 附 ， 则 其配 分函数仅 有平动而 无转动及 振动 ， 所 以吸附整 的氢 、 氯原 子的配分函数分别为 ￾ “” ’￾ ￾“ ￾”￾￾￾“￾ 下 ￾￾￾￾￾￾ ￾二 ￾￾，￾￾￾￾ “ 沪 ￾￾￾￾ ￾“， ￾￾一分别为氢 、 氯原子 的质量 。 而 且活 化络合物仅有平动及转动 、 无 振动配 分 函 数 ， 则其配分 函数为 ￾ ￾ ‘ ￾ ￾￾ ￾ ， ￾￾￾￾“ · ￾￾￾ ￾ ‘ ￾￾￾￾ ￾ 斗 一是氢 、 氯原 子 的折合 质 量 ， ￾ ￾ ‘ 一 活化络合物的转 动 特 征 温 度 ， 求 出 为 ￾ 。 ￾￾￾￾￾ 。 我们采用了氯化一还原联合的实验装 置 ￾见 图￾ 。 在此装置 中 ， 于 ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾温度范围内测定了 四个不同温 度下 的反应速度 值 ， 用最小二乘法 ， 得到 反应 活化能为 ￾ ￾ ￾￾ 千卡￾克分子 ￾￾￾￾ ￾ ￾ 千 焦耳￾克分子 ￾ ，该 值和文 献 〔“〕 测的数值 吻合较好 。 由获得的活 化能数值充分证 明 化学气相沉积祖的过程是进 行在动力学 区 ￾活化能大于￾ ￾千 焦￾克子 ￾ ， 这 说 明 我们开始假设 “ 化学气相沉积担的 反应 进 行在动力学区” 是正确的 。 氢 气瓶 ， ￾ 姐气瓶 ， ￾ 抓气瓶 ， ￾ 净化器 ， ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ 流最 计 ， ￾ 反应 器 ， ￾ 加 热护 图 ￾ 化学气相 沉积袒的试验装咒 图 把 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ 等式代 入方程 ￾￾￾￾ ， 进 行合并整理 ， 最后 得到化学气 相沉 积担的速度方程 为 ￾ ￾ ￾ 士含 ￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾。￾ 于￾介￾一。 ￾ ￾ ￾￾￾￾、 ￾￾￾ ￾。￾ 于￾介￾￾。 ￾￾￾￾￾ “ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾￾ 为 了检验用绝对反应速度理论推导 的方程 ￾￾￾￾ 的正 确性 ， 我们在镍基 合金 上 ￾￾￾ 垮￾ ， · 在不 同的条件下 ， 进行了化学气相沉积祖的实践 ， 至 于 其实验的详细情况可 见 文 献￾￾。 经过实验获得的沉积速度值和用方程 ￾￾￾￾ 计算值都列 于表内 ， 而且并 相 应地 绘 ￾￾

于图2、图3。 在图、表上可以清晰地看到，化学气相沉积钽的实验值和由理论推导的速度方程的计 算值间吻合得非常好，从而说明绝对反应速度理论完全可以应用到化学气相沉有的氯化物 系统里。 CVD钽的沉积速度的实验值和计算值 沉 积 条 件 沉积速度（原子数/M,S) 基 的 间 总压力 总施量 温 度 氢分压(PH:) TaC1.分压 用方程(22) 体 (分) (ml/分) (PTACIa) 验值 (at血) (K) (atm) (ztm) 半 计算值 30 1 200 1238 0.7853 0.0314 6.790×101 4.120×101 GH128 30 1 200 1238 0.5499 0,0314 6.510×10 3:448×101” 30 200 1238 0.3927 .0.0314 6.240×10 2,913×191 80 200 1238 0.2356 0.0314 5,990×101 2.256×191· 30 1 200 1238 0.7853 0.0314 6.426×101 7.033×101。 GH128 30 1 200 1238 0.7853 0.0426 i7,098×101 7,476×10 :0 1 200 1238 0,7853 0.0659 8.972×101" 8.157×101 30 1 200 1238 0,7853 0.0909 1.1284×101 8.699×101 30 1 200 1373 0.7853 0.0314 1.350×103 1.794×101 GH128 30 1 200 1373 0.5499 0.0314 1.330×10 1.501×1019 30 1 200 1373 0,3927 0.0314 1.300×10*0 1.268×100 30 1 200 1373 0.2366 0.0314 ,1.290×10 9.829×101 r×101 原子数/M2.S r×101 原于数/M,S 20 20 1379K 10 1273K Q.0150.03Q.05 0.10 atm u.T 0.2.30.5 Pr cl Px- 图2氢分压和沉积速度的关系 图3五氯化钽分压和沉积速度关系 (沉积条件：Pr.C1,0.0314atm,总旅量200ml/分， (沉积条件：FH,0.783atr,总流量200ml/分， 沉积时间30分) 沉积时间30分) 结 论 (1)应用糖对厦应惠度疆论，借助于统计力学，推导出T,6一H2系的化学气相沉积 组的动力学方程，并算出其绝对值。 10

子图￾ 、 图￾ 。 在 图 、 表上可 以清晰地看到 ， 化学气相沉积担的实验值和由理论推导的速 度方程的计 算值间吻合得非常好 ， 从而 说明绝对 反应速度理论完全可 以应甩到化学气相沉积的级化物 系统里 。 ￾￾￾祖的沉积速度的实验值和计算值 沉 积 条 件 · 沉积速究 ‘原子欲￾￾吕￾￾ 时 间 ￾分 ￾ 总压力 ￾￾￾￾ ￾ 总 流 ￾ ￾￾￾￾ 分￾ 度 ￾￾￾ 氮分压￾￾玲￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾。 分压 ￾￾竹￾￾‘ ￾ ￾七 ￾动 ￾ 实 脸 值 用方程 ￾￾￾￾ 计 算 值 体羲 ￾￾ ￾ 即￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾ ￾ · ，”。沃’。 ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾ ￾ “ · “，￾ “ ’￾ ￾口 二 ￾￾￾ 、 ￾ 。 ￾￾￾呜 ￾ ￾￾ “。￾ ￾ ‘ ￾ 艺￾ ￾ ￾￾￾ ￾ 。 ￾￾又￾ ￾“·，，。“ ’￾￾ ’ ￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 犷召￾￾ ￾ ￾ 。。￾‘ ￾ 。 ￾ ‘￾。￾ ，￾￾ · ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾之， ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 ￾份￾￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾ ￾ 一 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ 二￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾协 ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾ ￾ ‘￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾，’ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾轰￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 犷￾￾￾ 。 ￾ 。。。， ￾ ， ￾ ￾￾。‘· ￾。￾· ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾盆￾ 七 ‘ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ 盆￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾了￾ ￾ 。 ￾￾￾￾ ￾ 又 ￾￾￾幼 ￾ 欠 ‘弋 ’ ￾盯脚脚 · ￾ ‘ ￾ ‘ ￾ ￾ ￾￾份 图 ￾ ￾ ￾ ￾￾ 母 ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾￾示 ￾，￾ 口。 氢分压和沉积速度￾的关系 ￾￾￾鱼 ￾，￾ 图 ￾ 五氛化祖分压—和沉积速度关系 ￾沉积条件 ￾ 氏 ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ， 总流盆￾￾￾￾￾ 分 ， 沉积时间￾分 ￾ ￾沉积条件 ￾ ￾￾￾。 ￾ ￾￾招以 ￾ ， 总流￾￾￾口￾￾分 ， 沉积时间￾。分 ￾ 结 论 ￾￾ 应用抽对及应速度班论 ，借助于统计力学 ， 推导出￾ ￾ ￾，。一￾ ￾ 系 的化 学气相沉 积 祖的动力学方祝 ， 并算出其绝对值 。 ￾￾￾