Giáo trình Oxy hóa nhiệt 1
lượt xem 34
download
Ôxit SiO2 là chất vô định hình Là chất cách điện lý tưởng Điện trở suất 1E20 Ohm-cm Độ rộng vùng cấm ~ 9 eV Khối lượng riêng = 2,2 gm/cm3 , trong khi của SiO2 (thạch anh) = 2.65 gm/cm3 Mật độ phân tử = 2,3E22 phân tử / cm3
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Giáo trình Oxy hóa nhiệt 1
- Ô xy hóa nhiệt xy (đối với Si) TS. Lê Tuấn Đại học Bách khoa Hà Nội
- Ô xy hóa nhiệt (đối với Silic) xy Tính chất chung của ôxit Silic (SiO2) Ôxit SiO2 là chất vô định hình Khối lượng riêng = 2,2 gm/cm3 , trong khi của SiO2 (thạch anh) = 2.65 gm/cm3 Mật độ phân tử = 2,3E22 phân tử / cm3 Là chất cách điện lý tưởng Điện trở suất > 1E20 Ohm-cm Độ rộng vùng cấm ~ 9 eV Có giá trị điện trường đánh thủng cao Ebr > 10 MV/cm Có bề mặt phân cách Si/SiO2 ổn định và dễ lặp lại Có lớp ôxit mọc bao quanh bề mặt tiếp xúc với bên ngoài của Si Là mặt nạ rất tốt đối với khuếch tán các tạp chất thông dụng Có tính ăn mòn phân biệt rất tốt với Si Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 2
- Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy Tiêu hao chiều dày Si khi tạo SiO2 bằng ô xy hóa nhiệt Tính toán chiều dày lớp ô xit: Bề mặt ban đầu Mật độ Si N Si X ox = X Si × Mật độ SiO2 N ox Xox = XSi.( NSi / Nox ) Cứ 1 µm Si bị ô xy hóa tạo nên 2,17 µm SiO2 Động học quá trình ô xy hóa nhiệt Si Luồng chất ô xy hóa Khô: O2 Ẩm: H2O hoặc O2 + H2O Lớp chuyển tiếp luồng khí Khuếch tán khí Khuếch tán rắn Lớp SiO2 được tạo ra Hình thành SiO2 Đế Si Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 3
- Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy Mô hình ô xy hóa nhiệt Deal - Grove Giả thiết: Thông lượng khí vận chuyển Thông hG – hệ số vận chuyển khối, đơn vị cm/s đơ Thông lượng khuếch tán Thông Định luật Fix khuếch tán trong thể rắn ⎛ C − Ci ⎞ ∂C ≈ − D⎜ o ⎟ F2 = − D ⎜X ⎟ ∂x ⎝ ⎠ ox D – hệ số khuếch tán , đơn vị cm2/s đơ Liên hệ Co và Cs theo định luật Henry: Thông lượng tham gia phản ứng Thông C o = H ⋅ Ps = H ⋅ (kT ⋅ C s ) tạo SiO2 tại mặt phân cách F3 = k s × Ci H – hệ số Henry; Ps – áp suất riêng phần của chất ô xy ks – hệ số tốc độ phản ứng bề mặt, đơn vị cm/s đơ hóa (ở dạng khí) tại bề mặt phản ứng khí Ta lấy , ,suy ra: Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 4
- Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy hG Gọi C A ≡ (HkT ⋅ CG ) , ta xác định F1 = (C A − Co ) ≡ h(C A − Co ) HkT Ở điều kiện trạng thái dừng, các giá trị thông lượng phải như nhau, ta có hai phương trình F1 = F2 và F2 = F3, với hai ẩn số Co và Ci. Giải hệ phương trình, ta có kết quả: Nếu gọi N1 là mật độ chất ô xy hóa cần thiết để tạo ra 1 đơn vị thể tích đơ SiO2, ta có theo định nghĩa (N1= 2,3E22 cm-3 cho ô xy hóa khô với O2, và = 4,6E22 cm-3 cho ô xy hóa ẩm với H2O) cho Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 5
- Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Với điều kiện ban đầu t = 0, X0 = Xi, với: và: ⎡ ⎤ 2 ⎛B⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⎢ (t + τ ) − 1 ⎥ ⎝A⎠ B sau khi tích phân, ta có nghiệm: = 1+ 4 X ⎛B⎞⎢ ⎥ ox B ⎟⎢ ⎥ 2⎜ ⎝A⎠⎢ ⎥ ⎣ ⎦ Với t nhỏ (t > A/2), Xox tăng tỷ lệ với t1/2. Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 6
- Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy Với giả thiết không có lớp ô xit SiO2 ban đầu (Xi = 0), ta có đồ thị xác định chiều dày lớp SiO2 nhiệt theo thời gian ô xy hóa nhiệt. Để xác định chế độ ô xy hóa, người ta dùng các phương pháp: Tính toán chiều dày và thời gian o xy hóa, dựa trên các giá trị B/A và B. Dùng đồ thị chuẩn hóa theo các chế độ đã xác định từ trước Sau khi ô xy hóa, có thể dùng bảng Sau màu để so và xác định chiều dày. Ví dụ: Ô xy hóa (100) Si trong hai chế độ ẩm và khô với xi =0. Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 7
- Giá trị các hệ số (B/A) và B cho các trường hợp ô xy hóa nhiệt khô và ẩm đối với Si Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 8
- Ô xy hóa nhiệt (tiếp) xy Sự phụ thuộc vào các thông số công nghệ Khi chiều dày lớp SiO2 còn nhỏ, tốc độ ô xy hóa xác định Khi bởi giá trị nhỏ hơn giữa các hệ số chuyển khối hG và tốc độ phản ứng bề mặt ks. với Q’ – năng lượng hoạt hóa của phản ứng tại mặt phân cách Si – SiO2 Khi chiều dày lớp SiO2 đủ lớn, tốc độ ô xy hóa tỷ lệ với t1/2, Khi và được quyết định hoàn toàn bởi cơ chế khuếch tán chất ô xy hóa qua lớp SiO2 thông qua hệ số khuếch tán D. với Q – năng lượng hoạt hóa khuếch tán. B giảm dần khi N1 tăng lên. Ô xy hóa ở áp suất cao xy Khi áp suất riêng phần PG của chất ô xy hóa tăng lên, giá trị của CA cũng tăng, dẫn Khi đến tốc độ ô xy hóa tăng lên. Ta có thể tiến hành ô xy hóa ở áp suất cao với nhiệt độ T thấp hơn để cùng đạt chiều dày lớp SiO2 – ý nghĩa công nghệ đáng kể. Suy luận tương tự cho hệ số B Suy Đại học Bách khoa Hà Nội Bá Hà 1/1/2007 9
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Kỹ thuật phòng cháy chữa cháy_chương 7
17 p | 723 | 249
-
Giáo trình Lý thuyết các quá trình luyện kim - Chương 1
40 p | 344 | 105
-
An toàn lao động - Chương 7
17 p | 234 | 102
-
An toàn lao động (chương 7)
17 p | 225 | 94
-
Kỹ thuật vệ sinh, an toàn lao động và phòng chữa cháy - Chương 6
13 p | 230 | 87
-
Giáo trình nhiên liệu dầu mỏ part 1
15 p | 240 | 79
-
GIÁO TRÌNH TỔNG HỢP HỮU CƠ – HÓA DẦU part 8
23 p | 237 | 46
-
GIÁO TRÌNH TỔNG HỢP HỮU CƠ – HÓA DẦU part 6
23 p | 196 | 41
-
Quá trình và thiết bị truyền chất - Chương 3
4 p | 128 | 34
-
TÀI LIỆU KIM LOẠI KIỀM - KIM LOẠI KIỀM THỔ - NHÔM
23 p | 188 | 32
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn