Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Электротехника -> Фалькевич Э.С. -> "Технология полупроводникового кремния" -> 11

Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.

Фалькевич Э.С., Пульнер Э.О., Червоный И.Ф. Технология полупроводникового кремния — М.: Металлургия, 1992. — 408 c.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка): tehpolkremniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 5 6 7 8 9 10 < 11 > 12 13 14 15 16 17 .. 162 >> Следующая


В закрытом сосуде с твердым кремнием образуется парообразная (газовая) фаза кремния. Концентрация кремния в газовой фазе будет увеличиваться до тех пор, пока количество атомов, срывающихся с поверхности кристалла, станет таким же, как и количество атомов, присоединяющихся к поверхности. С этого момента наступает динамическое равновесие. При этом в сосуде возникает давление, называемое парциальным давлением. Взаимодействие твердого тела со средой 26
является важной составной частью науки о строении и превращении вещества.

Описанный простой механизм образования насыщенного пара необходимо дополнить некоторыми важными деталями. Дело в том, что атомы твердого кристалла заселяют не только грани, но и ребра. Кроме того, имеются атомы и в вершинах параллелепипеда. Легко представить, что эти атомы удерживаются в поверхностной зоне кристалла еще меньшими силами. Более того, именно эти атомы являются главными поставщиками материала, из которого состоит пар. Чем выше температура, тем больше атомов поступает в паровую фазу. Равновесное (парциальное) давление пара строго соответствует температуре, при которой устанавливается динамическое равновесие. Если рассмотреть кристаллик с различным габитусом (Под габитусом понимают систему кристаллографических плоскостей, которыми огранен данный кристалл), то окажется, что не все грани при данноіг температуре отдают одно и то же число атомов с единицы поверхности. Например, на грани (100) атомы удерживаются двумя связями, а на грани (111) они связаны только одной связью. При этом на этой грани на единицу поверхности приходится больше атомов. Поэтому каждая грань при данной температуре сможет отдать неодинаковое число атомов в окружающую газовую среду. Недостаток восполняется за счет образования ступенек. Каждая ступень содержит ребра, из которых атомы отрываются гораздо легче. Чем агрессивнее среда, тем больше ступенек возникает на границе раздела.

Отсюда можно сделать очень важный вывод: в условиях динамического равновесия форма поверхности определяется числом атомов, которые в каждый данный момент должны отрываться с поверхности и присоединяться к ней.

Такой, казалось бы незначительный, вывод из законов хаотического движения атомов приводит к очень важному следствию - огранка (габитус) вместе со степенью шероховатости (ступенчатости) в каждой ситуации определяется реакцией, особенностью взаимодействия твердой поверхности CO средой. В конечном итоге это определяется количеством атомов, приходящихся на единицу поверхности, которые совершают движение - отрыв от поверхности кристалла в среду и обратно. Так как каждая грань кристалла упакована различным количеством атомов, приходящихся на единицу поверхности, и в каждой грани эти атомы удерживаются неодинаковыми силами связи, можно каждой грани приписать некоторую энергетическую характеристику.

Такой характеристикой является поверхностное натяжение или Удельная поверхностная энергия о. Ее можно представить как работу (энергию), необходимую для создания единицы поверхности (допустим, пРи образовании новой поверхности при сколе).

27
Для того чтобы разделить кристалл на две части или снять с него слой, требуется затратить энергию на разрыв связей. Если Ei - энергия, необходимая для создания поверхности раздела, то O1- =EiZS, где 5 -площадь образованной поверхности; Oi - удельная поверхностная энергия конкретного участка поверхности.

Поверхностное натяжение можно представить и как сумму энергий разорванных связей атомов fi} приходящихся на единицу поверхности

Oi-ZZi'-

У жидкостей поверхностное натяжение наглядно проявляется при изменении формы поверхности. Так, межатомное взаимодействие способствует образованию капель, мениска и т.д. Во всех случаях наблюдается стремление к уменьшению поверхностной энергии жидкости. Поверхностная энергия^ в этом случае определяется как: Es = aS .

Жидкость собирается в шар, так как это наиболее выгодная форма. Она соответствует наименьшей поверхности (а* следовательно, и Es) для данного объема жидкости. В отличие от кристалла у жидкости на поверхности силы связи атомов со своими соседями во всех направлениях одинаковы. Поэтому, если из кристалла сделать шар, а затем поместить его в активную среду, у него обязательно образуются грани. После достижения равновесия на поверхности появляются грани и ступени в таком сочетании, чтобы каждый участок поверхности отдавал бы и присоединял равное число атомов, соответствующее уровню теплового движения при данной температуре.

В литературе можно встретить формулировку закона, которому следует процесс становления равновесной огранки - габитуса кристалла. Обычно он называется законом Кюри- Вульфа. Этот закон основывается на предположении, что кристаллы, как и жидкости, образуют поверхности с минимальной поверхностной энергией. В природе этот закон не выполняется и в технологии выращивания монокристаллов его применить нельзя.

Таким образом, снова сталкиваемся с явлением, в котором хаотическое движение отдельных атомов проявляется в макроскопическом воздействии на, в общем-то, упорядоченную систему. Действительно, из-за того, что энергия поступательного движения распределена между атомами неравномерно, имеется значительное число частиц, поведение которых вызывает специфические эффекты. К ним в первую очередь относится наличие определенного количества и качества дефектов (точечных, линейных и плоскостных). Кроме того, очень важно динамическое равновесие, т.е. такое равновесие, которое наступает после установления баланса между количеством отрывающихся с поверхности раздела атомов и возвращающихся из среды обратно на поверхность.
Предыдущая << 1 .. 5 6 7 8 9 10 < 11 > 12 13 14 15 16 17 .. 162 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed