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BCl_3/H_2外延生长P型硅反应机理的理论研究

马琳  
【摘要】: 本论文采用Guassian98程序,密度泛函BHandHLYP/6-311G**方法,首次在理论上对以BCl_3作为掺杂源,在常压氢气氛下实际外延生长P型硅的整个过程的微观反应机理进行了理论研究。计算得到了各反应通道中的反应物、中间体、过渡态和产物的构型,给出了每个反应通道的反应活化能。对所有过渡态的虚频振动模式进行了分析,并进一步作IRC(内禀反应坐标)路径分析,来最终确认我们所找的过渡态是准确的。 计算得到整个气相反应的主反应通道为:BCl_3和H_2反应生成BHCl_2和HCl。BHCl_2继续和H_2反应生成BH_2Cl和HCl。BH_2Cl继续和H_2反应最终得到BH_3和HCl。整个反应过程中无B原子的出现。气相反应中BCl_3和H_2的反应能垒最高,是反应的速控步。分别用Si_2、Si_3、Si_4原子簇模拟硅衬底,计算结果表明:在气相中不能直接生成的B原子可以在硅衬底上生成,从而完成晶体的掺杂生长。BCl_3的吸附产物和H_2或H原子反应的能垒均比气相中直接反应低很多,可以说这是硅衬底的加入影响的结果。在衬底上自行分解脱去HCl的能垒最高,是衬底上所有反应的速控步,但与气相中直接脱去HCl相比,还是低了不少。可以看出硅衬底的加入,大大降低了反应活化能。 本论文能解释该体系气相外延生长P型硅的一些实验现象,从理论上给出了化学反应的微观反应机理,为实验工作者设计实验工艺以及提高工作效率,提供了动力学信息。


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