PCl-,3--H-,2-外延生長N型硅反應機理的理論研究.pdf

1、本論文采用 Gaussian98 程序，密度泛函 B3LYP/6-311G**方法，首次在理論上對以PCl<,3>為磷源，在常壓氫氣氛下外延生長N型硅的整個過程的微觀反應機理進行了理論研究。計算得到了各反應通道中的反應物、過渡態(tài)和產物的構型，給出了每個反應通道的反應活化能。對所有過渡態(tài)的虛頻振動模式進行了分析，并進一步作IRC(內稟反應坐標)路徑分析，來最終確認我們所找的過渡態(tài)是準確的，并通過各步反應的能量關系來確認主反應通道。

2、 本文分別研究了PCl<,3>/H<,2>在氣相中和在硅襯底表面上的微觀反應機理，以期為半導體N型摻雜技術提供必要的理論依據。 PCl<,3>/H<,2>在氣相中的反應是一個多步驟多通道的反應，在氣相初始反應中存在四條反應通道，得到的主要產物為PCl<,2>H和HCl。PCl<,2>H進一步和H<,2>反應中，存在五條反應通道，得到的主要產物為PClH<,2>、PCl、和HCl。PClH<,2>、PCl進一步和H<,2>反應，存

3、在六條反應通道，得到的主要產物為PH<,3>、PH和PCl。PH<,3>、PH和PCl之間存在三種反應，由PH+PCl反應最終得到了磷。其主反應通道為：a1-a2-a3，而a1-e2-e3是競爭激烈的反應通道，最后由PH+PCl反應經反應通道a6、b6得到了磷。分別用Si<,2>、Si<,3>、Si<,4>原子簇來模擬硅襯底，在硅襯底上PCl<,3>；首先發(fā)生解離吸附，活化能較小，反應易于發(fā)生。然后吸附產物與H<,2>經四步驟多通道的反

4、應，最后吸附產物中的Cl原子與H<,2>中的一個H原子結合成HCl而脫附，而H<,2>分子中的另一個H原子單獨析出，得到了PSi<,n>原子簇。 PCl<,3>吸附后的產物與H<,2>反應的前三步活化能比氣相反應中所需的活化能低，而最后得到PSi<,n>原子簇那步的活化能比氣相主反應通道的活化能都要高，反應很難進行。因此，就目前所作的工作而言認為，PCl<,3>/H<,2>外延生長N型硅主要是氣相中得到的磷沉積到硅表面從而完成晶