Введение к работе
Актуальності» темы. В настоящее время электронные приборы играют важную роль в повседневной жизни каждого человека. Более того, многие из них являются средством развития науки и общества (например, компьютеры, средства связи). С каждым годом к таким приборам и их компонентам предъявляются все более высокие требования. Они должны быть компактными, но высокопроизводительными. В то же время, появляются и новые возможности, усовершенствуются технологии производства полупроводниковых приборов. В первую очередь это связано с применением компьютеров при разработке приборов, при контроле технологических процессов и т.д. В связи с этим появляется высокая потребность в моделях, которые описывают всю совокупность процессов в производстве приборов микроэлектроники.
В настоящей диссертации рассматривается процесс испарения летучего вещества из раствора в нелетучем растворителе. Этот процесс присутствует во многих технологических операциях полупроводникового производства. В одних случаях это основной, полезный процесс (например, при жидкофазной эпитаксии соединений Л355), в других - это вредный, побочный процесс. Но в каждом из этих случаев важно контролировать его. Для этого необходима модель, описывающая процесс испарения.
Испарение летучего вещества из раствора не может существовать само по себе. Оно связано с другими элементарными процессами тепло- и массопереноса. Сюда входят такие явления, как диффузия, конвекция, термокинетика и другие, В диссертации предложена макроскопическая модель испарения мономеров и димеров летучего вещества с учетом влияния гравитационного поля, которая позволяет прогнозировать течение технологических процессов, при создании приборов различных классов, например, приборов квантовой электроники.
Научная новизна диссертации состоит в следующем.
-
Разработана новая макроскопическая модель испарения атомов и двухатомных молекул летучего вещества из раствора в нелетучем растворителе с учетом влияния гравитационного поля.
-
Получены безразмерные параметры системы, полностью описывающие кинетику процесса испарения.
-
Установлены области значений параметров системы, в которых лимитирующим скорость испарения процессом является диффузия в растворе или массопереиос через гегерофазную границу.
-
Проведена оценка степени влияния гравитационного поля на скорость испарения летучего вещества из раствора.
Цель работы.
-
Разработать и исследовать макроскопическую модель процесса испарения летучего компонента из плоского слоя слабого атомарного раствора в нелетучем растворителе с учетом влияния внешнего поля.
-
Выявить закономерности процесса испарения летучего вещества из раствора.
-
Оценить степень и характер влияния гравитационного поля на скорость массопереноса и испарения.
-
Получить параметры системы, совокупность которых полностью описывает кинетику процесса испарения
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Сформулированы новые кинетические модели процесса испарения мономеров и димеров летучего вещества при учете влияния гравитационного поля.
-
Найдены безразмерные параметры системы (А, В, у, т), совокупность которых позволяет полностью описать макроскопическим образом процесс испарения как атомов, так и димеров летучего компонента раствора в газовую фазу или вакуум.
-
Установлено, что при т>(л ,-/(1+ .5,-))- (/=1 при испарении атомов, /=2 при испарении димеров летучего вещества) скорость испарения лимитируется скоростью диффузии летучего вещества в растворе.
При т < («4; /(l + Ві))~ лимитирующим процессом является массоперенос летучего компонента через гетерофазную границу.
4. При Л,-/(і + В;)<1 процесс испарения завершается ко времени
1:-(/),-/(1 + 5,-))-. При Aj([ + Bj)>\ процесс испарения завершается ко времени т~1, что соответствует максимальной скорости обеднения раствора.
5. При у^>1 (индекс "/" означает, что соответствующая величина относится к
раствору, "/" - к газу) гравитационное поле увеличивает скорость
испарения, т.к. диффузионный и дрейфовый потоки направлены в одну
сторону.
При уі%<] дрейфовый поток летучего компонента, вызванный внешним полем направлен против диффузионного и, следовательно, скорость испарения уменьшается. Случай, когда у/^=0, соответствует отсутствию влияния внешнего поля на процесс испарения.
Научная и практическая значимость диссертации. Разработанная модель полностью описывает процесс испарения летучего компонента из слоя слабого атомарного раствора в нелетучем растворителе. При расчете с помощью этой модели можно получить такие данные о процессе испарения,
з как, например, распределение концентрации летучего компонента в системе, плотность потока испаряющегося вещества, количество испарившегося вещества в любой момент времени. Модель позволяет легко определить степень и характер влияния различных явлений на процесс испарения. Эта модель является гибкой и может быть легко модифицирована и расширена с целью учета дополнительных факторов, влияющих на процессы, происходящие в системе. Она также может быть использована как составляющий компонент комплексной модели. Разработан численный, метод решения задач подобного типа.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на 13 международных, и национальных конференциях:
3-rd International Conference on Electrotechnical Materials and Components
Россия, Москва 30 ноября-2 декабря 1999 3-rd International Conference
"Single Crystal Growth, Strength Problems, and Heat Mass Transfer. Россия,
Обнинск 21-24 сентября 1999 e 5-th International Conference on Intermolecular
Interactions In Matter Poland, Lublin 2-4 сентября 1999 39-я Научно-
техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных
работников, аспирантов и студентов Россия, Воронеж 20-24 апреля 1999 3-я
Международная конференция «Электромеханика и электротехнологии»
Россия, Клязьма 1998 Научно-техническая конференция «Вакуум-98»
Россия, Гурзуф 23-30 сентября 1998 6-я Российская студенческая
конференция Россия, Томск 13-14 мая 1998 38-я Научно-техническая
конференция профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов Россия, Воронеж 20-24 апреля 1998 2-я Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Электроника и информатика-97» Россия, Зеленоград 25-26 ноября 1997 2-й Российский Симпозиум «Процессы Тепломассопереноса и Рост Монокристаллов и Тонкопленочных Структур» Россия, Обнинск 22-24 сентября 1997 4-th International Conference on Intermolecular Interactions In Matter Poland, Gdansk 10-13 сентября 1997 5-я Международная конференция «Термодинамика и материаловедение полупроводников» Россия, Зеленоград ЗОиюня-Зиюля 1997 38-я Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов Россия, Воронеж 21-25 апреля 1997
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ в виде 5 статей и 13 тезисов докладов.
Личный вклад автора. В совместных работах автору принадлежит формулировка задач моделей процесса испарения, разработка алгоритмов вычислений, написание компьютерных программ, проведение расчетов, анализ результатов расчетов, формулировка выводов и заключения. Обсуждение
методики расчета проводилось совместно с Савченко В.А. и Лютиковым А.Р. Эксперимент по инконгруэнтному испарению проводился совместно с Комбаровой И.В. Определение целей работы, обсуждение результатов экспериментов и расчетов осуществлялось совместно с научным руководителем доктором физико-математических наук, проф. Хухрянским Ю.П.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 125 страниц, включая оглавление, 71 рисунок, 2 таблицы и список литературы из 47 источников.
