Кремний механизм окисления

Исследования показали, что механизм окисления дисилицида молибдена в широком интервале температур (от 300 до 1700° С) существенно зависит от химического состава соединения и прежде всего от содержания кремния. Оказалось, что низкотемпературному окислению (до 700° С) лучше сопротивляется дисилицид с содержанием кремния, близким к стехиометрическому составу (36—37% 81), а высокотемпературному—дисилицид с дефицитом по кремнию (34—35,5% 81). На основании этих исследований был разработан новый способ получения различных изделий из дисилицида молибдена , в частности нагревателей, отдельные части которых эксплуатируются при различных температурах. [c.252]

Механизм окисления жидкого кремния, предполагающий образование газообразной моноокиси, был рассмотрен в гл. 1. [c.358]

Исходя из представлений о механизме окисления, разрабатываются составы сплавов, стойких к воздействию кислорода при повышенных температурах. Такие сплавы называются жаростойкими, основой их являются железо, никель медь. Обычно в их состав вводят компоненты, способные давать химически прочные окислы (алюминий, хром, бериллий, кремний). На поверхности жаростойких сплавов возникает защитный слой, состоящий либо из чистого окисла добавленного легирующего компонента, либо из сложного окисла основы и легирующего компонента. Скорость окисления (газовой коррозии) при этом уменьшается в десятки раз в сравнении с окислением чистой основы. [c.112]

Авторы [30] предполагают, что область устойчивости SiO начинается выше 900° С. Они делают этот вывод на основании изучения структур окисных пленок на образцах кремния. По их мнению, существуют две температурные области, в которых механизм окисления и фазовый состав окисла различны. Окисление при температурах ниже 900° С идет по реакции Si + О2 = SiO с образованием поликристаллической двуокиси кремния. В интервале 900—1250° С образуется аморфная двуокись кремния, вследствие протекания реакции через стадию образования низшего окисла. [c.12]

Диффузия, ускоренная окислением (ДУО). Несколькими авторами [7.23, 7.24] наблюдалось ускорение диффузии бора и фосфора при окислении кремниевой поверхности. Затем такой же эффект наблюдался и для мышьяка [7.25]. Ускорение диффузии окислением приписывалось в основном увеличению количества точечных дефектов в кремнии вследствие окисления. По-видимому наиболее приемлемая модель была предложена в [7.26], а затем развита в [7.24] и [7.27]. Эта модель связывает ДУО с ростом окислительных дефектов упаковки. Наличие как вакансий, так и междоузельных атомов вызывает двойственный механизм диффузии примесей в кремнии. Избыток междоузельных атомов кремния, как принято в модели, и приводит к ускорению диффузии. Таким образом, согласно модели, в процессе окисления коэффициент диффузии междоузельной компоненты примеси увеличивается, приводя к ДУО, в то время как усиленная междоузельная преципитация ведет к росту дефектов упаковки. [c.208]

Сталь — это сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Кроме того, в ней содержатся постоянные примеси (Мп, Si, S, Р) и в ряде случаев легирующие элементы (Ni, Сг, V, Мо, W и др.). Сырьем для производства стали является передельный чугун, выплавляемый в доменных печах, лом и ферросплавы (см. рис. 10,1). Если сравнить содержание основных примесей в чугуне и стали, можно сделать вывод, что сталь отличается от чугуна только их количеством в чугуне содержание углерода, кремния, марганца, серы и фосфора выше, чем в стали. Поэтому основная задача передела чугуна в сталь состоит в удалении части этих примесей с помощью окислительных процессов. Механизм этого окисления не зависит от типа сталеплавильной печи. Наиболее часто для этой цели используют мартеновский, кислородно-конвертерный и электродуговой способы. [c.176]

Экспериментальные результаты, полученные для термически окисленной поверхности кремния, хорошо согласуются с предсказаниями теории, если в качестве параметров расчета использовать вполне реалистичные характеристики геометрического рельефа границы раздела 51-5102 — порядка десятых долей нм, а1 - —2 нм. Рассматриваемый механизм рассеяния является одним из основных в области больших избытков свободных носителей заряда. [c.56]

Анализ литературных данных по высокотемпературному окислению кремния в сухом кислороде, приведенных в работах [1 —17], выявляет большие расхождения как в представлениях о механизме взаимодействия кремния с кислородом, особенно на начальной стадии процесса, так и в вопросах структуры и состава продуктов реакции, природы диффундирующих в процессе окисления частиц, зависимости скорости реакции от давления кислорода и т. д. [c.68]

Данные экспериментальных исследований кинетики процесса в соответствии с результатами теоретического анализа механизма процесса окисления [16, 20] свидетельствуют о том, что кинетические особенности процесса определяются возникающей на начальной стадии окисления избыточной концентрацией дефектов. Градиент концентрации дефектов, сохраняющийся и по завершении окисления, величина которого зависит от условий проведения процесса, должен существенно сказываться на электрофизических свойствах системы кремний — окисел. Следует отметить, что особенно неравномерным по толщине должно быть распределение дефектов в тонком окисном слое, так как пограничная с кремнием область окисла всегда находится в сильно напряженном состоянии. С утолщением пленки в связи с наращиванием слоев окисла с более совершенной структурой распределение дефектов становится более равномерным. Однако на границе раздела кремний — окисел, по-видимому, всегда сохраняется некоторая повышенная по сравнению с объемом окисла концентрация дефектов, [c.75]

Моноокись кремния является промежуточным продуктом как при восстановлении, так и при окислении кремния. Однако взгляд на механизм ее образования и окисления различен. [c.60]

Убедившись в том, что концентрация вакансий уменьшается при окислении, можно попытаться построить модель этого эффекта. Наиболее вероятны два механизма этого явления. Первый состоит в том, что имеет место реакция рекомбинации вакансий с междоузельным кремнием, и, следовательно, концентрации междоузельных атомов кремния и вакансий подчиняются закону действующих масс [c.40]

Второй возможный механизм заключается в том, что вакансии поглощаются в ходе реакции окисления, которая, по-видимому, превращает поверхность кремния в идеальный сток для вакансий таким образом, во время окисления вблизи поверхности 0. Исходя из двух упомянутых механизмов вариации можно ограничить неравенствами [c.40]

Механизм реакции, изображенной в нижней части рис. 2.12, был постулирован в [2.28, 2.29] возможно, что, потоки избыточных междоузельных атомов кремния, генерируемых при термическом окислении, лежат в осно- [c.59]

При рассмотрении проблемы моделирования технологических процессов изготовления СБИС с субмикронными размерами элементов в более общем плане уже сегодня ясно, что в программах моделирования необходимо вычислять локальные концентрации 81 и 8ip/. Растет понимание того факта, что в кремнии легирующие примеси диффундируют по двойному механизму (включающему наряду с 8i у) даже в условиях диффузии при собственной проводимости [2.63]. Неравновесные условия, такие, как окисление, нарушают баланс Si и 8ij / из-за генерации 8i и поглощения 8i . Вследствие этого изменяются коэффициенты диффузии легирующих примесей в объеме кремния. Ясно, что междоузельные атомы и вакансии будут аннигилировать друг с другом [2.38], что приведет к термически равновесному соотношению между их концентрациями. [c.73]

Частицы закиси никеля начинают обнаруживаться на поверхности нагревателей после очередного охлаждения. Процесс увеличения их количества и разрастания идет примерно с такой же скоростью, как и на сплавах никель-хром. Микроанализ показывает, что фронт окисления в этот период продвигается в глубь металла (рис. 30), что указывает на ухудшение защитных свойств внутреннего слоя окалины в отношении кислорода. В этот период можно легко наблюдать поры в подокалине. Скорость продвижения фронта окисления в глубь металла постепенно нарастает и процесс развивается так же, как у сплавов с низким содержанием Кремния. Наблюдается образование корки из закиси никеля, быстрое утонение проволоки, резкий подъем электрического сопротивления нагревателя (рис. 21), По данным микрорентгеноспектрального анализа, на последней стадии окисления металл содержит 5 - 8 % Сг и 0,3 -0,6 % Si. Следует заметить, что при избыточном количестве микродобавок наблюдается иной механизм, окисления. В этом случае с первых недель испытания поверхность нагревателей покрывается бархатистой окалиной [c.57]

Образующаяся на поверхности MoSij пленка двуокиси кремния непроницаема для кислорода при высоких температурах. В этом и состоит принципиальная разница между механизмом окисления дисилицида молибдена и известных жаростойких сплавов, у которых при высоких температурах имеет место диффузия кислорода через окисную пленку. Особенностью пленки двуокиси кремния является ее способность самовосстаиавливаться, что особенно важно при повреждении или растрескивании ее. [c.115]

Дисилицид молибдена в настоящее время привлекает исследователей своей исключительно высокой жаростойкостью. Однако большинство исследований посвящено вопросам кинетики получения и поведения его в окислительных средах [1—4]. Механизм образования дисилицида молибдена и его окисления изучен недостаточно. В работах В. Е. Иванова с сотрудниками [1, 2] исследовались некоторые вопросы механизма силицирования Мо, и Та и показано, что регулирующим процессом при силицировании является диффузия кремния через слои силицидов, которые образуются по мере повышения концентрации кремния. В отношении механизма окисления существуют лишь некоторые предположения. Г. В. Самсонов, Р. Киффер, Е. Фитцер и др. [4—6] считают, что на новерхности Мо812 при окислении образуется жидкая пленка, удерживаемая на поверхности силами поверхностного натяжения и близкая по составу к Si02. [c.209]

По-видимому, тот же механизм окисления имеет место и в случае атомарно-чистых поверхностей кремния и германия. Начальные интефальные теплоты адсорбции О2 на Si ( 850 кДж моль ) не сильно отличаются от энергии образования силоксеновых связей >Si=0. Возникновение таких комплексов позднее было подтверждено данными ЭОС, СЭПЭ, РФЭС и рентгеновской спектроскопии (ПТСРП). Вопреки распространенному мнению, что первичными центрами адсорбции О2 являются оборванные связи кремния Si [c.232]

Приведенные факты ярко свидетельствуют о тесной связи между влиянием окисления на диффузию и ростом окислительных дефектов упаковки они также приводят к выводу о том, что в кремнии имеют место следующие физические механизмы а) легирующие атомы диффундируют по д н)йному вакансионному и междоузельному с замещением механизмам С) окисление поверхности кремния увеличивает концентрацию междоузельных атомов кремния с) окисление уменьшает концентрацию вакансий. [c.37]

В процессе окисления кремния в смеси H I/O2 образуются молекулы Н2О и I2 (см. разд. 3.2.2). В [3.8] исследовалось возможное влияние этих продуктов реакции на скорость окисления путем анализа кинетики окисления кремния в смесях Н2О/О2, H I/O2 и I2/O2 Интересно отметить, что были ползд1ены почти одинаковые результаты как для добавки 2 % НС1 и 2 % I2 к кислороду, так и для добавки 4 % НС1, что подтверждает предположение о возникновении СЬ и Н2О вследствие реакции кислорода с НС1. При температурах выще 1000° С предельные скорости окисления в среде Н2О и смеси НС1/02 одинаковы. В этом температурном интервале скорость окисления сильно зависит от параболической константы скорости. Однако для ясного понимания механизмов окисления в H I/O2 требуется найти распределение хлора в слое окисла и на границе раздела при различных условиях окисления. [c.81]

Механизмы защитного действия оксидных пленок, образующихся на металлических покрытиях и на жаростойких сплавах, аналогичны, поэтому при выборе состава жаростойких покрытий можно учитывать достаточно подробно разработанные принципы легирования стали. Для повышения окалиностойкости в сталь добавляют легирующие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Такими элементами чаще всего являются хром, алюминий, кремний, которые образуют на поверхности при нагреве тонкую, плотную п.ленку окислов, надежно защищающую металл от дальнейшего окисления. Жаростойкость практически не зависит от структуры металла, а определяется химическим составом. Увеличение процентного содержания хрома, алюминия или кремния, образующих плотные окислы СгзОд, А12О3, 8102, обусловливает повышение жаростойкости и уровня рабочих температур. Лучшие результаты обычно получают при комбинированном легировании алю- [c.125]

Подтверждением такого механизма процесса является четкая зависимость скорости обезуглероживания от измельчения реагентов и практическое отсутствие такой зависимости от давления прессования брикетов, т. е. от степени контакта окислителя с карбидом. Однако в заключительной стадии процесса при очень малых значениях рсо и Рсо, кинетические возможности его настолько ограничены, что дальнейшее течение процесса может осуществляться лишь при непосредственном взаимодействии оксида и углерода, т. е. скорость обезуглероживания на последней стадии зависит лишь от скорости диффузии реагентов. Вследствие очень малых скоростей диффузионных процессов взаимодействие углерода с окислителем практически прекращается еще до достижения равновесия, поэтому для получения сплава с заданным содержанием углерода (<0,02 %) необходимо вводить в брикет до 2 % избыточных оксидов, что неизбежно вызывает загрязнение феррохрома неметаллическими включениями. Загрязненность получаемого феррохрома в значительной степени зависит от рода применяемого окислителя. При использовании руд или концентратов сплав будет загрязняться как избытком восстановителя, так и оксидами пустой породы (MgO, AI2O3, СаО и др.), которые в условиях процесса не могут восстанавливаться. При использовании кремнезема образуются силициды хрома и содержание кремния в сплаве повышается до 5—8 %, что недопустимо при выплавке сталей многих марок, хотя за рубежом такой феррохром и производится в значительных количествах. Ввиду высокой стоимости не нашли широкого применения оксиды никеля и хрома. Кроме того, использование оксида никеля суживает область применения сплава только выплавкой хромоникелевых сталей. Трудности были устранены в результате использования окисленного углеродистого феррохрома. [c.243]

Окисление может и повышать ростоустойчивость чугуна, поскольку ограничивает действие растворно-осадительного механизма. На это обратил внимание Грант [303]. Кроме рассмотренного выше барьерного механизма оно может проявиться и в результате связывания в окислы графитизирующих элементов. Нагрев серого чугуна в воздухе уменьшает содержание кремния в твердом растворе вблизи графитных включений [1661, что может вызвать задержку графитизации. Локализованное окисление кремния хорошо выявляется в структуре чугуна после травления образцов в пикрате натрия (рис. 59, а). Устойчивость карбидной фазы при нагревах в воздухе повышается, [c.156]

Применительно к сравнительно тонким окисным пленкам целесообразно рассмотреть механизм, изложенный в подразделе гл. 1, где говорится о зависимости скорости окисления от давления газов. У Лоу [812], изучавщего окисление кремния при 730—1030° С в атмосфере кислорода при низком его давлении (10- —10 5 атлг), толщина пленок имела порядок 100— [c.358]

А, возрастая пропорционально корню квадратному из времени. Поэтому применительно к кремнию он воспользовался предложенной Энгеллом и Хауффе трактовкой [246] параболического окисления цинка в интервале 375—400° С. о чем речь шла выше, и в действительности показал, что возрастает пропорционально 1п в полном соответствии с механизмом Энгелла — Хауффе. Сомнительно, чтобы этот механизм был приложим при высоких температурах, при которых проводили свои исследования Эванс и Чаттерджи. Возможно, что здесь действует обычный механизм Вагнера, но действительная картина диффузии в кристобалите остается пока невыясненной. [c.358]

Во время автоматической сварки (рис. 159) дуга го- рит под слоем мелкогранулированного флюса, а подача электродной проволоки в зону дуги производится автоматически с помощью специального механизма. Слой флюса защищает металл от окисления окружающим воздухом и одновременно легирует его кремнием, марганцем и другими элементами, повышающими механические свойства сварного шва. [c.404]

Указанные реакции прямого окисления в условиях бессемеровского процесса идут за счет кислорода вдуваемого в реторту воздуха, а потому вместо О в приведенных ур-иях следует писать 0.j -+-3,76 в первой части н соответственно добавлять 3,76 Nj или 1,88 N во второй части. Азот воздуха (дутья), проходя через слой расплавленного металла и нагреваясь до высоких темп-р, уносит с собой значительное количество тепла, чем сильно понижает тепловой эффект реакции. Окисление кремния, марганца и углерода в бессемеровской реторте идет весьма быстро во времеш , тем не менее механизм протекания окислительных реакций этих элементов правильнее было бы представить себе как результат их взаимодействия с растворенной в металле закисью железа, окисление к-рого идет весьма интенсивно уже в силу того, что бессемеровский чугун содержит до 93% железа. П 0 р в и ч н у ю р е а к ц и ю окисления железа можно выразить так [c.305]

Механизм перехода. В настоящее время широко распространено мнение, что при относительно низких температурах большая часть пути газа через твердые кристаллы идет не столько через самую решетку, сколько через поры или интергранулярные трещины. При высоких температурах диффузия через решетку, конечно, возможна Однако до сих пор еще имеются большие разногласия относительно действительного механизма перехода кислорода или металла наружу или внутрь окисленного слоя, и, может быть, вообще сомнительно существование четкого различия, проводимого некоторыми исследователями между диффузией через решетку и диффузией через трещины. Кроме того, очень много гипотез, распространенных в настоящее время среди физико-химиков, основаны на работах о веществах, подобно углероду или кремнию, которые весьма отличаются от окисных пленок металлов. Одаако последние исследования диффузии газов через окись кремния достойны внимания, так как они показывают, что различные виды перехода возможны даже в тех случаях, когда вообще нет действия на металл. Баррер пришел к заключению, что при высоких температурах гелий, водород и неон проходят сквозь решетку окиси кремния, хотя более тяжелые газы, как кислород, азот и аргон, идут вдоль плоскостей скольжения. При низких температурах гелий, водород и неон проникают вследствие диффузии вдоль плоскостей скольжения. Баррер считает, что миграция идет от адсорбированного слоя, а не от газовой фазы. Элти с другой стороны, считает, что гелий и неон диффундируют через окись кремния вдоль узких трещин в виде адсорбированных атомов и что атомы газа проникают в трещины скорее непосредственно из газовой фазы, чем из слоя газа, адсорбированного поверхностью окиси кремния. [c.171]

Физический смысл коэффициентов уравнения (1) определен на основании теоретического анализа механизма и кинетики взаимодействия кремния с кислородом, приведенного в работах [16, 20]. В названных работах сделана попытка объяснить ускоренный рост окисной пленки на начальной стадии процесса, исходя из предположения об определяющей роли в процессе окисления избыточной концентрации структурных дефектов. Согласно этим представлениям, образование дефектов происходит при формировании первичной окисной пленки, возникающей в условиях весьма энергично протекающей реакции непосредственного взаимодействия кремния с кислородом, сопровождающейся кратковременными локальными перегревами поверхности [21]. Неоднородность поверхности кремния, снижение по мере протекания реакции числа свободных от окисла мест приводит к образованию первичных зародыщей окисла, на границе которых после их контактов остается большое количество нарушений. Подобный характер процесса приводит к тому, что первичная окисная пленка обладает сильно неупорядоченной структурой и значительным отклонением от стехиометрического состава. Концентрация дефектов в этом первичном окисле может намно- [c.71]

Ряд процессов, применяемых для изготовления приборов, приводит к нарушению равновесной концентрации точечных дефектов в кремнии. К таким процессам относятся ионная имплантация, окисление и диффузия фосфора при его высоких концентрациях. В общем неравновесные условия для точечных дефектов проявляются в возрастании или уменьшении коэффициента диффузии примеси замещения даже при малых концентрациях и росте дислокационных петель (дефектов упаковки) в кремнии. В зависимости от условий протекания этих процессов связанные с ними напряжения решетки также могут приводить к генерации дислокаций. В данном разделе мы сосредоточим внимание только на окислении и его влиянии на диффузию, поскольку из трех упомянутых процессов именно окисление позволяет непосредственно проанализировать механизмы диффузии в кремнии в целом. Другие два процесса рассмотрены в [1.27, 1.28] (вопросы, касаю- [c.36]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...