Модели механизмов окисления

Модели механизмов окисления 147 [c.426]

Термическое окисление продолжает оставаться важным технологическим этапом изготовления приборов. Для того чтобы точно предсказывать структуру приборов по мере уменьшения их размеров, необходимо модифицировать существующие модели процессов первого приближения. Это относится как к одномерным эффектам, таким, как влияние ориентации кристалла, многокомпонентного состава среды, высокого уровня легирования подложки, высокого давления среды и т. п., так и к двумерным эффектам, что, возможно, еще более важно. В моделях процесса окисления, основанных на концепции точечных дефектов, подразумевается, что механизмы генерации Siy и Si представляют собой сугубо нелокальные явления. Следует ожидать, что генерация и поглощение точечных дефектов в локализованных областях при изготовлении ИС изменят параметры процесса в соседних областях. Значительное число экспериментов подтверждает это. Как известно, окисление влияет на коэффициенты диффузии и рост ИОДУ в областях, которые могут находиться на расстоянии десятков микрометров от окисляемой поверхности. Возможно, что аналогичное влияние оказывается и на плотности зарядов и другие параметры. Изготовление надежных и воспроизводимых СБИС возможно только на основе разработки обобщенных физических моделей, объясняющих рассмотренные эффекты. [c.74]

Принимая во внимание, что для любого металла механизм реакции окисления в общем случае является функцией предварительной обработки и подготовки поверхности, температуры, давления кислорода, природы и свойств возникающих оксидов, различия в свойствах, металлов и сплавов, наличия всевозможных примесей,, становится понятным возникновение множества теорий и моделей, имеющих своей целью описать поведение металлов в процессе окисления. [c.34]

Режимам диффузионного окисления и сублимации предшествуют переходные режимы разрушения, где происходит смена одного механизма другим. Кроме того, есть и другие отличия от изложенной выше идеальной схемы разрушения. В частности, химическое взаимодействие может сопровождаться механическим отрывом частиц (эрозией) под действием сдвигающих напряжений газового потока. При разрушении многих металлов на поверхности образуются промежуточные фазы — окислы в расплавленном состоянии, которые, растекаясь по поверхности, частично экранируют ее от окислительного воздействия внешнего потока. Достаточно сложной оказывается и модель химического взаимодействия с газовыми потоками карбидов, нитридов и боридов различных элементов. Тем не менее основные черты этого взаимодействия у большинства материалов достаточно схожи между собой. [c.167]

Тем не менее детали этих процессов нуждаются в дальнейшем уточнении, так как существует ряд особенностей, которые трудно объяснить с позиций предложенной модели. Например, известно, что вакуумное плавление, приводящее к значительно меньшему содержанию газа в металле по сравнению с другими видами кристаллизации, оказывает, как правило, благоприятное влияние на прочностные свойства металла, в том числе и при повышенных температурах. В то же время предполагаемый механизм упрочнения основан на внутреннем окислении металла. [c.440]

Все рассматривавшиеся выше механизмы для области тонких пленок имеют в своей основе родственные модели. Они различаются предположениями о том, какая реакция определяет скорость окисления — туннельный эффект, перенос ионов или хемосорбция. Новая возможность открывается допущением, что эту скорость может определять перенос электронов из металла в окис-ную пленку. На эту возможность обратил внимание Улиг [184, 363], [c.117]

Приведенные данные о механизмах пластической деформации и об окислении металлов не могут быть непосредственно использованы для построения физической модели окислительного износа. Процессы деформирования, адсорбции и химические реакции при окислительном износе происходят одновременно и оказывают друг на друга большое влияние. При деформировании происходит активизация тончайших поверхностных слоев металла, повышается его способность к адсорбции, диффузии и химическим реакциям. В свою очередь, адсорбционные, диффузионные и химические процессы определяют специфику механизмов пластической деформации. [c.294]

Результаты большинства работ третьего направления, рассматривающих окисление как процесс, сопутствующий разрущению основного материала, не выходят за рамки умозрительных представлений, в которых предполагается обычное окисление (коррозия, образование окалины), не связанное с механизмами пластического деформирования при трении, не объясняется механизм нормального износа деталей машины, при котором динамическое равновесие разрущения и восстановления вторичных структур исключает любые виды разрушения основного материала. Принятые модели не опираются на фундаментальные механизмы, основанные на представлениях о реальном строении твердых тел. [c.352]

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]

Проведенные исследования позволили построить модель процессов, происходящих на границе раздела, которая хотя и не полна сегодня, но тем не менее может быть использована для понимания процессов окисления и взаимодействия окисления с другими процессами (такими, как диффузия). Ниже обсуждаются современные представления об основных механизмах, скрытых в константе к ,. [c.58]

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]

В результате анализа физико-химических процессов в месте контакта твердой и жидкой фаз, а также влияния различных факторов на процесс взаимодействия [14, с. П8] была разработана модель механизма начального этапа образования поверхностного слоя На предварительно окисленных тугоплавких металлах при обработке в расплавах алюминия. Начальный этап образования слоя можно представить состоящим из четырех стадий. Первая стадия определяется в основном процессами смачивания и адгезии, вторая,—физической адсорбцией, появлением расклинивающего действия жидкого металла и хемосорбцией, третья — возникновением адсорбццонндга слоя к началом процессов объемной диффузии и четвертая — Процеефм растворения металла через непрерывно Разрушаемый Iи вновь возникающий сорбционный слой. Время выдержки в расплаве дЛя получения защитного слоя должно поэтому ограничиваться первыми тремя стадиями. [c.272]

Каким образом возникают окисные частицы, когда металлы соприкасаются на воздухе пока неясно, ни один механизм не позволяет объяснить все имеющиеся данные. Согласно ранней теории Томлинсона [1], поверхности разрушаются вследствие молекулярного истирания и это приводит к образованию окисла в окислительной атмосфере. Другие исследователи считали, что фреттинг в основном ускоряет механизм окисления, вследствие чего затрудняется процесс механического удаления окисла из-за образования стабильной защитной окисной пленки. Позднее Улиг [8] модифицировал эту модель, считая, что некоторые частички металла могут образовываться по адгезионному механизму, но при этом не отвергал влияния коррозии, привлекая ее для объяснения влияния частоты колебаний [8]. С помощью такой модели было трудно объяснить уменьшение изнашивания с увеличением температуры и тогда Улиг предложил модель коррозионного воздействия. Согласно этой модели на стальной поверхности происходит физическая адсорбция кислорода, а окисел образуется в результате механической активизации соприкасающихся поверхностей. Авторы более современных теорий [12] обращают внимание на изменеиие сущности механизма фреттинга, особо подчеркивая сильное влияние адгезии на ранних стадиях и значение коррозионной усталости как фактора, способствующего дезинтеграции материала в зонах контакта. Более поздние стадии разрушения от фреттинга также объясняются с позиций микроусталостных процессов, а ие с позиции абразивного износа. [c.299]

Б. И. Костецкий, И. Г. Носовский и Л. И. Бершадский [36], руководствуясь положением о едином дислокационно-вакансионном механизме схватывания и окисления, считают, что модель износа при высоких температурах состоит из нескольких этапов пластической деформации (текстурирования), структурной и термической активации металла, образования вторичных структур, их разрушения. [c.9]

Такой подход определяет возможность построения физической модели нормального трения и износа для выбора общих критериев оценки износостойкости и антифрикционности и разработки методов управления процессами трения и износа. В основу этой модели положены представления о едином дислокационно-вакан-сионном механизме схватывания и окисления. Модель может быть представлена четырьмя этапами I — пластическая деформация (текстурирование), II — структурная и термическая активация металла, III — образование вторичных структур, JV — разрушение вторичных структур. [c.36]

Третья модель [36—38] предполагает образование на границе между сплавом и продуктами коррозии сульфидов, в результате окисления которых формируются незащищающие оксидные фазы. Типичный пример такой структуры показан на рис. 12.4. Нет никаких сомнений, что в сплавах с высоким содержанием никеля реализуется именно этот механизм. В то же время он невозможен в сплавах кобаль—хром—алюминий. Важно определить применимость всех этих моделей в зависимости от состава сплавов и условий проведения низкотемпературных испытаний на горячую коррозию. [c.74]

Мы довольно подробно остановились на рассмотрении различных механизмов переноса электричества в соединениях, потому что эти модели представляют собой суть существующих теорий окисления в тех случаях, когда скорость окисления определяется скоростью диффузии. Эти теории явятся предметом рассмотрения в некоторых разделах гл. 2. Однако до этого нам нужно изложить еще некоторые сведения о явлениях диффузии и оки1Сления. [c.53]

По наблюдениям Хауффе [242], титан лри температуре, при которой чистый металл окисляется по параболической закономерности, начинает окисляться после кратковременной кубической стадии параболически, если в нем содержится несколько процентов кислорода. Как титан, так и цирконий характеризуется необычайно высокой растворимостью кислорода, причем в процессе образования на них окисных пленок значительное ко-личесгво кислорода проникает в глубь металла. Между прочим, учет такого совместного действия механизма образования пленок и одновременного растворения кислорода всегда дает уравнение параболического, а не кубического роста. Таким образом, подвести под наблюдение Хауффе, касающееся титана, соответствующую разумную -модель трудно и таких попыток еще не предпринималось. По мнению авторов монографии, в настоящее время не существует удовлетворительного объяснения кубического окисления металлов, образующих окислы п-типа, в частности кубического окисления циркония. [c.119]

В определенных случаях механизм паралинейного окисления может характеризовать поведение металла гораздо последовательнее, чем в случае ниобия и тантала, и его, следовательно, легче объяснить теоретически. Примером служит окисление церия в интервале от 90 до 290° С. По предположению Лорье [180], в этом случае образуется полуторная окись в виде сплошного окисного слоя, сцепляющегося с металлом и окисляющегося с образованием двуокиси, которая проницаема для кислорода. Эту же модель Лорье применил к окислению урана. Уэбб, Нортон и Вагнер [207] подобным же образом отмечают сильную адгезию и когезию внутреннего окисного слоя на вольфраме, предполагая, [c.140]

Однако прогресс в двумерном моделировании технологических процессов не бьш таким быстрым. Несмотря на разработку нескольких программ двумерного моделирования основных технологических процессов (например, SUPRA) в Станфорде и других местах, эти программы не содержали строгих двумерных кинетических моделей, которые позволили бы точно предсказьшать профили распределения легирующих примесей и геометрию приборов в широком диапазоне условий. Это обусловлено отсутствием хороших физических моделей окисления, ионной имплантации, диффузии и химического вакуумного осаждения. Совершенно ясно, что эти процессы не одномерны. Недавние эксперименты показали, что окисление и диффузия в локализованной области кремниевой подложки могут существенно повлиять на окисление и диффузию в соседних по вертикали и смежных по горизонтали областях. В настоящее время нет ясного понимания подобных результатов на основе фундаментальных физических механизмов, хотя в последние несколько лет проводились обширные исследования. Очевидно, что для точного моделирования структур субмикронных размеров мы должны иметь количественное описание подобных явлений. [c.45]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...