在外延生长过程中,外延气体进人反应器,气体中的反应剂气相输运到达衬底,在高温衬底上发生化学反应,LD1117ASTR生成的外延物质沿着衬底晶向规则地排列,生长出外延层。因此,气相外延是由外延气体的气相质量传递和表面外延两个过程完成的。

   本节以硅烷(siH4)为硅源,氢气为载气的硅外延系统为例,从气相质量传递和表面外延两个过程介绍气相外延原理。硅烷的热分解反应方程式.

  气相质量传递过程

   外延气体被送人反应器,其中硅烷气相输运到达衬底表面,这一过程是硅源的气相质量传递过程。基于流体动力学原理来分析硅烷的气相质量传递过程。外延反应室的气体压力通常是常压或低压,一般在常压至133.3h范围内,在此范围气体分子的平均自由程远小于反应室的几何尺寸,因此气体是黏滞性的。分子自由程是指一个分子与其他分子相继两次碰撞之间经过的直线路程。对于单个分子而言,白由程时长时短,但大量气体分子的自由程具有确定的统计规律,乃为玻耳兹曼常数;T为热力学温度;〃为反应室流体力学直径,反应器的'值为几十cm;P为气体压力。例如,即使在低压反应室,当气压为133,3Pa时,气体分子的平均自由程约为0.045mm,这比最小的反应室的尺寸还要小得多。

   外延气体在反应室内的流动是通过控制进/出口气体的压差来实现的。为了确保外延生长环境的稳定,应使气体处于层流状态。