Формула высшего оксида кремний: Гидроксид кремния — Ektpol

Гидроксид кремния — Ektpol

Гидратированный кремнезем условно называют гидроксидом кремния. Это нестабильное вещество, проявляющее слабые кислотные свойства. О свойствах гидроксида кремния и его реакциях с другими элементами читайте в нашей статье.

Содержание

• 1 Формула
• 2 Кремниевые кислоты
• 3 Свойства
• 4 Силикаты

Формула

Высшего гидроксида кремния в обычном понимании не существует. Аморфный кремний в реакции с водяным паром при температуре 400-500°С образует диоксид кремния и водород:

Si(аморфный) + 2h3O(пар) → SiO2 + 2h3.

Рис. 1. Диоксид кремния.

Диоксид кремния является слабым кислотным оксидом. Оксид кремния(IV) при добавлении водорода может образовывать кремниевые кислоты. Поэтому формулу гидроксида кремния правильнее записывать в виде nSiO2∙mh3O.

Кремниевые кислоты

В зависимости от числа атомов водорода, кремния и кислорода выделяют различные кремниевые кислоты:

• метакремний-h3SiO3;
• ортокремний – h5SiO4;
• дискремний — h3Si2O5 и h20Si2O9;
• пирокремний — H6Si2O7;
• поликремний — nSiO2∙mh3O.

Соли кремниевой кислоты называются силикатами.

Получение кремниевых кислот непосредственным взаимодействием оксида кремния(IV) с водой невозможно, так как оксид кремния не реагирует с водой даже при высоких температурах. При взаимодействии с водородом образуется чистый кремний:

SiO2 + 2h3 → Si + 2h3O.

Поэтому в лабораториях кислоты получают двумя способами:

• воздействие сильных кислот на силикаты натрия или калия: Na2SiO3 + 2HCl → h3SiO3↓ + 2NaCl;
• гидролиз силана: Sih3Cl2 + 3h3O → h3SiO3↓ + 2HCl + 2h3.

Кремниевые кислоты самопроизвольно разлагаются на диоксид кремния и воду: h3SiO3 → SiO2 + h3O.

Свойства

Кремниевые кислоты — слабые кислоты (слабее угольной кислоты), не имеющие кислого вкуса и плохо растворимые в воде. Кремниевые кислоты существенно отличаются от других органических кислот:

• взаимодействуя с водой, образуют коллоидный раствор;
• не отделяйся;
• не меняйте цвет индикатора.

Рис. 2. Реакция кремниевой кислоты с водой.

Кремниевые кислоты могут растворяться в расплавах и растворах щелочей с образованием силикатов:

h3SiO3 + 2KOH → K2SiO3 + 2h3O.

Как и все кремнийсодержащие соединения, они реагируют с плавиковой кислотой:

h3SiO3 + 6HF → h3SiF6 + 3h3O → SiF4 + 2HF + 3h3O.

Кремниевые кислоты используются в производстве керамики и керамических покрытий. Они содержатся в фотоматериалах, используются для получения стекла, силикагеля, фильтров.

Силикаты

Соли кремниевой кислоты нерастворимы в воде. Исключение составляют силикаты натрия и калия, которые называются жидким стеклом и входят в состав силикатного клея.

Рис. 3. Жидкое стекло.

Обычное стекло тоже силикат, его формула

Na2O CaO 6SiO2.

Стекло получают сплавлением соды, известняка, песка:

6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 → Na2O CaO 6SiO2 + 2CO2.

Структурной единицей силикатов является SiO4. Кремний легко заменяется атомами алюминия. В результате образуются алюмосиликаты.

Силикаты широко распространены в природе. Некоторые из них (топаз, гранат, изумруд) используются в ювелирном деле.

структурная формула, физические и химические свойства силициума, уравнение реакций

Химия

12.11.21

13 мин.

Впервые кремний стал известен человечеству как самостоятельный химический элемент в 1825 году. Это вещество является неметаллом, который в зависимости от условий реакции может быть восстановителем и окислителем. Основные химические и физические свойства этого элемента повлияли на его распространённость в народном хозяйстве. Структурную формулу гидроксид кремния, а также сферы его использования изучают на уроках химии в 8 классе.

Оглавление:

• Краткое описание
• Структура и состав
• Физические характеристики
• Химические свойства
• Способы получения
• Сферы использования

Краткое описание

В привычном понимании высшего гидроксид кремния не существует. Но благодаря своим физическим свойствам этот элемент получил большой спрос в промышленности. В аморфном состоянии это вещество в результате химической реакции с водяным паром (при температуре +500 °C) образует водород плюс диоксид кремния. Например, Si (аморфный) + 2h3O (пар) → SiO2 + 2h3.

Полученный диоксид кремния представляет собой слабый кислотный оксид, который после присоединения водорода может образовывать кремниевые кислоты. Для обозначения гидроксид кремния используется общая формула — h3SiO3.

В зависимости от общего количества задействованных атомов кремния, водорода и кислорода может образовываться несколько разновидностей кислот:

• Ортокремниевая (h5SiO4).
• Метакремниевая (h3SiO3).
• Поликремниевая (nSiO2∙mh3O).
• Дикремниевая (h3Si2O5, h20Si2O9).
• Пирокремниевая (H6Si2O7).

В научной среде соли кремниевых кислот (химическая формула — nSiO2∙mh3O) принято называть силикатами. Для их получения недостаточно соединить h3SiO3 с Н2О, так как даже при самой высокой температуре диоксид не вступает в реакцию с водой. Чистый кремний можно получить только в результате взаимодействия гидроокиси кремния с водородом. Записать эту химическую реакцию можно так: SiO2 + 2Н2 → Si + 2h3O.

В лабораторных условиях получить h3SiO3 можно только двумя способами:

• Использование гидролиза силанов.
• Воздействие на силикаты калия и натрия сильных кислот: Na2SiO3 + 2HCl → h3SiO3↓ + 2NaCl.

Проведённые лабораторные исследования показали, что nSiO2∙mh3O могут самопроизвольно разлагаться на Н2О и кремниевую воду. Эта химическая реакция записывается так: h3SiO3 → SiO2 + h3O.

Структура и состав

h3SiO3 существует в двух формах, которые являются неустойчивыми при нормальной температуре. В каждом случае структура и состав имеют свои отличия:

• Аморфный. h3SiO3 является порошком буро-коричневого цвета. Аморфный кремний гораздо активнее вступает в химические реакции.
  Это связано не только с инертностью кристаллического вещества, но и с тем, что на воздухе элемент покрывается тонким слоем диоксида.
• Кристаллический. Кремний представляет собой порошок тёмно-серого цвета. Химическое вещество обладает алмазоподобной кристаллической решёткой, но при этом остаётся довольно хрупким. Это связано со слишком длинной связью между атомами. В промышленности кристаллический кремний широко востребован благодаря своим свойствам полупроводника.

При условии воздействия высоким давлением можно получить определённую модификацию h3SiO3 гексагонального типа с плотностью 2.55 г/куб. см. Но эта форма вещества пока не пользуется большим спросом. Дополнительно существует ещё один тип классификации гидроксид кремния, связанный с размером кристаллов, из которых состоит химический элемент.

Наличие кристаллической решётки предполагает упорядоченность всех атомов и образующих их структур. Чем больше будет показатель, тем однороднее по своим характеристикам будет вещество.

Физические характеристики

В промышленной отрасли чаще всего используется кристаллический кремний. Это связано с тем, что физические свойства этого материала позволяют выпускать различный товар с высокими эксплуатационными характеристиками. Плавиться h3SiO3 начинает при температуре +1417 °C, а закипает при +2600 °C. Материал весьма хрупкий, так как показатель его плотности не превышает 2.33 г/куб. см. Гидроксид кремния получил 7 баллов по шкале Мооса. Уровень диэлектрической проницаемости не превышает 1.17.

h3SiO3 является неметаллом, из-за чего его электрические свойства полностью зависят от присутствующих в составе примесей. В промышленной отрасли специалисты научились использовать эту особенность химического вещества в свою пользу, так как на любом этапе производства они могут смоделировать нужный тип проводника.

При комнатной температуре силициум является хрупким, но если нагреть его до отметки +800 °C, тогда не исключена пластическая деформация.

Итоговые характеристики аморфного кремния могут существенно отличаться, что связано с его гигроскопичностью. Это химическое вещество может вступать в различные реакции даже при комнатной температуре.

Химические свойства

Практически во всех существующих соединениях h3SiO3 проявляет следующие степени окисления: +2, -4, +4. Вещество является химически инертным при низких температурах. Под воздействием кислорода кремний покрывается тонкой плёнкой оксида. После нагревания до отметки +400 °C элемент окисляется. С фтором h3SiO3 может взаимодействовать в обычных условиях, а вот с азотом, галогенами и углеродом вступает в химическую реакцию только под воздействием высоких температур.

Задействованные щёлочи могут перевести кремний в Na2SiO3 с последующим выделением водорода. h3SiO3 растворим практически во всех расплавленных металлах, а с некоторыми из них может формировать различные соединения, которые называются силицидами. Образуемые вещества получили большой спрос в народном хозяйстве.

Гидроксид кремния в сочетании с водородом может формировать специфические соединения, которые имеют общую формулу — Sinh3n+2 (силаны). В химии используются различные кремнийорганические соединения. Например, органосилоксаны, силиконы. Но наибольшее значение имеют nSiO2∙mh3O.

В результате растворения аморфного кремния в концентрированном растворе гидроксид натрия (Si + NaOH) происходит образование средней соли — ортосиликата натрия, а также выделение газа водорода. Молекулярное уравнение реакции имеет вид: Si + 4NaOH → Na4SiO4 + 2h3. Чтобы понять, какой будет реакция взаимодействия соляной кислоты с оксидом кремния, нужно обратить внимание на следующую формулу: SiO2 + 4HCl → SiCl4 + 2h3O.

В природе широко распространены соли кремниевых кислот: различные минералы класса силикатов. Алюмосиликаты образуются в результате изоморфного замещения в их структуре небольшого процента h3SiO3 алюминием.

Способы получения

Чаще всего nSiO2∙mh3O стараются получить непрямым способом. В лабораторных условиях на силикат натрия или калия воздействуют сильной кислотой. Например, Na2SiO3 + 2HCl = h3SiO3 + 2NaCl. Но в этом случае невозможно получить идеально чистую кислоту. В водном растворе обязательно будет присутствовать высокодисперсная коллоидная система, которая через некоторое время превратится в гель.

Многие кремниевые соединения можно получить благодаря гидролизу хлорсиланов. Эту химическую реакцию можно записать так: Sih3Cl2 + 3h3O = h3SiO3 +2HCl + 2h3. Если всё сделано правильно, то nSiO2∙mh3O будут являться финальным продуктом гидролитического расщепления элементов. Методы ионного обмена и электродиализа целесообразно использовать в том случае, если речь касается промышленного производства, либо различных лабораторных экспериментов. Благодаря перенасыщенным растворам кремниевых кислот получается силикагель (SiOH). Сама технология производства состоит из нескольких этапов:

1. Первым делом образуется коллоидный раствор, который после остывания превращается в однородную массу, называемую гидрогелем.
2. На втором этапе происходит созревание. Учитывается не только гелеобразование, но и разжижение химического вещества.
3. Полученный гель очищают, промывают от солей.
4. На финальном этапе вещество высушивают и превращают в ксерогель.

В лабораторных условиях было доказано, что самый качественный силикагель можно получить после гидролиза кремниевых и ортокремниевых соединений. Этот химический процесс можно изобразить следующим образом: Na2SiO3 + h3SO4 = nSiO2 • mh3O + Na2SO4. В этой графической формуле использовался гидратированный аморфный кремнезём.

Сферы использования

h3SiO3 благодаря своим физическим и химическим характеристикам получил большой спрос в различных отраслях современной промышленности. В чистом виде аморфный и кристаллический кремний применяется в следующих сферах:

• Изготовление качественного поликремния.
• В металлургии h3SiO3 используется как легирующая добавка, которая может менять свойства металлов и их сплавов. Кремний применяется при выплавке чугуна и стали.
• Серийное производство солнечных батарей. Среди преимуществ такого получения электроэнергии можно выделить экономичность, износоустойчивость и экологическую безопасность.
• h3SiO3 часто используется в сочетании с органическими веществами. Кремнийорганические материалы применяются при изготовлении посуды, различных инструментов.
• Производство комплектующих деталей для лазерных устройств.

Кремниевые соединения являются важными элементами для кожного покрова, ногтей и волос. h3SiO3 используется для производства лекарственных препаратов и косметологических средств.

Составы на основе кремния гарантируют повышение упругости соединительных тканей. При правильном применении препараты с h3SiO3 улучшают усвоение кальция, а также нормализуют работу органов желудочно-кишечного тракта.

диоксид кремния

Диоксид кремния Другие наименования Кремнезем, кварц, песок Идентификаторы Номер CAS 7631-86-9 Недвижимость Молекулярная формула SiO 2 Молярная масса 60,1 Внешний вид белое порошкообразное вещество твердое вещество (в чистом виде) Плотность 2. 2 Температура плавления 1650 (±75) °С Температура кипения 2230 °С Растворимость в воде 0,012 г в 100 г Структура Молекулярная форма четырехгранный Опасности NFPA 704 Фразы риска Р42 Р43 Р49 S-фразы С22 С36 С37 С45 С53 Температура вспышки негорючий Родственные соединения Прочие анионы Сульфид кремния Прочие катионы Двуокись углерода Двуокись германия Оксид олова(IV) Оксид свинца(IV) Родственные соединения Кремниевая кислота Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 °C, 100 кПа) Заявление об ограничении ответственности и ссылки на информацию Химическое соединение диоксид кремния , также известное как диоксид кремния или силокс (от латинского «silex»), представляет собой оксид кремния, химическая формула SiO 2 , и известен своей твердостью с 9 века [1] . Кремнезем чаще всего встречается в природе в виде песка или кварца. Это основной компонент большинства видов стекла и таких материалов, как бетон. Дополнительные рекомендуемые знания Содержимое 1 Готовые формы 2 Влияние на здоровье 3 Химия 4 Примечания 5 Каталожные номера 6 См. также Готовые формы Силикагель производится в нескольких формах, в том числе: стекло (бесцветная форма высокой чистоты называется плавленым кварцем ) синтетический аморфный диоксид кремния силикагель (используемый, например, в качестве осушителя в новой одежде и кожаных изделиях) Используется в производстве различных продуктов. Недорогое известково-натриевое стекло является наиболее распространенным и обычно используется в стаканах, бутылках и окнах. Сырье для многих изделий из белой керамики, таких как фаянс, керамогранит и фарфор. Сырье для производства портландцемента. Пищевая добавка, используемая главным образом в качестве агента текучести в порошкообразных пищевых продуктах или для поглощения воды (см. список ингредиентов). Натуральное («нативное») оксидное покрытие, которое растет на кремнии, чрезвычайно полезно в микроэлектронике. Это превосходный электрический изолятор, обладающий высокой химической стабильностью. В электрических приложениях он может защищать кремний, накапливать заряд, блокировать ток и даже действовать как контролируемый путь, позволяющий небольшим токам течь через устройство. Однако при комнатной температуре он растет чрезвычайно медленно, поэтому для изготовления таких оксидных слоев на кремнии традиционным методом был преднамеренный нагрев кремния в высокотемпературных печах в кислородной среде (термическое окисление). Сырье для аэрогеля в космическом корабле Stardust Используется для выделения ДНК и РНК благодаря своей способности связываться с нуклеиновыми кислотами в присутствии хаотропов. Добавляется в лекарственные пеногасители, такие как симетикон, в небольшой пропорции для усиления пеногасящей активности. В качестве гидратированного диоксида кремния в зубной пасте (абразивное средство для удаления налета). Влияние на здоровье Вдыхание мелкодисперсной пыли кристаллического кремнезема в очень малых количествах (OSHA допускает 0,1 мг/м 3 ) со временем может привести к силикозу, бронхиту или (значительно реже) раку, так как пыль оседает в легких и постоянно раздражает их, уменьшая объем легких (кремнезем со временем не растворяется). Этот эффект может представлять профессиональную опасность для людей, работающих с пескоструйным оборудованием, изделиями, содержащими порошкообразный кремнезем, и так далее. Но дети, астматики любого возраста, аллергики и пожилые люди со сниженной емкостью легких могут заболеть в гораздо более короткие периоды времени. В остальном диоксид кремния инертен и безвреден. При пероральном приеме кремнезема он проходит в неизменном виде через желудочно-кишечный тракт, выходя с фекалиями, не оставляя следов. Маленькие кусочки диоксида кремния одинаково безвредны, если они недостаточно велики, чтобы механически заблокировать желудочно-кишечный тракт, или достаточно зазубрены, чтобы повредить его слизистую оболочку. Диоксид кремния не образует дыма и нерастворим 90–200 in vivo. Неперевариваемый, с нулевой питательной ценностью и нулевой токсичностью. Химия Диоксид кремния образуется при контакте кремния с кислородом (или воздухом). Очень тонкий слой (примерно 1 нм или 10 Å) так называемого «самородного оксида» образуется на поверхности, когда кремний подвергается воздействию воздуха в условиях окружающей среды. Более высокие температуры и альтернативные условия используются для выращивания хорошо контролируемых слоев диоксида кремния на кремнии. Диоксид кремния имеет ковалентную связь и образует сетчатую структуру (также известную как решетчатая или непрерывная). 9 Линн Таунсенд Уайт-младший (весна 1961 г.). «Эйлмер из Малмсбери, летчик одиннадцатого века: пример технологических инноваций, их контекста и традиций», Technology and Culture 2 (2), стр. 97–111 [100]. «Ибн Фирнас был эрудитом: врачом, довольно плохим поэтом, первым сделал стекло из камней (кварца?), изучал музыку и изобретателем какого-то метронома.» Каталожные номера Р. К. Ильера, Химия кремнезема ( ISBN 0-471-02404-X ) См. также Карбонат аморфный Плавленый кварц Карбид кремния Мезопористый кремнезем

Эта статья находится под лицензией GNU Free Documentation License. Он использует материал из статьи Википедии «Диоксид кремния». Список авторов есть в Википедии.

7.11: Окисление кремния — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

212900

Примечание

Этот модуль был разработан в рамках курса CHEM-49 Университета Райса. 6: Химия электронных материалов . Этот модуль был подготовлен при содействии Андреа Киз.

Введение

При изготовлении интегральных схем (ИС) окисление кремния имеет важное значение, а производство превосходных ИС требует понимания процесса окисления и способности образовывать оксиды высокого качества. Диоксид кремния имеет несколько применений:

1. Служит в качестве маски против имплантации или диффузии легирующей примеси в кремний.
2. Обеспечивает пассивацию поверхности.
3. Изолирует одно устройство от другого (диэлектрическая изоляция).
4. Действует как компонент структур MOS.
5. Обеспечивает электрическую изоляцию многоуровневых систем металлизации.

Были разработаны методы формирования оксидных слоев на кремнии, включая термическое окисление, мокрое анодирование, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и плазменное анодирование или окисление. Как правило, CVD используется при нанесении оксидного слоя поверх поверхности металла, а термическое окисление используется, когда требуется низкий уровень плотности заряда на границе раздела между оксидом и поверхностью кремния.

Окисление кремния

Поверхность кремния имеет высокое сродство к кислороду, поэтому под воздействием атмосферы быстро образуется оксидный слой. Химические реакции, которые описывают это образование: SiO} _ {\ text {2 (s)}} \]

\[ \ text {Si} _ {\ text {(s)}} \ text { + 2 H} _2 \ text {O} _ {\ text{(g)}} \rightarrow \text{SiO}_{\text{2(s)}} \text{ + 2 H}_{\text{2(g)}}\]

В первой Реакция используется сухой процесс с использованием газообразного кислорода в качестве источника кислорода, а вторая реакция описывает мокрый процесс, в котором используется пар. Сухой процесс дает «хороший» диоксид кремния, но он медленный и в основном используется в начале обработки. Влажная процедура проблематична, поскольку чистота используемой воды не может быть гарантирована в подходящей степени. Эта проблема может быть легко решена с помощью пирогенного метода, который объединяет газообразные водород и кислород с образованием водяного пара очень высокой чистоты. Поддержание высокого качества реагентов имеет важное значение для производства интегральных схем и представляет собой проблему, которая мешает каждому этапу этого процесса.

В формировании оксидного слоя участвуют общие валентные электроны между кремнием и кислородом, что позволяет поверхности кремния избавиться от «оборванных» связей, таких как неподеленные пары и вакантные орбитали. Эти вакансии создают среднещелевые состояния между валентной зоной и зоной проводимости, что предотвращает желаемую ширину запрещенной зоны полупроводника. Прочность связи Si-O является ковалентной (сильной), и поэтому ее можно использовать для достижения потери состояний средней запрещенной зоны и пассивации поверхности кремния.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Удаление оборванных связей путем окисления поверхности.

Окисление кремния происходит на границе раздела оксид кремния и состоит из четырех стадий:

1. Диффузионный перенос кислорода через диффузионный слой в паровой фазе, примыкающий к границе раздела оксид кремния-пар.
2. Внедрение кислорода на внешней поверхности в пленку оксида кремния.
3. Диффузионный перенос через пленку оксида кремния к границе раздела с решеткой кремния.
4. Реакция кислорода с кремнием на этом внутреннем интерфейсе.

По мере того как граница раздела Si-SiO ₂ перемещается в кремний, его объем увеличивается, и, исходя из плотности и молекулярной массы Si и SiO ₂ , 0,44 Å Si используется для получения 1,0 Å SiO ₂ .

Очистка перед окислением

Первым этапом окисления поверхности кремния является удаление природного оксида, который образуется под воздействием открытого воздуха. Удаление одного оксида только для того, чтобы нанести другой, может показаться излишним, но это необходимо, поскольку существует неопределенность в отношении чистоты присутствующего оксида. Загрязнение естественного оксида как органическими, так и неорганическими материалами (возникшее в результате предыдущих этапов обработки и обращения) должно быть удалено, чтобы предотвратить ухудшение основных электрических характеристик устройства. Обычная процедура использует H ₂ O-H ₂ O ₂ -NH ₄ OH смесь, которая удаляет присутствующие органические вещества, а также некоторые металлы группы I и II. Удаление тяжелых металлов может быть достигнуто с помощью смеси H ₂ O-H ₂ O ₂ -HCl, которая образует комплексы с образующимися ионами. После удаления природного оксида можно вырастить желаемый оксид. Этот рост полезен, потому что он обеспечивает: химическую защиту, условия, подходящие для литографии, и пассивацию. Защита предотвращает возникновение нежелательных реакций, а пассивация заполняет вакансии связей на поверхности, отсутствующие внутри кристалла. Таким образом, окисление поверхности кремния выполняет сразу несколько функций.

Термическое окисление

Рост оксидов на поверхности кремния может быть особенно трудоемким процессом, поскольку рост должен быть равномерным и чистым. Требуемая толщина обычно находится в диапазоне 50–500 Å, что может занять много времени и должно выполняться в больших масштабах. Это делается путем укладки кремниевых пластин в горизонтальную кварцевую трубку, в то время как источник кислорода течет по пластинам, которые расположены вертикально в лопастной лопасти (лодочке) с прорезями. Эта процедура выполняется при давлении 1 атм и диапазоне температур от 700 до 1200 °C с погрешностью ±1 °C для обеспечения однородности. Выбор метода окисления зависит от требуемой толщины и свойств оксида. Оксиды, которые являются относительно тонкими и требуют низкого заряда на границе раздела, обычно выращивают в сухом кислороде. Когда требуются толстые оксиды (> 0,5 мм), предпочтительным источником является пар. Пар можно использовать в широком диапазоне давлений (от 1 атм до 25 атм), а более высокие давления позволяют добиться роста толстого оксида при умеренных температурах за разумное время.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Горизонтальная диффузионная трубка, показывающая окисление кремниевых пластин при давлении 1 атм.

Толщина слоев SiO ₂ на подложке Si легко определяется по цвету пленки. В таблице \(\PageIndex{1}\) приведены рекомендации по термически выращенным оксидам.

«>

Таблица \(\PageIndex{1}\): Таблица цветов для термически выращенных пленок SiO ₂ при дневном флуоресцентном освещении.

Толщина пленки (мкм)	Цвет	Толщина пленки (мкм)	Цвет
0,05	желтовато-коричневый	0,63	фиолетово-красный
0,07	коричневый	0,68	«голубоватый»
0,10	от темно-фиолетового до красно-фиолетового	0,72	сине-зеленый на зеленый
0,12	королевский синий	0,77	«желтоватый»
0,15	от светло-голубого до синего металлика	0,80	оранжевый
0,17	металлик до светло-желто-зеленого	0,82	лосось
0,20	светлое золото	0,85	светло-красно-фиолетовый
0,22	золото	0,86	фиолетовый
0,25	апельсин – дыня	0,87	сине-фиолетовый
0,27	красно-фиолетовый	0,89	синий
0,30	от синего до фиолетово-синего	0,92	сине-зеленый
0,31	синий	0,95	желто-зеленый
0,32	от синего до сине-зеленого	0,97	желтый
0,34	светло-зеленый	0,99	оранжевый
0,35	от зеленого до желто-зеленого	1,00	розовая гвоздика
0,36	желто-зеленый	1,02	фиолетово-красный
0,37	желто-зеленый	1,05	красно-фиолетовый
0,39	желтый	1,06	фиолетовый
0,41	светло-оранжевый	1,07	сине-фиолетовый
0,42	гвоздика розовая	1. 10	зеленый
0,44	фиолетово-красный	1.11	желто-зеленый
0,46	красно-фиолетовый	1.12	зеленый
0,47	фиолетовый	1,18	фиолетовый
0,48	сине-фиолетовый	1,19	красно-фиолетовый
0,49	синий	1,21	фиолетово-красный
0,50	сине-зеленый	1,24	гвоздика от розовой до лососевой
0,52	зеленый	1,25	оранжевый
0,54	желто-зеленый	1,28	«желтоватый»
0,56	желто-зеленый	1,32	небесно-голубой до зелено-голубого
0,57	«желтоватый»	1,40	оранжевый
0,58	от светло-оранжевого до розового	1,46	сине-фиолетовый
0,60	розовая гвоздика	1,50	синий

Окисление под высоким давлением

Окисление под высоким давлением — это еще один метод окисления поверхности кремния, который контролирует скорость окисления. Это возможно, потому что скорость пропорциональна концентрации оксида, которая, в свою очередь, пропорциональна парциальному давлению окисляющих частиц согласно закону Генри (7.11.3), где С — равновесная концентрация оксида, H — константа закона Генри, а p _O — парциальное давление окислителей.

\[\text{C = H}_{\text{(pO)}}\]

Этот подход является быстрым, со скоростью окисления в диапазоне от 100 до 1000 мм/ч, а также происходит при относительно низкая температура. Это полезный процесс, предотвращающий вытеснение примесей, а также образующий небольшое количество дефектов, что наиболее полезно в конце обработки.

Плазменное окисление

Плазменное окисление и анодирование кремния легко осуществляются при использовании активированного кислорода в качестве окисляющего вещества. Высокореактивный кислород образуется в электрическом разряде или плазме. Окисление проводится в камере низкого давления (0,05-0,5 Торр), а плазма создается либо источником электронов постоянного тока, либо высокочастотным разрядом. При простом плазменном окислении образец (т. е. кремниевая пластина) удерживается при нулевом потенциале. Напротив, системы анодирования обычно имеют смещение постоянного тока между образцом и электродом, при этом образец смещен положительно по отношению к катоду. В качестве катодов обычно используются платиновые электроды.

Сообщалось о по меньшей мере 34 различных реакциях, протекающих в кислородной плазме, однако подавляющее большинство из них не имеют значения для образования активных частиц. Кроме того, многие из потенциально активных видов живут достаточно недолго, поэтому маловероятно, что они вносят значительный вклад. Основными активными частицами в кислородной плазме, несомненно, являются O ^— и O ²⁺ . Оба производятся почти в равных количествах, хотя только первый подходит для плазменного анодирования. Хотя эти частицы могут быть активны в отношении окисления поверхности, более вероятно, что перенос электрона происходит с поверхности полупроводника с образованием частиц активированного кислорода, которые являются фактическими реагентами при окислении кремния.

Существенным преимуществом плазменных процессов является то, что, хотя температура электронов ионизированного газообразного кислорода превышает 10 000 К, требуемые термические температуры значительно ниже, чем для метода высокого давления, т. е. < 600 °C. К преимуществам более низких температур реакции относятся: минимизация диффузии легирующей примеси и предотвращение образования дефектов. Несмотря на эти преимущества, у любого плазменного процесса есть два основных недостатка. Во-первых, высокие электрические поля, присутствующие во время процессов, вызывают повреждение образующегося оксида, в частности, часто возникает высокая плотность межфазных ловушек. Однако последующий отжиг может улучшить качество пленки. Во-вторых, скорость роста плазменного окисления мала, обычно 1000 Å/ч. Эта скорость роста увеличивается примерно в 10 раз при плазменном анодировании, и дальнейшие улучшения наблюдаются при добавлении 1-3% хлора к источнику кислорода.

Маскирование

Селективная маска против диффузии атомов примеси при высоких температурах может быть найдена в слое диоксида кремния, который может оказаться очень полезным при обработке интегральных схем. Предварительное осаждение легирующей примеси методами ионной имплантации, химической диффузии или навинчивания обычно приводит к тому, что источник легирующей примеси находится на поверхности оксида или вблизи нее. На начальном высокотемпературном этапе диффузия в оксиде должна быть достаточно медленной по сравнению с диффузией в кремнии, чтобы примеси не диффундировали через оксид в замаскированной области и не достигали поверхности кремния. Требуемая толщина может быть определена путем экспериментального измерения при определенной температуре и времени толщины оксида, необходимой для предотвращения инверсии слегка легированной кремниевой подложки с противоположной проводимостью. Затем к этому добавляется коэффициент безопасности с типичными общими значениями в диапазоне от 0,5 до 0,7 мм. Свойства маскирования примесей возникают, когда оксид частично превращается в «стеклянную» фазу оксида примеси кремнезема, и предотвращает попадание примесей в SiO ₂ -Si интерфейс.

Библиография

• М. М. Аталла, в Properties of Elemental and Compound Semiconductors , Ed. Х. Гатос, Interscience: Нью-Йорк (1960).
• С. К. Ганди, Принципы изготовления СБИС, арсенид кремния и галлия , Wiley, Чичестер, 2-е изд. (1994).
• S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices , 2-е издание, John Wiley & Sons, Нью-Йорк (1981).
• DL Lile, Solid State Electron. , 1978 , 21 , 1199 ,
• W. E. Spicer, P. W. Chye, P. R. Skeath и C. Y. Su, I. Lindau, J. Vac. науч. Технол. , 1979, 16 , 1422,
• В. К. Хо и Т. Сугано, IEEE Trans. Электронные приборы , 1980, ЭД-27 , 1436.
• Дж. Р. Холланхан и А. Т. Беллс, Методы и приложения химии плазмы , Wiley, Нью-Йорк (1974).
• R. P. H. Chang and A. K. Sinha, Appl. физ. Письмо ., 1976, 29 , 56.

---

7.11: Oxidation of Silicon распространяется под лицензией CC BY 1.0, автор, ремикс и/или куратор LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   1,0

   Показать страницу TOC

   нет на странице

2. Метки

   На этой странице нет тегов.