TỔNG HỢP BẰNG PHẢN ỨNG TRONG PHA KHÍ ppsx

CHƯƠNG 10 - TỔNG HỢP BẰNG PHẢN ỨNG TRONG PHA KHÍ 1.. Tổng hợp màng Epitaxi các chất bán dẫn bằng phản ứng trong pha khí... 1.Phương pháp thăng hoa – ngưng tụỨng dụng : - tinh chế -chế tạ

CHƯƠNG 10 - TỔNG HỢP BẰNG PHẢN ỨNG

TRONG PHA KHÍ

1 Cơ sở lý thuyết

2 Kỹ thuật tiến hành

3 Tổng hợp màng Epitaxi các chất bán

dẫn bằng phản ứng trong pha khí.

1.Phương pháp thăng hoa – ngưng tụ

Ứng dụng : - tinh chế

-chế tạo đơn tinh thể, màng đơn tinh thể, màng đa tinh thể Æ chế tạo các thiết bị bán dẫn….

Tính chất: SiC

-Có tỉ trọng 3,2 g/cm 3

-Chịu nhiệt độ cao (2700 o C)

-Có tính bán dẫn

VD: SiC

3.Tổng hợp bằng phản ứng vận chuyển trong pha hơi

Khái niệm:

AB (k) T A(r) + B(k)

A Để tinh chế chất rắn

Để tinh chế chất A (r) Thực hiện phản ứng vận chuyển với chất B là ch vận chuyển như sau:

Chất rắn A cần tinh chế đặt vào đầu nóng của ống thạch anh Æ đầu

nguội sẽ thu được A tinh khiết

Phản ứng có ΔH<0

Chất vận chuyển B thường là:

Halogen (F2, Cl2, Br2, I2) hydro halogenua và halogenua kim loại dễ bay hơi (HgCl2, SiCl4, AlCl3…)

Phản ứng vận chuyển

B Để tổng hợp vật liệu

Ở nhiệt độ T2: A (r) + B (k) Æ AB (k)

Ở nhiệt độ T1: AB (k) + C (r) Æ AC (r) + B (k)

Cộng hai phản ứng: A (r) + C (r) Æ AC (r)

Æ B (k) đóng vai trò chất chuyển A thành AB (k) để

tăng sự tiếp xúc với rắn C tạo sản phẩm AC mong

muốn.

VD Tổng hợp gốm Ca 2 SnO 4

Bằng phương pháp gốm truyền thống rất khó thực hiện vì phản ứng sau đây xảy ra rất chậm chạp:

2CaO + SnO2 → Ca2SnO4

Nhưng trong khi hỗn hợp có mặt khí CO thì phản ứng xảy ra một cách nhanh chóng Đó là do phản ứng vận chuyển sau:

SnO2(r) + CO (k) → SnO(k) + CO2 (k)

rồi khí SnO phản ứng với CaO và CO2 để tạo thành Ca2SnO4

Tổng hợp NiCr2O4

Tương tác giữa NiO và Cr2O3 xảy ra rất chậm chạp, nhưng khi có mặt oxi thì phản ứng tiến hành một cách nhanh

chóng Điều này có thể giải thích dựa theo cơ chế của

phương pháp vận chuyển:

Trước hết: Cr2O3(r) + 3/2 O2 → 2CrO3(k)

Sau đó pha khí CrO3 bao phủ dễ dàng các hạt NiO và phản ứng:

2CrO (k) + NiO(r) → NiCr O (r) + 3/2 O

4.Phương pháp hơi – lỏng - rắn (VLS)

Đặc điểm: quá trình kết tinh từ pha hơi qua một vùng lỏng

Giọt nóng chảy

Hơi

Si

5.Phương pháp tổng hợp hóa học trong pha hơi

Chemical vapour deposition (CVD) Kết tủa hơi hóa học hay

lắng đọng hơi hóa học

Nguyên tắc: phun khí hay khí tiền chất vào trong buồng chứa một hay nhiều các đế được nung nóng Æ phản ứng hóa học xảy

ra ở pha hơi Æ kết tinh (lắng đọng trên bề mặt đế)

Để chuyển các chất phản ứng thành thể hơi người ta có thể sử

dụng các phương pháp già nhiệt khác nhau như: lò cảm ứng, bức

xạ laze, plasma hồ quang, plasma cao tần nhiệt độ thấp…

Tùy thuộc vào phản ứng tổng hợp mà phản ứng được tổng hợp trong buồng kín với môi trường khí trơ, oxi hóa hay khử

Phương pháp CVD được sử dụng rộng rãi để chế tạo các chất bán dẫn, các chất cách điện dưới dạng màng hay đơn tinh thể Đây cũng là phương pháp quan trọng để điều chế các nguyên liệu dạng bột siểu mịn của các kim loại, oxit, cacbua, nitrua…

Các tiền chất sử dụng trong CVD phải là các chất dễ bay hơi

Bảng 1 – Sản phNm và chất đầu trong một số quá trình tổng hợp pha khí

(CH3)3Al (CH3CH-3)3Ga (CH3)3Ga + AsH3 (CH3)In + PH3 SiCl4 + H2 SiH4 + O2 SiH + N

Al Ga GaAs InP Si SiO2

Si N

Chất đầu Sản phNm kết tinh