基本介紹
- 中文名：迪爾格羅夫氧化模型
- 外文名：Deal-Grove model
- 表達式：Si(固體) + O2(氣體) → SiO2
- 提出者：迪爾-格羅夫
- 提出時間：1965年
- 套用學科：化學
介紹,反應過程,費克第一定律,
介紹
矽在分子氧中的氧化按照全反應方程進行：
Si(固體) + O2(氣體) → SiO2
此過程稱為乾氧氧化（dry oxidation），因為它用分子氧而不是水蒸氣作氧化劑。在熱氧化層大於300Å的情況下，用迪爾-格羅夫模型可很好的預測氧化層厚度。生長氧化層不需要高溫。矽在空氣中室溫下就會氧化。一旦形成氧化層，矽原子必須穿過氧化層去和矽片表面的氧進行反應，或者，氧分子必須穿過氧化層到達矽表面，並在那裡進行反應，驅使產生這個運動的工藝過程是擴散。矽在二氧化矽中的擴散率比氧的擴散率小几個數量級，因此化學反應在矽和二氧化矽界面發生。這一點有非常重要的意義。熱氧化產生的界面見不到大氣，因此，相對而言，界面不會被雜誌(雜質)沾污。有化學反應引起的矽的消耗量由上式給出，大約是最終氧化層的厚度的44%。
反應過程
在室溫下，矽和氧分子都沒有足夠的可動性，以擴散穿過自然氧化層。經過一定時間以後，有效反應停止，氧化層將不超過25Å。要想產生連連續不斷的反應，矽片必須在氧化氣氛中加熱。現在，假定氧化氣氛是氧氣（O2）.見圖。在這幅圖中，四個氧化度是: Cg是離矽片較遠處的氣流中的氧化濃度，Cs是矽片表面氣體中的氧濃度，Co是矽片表面氧化層中的氧濃度，Ci是矽和二氧化矽界面出的氧濃度。定義氧流量為J，它是單位時間穿過單位面積的氧分子數。現在可定義三個受關注的氧流量。第一個是從外部氣體進入已生長的氧化層表面的氧流量。這裡涉及到Czochralski坩堝的熔融矽中的滯留層的形成。這個滯留層的出現是由於熔融矽有一定的粘滯性。非常類似地，如果是氧氣流過矽片表面，則表面附近將存在界面層。在這個界面層區中的氣體流速，將從矽片表面處的零，變化到界面層對面的總氣體中的氣體流速。作為一級近似，氧分子絕對不可能以氣流疏運方式跨國這個區域。
費克第一定律
相反的是，他們必須以費克第一定律的描述方式進行擴散：
J1≈DO2(Cg-Cs)/ts1
式中，ts1是滯留層厚度，Cg可用理想氣體定律計算：
Cg=n/V=Pg/kT
式中，k是波爾茲曼常數，Pg是氧化爐中氧氣得分壓強。雖然這個公式是可用的，但他有點低估了流量值。通常的做法是直接考慮這樣一種事實，即某些氣流仍會在穿過大部分滯留層後保留下來。這可寫為下式：
J=Jgas=hg(Cg-Cs)
式中，hg是質量疏運係數（mass transport coefficient）。
