7. Bố cục của luận án
1.6 Tính chất vật lý, hóa học của các chất khí
1.6.1 Khí TRIES (Triethoxysilane)
Triethoxysilane (TRIES) là một hợp chất hữu cơ với công thức HSi(OC2H5)3. TRIES là một chất lỏng không màu được sử dụng trong các phản ứng thủy hóa được xúc tác kim loại quý. Các nhóm triethoxysilyl thường được gắn vào bề mặt silica. So với hầu hết các hợp chất có liên kết Si-H, triethoxysilane thể hiện khả năng phản ứng tương đối thấp, giống như các etesilyl, triethoxysilane dễ bị thủy phân [31, 36, 85]. TRIES là tiền chất khí được sử dụng trong lắng đọng màng mỏng, nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn nhờ khả năng
28
trong việc lấp đầy khoảng trống (-OC2H5)3 và nhiệt độ lắng đọng thấp [76]. Có một số ưu điểm của khí TRIES có thể được nêu như sau: Thứ nhất, trong TRIES chứa ít chất nền ethoxy thậm chí cao hơn bốn lần áp suất hơi so với tetraethoxysilane (TEOS), tỉ lệ tăng trưởng cao có thể đạt được mà không cần đến vật liệu làm nóng. Thứ hai TRIES và TEOS có cấu trúc hóa học gốc Si(OC2H5) giống nhau, trước đó có nhiều nghiên cứu khoa học công bố khi dùng TEOS, TRIES lắng đọng SiO2 thì thấy chất lượng màng mỏng cao hơn được lắng đọng đồng nhất, độ nhám bề mặt ít hơn, tốc độ lắng đọng nhanh hơn, rút ngắn thời gian lắng đọng [30, 68].
Hiện nay, theo hiểu biết của nghiên cứu sinh, chưa có nhiều các nghiên cứu về các thông số kỹ thuật của chất khí TRIES được công bố mặc dù nó có nhiều ưu điểm, Yoshida và cộng sự [3] đã công bố các hệ số chuyển động electron (vận tốc chuyển động electron, hệ số khuếch tán theo chiều dọc và hệ số ion hóa) trong chất khí TRIES nguyên chất và đưa ra bộ tiết diện va chạm electron dựa vào phương trình xấp xỉ bậc hai Boltzmann. Tuy nhiên, bộ tiết diện va chạm electron của chất khí TRIES và các hệ số chuyển động electron của chất khí TRIES với các hợp chất khác chưa được công bố ở các công trình nghiên cứu và khá hạn chế. Trong nước chưa có công bố nào về bộ tiết diện va chạm electron và các hằng số chuyển động electron của TRIES với các hỗn hợp khí khác khi xảy ra phóng điện khí. Một số nghiên cứ nước ngoài cũng đã công bố các bộ tiết diện va chạm electron của các chất khí thuộc họ với khí TRIES như TMS, TEOS…[34, 42]. Tuy nhiên vẫn còn một số khoảng trống liên quan đến nghiên cứu về khí TRIES (sẽ được trình bày cụ thể trong luận án này). Do đó, luận án này thực hiện trình bày các tính chất vật lý của chất khí này và xác định bộ tiết diện va chạm electron của chất khí TRIES nhằm mục đích sử dụng cho việc tính toán các hệ số chuyển động electron trong hợp chất của chất khí TRIES với các chất khí khác để mở rộng khả năng xem xét ứng dụng chúng trong công nghệ chế tạo vi mạch.
1.6.2 Khí Oxy (O2) [9]
- Oxy là một chất khí không màu, không mùi, ít tan trong nước, duy trì sự sống và sự cháy, bị hóa lỏng ở -1830C. Oxi có độ âm điện lớn (3,44), tính oxi hóa mạnh đặc biệt là ở nhiệt độ cao.
- Khí O2 ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực và là một trong những chất khí không thể thiếu trong hầu hết các quy trình xử lý plasma trong chế tạo vật liệu màng mỏng.
1.6.3 Khí Argon (Ar)[7]
Trong hóa học, Argon là một nguyên tố hóa học nằm trong bảng tuần hoàn hóa học, ký hiệu là Ar. Có số nguyên tử khối là 18. Đây là một chất khí hiếm, trong bầu khí quyển Trái Đất, khí Argon chỉ chiếm 0.9%. Khí Argon là một khí trơ, không có phản ứng hóa học với các chất hóa học khác. Loại khí này có tính chất như sau:
- Tính chất vật lý: Ở dạng lỏng hay dạng rắn, Argon là chất khí không màu, không mùi, không vị, không độc. Loại khí này nặng gấp 1,5 lần không khí.
- Tính chất hóa học: Argon là khí trơ nên nó không phản ứng với các chất hóa học khác. Argon cũng không hòa tan kim loại dù ở thể lỏng hay thể rắn. Tuy nhiên, loại khí này có khả năng hòa tan trong nước, độ hòa tan của Argon xấp xỉ với oxygen và gấp 2,5 lần nitrogen. Một nghiên cứu cho thấy, khi cho Argon phản ứng với nước, Argon có thể tạo ra các mắt lưới với nước.
- Khí Argon tinh khiết cung cấp sử dụng cho y tế, kiểm tra chất lượng. Khí Argon tinh khiết cao được dùng plasma trong máy ICP, khí đệm trong máy đo sắc ký khí.
- Khí Argon là lớp khí bảo vệ để nuôi cấy các tinh thể silic và germani trong công nghiệp sản xuất chất bán dẫn.
1.6.4 Khí Krypton (Kr) [65]
Krypton là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Kr và số nguyên tử bằng 36. Là một khí hiếm không màu, krypton có mặt trong khí quyển Trái Đất dưới dạng dấu vết và được cô lập bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng và nó thường
30
được sử dụng cùng các khí hiếm khác trong các đèn huỳnh quang. Krypton là khí
trơ trong phần lớn các ứng dụng thực tế. Krypton cũng có thể tạo ra các mắt lưới
với nước khi các nguyên tử của nó bị mắc kẹt lại trong lưới các phân tử nước.
1.6.5 Khí Xenon (Xe)[64]
- Xenon là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Xe và số nguyên tử bằng 54. Là một khí hiếm không màu, không mùi và rất nặng, xenon có trong khí quyển Trái Đất với một lượng nhỏ dạng dấu vết và là một phần của hợp chất khí hiếm đầu tiên được tổng hợp.
- Xenon là thành viên của nhóm các nguyên tố hóa trị 0 được gọi là các khí hiếm hay khí trơ. Trong các ống chứa khí thì xenon phát ra ánh sáng màu xanhlam
khi khí này bị phóng điện qua. Với áp lực nén hàng gigapascal thì xenon dạng kim loại được tạo ra. Xenon cũng có thể tạo ra các mắt lưới với nước khi các nguyên tử của nó bị mắc kẹt trong lưới của các phân tử nước.
- Khí này được dùng rộng rãi trong các thiết bị phát ra ánh sáng gọi là các
đèn chớp xenon, được sử dụng trong các đèn chớp của máy ảnh, để tạo ra môi trường kích hoạt trong các thiết bị tạo laser mà sau đó sẽ phát sinh ánh sáng giao thoa, trong các đèn diệt khuẩn (hiếm dùng) và sử dụng trong một số ứng dụng y học liên quan đến bệnh da liễu. Các đèn hồ quang xenon liên tục, hồ quang ngắn, áp suất cao có nhiệt độ màu gần với ánh sáng Mặt Trời lúc giữa trưa và được dùng trong các thiết bị giả lập Mặt Trời, một số hệ thống đèn chiếu và một số ứng dụng đặc biệt khác. Chúng là các nguồn rất tốt để tạo ra các tia cực tím có bước sóng ngắn cũng như chúng có các bức xạ rất mạnh trong các bước sóng gần tia hồng ngoại, được sử dụng trong một số thiết bị quan sát ban đêm.
1.6.6 Khí Helium (He)[35]
- Heli (hay Hêli) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu He và số hiệu nguyên tử bằng 2.
- Tính chất vật lý: Heli có điểm sôi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố và chỉ có thể đông đặc dưới áp suất rất cao. Nguyên tố này thường là khí đơn nguyên tử và là khí trơ.
- Tính chất hóa học: He là khí trơ, không độc không màu không vị tỷ trọng rất thấp 0,178g/l và là loại khí khó hóa lỏng nhất từng được biết đến.He có thể
khuếch tán tốt qua chất rắn, nó nhẹ hơn không khí và argon nhiều và nó không phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học do đó rất thích hợp làm khí bảo vệ trong công nghệ hàn.
- Heli được dùng để đẩy các bóng thám không và khí cầu nhỏ do tỷ trọng riêng nhỏ hơn tỷ trọng của không khí và như chất lỏng làm lạnh cho nam châm siêu dẫn.
- Trong công nghệ hàn Heli có tính dẫn nhiệt cao hơn lên cho hồ quang nóng hơn so với sử dụng Argon. Do đó, Heli bảo vệ các chi tiết hàn dày tốt hơn so với Argon, dùng cho các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hoặc nhiệt độ nóng chảy cao, hàn cơ khí hóa tốc độ cao.
1.6.7 Khí Neon (Ne)[64]
- Neon là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Ne và số nguyên tử bằng 10, nguyên tử khối bằng 20. Là một khí hiếm không màu, gần như trơ, neon tạo ra ánh sáng màu đỏ khi sử dụng trong các ống phóng điện chân không và đèn neon, nó có trong không khí với một lượng rất nhỏ.
- Tính chất vật lí: Neon là chất khí, không màu, khó hóa lỏng. có nhiệt độ nóng chảy -248,60C và sôi ở -2460C.
- Tính chất hóa học: Neon là khí hiếm (khí trơ), phi kim. Thực tế Neon không tan trong nước, tan ít trong rượu etylic. Trơ hóa học: không phản ứng với tất cả các chất khác (đơn chất và hợp chất).
- Ánh sáng màu da cam ánh đỏ mà neon phát ra trong các đèn neon được sử dụng rộng rãi trong các biển quảng cáo. Từ "neon" cũng được sử dụng chung để chỉ các loại ánh sáng quảng cáo trong khi thực tế rất nhiều khí khác cũng được sử dụng để tạo ra các loại màu sắc khác. Các ứng dụng khác như: Đèn chỉ thị điện thế cao, thu lôi, ống đo bước sóng, Neon và heli được sử dụng để tạo ra các loại laser khí và Neon lỏng được sử dụng trong công nghiệp như một chất làm lạnh nhiệt độ cực thấp có tính kinh tế.
32
1.7 Các bộ tiết diện va chạm electron trong các phân tử khí O2 và các nguyên tử khí Ar, Kr, Xe, He, Ne