Χημική απόθεση αλουμινίου από ατμό από την πρόδρομη ένωση DMEAA: Διερεύνηση μηχανισμών χημείας και κινητικής

Ψαρέλλης, Γεώργιος; Psarellis, Georgios

dc.contributor.author	Ψαρέλλης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Psarellis, Georgios	el
dc.date.accessioned	2017-06-16T10:50:05Z
dc.date.available	2017-06-16T10:50:05Z
dc.date.issued	2017-06-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45050
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14112
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Χημική απόθεση από ατμό	el
dc.subject	Χημική κινητική	en
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Αλουμίνιο	el
dc.subject	Υδρίδιο του αλουμινίου	el
dc.subject	Διάγραμμα Arrhenius	en
dc.subject	ANSYS/Fluent	en
dc.subject	DMEAA	en
dc.subject	Chemical vapor deposition	en
dc.subject	Chemical kinetics	en
dc.subject	Computational fluid dynamics	en
dc.subject	Aluminum	en
dc.subject	Alane	en
dc.subject	Arrhenius plot	en
dc.title	Χημική απόθεση αλουμινίου από ατμό από την πρόδρομη ένωση DMEAA: Διερεύνηση μηχανισμών χημείας και κινητικής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-20
heal.abstract	Η Χημική Απόθεση από Ατμό –ΧΑΑ (Chemical Vapor Deposition – CVD) αποτελεί μια καθιερωμένη διεργασία για την παραγωγή λεπτών υμενίων αρκετών μετάλλων, πολλών αμετάλλων, όπως ο άνθρακας και το πυρίτιο, καθώς και μεγάλου αριθμού ενώσεων και συμπλόκων. Η διεργασία αυτή βρίσκει αρκετές εφαρμογές στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, στη νανοτεχνολογία και σε προηγμένα υλικά. Επειδή οι παραπάνω εφαρμογές απαιτούν λεπτά υμένια με αυστηρά προκαθορισμένες ιδιότητες, είναι απαραίτητη η γνώση και ο έλεγχος των φαινομένων κατά τη παραγωγή τους, όπως τα φαινόμενα μεταφοράς και οι χημικές δράσεις εντός του αντιδραστήρα. Όσον αφορά στους μηχανισμούς χημείας μιας διεργασίας ΧΑΑ, αυτοί εμπλέκουν αντιδράσεις, τόσο στην αέρια φάση, όσο και επιφανειακές, αλλά και αρκετά ενδιάμεσα στάδια με καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα του τελικού προϊόντος. Συνεπώς, κρίνεται απαραίτητη η αναλυτική μελέτη των μηχανισμών χημείας και κινητικής για τη βελτιστοποίηση μιας διεργασίας ΧΑΑ και τον έλεγχο των ιδιοτήτων των παραγόμενων υμενίων. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση του μηχανισμού χημείας και κινητικής της Χημικής Απόθεσης Αλουμινίου από Ατμό από την πρόδρομη ένωση δι-μέθυλ-αίθυλ-αμίδιο του υδριδίου του αλουμινίου (dimethylethylamine alane – DMEAA). Στα πλαίσια αυτής της διερεύνησης, προτείνεται ένα σύστημα δώδεκα χημικών αντιδράσεων, εκ των οποίων τρεις πραγματοποιούνται στην αέρια φάση και οι υπόλοιπες στην επιφάνεια του υποστρώματος. Σε σχέση με προηγούμενες μελέτες του χημικού μηχανισμού του εν λόγω συστήματος, ο προτεινόμενος μηχανισμός εμφανίζει δύο κύρια νέα σημεία. Το πρώτο είναι η εισαγωγή αντιδράσεων ολιγομερισμού στην αέρια φάση, οι οποίες προκαλούν την κατανάλωση του υδριδίου του αλουμινίου -ενός σημαντικού ενδιαμέσου- σε υψηλές θερμοκρασίες, μειώνοντας έτσι τον ρυθμό απόθεσης. Το δεύτερο είναι η εισαγωγή σταδιακών και αντιστρεπτών βημάτων αφυδρογόνωσης του υδριδίου του αλουμινίου στην επιφάνεια του υποστρώματος, τα οποία συνάδουν με κβαντοχημικές μελέτες που έχουν γίνει για το ίδιο σύστημα. Ο χημικός μηχανισμός και η κινητική που προτείνεται, εισάγεται στο εμπορικό πακέτο Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής ANSYS/Fluent, με σκοπό την πλήρη προσομοίωση της διεργασίας ΧΑΑ. Έπειτα, τα αποτελέσματα συγκρίνονται με υπάρχοντα πειραματικά αποτελέσματα για το ίδιο σύστημα. Τα πειραματικά και τα υπολογιστικά αποτελέσματα παρουσιάζουν ικανοποιητική συμφωνία. Ο προτεινόμενος μηχανισμός χημείας καταφέρνει να προβλέψει την απότομη μείωση του ρυθμού απόθεσης στις υψηλές θερμοκρασίες, το μέγιστο του ρυθμού απόθεσης και τις θερμοκρασιακές περιοχές των ελεγχόντων σταδίων (reaction limited regime – diffusion limited regime). Για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων χρησιμοποιείται το διάγραμμα Arrhenius, διαγράμματα ρυθμού απόθεσης και επιφανειακής κάλυψης κατά μήκος του υποστρώματος καθώς και κατανομές θερμοκρασίας, πίεσης, ταχύτητας και συγκεντρώσεων.	el
heal.abstract	Chemical Vapor Deposition is a ubiquitous process applied for the fabrication of thin solid films of most metals, many nonmetals, like carbon and silicon and a large number of compounds. This process has many applications in the fields of microelectronics, nanotechnology and advanced materials. As these applications require thin solid films with very specific properties, it is necessary to understand and control the phenomena during their fabrication, i.e. the transport phenomena and the chemical reactions inside the reactor. Regarding the chemistry mechanism of a CVD process, it involves numerous gas phase and surface reactions and many important intermediate reaction steps. It is, thus, necessary to thoroughly investigate the chemistry mechanism and kinetics in order to optimize a CVD process and effectively control the properties of the manufactured films. The objective of the present diploma thesis is the investigation of the chemistry mechanism and kinetics of the Chemical Vapor Deposition of Aluminum from the precursor dimethyl-ethyl-amine alane (DMEAA). Within this investigation, a system of twelve reactions is proposed, three of which occur in the gas phase, and the rest on the surface of the substrate. In comparison with previous works regarding the chemical mechanism of Al-CVD from DMEAA, the novelty of the proposed mechanism stands in two main points. Firstly, gas phase oligomerization reactions are introduced, which contribute to the depletion of alane, a crucial intermediate for aluminum deposition, causing a steep decrease of the deposition rate at high temperatures. Secondly, gradual and reversible dehydrogenation steps are introduced as surface reactions, based on quantum-chemical studies on the same system. The chemical mechanism and the kinetics proposed are introduced in the commercial Computational Fluid Dynamics software ANSYS/Fluent, in order to simulate the CVD process. The computational results are compared with already existing experimental measurements for the same CVD system. Experimental and computational data show satisfactory agreement. The proposed chemistry mechanism and kinetics successfully predict the abrupt drop of the deposition rate at high temperatures, the maximum deposition rate and the different temperature regimes of the reactor (reaction limited regime – diffusion limited regime). The results are demonstrated through an Arrhenius plot, deposition rates and surface coverages along the wafer, and temperature, pressure and velocity contours.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	75 σ.
heal.fullTextAvailability	true