物理パラメーターが描く「スペクトル形状」をシミュレーションで理解する。解析シミュレーション(TDS波形解析)

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分析仿真

1.影响信号波形的因素
信号形状和峰值温度等会因活化能、频率因子(振动项)、脱附组分的初始分子数、升温速率等参数而发生变化。
这一点从下文所示的升温脱附法的模型方程中可以清楚地看出。
关于这些公式的含义,请参阅「第3章 表面反应中脱附速率的计算 (pdf/635KB)」

一级表面脱附反应


非一级表面脱附反应


扩散脱离


q(T)为脱离速率,ν0为频率因子,D0为振动项,σ0为初始分子数,C0为初始浓度,n为反应级数,d为薄膜厚度,E为活化能,k为玻尔兹曼常数,β为升温速率,T为绝对温度。ψ(T)是积分阿雷尼乌斯方程所得的级数。

下文展示了根据这些公式计算得出的模拟数据。
这里设ψ(T)=1。
各图的横轴为温度(K),纵轴为脱附速率(分子/秒)。

2.活化能带来的差异

对于一级脱离反应

  A B C D
活化能力(eV) 1.5 2.0 2.5 3.0
频率因子(sec-1 1E13 1E13 1E13 1E13
初始分子的数量(molecs./cm2 1E15 1E15 1E15 1E15
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5

对于二级脱离反应

  A B C D
活化能(eV) 1.5 2.0 2.5 3.0
频率因子 (cm2/molesc.sec) 1E-3 1E-3 1E-3 1E-3
初始分子的数量(molecs./cm2 1E15 1E15 1E15 1E15
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5

在扩散速率控制的情况下

  A B C D
活化能(eV) 0.5 0.6 0.7 0.8
振动项 (cm2/sec) 1E-1 1E-1 1E-1 1E-1
初始分子的数量(molecs./cm2 1E16 1E16 1E16 1E16
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5



3.频率因子(振动项)带来的差异

对于一级脱离反应

  A B C D
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0 2.0
频率因子 (cm2/sec) 1E14 1E13 1E12 1E11
初始分子的数量(molecs./cm2 1E15 1E15 1E15 1E15
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5

对于二级脱离反应

  A B C D
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0 2.0
频率因子 (cm2/molesc.sec) 1E-2 1E-3 1E-4 1E-5
初始分子的数量(molecs./cm2 1E15 1E15 1E15 1E15
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5

在扩散速率控制的情况下

  A B C D
活化能(eV) 0.6 0.6 0.6 0.6
频率项 (cm2/sec) 1E-0 1E-1 1E-2 1E-3
初始分子的数量(molecs./cm2 1E16 1E16 1E16 1E16
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5



4.根据初始分子数量的不同

对于一级脱离反应

  A B C D
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0 2.0
頻度因子(sec-1 1E13 1E13 1E13 1E13
初始分子的数量(molecs./cm2 2E15 1E15 5E14 2.5E14
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5

对于二级脱离反应

  A B C D
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0 2.0
頻度因子 (cm2/molesc.sec) 1E-3 1E-3 1E-3 1E-3
初始分子的数量(molecs./cm2 2E15 1E15 5E14 2.5E14
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5

在扩散速率控制的情况下

  A B C D
活化能(eV) 0.6 0.6 0.6 0.6
振动项 (cm2/sec) 1E-1 1E-1 1E-1 1E-1
初始分子的数量(molecs./cm2 2E16 1E16 5E15 2.5E15
升温速率(K/sec) 0.5 0.5 0.5 0.5



5.升温速度带来的差异

对于一级脱离反应

  A B C
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0
頻度因子 (sec2 1E13 1E13 1E13
初始分子的数量(molecs./cm2 1E15 1E15 1E15
升温速率(K/sec) 1/6 0.5 1.0

对于二级脱离反应

  A B C
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0
頻度因子 (cm2/molesc.sec) 1E-3 1E-3 1E-3
初始分子的数量(molecs./cm2 1E15 1E15 1E15
升温速率(K/sec) 1/6 0.5 1.0

在扩散速率控制的情况下

  A B C
活化能(eV) 0.6 0.6 0.6
頻度因子 (cm2/sec) 1E-1 1E-1 1E-1
初始分子的数量(molecs./cm2 1E16 1E16 1E16
升温速率(K/sec) 1/6 0.5 1.0

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