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解析模拟

1.影响信号形状的因素 活化能、频率因子(振动项)、脱离组分的初始分子数、升温速率等参数会改变信号形状和峰值温度等参数。 这一点可从下述升温脱附法的模型方程式中得到验证。
关于这些方程式的含义,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


非一级表面脱离反应


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)是积分阿伦尼乌斯方程时导出的级数。

根据这些方程计算的模拟数据如下所示。
此处设ψ(T)=1。
各图的横轴为温度(K),纵轴为脱离速率(molecs./sec)。

2.活化能差异的影响

一级脱离反应的情况

  A B C D
活化能(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

二次脱离反应的情况下

  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

扩散速率限制的情况

  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)的差异

一次脱离反应的情况下

  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

升温速率

  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

扩散速率限制的情况

  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.初始分子数量的差异

一次脱离反应的情况下

  A B C D
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0 2.0
频率因子(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

二次脱离反应的情况下

  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

升温速率

  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.昇温速度による違い

一次脱离反应的情况下

  A B C
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0
频率因子 (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

二次脱离反应的情况下

  A B C
活化能(eV) 2.0 2.0 2.0
频率因子 (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

扩散速率限制的情况

  A B C
活化能(eV) 0.6 0.6 0.6
频率因子 (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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