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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